В.Г. Каширских Программа и методические указания

10

Результатом работы на этом этапе является полная математическая модель системы: преобразователь электрической энергии - электрическая машина - механическое устройство.

Формулирование и решение задачи оптимизации и адаптивного управления. Синтез САУ электроприводом. Формулировкой оп-

тимизационной задачи должно являться выражение в математической форме желаемых целей, включая конкретные значения показателей точности и качества управления, показателей качества конструкции и параметров элементов ЭП.

Формулирование и решение задачи оптимального и адаптивного управления преследует цель создания аналитической конструкции оптимального управляющего устройства, оптимизации конструкции и параметров элементов ЭП.

Этап должен выполняться с использованием методов оптимизации электротехнических конструкций и теории оптимального и адаптивного управления.

Результат, полученный на этом этапе, по указанию руководителя проекта реализуется в виде электрического аппарата или алгоритма и программы на ЭЦВМ.

На данном этапе должен быть обоснованно выбран метод синтеза и выполнен синтез САУ электроприводом.

Расчет и исследование на аналоговых и цифровых вычислительных машинах статических и динамических характеристик электропривода. Расчет по известным методикам статических и динамических характеристик электропривода, исследование их в требуемых диапазонах регулирования координат, расчет переходных процессов в штатных и нештатных ситуациях, а также проверку адекватности полученных результатов при математическом моделировании объекта известным из экспериментальных данных, соответствия требованиям, сформулированным в разделах 1, 3, и эффективности введения управляющих устройств необходимо выполнять на АВМ или ЭЦВМ.

Фиксация результатов, полученных на АВМ, производится светолучевым осциллографом или самопишущими приборами с соответствующей частотной характеристикой.

Результаты, полученные на ЭЦВМ, обрабатываются и представляются в виде таблиц и графиков.

Все материалы моделирования, вычислений, а также алгоритмы и программы для ЭЦВМ прилагаются к пояснительной записке.

11

После синтеза САУ и получения результатов расчетов и исследований спроектированной ЭМС необходимо проверить соответствие выбранных двигателей и ПЭ по условиям динамики ЭМС.

РАЗДЕЛ 6. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ И РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. Этап представляет собой часть работы, показывающую способность студента реализовывать выполненные им теоретические разработки. Содержание раздела изменяется в зависимости от задания на проектирование.

На основании расчетов и результатов исследований окончательно выбираются элементы (силовые, информационно-управляющие и защиты) и разрабатываются принципиальная схема автоматизированного электропривода (АЭП) с обоснованными принципами и техническими средствами защиты и электромонтажная схема АЭП, устройства или блока (по указанию руководителя).

Кпояснительной записке необходимо приложить:

−принципиальную схему АЭП и электромонтажную схему АЭП или разработанного устройства (блока);

−описание работы узлов и АЭП.

В зависимости от условий задания результатом этапа может быть также макетный образец, физическая или машинная модель.

Расчет надежности автоматизированного электропривода.

Расчет выполняется по известным методикам. Детальность расчета устанавливается руководителем.

Составление спецификации и смет на электрооборудование.

Смета на электрооборудование и его монтаж составляется по укрупненным показателям, т.е. на силовое оборудование и комплексные устройства автоматического контроля, управления и регулирования, а также на кабельную продукцию и установочные материалы.

Конструктивная разработка. Объект для конструктивной разработки и детальность разработки задаются руководителем с учетом темы проекта, производственной или научной необходимости. В пояснительной записке дается краткое описание объекта конструктивной разработки, при необходимости приводятся соответствующие расчеты. В качестве разработки может быть рекомендовано:

−конструктивная разработка узлов или элементов схемы электропривода;

12

−конструирование электрических шкафов и пультов управления, взрывобезопасных электроаппаратов или станций управления в соответст-

вии с существующими нормалями.

Результатом подраздела являются чертежи или макетный образец.

