ВКР (1194189), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

– полношаговый режим;

– полушаговый режим;

– микрошаговый режим.

1.4.2 Плунжерный насос

Плунжерный насос – объёмный насос простого действия, рабочий орган которого выполнен в виде плунжера.

Плунжер в камере совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера вправо давление в камере понижается и становится ниже, чем давление жидкости во всасывающей трубе. Под действием разности давлений всасывающий клапан открывается, и жидкость заполняет рабочую камеру. При движении плунжера влево давление в камере возрастает и становится выше, чем давление в нагнетательном трубопроводе. Открывается нагнетательный клапан, и жидкость из камеры вытесняется в напорный трубопровод.

Для обеспечения уплотнения плунжер должен иметь достаточную износостойкость, герметичность достигается высокой точностью изготовления и жесткими требованиями к шероховатости поверхности. Последние условия обусловили высокую стоимость плунжерных пар.

Конструкции плунжерных насосов отличаются, но общие принципы действия сохраняются. Так, например, насос высокого давления дизельного двигателя не имеет нагнетательных клапанов. Их роль выполняют клапаны в форсунках. В таких разновидностях плунжерных насосов, как аксиально- и радиально-роторно-поршневые насосы имеют вращающиеся блоки рабочих камер. При их вращении поочередно совмещаются нагнетательные и всасывающие отверстия блоков и обойм. При этом поочередно открываются проходы в нагнетательные и всасывающие трубопроводы соответственно [11].

Плунжерный насос применяется чаще всего для дозированной подачи жидкости под высоким давлением. Большую группу насосов представляют насосы, относящиеся к буровому и нефтепромысловому оборудованию. Насосы, используемые в буровой технике, имеют одинаковый принцип действия и сходные условия эксплуатации. Отличительными особенностями являются: высокое давление нагнетания, перекачка вязких жидкостей, содержащих химические вещества и абразивные частицы, эксплуатация в полевых условиях [11].

1.5 Исследуемый способ регулирования

В данной работе разрабатывается лабораторный стенд автоматизированной системы подачи жидкости для исследования способа регулирования хода ведущего вала плунжерного насоса с целью поддержания псевдо-постоянного давления. Это достигается путем использования ПИД-регулятора управляющими, входами которого является датчик давления, а выходом – частота оборотов шагового двигателя, приводящего в движение ведущий вал насоса. Датчик давления позволяет считывать значения выходного давления, образованного только от одного плунжера, таким образом можно определять давление в левой и правой камерах сжатия.

Предполагается, что такой способ позволит уменьшить отклонения от заданного уровня давления. Тем не менее, создаваемое давление будет являться псевдо-постоянным по причинам невозможности моментального изменения частоты оборотов двигателя и наличия мертвого хода, что имеет место в плунжерных насосах.

2 Программные и технологические средства разработки автоматизированной системы

2.1 Системы автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования (САПР, CAD) – автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности [10].

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР – повышение эффективности труда инженеров, включая:

– сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

– сокращения сроков проектирования;

– сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

– повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

– сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

– автоматизации оформления документации;

– информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

– использования технологий параллельного проектирования;

– унификации проектных решений и процессов проектирования;

– повторного использования проектных решений, данных и наработок;

– стратегического проектирования;

– замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

– повышения качества управления проектированием;

– применения методов вариантного проектирования и оптимизации [10].

2.1.1 Компоненты и обеспечение САПР

Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.

Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.) [2].

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

– техническое обеспечение (ТО) – совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).

– математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:

а) математические методы и построенные на них математические модели;

б) формализованное описание технологии автоматизированного проектирования;

– программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное:

а) прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР) [29];

б) общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система;

– информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР – базы данных;

– лингвистическое обеспечение (ЛО) – совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога проектировщик-ЭВМ и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания [30].

2.1.2 Autodesk Inventor

Семейство продуктов для функционального трехмерного машиностроительного проектирования и конструирования. Система обеспечивает автоматическое составление спецификаций и разработку полной рабочей документации по однажды созданной трехмерной модели изделия, проведение инженерных расчетов, перенос проектных данных в AutoCAD и другие САПР.

Autodesk Inventor является основой технологии цифровых прототипов Autodesk. Модель, подготовленная в Inventor, является точным цифровым 3D прототипом изделия, с помощью которого можно проверять конструкцию в действии параллельно с ведением конструкторских работ.

Autodesk Inventor обладает интуитивной параметрической рабочей средой для создания концептуальных эскизов и кинематических моделей деталей и изделий. В Inventor автоматически формируются интеллектуальные представления таких компонентов, как пластмассовые детали, металлические рамы, вращающиеся компоненты, трубопроводные системы, электрические провода и кабели [9].

Базовая функциональность продукта:

– 3D компоновка и проектирование систем;

– проектирование деталей из пластмассы;

– проектирование деталей из листового материала;

– проектирование изделий.

С помощью Autodesk Inventor спроектированы детали двухплунжерного насоса, а также проведено исследование поведения системы при нагрузках.

2.1.3 КОМПАС-3D

КОМПАС-3D – система трехмерного проектирования, с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.

Ключевой особенностью продукта является использование собственного математического ядра С3D и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН [8].

КОМПАС-3D обеспечивает поддержку наиболее распространенных форматов 3D-моделей (STEP, ACIS, IGES, DWG, DXF), что позволяет организовывать эффективный обмен данными со смежными организациями и заказчиками, использующими любые CAD / CAM / CAE-системы в работе [8].

В данной работе КОМПАС-3D используется для составления спецификаций, соответствующих государственным стандартам.

2.2 Сравнение САПР для проектирования двухплунжерного насоса

Сравнение и выбор производится среди САПР, изученных в рамках подготовки бакалавров специальности 09.03.01 Информатика и вычислительная техника: КОМПАС-3D, Autodesk Inventor.

В основе этих двух программах лежит технология трехмерного параметрического моделирования, то есть моделирования с использованием параметров элементов модели, изменяя которые, возможно просмотреть различные конструктивные схемы.

Основная задача, решаемая системой КОМПАС-3D – моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство. Эти цели достигаются благодаря возможностям:

– быстрого получения конструкторской и технологической документации, необходимой для выпуска изделий (сборочных чертежей, спецификаций, деталировок и т.д.);

– передачи геометрии изделий в расчетные пакеты;

– передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ;

– создания дополнительных изображений изделий (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

Autodesk Inventor решает задачи твердотельного моделирования деталей, сборок, выпуска конструкторской документации. По сравнению с остальными САПР, Inventor обладает следующими преимуществами:

– адаптивное конструирование, которое позволяет инженерам машиностроительного профиля проектировать естественным для себя образом;

– адаптивная компоновка;

– встроенный конструктор элементов;

– системы поддержки и сопряжения процесса конструирования;

– интерфейс включает в себя проектирование на уровне эскиз-объект, систему обучения и помощи, включающую в себя интерактивные видеовставки;

– возможность проектирования сверху вниз (от проектирования сборочного узла до проектирования деталей, которые в него входят), или проектирование снизу-вверх, проектируя по одной детали в каждый момент времени. Конструктор может использовать одновременно уже спроектированные детали и схематичные зависимости в трёхмерном пространстве, чтобы можно было заранее увидеть, как всё будет работать до разработки конечной версии взаимосвязей деталей;

– обладает инструментом адаптивных сборок. При работе с крупными сборками применяется адаптивная технология подкачки данных; всё это происходит автоматически, без указания деталей в сборке для их обновления после редактирования.

В Inventor применяется и технология адаптивного моделирования, т.е. при изменении размера одного элемента модели меняются и сопряжённые с ним другие элементы модели. Это позволяет сконцентрироваться на функциональности сборки, а не на размерах составляющих её деталей.

2.3 IDE для создания программного обеспечения

Интегрированная среда разработки, ИСP/IDE – комплекс программных средств, используемый программистами для разработки программного обеспечения (ПО).

Среда разработки включает в себя:

– текстовый редактор;

– компилятор и/или интерпретатор;

– средства автоматизации сборки;

– отладчик.

2.2.1 Arduino

Arduino – физическая вычислительная платформа и открытым исходным кодом, основанная на плате ввода-вывода и среда разработки, которая использует язык Processing. Платы Arduino могут считывать входные данные – свет датчика, нажатие кнопки или текстовое сообщение – и превращать их в выходной сигнал – активацию двигателя, включение светодиода, публикацию сообщения на дисплеи. Управление платой осуществляется путем передачи инструкций микроконтроллеру AtMega32. Для этого используется язык программирования Arduino (на основе Wiring) и Arduino Software (IDE), основанный на обработке входных данных [7].

Микроконтроллеры для Arduino отличаются наличием предварительно запрограммированного в них загрузчика (bootloader). С помощью этого загрузчика пользователь загружает свою программу в микроконтроллер без использования традиционных отдельных аппаратных программаторов. Загрузчик соединяется с компьютером через интерфейс USB или с помощью отдельного переходника UART-USB. Поддержка загрузчика встроена в Arduino IDE и выполняется в один щелчок мыши [6].

На случай затирания загрузчика или покупки микроконтроллера без загрузчика разработчики предоставляют возможность прошить загрузчик в микроконтроллер самостоятельно [1]. Для этого в Arduino IDE встроена поддержка нескольких популярных дешевых программаторов, а большинство плат Arduino имеет штыревой разъем для внутрисхемного программирования (ICSP для AVR, JTAG для ARM) [6].

В данной работе используется IDE Arduino необходимое для реализации программного обеспечения, задачей которого является управление оборотами шагового двигателя с целью уменьшения пульсаций давления. Для реализации данного ПО используется библиотека stepper.h, в которой реализованы основные функции управления шаговым двигателем. Кроме того, с помощью среды Arduino реализован программный ПИД-регулятор на входы которого поступают данные с датчиков давления и с выходов которого считываются данные о изменении оборотов шагового двигателя.

2.2.2 Visual Studio C #

Характеристики

Список файлов ВКР