синхронизация скорости вращения двух связанных гибкой лентой валов электроприводов для равномерного нанесения на ленту краски

Введение 1
Глава 1. 2
1.1. Методы решения поставленных задач 2
1.2. Выбор и обоснование технического решения для проекта 4
Глава 2. 14
2.1. Анализ объекта исследования 14
2.2. Синтез функциональной и структурной схем 19
2.3. Решение технологических задач 21
Глава 3. 25
3.1. Анализ и выбор компонентов 25
3.2. Инженерные расчеты 31
3.3. Конструктивное решение 37
Глава 4. Моделирование и оптимизация системы автоматического регулирования 38
Глава 5. Технико-экономическое обоснование проекта 52
5.1. Определение себестоимости разработки системы 52
5.2. Расчет стоимости опытного образца 58
5.3. Определение стоимости серийного образца модернизированного привода шлюзовой кабины 59
5.4. Определение оптимальной отпускной цены модернизированного привода 61
Заключение 63
Список использованной литературы 64

Для каждого вида анализа применяем однофакторный эксперимент, задавая два дополнительных значения настройки регулятора, Кр = Кр0 + ΔКр, при значении Кр0 = 1.14207 соответствующее 20%-ное изменение ΔКр составит 0.22841, соответственно, для эксперимента принимаем значения Кр(-20) = 0.91466 и Кр(+20) = 1.37048, значение Ти0 = 42.53764, соответственно, ΔТи = 8.50753, Ти(-20) = 34.03011, Ти(+20) = 51.04517, значение Тд0 = 10.68545, соответственно, ΔТд = 2.13709, Тд(-20) = 8.54836 и Тд(+20) = 12.82254.
Аналогично получаем по три семейства из трех графиков для каждого проведенного однофакторного эксперимента.
АФЧХ для разомкнутой САР при изменении Кр
Пересечение графиками АФЧХ всех трех характеристик оси не охватывают точку (-1;j0).
АФЧХ для разомкнутой САР при изменении Ти
Пересечение графиками АФЧХ всех трех характеристик оси не охватывают точку (-1;j0).
АФЧХ для разомкнутой САР при изменении Тд
Пересечение графиками АФЧХ всех трех характеристик оси не охватывают точку (-1;j0).
ПХ замкнутой САР по управлению при изменении Кр
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 270, σ = 0.05, η = 139%;
для Кр(0.8) – tp = 160, σ = 0.05, η = 118%;
для Кр(1.2) – tp = 450, σ = 0.05, η = 152%;
ПХ замкнутой САР по управлению при изменении Ти
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 200, σ = 0.05, η = 141%;
для Кр(0.8) – tp = 200, σ = 0.05, η = 149%;
для Кр(1.2) – tp = 200, σ = 0.05, η = 135%;
ПХ замкнутой САР по управлению при изменении Тд
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 210, σ = 0.05, η = 117%;
для Кр(0.8) – tp = 140, σ = 0.05, η = 128%;
для Кр(1.2) – tp = 300, σ = 0.05, η = 146%;
ПХ замкнутой САР по возмущению при изменении Кр
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 79%;
для Кр(0.8) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 83%;
для Кр(1.2) – tp = 400, σ = 0.0001, η = 80%;
ПХ замкнутой САР по возмущению при изменении Ти
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 80%;
для Кр(0.8) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 80%;
для Кр(1.2) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 80%;
ПХ замкнутой САР по возмущению при изменении Тд
Параметры характеристик:
для Кр(0) – tp = 250, σ = 0.0001, η = 81%;
для Кр(0.8) – tp = 190, σ = 0.0001, η = 79%;
для Кр(1.2) – tp = 330, σ = 0.0001, η = 78%;
По результатам компьютерного моделирования в системе MatLab с программными надстройками «Reg_Opt» можно сформулировать следующие выводы:
- для П-регулятора увеличение Кр влечет за собой увеличение амплитуды в начале переходного процесса по управлению (время регулирования не меняется) и уменьшение амплитуды с одновременным увеличением количества периодов колебаний переходного процесса по возмущению (увеличение времени регулирования);
