Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно–научный институт

Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

______Ю.В. Пономарчук

«_____»___________2017

Лабораторный стенд автоматизированной системы подачи жидкости

Выпускная квалификационная работа

ВКР.09.03.01.ИВТ.13.00.943-ПЗ

Студент 943 гр. В.Г. Уланин

Руководитель

д.ф.-м.н., профессор О.П. Ткаченко

Нормоконтролер

к.т.н., доцент Е.В. Буняева

Хабаровск 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Проектирование автоматизированной системы подачи жидкости 6

1.1 Принципы построения автоматизированной системы управления 6

1.2 Проблема пульсаций давления в разрабатываемой системе 8

1.3 Физический аналог проектируемой системы 9

1.4 Предлагаемый лабораторный стенд автоматизированной системы 10

1.4.1 Шаговый двигатель 10

1.4.2 Плунжерный насос 11

1.5 Исследуемый способ регулирования 12

2 Программные и технологические средства разработки автоматизированной системы 13

2.1 Системы автоматизированного проектирования 13

2.1.1 Компоненты и обеспечение САПР 14

2.1.2 Autodesk Inventor 15

2.1.3 КОМПАС-3D 16

2.2 Сравнение САПР для проектирования двухплунжерного насоса 17

2.3 IDE для создания программного обеспечения 18

2.2.1 Arduino 19

2.2.2 Visual Studio C # 20

2.4 Станок с числовым программным управлением 20

2.4.1 Особенности программирования, применяемые в станках с ЧПУ 21

2.4.2 Фрезерный станок с ЧПУ 22

2.4.2.1 Преимущества оборудования 24

2.4.2.2 Работа на оборудовании 24

2.4.3 Токарный станок с ЧПУ 25

3 Разработка автоматизированной системы подачи жидкости 27

3.1 Разработка плунжерного насоса 27

3.2 Разработка редуктора 38

3.3 Составные части автоматизированной системы подачи жидкости с поддержанием заданного давлением 41

3.3.1 Электронные клапана 42

3.3.2 Датчик давления 43

3.3.3 Шаговый двигатель 44

3.3.4 Плата Arduino 46

3.3.5 Программное обеспечение управления 47

3.3.6 Программное обеспечение построения графиков 48

4 Экономическая эффективность 51

4.1 Общие положения 51

4.2 Обоснование выбора объекта для сравнения 53

4.3 Расчёт рыночной стоимости затратным подходом 54

Заключение 58

Список использованной литературы 59

Приложение А Чертежи 63

Приложение Б Исходный код программы построения графика 66

ВВЕДЕНИЕ

В типовых системах, связанных с созданием давления, где используются плунжерные насосы, имеется особенность, связанная с протеканием процесса перекачки рабочего тела. Плунжерные насосы высокого давления способны создавать давление и поддерживать его, а в зависимости от конструкции насоса, создаваемое давление будет нарастать или поддерживаться неравномерно. Этот процесс обусловлен различными механическими особенностями конструкции и заключается в наличии пульсаций подачи и давления (при возрастании или понижении давления), обусловленных неравномерностью хода плунжеров.

Существуют задачи, для которых требуется поддержание заданного давления с наименьшими колебаниями. В современном машиностроение это достигается с помощью расширительных интегрирующих баков или с помощью использования гидравлических демпферов, включающих: демпферы пульсаций стабилизаторы потоков, гасители пульсаций и глушители гидроударов.

Но в некоторых случаях не имеется возможности размещения данных установок из-за технических ограничений. Поэтому необходимо исследовать методы поддержания давления.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка лабораторного стенда автоматизированной системы подачи жидкости для исследования метода поддержания заданного давления. Для достижения данной цели, необходимо выполнить следующие задачи:

– спроектировать двухплунжерный насос;

– разработать двухплунжерный насос;

– разработать программное обеспечение управления системой;

– разработать программное обеспечение считывания данных;

– собрать лабораторный стенд.

В первой главе данной работе рассмотрены принципы построения автоматизированных систем управления, проблема пульсаций давления в плунжерных насосах, предполагаемый лабораторный стенд автоматизированной системы подачи жидкости, а также аналог проектируемой системы. Во второго главе – программное обеспечение и оборудование, необходимое для разработки лабораторного стенда. В третьей – процесс разработки двухплунжерного насоса, редуктора, программного обеспечения управления, программного обеспечения считывания данных. В четвертой – экономическая эффективность.

Результаты выпускной квалификационной работы используются компанией ООО «ТЕВАТ ИНЖИНИРИНГ».

Работа была представлена на 75-ей студенческой научно-практической конференции ДВГУПС.

1 Проектирование автоматизированной системы подачи жидкости

1. Принципы построения автоматизированной системы управления

Автоматизированная система управления (АСУ) – комплекс технических и программных средств, обеспечивающий в тесном взаимодействии с отдельными специалистами или коллективами управление объектом в производственной, научной или общественной сфере [23].

Основное преимущество АСУ перед «ручными» методами управления состоит в том, что для принятия необходимых решений управленческому персоналу предоставляется более полная, своевременная и достоверная информация в удобной для восприятия форме. АСУ осуществляет автоматизированный сбор и обработку информации, хранение ее в памяти компьютера, использование нормативно-справочной, исходной, промежуточной и выходной информации [16].

В автоматизированной системе подачи жидкости необходимы:

– объект управления;

– программное обеспечение управления процессом;

– датчики.

Объектом управления является механическое устройство. В системах подачи жидкости, объектом управления является насос. В данной работе используется двухплунжерный насос, авторской конструкции.