Экспериментальные исследования. В зависимости от задания итогом проекта (работы) могут быть производственные или лабораторные экспериментальные исследования, на основании которых даются характеристики как отдельных узлов ПЭ и САУ, так и всей системы электропривода. При этом объект и в отдельных случаях ПЭ могут быть представлены физическими и аналого-цифровыми моделями. Модель объекта может быть комплексной, состоящей из нагрузочного стенда (например из имеющихся в лабораториях электродвигателей механического передаточного устройства и электромагнитной порошковой муфты или нагрузочного электропривода) и АВМ. Параметры исследуемой установки, адекватной реальной, должны выбираться на основе теории подобия.

Полученные результаты исследований в виде осциллограмм, характеристик и др. прилагаются к пояснительной записке.

Монтаж и наладка. Излагаются рекомендации по монтажу и наладке проектируемой системы электропривода. В зависимости от характера задания может разрабатываться и прилагаться к пояснительной записке «Инструкция по наладке и эксплуатации».

РАЗДЕЛ 7. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ. В этом разделе разрабатывается система электроснабжения электроприводов рабочих машин (экскаваторов, буровых станков, конвейеров, питателей, смесителей, подъемников, насосов, вентиляторов, компрессоров и др.).

Проектирование системы электроснабжения включает в себя решение следующих вопросов:

−выбор расчетной схемы электроснабжения объекта;

−определение расчетных нагрузок и выбор мощности силового трансформатора;

−выбор сечения приводов и жил кабелей;

−расчет токов короткого замыкания и выбор аппаратов защиты и управления;

−определение уставок защит.

13

РАЗДЕЛ 8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА. В этом разделе излагаются основные мероприятия по охране труда и технике безопасности при монтаже и эксплуатации электрооборудования и средств автоматизации, созданию нормальных условий труда, индивидуальной защите, пожаро- и электробезопасности, по спасению людей и ликвидации аварий на объекте.

РАЗДЕЛ 9. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА. Разрабатываются мероприятия по охране труда и технике безопасности при эксплуатации и монтаже электрооборудования и средств автоматизации проектируемого объекта.

РАЗДЕЛ 10. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. По действующим отраслевым методикам производится расчет экономического эффекта от применения разработанной системы в народном хозяйстве для конкретных условий вместо применяемой в настоящее время системы электропривода.

При этом надо учитывать, что основные показатели (капитальные вложения на внедрение нового мероприятия, себестоимость продукции до и после внедрения предлагаемого мероприятия, срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, рост производительности труда или снижение трудоемкости выпускаемой продукции) не всегда могут дать исчерпывающее представление о действительной эффективности внедряемого мероприятия. Поэтому в дополнение к ним необходимо использовать и вспомогательные показатели: степень использования производственных мощностей, повышение долговечности, мощности, износоустойчивости оборудования и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В этой части пояснительной записки дается краткая характеристика выполнения поставленных задач и приводятся полученные конечные результаты.

4.1.2 Графическая часть проекта

Графическая часть проекта состоит из 7-8 отдельных листов чертежей формата А1 и рисунков в тексте пояснительной записки. В отдельных случаях при изготовлении сложных трудоемких реальных образцов, действующих моделей, макетов руководитель проектирования

14

может уменьшить количество чертежей. Перечень листов с указанием их содержания определяется заданием на дипломный проект. Он примерно включает:

−расположение установки в производственных условиях;

−общий вид установки, ее кинематическую схему и размещение электрооборудования;

−обзорный материал (конструкции, блок-схемы, принципиальные электрические схемы, статические и динамические характеристики), иллюстрирующий известные способы и технические средства сравниваемых вариантов электропривода и его САУ;

−нагрузочные диаграммы и тахограммы машин;

−функциональную и структурную схемы, статические и динамические характеристики отдельных элементов и всей системы электропривода, графики переходных процессов в штатных и нештатных ситуациях;

−принципиальные электрические схемы;

−монтажные схемы и конструктивные разработки элементов разрабатываемой системы;

−схемы электроснабжения электропривода и его элементов.