- для ПИ-регулятора при переходном процессе по управлению повышение Кр влечет увеличение амплитуды колебаний в начале переходного процесса, увеличивает количество периодов колебаний и, как следствие, увеличивает время регулирования, а уменьшение Кр влечет за собой только незначительное снижение амплитуды начальной фазы колебаний (уменьшение коэффициент перерегулирования). Увеличение Ти снижает амплитуду колебаний в начале переходного процесса. При анализе переходного процесса по возмущению, увеличение Кр влечет за собой повышение коэффициента перерегулирования, снижение Кр влечет сглаживание колебаний после первого полупериода. Увеличение Ти сглаживает колебания по огибающей, уменьшение Ти увеличивает амплитуду колебаний. При анализе ПХ по возмущению изменения обеих варьируемых величин не влияют на значение времени регулирования;
- для ПИД-регулятора при переходном процессе по управлению увеличение Кр влечет за собой увеличение амплитуды колебаний, увеличение количества периодов, и следовательно, времени регулирования, а уменьшение Кр снижает амплитуду, увеличивает количество периодов колебаний при неизменном времени регулирования. Изменения Ти не оказывают существенного влияния на параметры переходного процесса, при увеличении Ти незначительно увеличивается амплитуда колебаний. Изменения Тд влияют аналогично изменениям Ти, при том, что снижение Тд незначительно сглаживает колебания к огибающей после первого полупериода переходного процесса. При анализе переходного процесса по возмущению было выявлено, что увеличение Кр влечет за собой увеличение амплитуды колебаний после первого полупериода и увеличивает время регулирования, снижение же Кр влечет за собой некоторое сглаживание остаточных колебаний к огибающей. Изменения Ти и Тд не оказывают существенного влияния на параметры переходного процесса, их действие аналогично Кр, только в значительно меньших пропорцях.
Глава 5. Технико-экономическое обоснование проекта
5.1. Определение себестоимости разработки системы
В состав конструкторской группы входят следующие штатные единицы:
ведущий инженер (должностной оклад 16600 руб/мес);
инженер- конструктор 1-й категории (должностной оклад 14280 руб/мес);
инженер- конструктор 2-й категории (должностной оклад 12598 руб/мес);
техник (должностной оклад 10597 руб/мес).
Перечень основных этапов ОКР при разработке проекта модернизации электропривода промышленной установки:
1 этап:
подготовительный (разработка технического задания)- подбор и изучение технической литературы, патентов, аналогичных изделий.
Результатом данного этапа должно быть сформулированное техническое задание и аналитический обзор аналогов.
2 этап:
разработка и рассмотрение эскизного проекта (совокупности первичных конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструкторские решения, дающие общие представления об изделии и принципе его работы)- разработка различных вариантов выполнения изделия, проведение расчетов, уточнение требований, разработка рекомендаций к методике испытаний.
Результатом должен быть подробный эскизный проект.
3 этап:
разработка и рассмотрение технического проекта (совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление о разрабатываемой системе и исходные данные для разработки рабочей документации)- разработка принципиальных, монтажных схем, чертежей, спецификаций, конструкторские расчеты.
Результат- комплект конструкторской документации.
4 этап:
разработка и рассмотрение рабочего проекта (совокупности рабочих конструкторских документов, разработка технологии изготовления опытных образцов изделия, инструкций о методах испытания, разработка проекта технических условий), разработка технологических процессов, инструкций по эксплуатации, составление и согласование технического задание на выполнение опытного образца.
Результат- комплект технологической документации и утвержденное ТЗ на опытный образец.
5 этап:
изготовление и испытание опытных образцов изделия, корректировка технической документации по результатам испытаний- изготовление и испытание опытного образца.
Результат- опытный образец и откорректированная документация.
6 этап:
составление технического отчета по теме и предоставление технической документации и опытного образца заказчику.
Результат- утверждение технического отчета по теме.
Таблица 5.1. Расчет трудозатрат по рабочему времени
Этап Содержание работ Кол- во исполни-телей Должность Продолжи-тельность, дней Подго- товите- льный Ознакомление с заданием на проектирование 4 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к,
Инженер- конструктор 2к, Техник 30 Изучение литературы 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 120 Изучение аналогов 2 Инженер- конструктор 2к, Техник 110 Разработка ТЗ на проектирование 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 2к 50 Эскиз- ный Анализ и разработка функциональной схемы, алгоритмов функционирования системы 3 Инженер- конструктор 1к, Инженер- конструктор 2к, Техник 60 Проработка конструкции системы в целом 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 20 Составление пояснительной записки к эскизному проекту 2 Инженер- конструктор 1к, Инженер- конструктор 2к 70 Техни- ческий проект Разработка узлов системы, расчеты 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 80 Конструкторские расчеты 1 Инженер- конструктор 2к 110 Разработка чертежей 1 Техник 120 Составление спецификации 1 Техник 30 Составление пояснительной записки к техническому проекту 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 140 Рабо- чий проект Составление и утверждение ТЗ на опытный образец 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к, 60 Составление заявки на материалы и комплектующие изделия 2 Инженер- конструктор 2к категории, Техник 30 Составление технического описания 2 Инженер- конструктор 1к, Инженер- конструктор 2к 30 Техно- логи- ческая подго- товка произ- водства Разработка технологического процесса моделирования 1 Ведущий инженер 70 Поиз- водство Изготовление опытной модели системы 2 Инженер- конструктор 2к, Техник 170 Испыта- ния Испытания опытной модели системы 2 Инженер- конструктор 2к, Техник 110 Коррек- тировка ТД Корректировка и оформление окончательного комплекта технической документации 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 80 Прием
ОКР Передача выполненного проекта заказчику 2 Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к 40
Таблица 5.2. Расчет фонда оплаты труда разработчиков
Должность Д.О., руб/мес Оплата, руб/день Продолжительность работ, дни Итого, руб. Ведущий инженер 16600 754,5 69 52061 Инженер- конструктор 1к 14280 649,1 73 47384 Инженер- конструктор 2к 12598 572,6 77 44090 Техник 10597 482,7 66 31858 Итого тарифная З.П. 175393 Доплаты (30% от тарифн. З.П.) 52618 Основная З.П. 228011 Дополнительная З.П. (5% от осн. ЗП) 11401 Сумма основной и дополнительной З.П. 239412 ЕСН (34%) 62247 Итого расходы на заработную плату 301659
5.2. Расчет стоимости опытного образца
Таблица 5.3. Расчет стоимости изготовления опытной модели
Статья расходов Позиция Стоимость, руб Основные и вспомогательные материалы Механические комплектующие 2430 Датчики 1980 Электродвигатель 6700 Контроллер 4200 Прочие электронные компоненты, блоки питания 6400 Расходные материалы крепеж 3500 Сборка модели системы 8200 Испытания системы 14000 Дополнительные расходы на испытания
5000 Итого: 52410
Суммарная стоимость разработки изделия с учетом изготовления и испытаний опытного образца составляет 354069 руб.
5.3. Определение стоимости серийного образца модернизированного привода шлюзовой кабины
Розничная цена в значительной степени зависит от планируемого объема производства. Зададимся количеством производимых изделий 1000 штук.
Для определенной партии разработанного изделия розничная цена будет состоять из четырех составляющих- себестоимость материалов, себестоимость работ по изготовлению, доля стоимости разработки и планируемый размер прибыли.
Определим себестоимость материалов изделия исходя из размера партии в 1000 штук. Для этого обратимся к рыночным ценам на типовые делали, узлы и комплектующие для размещения заказа на изготовление партии в 1000 комплектов изделий.
Таблица 5.4. Определение себестоимости изделия в партии
Статья расходов Наименование Сумма Материалы Электродвигатель 3980 Датчики 1630 Механические комплектующие 810 Контроллер 2960 Прочие электронные компоненты, блоки питания 390 Расходные материалы крепеж 1540 Работы Сборка 1650 Регулировки 1900 Тест ОТК 870 ИТОГО 15730
Доля стоимости разработки в себестоимости 1 изделия составит 45 рублей. Также в себестоимости изделия следует учесть затраты на сертификацию и испытания, а также расходы на упаковку. Тариф на сертификацию аналогичных изделий составляет порядка 35000 рублей, расходы на клинические испытания оценим в 30000 рублей. Упаковка каждого изделия составит порядка 25 рублей. Итого партия изделий в количестве 1000 штук будет стоить 15864166 рублей.
Таким образом, установив коэффициент прибыли 1.5 (нормальная среднерыночная величина) получаем ориентировочную розничную цену изделия 23798 руб, что является конкурентным предложением по отношению к существующим аналогам.