В управляемом процессе можно выделить основные потоки информации, характеризуемые следующими группами параметров:

– измеряемые параметры Χ = (Χ₁,Χ₂, . . . Χ_П), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов;

– управляемые параметры Υ = (Υ₁,Υ₂, ... , Υ_п), которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, значением регуляторов;

– не измеряемые и неуправляемые параметры ƒ = (ƒ₁,ƒ₂, …, ƒ_п) – изменяющиеся со временем характеристики технологического оборудования, износ инструмента, отказ оборудования и др. Наличие подобных случайных факторов, воздействующих на объект управления, может значительно влиять на управляемую величину Υ, и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание. На вход управляющего вычислительного компьютера (УВК) от датчиков (давления) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров Χ, характеризующих ход процесса.

УВК обрабатывает эту информацию в соответствии с принятым законом управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействия u=(u₁,u₂,…,u_m), которые необходимо приложить к исполнительным механизмам для изменения управляемых параметров Υ, с тем чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.

Многие измерительные датчики вырабатывают свои сигналы в виде напряжения, силы тока, сопротивления, угла поворота, т. е. в форме непрерывного (аналогового) сигнала. Подводимые к исполнительным механизмам управляющие воздействия u должны вырабатываться в форме напряжений, т. е. также в аналоговой форме.

Так как УВК оперирует с цифровыми (дискретными) величинами, то поступающие на ее вход величины Χ должны предварительно быть преобразованы в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий – из цифровой формы в аналоговую, т. е. в соответствующие напряжения. Некоторые входные сигналы и некоторые выходные управляющие сигналы имеют релейный характер [24].

Таким образом, в УВК должны входить преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными. Посредством коммутатора преобразователь поочередно подключается к каждому датчику и осуществляет преобразование соответствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК [24].

1.2 Проблема пульсаций давления в разрабатываемой системе

Жидкостные насосы высокого давления способны создавать давление и поддерживать его, а в зависимости от конструкции насоса, создаваемое давление будет нарастать или поддерживаться неравномерно. Этот процесс обусловлен различными механическими особенностями конструкции, например, в плунжерных насосах имеется наличии пульсаций подачи и давления (при возрастании или понижении давления), обусловленных неравномерностью хода плунжеров. В шестерёнчатых насосах рабочее тело смешивается с основным объемом порциями, что также создает пульсацию давления.

Существуют задачи, для которых требуется поддержание псевдо-постоянного давления с наименьшими колебаниями. В современном машиностроение это достигается с помощью расширительных интегрирующих баков или с помощью использования гидравлических демпферов, включающих: демпферы пульсаций (рисунок 1.1), стабилизаторы потоков, гасители пульсаций и глушители гидроударов [15].

Рисунок 1.1 – Выравнивание давления с помощью демпферов

Но в некоторых случаях не имеется возможности размещения данных установок из-за технических ограничений. Поэтому ставится задача исследование методов поддержания давления. Для решения данной задачи разработан лабораторный стенд автоматизированной системы подачи жидкости, авторской конструкции, позволяющая исследовать методы поддержания заданного давления.

1.3 Физический аналог проектируемой системы

Существуют лабораторные плунжерные насосы серии ЛН (рисунок 1.2), предназначенные для создания непрерывного потока жидкости без пульсаций давления. Такой насос состоит из двух независимых плунжеров, снабженных автоматическими клапанами для обеспечения плавного переключения с одного цилиндра на другой [9].

Насос позволяет вести прокачку жидкостей в режиме постоянного расхода или постоянного давления. Реверсный режим автоматически включается при росте давления для откачки жидкости из системы.

Рисунок 1.2 – Лабораторный насос серии ЛН

Во время подачи жидкости осуществляется точное измерение прокачанного объема, что позволяет использовать насос для дозирования жидкостей. Детали насоса, контактирующие с жидкостью, изготовлены из коррозионностойких материалов для прокачки агрессивных растворов.

Насос управляется с помощью сенсорного экрана, расположенного на лицевой панели, кроме того, насос соединен с персональным компьютером для управления режимами работы и передачи данных о давлении и расходе [14].

Преимуществом такой конструкции является возможность управления давлением в каждой рабочей камере независимо от другой. Недостатком – наличие двух шаговых двигателей, управляющих независимыми плунжерами. Способ создания постоянного давления сводится к выравниванию давления за счет регулирования в первой и второй камере отдельно.

Основные режимы работы насосов:

• поддержание постоянного расхода;

• поддержание постоянного давления;

• поддержание заданного перепада давления по внешнему дифференциальному датчику давления;

– программируемые циклы с плавным изменением заданного параметра (изменение давления/расхода на заданную величину за определенное время).

1.4 Предлагаемый лабораторный стенд автоматизированной системы

В данной работе предложен лабораторный стенд автоматизированной системы подачи жидкости, в состав которой входит: шаговый двигатель, плунжерный насос, программное обеспечение управления. Данная система необходима для исследования метода регулирования давления.

1.4.1 Шаговый двигатель

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. При проектировании конкретных систем приходится делать выбор между сервомотором и шаговым двигателем. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а требуемый момент и скорость не выходят за допустимые пределы, то шаговый двигатель является наиболее экономичным решением [12].

Виды шаговых двигателей:

– двигатели с переменным магнитным сопротивлением;

– двигатели с постоянными магнитами;

– гибридные двигатели;

– биполярные и униполярные шаговые двигатели.

Способы управления фазами шагового двигателя:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР