ВКР: Разработка микропроцессорной системы слеженияза стыком при электроно-лучевой сварки

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ 9
1.1 Производственная ситуация 9
1.2 Цель дипломного проекта 9
1.3 Выбор исследуемого объекта 9
1.3.1 Выбор исследуемого объекта 9
1.4 Задачи дипломного проекта 14
1.5 Выбор типа модели 14
1.5.1 Относительная оценка важности критериев моделирования 14
1.5.2 Относительная оценка реализации критериев для проекта 16
1.6 Выбор структурной схемы 16
1.7 Планирование научно-исследовательской и конструкторско-технологической работы проекта 17
1.7.1 Дерево целей 17
1.7.2 Сетевое планирование 18
1.8 Расчет надежности 20
1.8.1 Расчетная часть 21
1.8.2 Способы повышения надежности 25
1.8.3 Расчет надежности человеко-машинных систем 29
1.9 Экономическая часть 30
1.9.1 Общехозяйственные затраты на выполнение НИР 30
1.9.2 Текущие затраты для выполнения НИР 32

• Вывод 39

2. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 41
2.1 Статический расчет 41
2.1.1 Разработка возможных структур устройства слежения 41
2.1.2 Микрокомпьютерная система наведения луча на стык с датчиком вторичных электронов 42
2.1.3 Математическая модель вторично-эмиссионного датчика 44
2.1.4 Общие сведения 49
2.1.5 Условия возникновения сигнала на входе системы 51
2.1.6 Выбор избирательного усилителя 54
2.1.7 Расчет компонентов избирательного усилителя 55
2.1.8 Расчет фильтра нижних частот 60
2.1.9 Расчет отклоняющей системы 62
2.1.10 Расчет усилителя мощности 63
2.1.11 Выбор полупроводниковых диодов 65




2.1.12 Выбор микроконтроллера 68
2.1.13 Требования к аппаратному дополнению платы 72
2.1.14 Алгоритмы работы микроконтроллера и системы 72
2.2 Динамический расчет 74
2.2.1 Анализ устойчивости системы слежения 74
3. Конструкторско-технологическая часть 82
3.1 Разработка технологической части проекта 82
3.2 Разработка схемы электрической принципиальной 82
3.3 Проектирование печатной платы устройства 82
3.4 Разработка программного обеспечения 83
3.5 Написание технологического маршрута 84
3.6 Инструкция по использованию микропроцессорной системы 86
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 87
4.1 Обеспечение безопасности труда 87
4.2 Планировка помещения 87
4.3 Анализ возможных опасных и вредных производственных факторов 88
4.4 Мероприятия по устранению или снижению воздействия опасных и вредных факторов 90
4.4.1 Электробезопасность 90
4.4.2Электромагнитное излучение, электростатические поля и ионизирующее излучение 91
4.4.3 Защита от шумов 92
4.5 Производственная санитария и гигиена 93
4.5.1 Освещение 93
4.5.2 Микроклимат 96
4.5.3 Расчет вентиляции рабочего места 98
4.6 Пожаробезопасность 100
4.7 Инструкция по охране труда при работе на персональных электронно-вычислительных машинах (ПЭВМ) в лаборатория с микропроцессорной техникой 101
4.8 Вывод 105
5. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 106
5.1 Загрязнение атмосферы и гидросферы 106
5.2 Загрязнение излучением 107
5.3 Тепловое излучение 107
5.4 Твердые отходы 108
5.5 Вывод 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 112
ПРИЛОЖЕНИЯ 114




СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ЭЛС – электронно-лучевая сварка
ММ – математическая модель
ПС – программа-симулятор
САУ – система автоматического управления
д.т.н. – доктор технических наук
к.т.н. – кандидат технических наук
КВЭ – коллектор вторичных электронов
ИУ – избирательный усилитель
О – ограничитель
АЦП — аналогово цифровой преобразователь
ЦАП – цифроаналоговый преобразователь
ОУ – операционный усилитель,
МК–микроконтроллер
СУЛ – система управления лучом.
НИОКР – научно–исследовательская и опытно–конструкторская работа
ОЗУ – оперативно запоминающее устройство
ModBUS– открытый коммуникационный протокол
СПО – специализированное программное обеспечение
ПОМК – программное обеспечения микроконтроллера
ЭЛП – электронно-лучевая пушка
К - Сигнал с коллектора
ФП - фильтр помех
Т - таймер, отсчитывающий период захвата сигнала и выдачу решения
П – повторитель
У – усилитель
СКЛ – система контроля луча
МФ – медианный фильтр
ФСС – фильтр скользящего среднего
СИО – система извлечения ошибки из сигнала
СКР – система контроля режима
ПП – последовательный порт
КИ – контроллер интерфейса ModBUS
ИЭ – инкрементальный энкодер
ТОП – таймер отслеживания положения
ВУ – входной усилитель
ПФ – полосовой фильтр
УМ – усилитель мощности
РУ – регулятор уровня сигнала


ВВЕДЕНИЕ


В космической и военной отрасли нередко можно встретить задачи соединения металлических компонентов между собой, являющихся частью какого-то большого изделия. В большинстве случаев для этих целей применяется сварка. При этом, когда требуется высокая точность, а также относительно больше объемы производства, то ручная сварка становится неприемлемым вариантом. В связи с чем встает вопрос о выборе автоматизированной системы сварки.
Существует множество различных методов выполнения сварки в автоматическом режиме, однако наибольшую точность предоставляет сварка с использованием электронного луча в вакуумном пространстве. Такой метод называется электронно-лучевая сварка (ЭЛС). В этом методе сварка осуществляется за счет кинетической энергии электронов в электронном пучке, который формирует электронная пушка. Первая установка для ЭЛС была создана в Московском энергетическом институте в 1958 году. Этот метод хорошо подходит для сварки тугоплавких металлов. Сварка этим методом проводится электронным лучом в вакуумной камере. Размер камеры зависят от размера свариваемых деталей. Сварка может производиться непрерывным или импульсным электронным лучом. Импульсные лучи с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100—500 Гц используются при сварке легкоиспаряющихся металлов, таких как алюминий, магний. При этом повышается глубина проплавления металла. Использование импульсных лучей позволяет сваривать тонкие металлические листы. В камере, формирующей электронный луч, откачивается воздух вплоть до давлений 1—10 Па. Это приводит к высокой защите расплавленного металла от газов воздуха. При этом встает вопрос о выборе системы позиционирования луча внутри вакуумной камеры.
К таким системам относятся: механические, электромагнитные, оптические, телевизионные, вторично-эмиссионные, рентгеновские, а также на основе магнитного поля. Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки. Пожалуй, целесообразно, в качестве информационного сигнала использовать явление, сопутствующие электронно-лучевой сварке (вторичная электронная эмиссия), полу