5.4. Определение оптимальной отпускной цены модернизированного привода
Проведенные маркетинговые исследования позволили установить зависимость спроса на предлагаемый модернизированный привод от цены. Произведен расчет критического объема производства и прибыли в зависимости от отпускной цены:
Nкр = Сгод/(Цизд – Сизд)
где Nкр – критический объем производства, шт/год,
Цизд – цена изделия для клиента, руб,
Сизд – себестоимость изделия, руб.
Объем годовой валовой прибыли может быть вычислении по формуле:
Iгод = Nизд х (Nспр – Сизд) - Сгод
Выполним расчеты для различных значений цены, предполагая величину изменения спроса (Nспр) в зависимости от цены по среднерыночным показателям. Результаты расчетов приведены на графиках 5.1. – 5.3.
График 5.1. Зависимость спроса от цены изделия
График 5.2. Зависимость Nкр от цены изделия
График 5.3. Зависимость годовой прибыли от цены изделия с учетом спроса
По графику нетрудно определить, что прибыль максимальна при ожидаемом спросе в 1603 изделий в год по цене 23000 рублей.
Заключение
Целью данной работы была разработка системы автоматизации управления в рамках модернизации промышленной установки. Основными задачами, решенными в работе, являются определение основных закономерностей для автоматического управления связаннями электродвигателями, обзор современных технологий автоматизации таких установок, анализ аналогов, далее были составлены структурная схема, произведены необходимые расчеты для подбора комплектующих, выполнено составление схемы и согласование ее узлов.
Актуальность темы дипломного проекта обусловлена необходимостью повышения эффективности и технико- экономических показателей модернизируемой установки для повышения рентабельности, качества продукции и конкурентоспособности.
Список использованной литературы
Абдулаев Д.А., Арипов М.Н. Передача дискретных сообщений в задачах и упражнениях. М., Радио и связь, 1985
Арзамасов Б.Н., Бромстрем В.А. и др. Конструкционные материалы, Справочник. М., Машиностроение, 1990
Арипов М.Н. Захаров Г.П. Малиновский С.Т. Цифровые устройства и микропроцессоры. М., Радио и связь,1988
Белинкий Е.А. Расчет и эксплуатационный режим однотрубных систем водяного отопления. М., Изд-во мин. коммун. хоз-ва, 1952
Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. СПб., Наука и Техника, 2005
Благих В.Т. Автоматическое регулирование отопления и вентиляции. Челябинск, Челябинское кн. изд-во, 1964
Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника. М., Недра, 1990
Боккер П. Передача данных. М., Связь. 1980
Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства. М., Высшая школа, 2004
Воронов А.А. Теория автоматического управления. М., Высш. шк.,1986
Гонаревский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Наука, 1986
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. М., Энергоиздат, 1987
Дудников Е.Г. Автоматическое управление в химической промышленности. М., Химия, 1987
Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. М., Радио и связь, 1982
Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М., Радио и связь, 1988
Калинина В.М. Безопасность жизнедеятельности на производстве. Л., Наука, 1989
Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. М., Инфра- М, 2002
Клюев А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. М., Энергоатомиздат, 1989
Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М., Высшая школа, 1990
Кулаков А.В. Автоматические контрольно измерительные приборы для химических производств. М., Химическая промышленность, 1985
Кунаев Д.А., Платов В.П. Средства автоматической защиты электроустановок. М., Энергия, 1988
Люлякин М.А., Николаев В.Г. Регулирование производительности компрессоров. М., Машиностроение, 1988
Майне К.Р. Датчики контроля и регулирования в гидравлических системах. М., Легкая и пищевая промышленность, 1988
Минько Э.В., Покровский А.В. Технико- экономическое обоснование исследовательских и инженерных решений в дипломных проектах и работах. Свердловск, Издательство Уральского университета, 1990
Пятин Ю.М. Материалы в приборостроении и автоматике, Справочник. М., Машиностроение, 1985
Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на ИМС. М., Радио и связь, 1990
Севастьянов М.А. Экономические аспекты автоматизации промышленных установок. М., Наука, 1994
Шувалов В.П. Передача дискретных сообщений. М., Радио и связь, 1990
6