4.2 Программа проектов группы «Автоматизация производственных процессов»

Предметом проектирования этой группы проектов являются системы автоматизации технологических процессов и оборудования (агрегатов, установок, комплексов машин, технологических линий, производств), действующие в условиях промышленного производства, в частности на предприятиях горной, химической, строительной индустрии. Проектируемые системы должны решать комплекс задач автоматизации технологического уровня:

контроль работы и состояния оборудования и системы управления (измерение, сигнализация, учет, регистрация параметров, диагностика);стабилизация параметров технологического процесса (операций) или их изменение во времени по заданному закону (автоматическое регулирование режимов работы оборудования);

дискретное управление последовательностью и длительностью технологических операций по заданной программе и (или) в заданной

15

зависимости от состояния технологического оборудования (программ- но-логическое управление циклом);

защита оборудования и оперативного персонала в аварийных ситуациях;

управление пуском и остановом оборудования (ввод объекта управления в работу и оперативное прекращение его функционирования).

Системы управления должны выполняться на базе микропроцессорных средств автоматики (УВМ, программируемых контроллеров, управляющих вычислительных сетей).

Проект состоит из двух частей - пояснительной записки и графического материала.

4.2.1 Пояснительная записка

Пояснительная записка (ПЗ) состоит из введения, разделов, заключения и списка литературы. Наименование и примерный объем в

ВВЕДЕНИЕ. Обосновывается актуальность темы дипломного проекта. При этом используется информация по перспективам развития производственного объекта, о состоянии и направлении работ по его автоматизации в нашей стране и за рубежом.

Устанавливаются цели и задачи проекта, отмечаются ожидаемые результаты от использования разработанной системы автоматизации в промышленном производстве.

16

РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ. В этом разделе представляются исходные данные, необходимые

для выполнения последующих разделов проекта. К ним относятся: технологическая схема объекта (процесса), подлежащего автома-

тизации; технологическая карта (режимы, последовательность и длитель-

ность операций процесса); характеристики материальных потоков: расход, температура, дав-

ление и т.д.; технические характеристики технологического оборудования

(паспортные данные); функциональная схема и технические средства существующей на

объекте системы автоматизации (ФСА, спецификация СА); статические и динамические характеристики объекта управле-

ния;размещение средств автоматизации на объекте (план); характеристика окружающей среды: температура, влажность, за-

пыленность, взрыво- и пожароопасность, наличие вибраций и т.д.; характеристика системы электроснабжения объекта: кабели, пус-

ковая и защитная аппаратура, электрические нагрузки и т.д.; технико-экономические характеристики функционирования объ-

екта: нормы на сырье, целевые и побочные продукты, прибыль, себестоимость единицы продукции, годовой объем производства, энергозатраты, оперативный персонал (численность, зарплата), капитальные и эксплуатационные затраты на средства автоматизации и т.д.

Для неавтоматизированных объектов особое внимание следует уделить исполнительным устройствам (механизмам), режимам их работы и схемам управления, а также содержанию операций контроля, управления и регулирования на объекте, выполняемых оперативным персоналом.

Раздел 1 выполняется на основе материалов, собранных во время производственной и преддипломной практик, включая также результаты элементарных исследований, проведенных студентом на практике по заданию руководителя проекта.

Рекомендуется выделить в разделе 1 три подраздела: Технологический процесс и оборудование; Системы автоматизации и электроснабжения объекта; Технико-экономические показатели работы объекта.

17

РАЗДЕЛ 2. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА.

Вданном разделе выполняется по литературным источникам обзор известных в нашей стране и за рубежом способов и технических средств автоматизации, которые могут быть использованы для решения задач автоматического контроля, управления и регулирования на заданном объекте управления. Рекомендуется выделить три подраздела:

Способы автоматизации объекта; Технические средства автоматизации; Патентные исследования.

Обзор способов рекомендуется проводить на уровне алгоритмов и блок-схем контроля, управления, регулирования, защиты и сигнализации с кратким пояснением их возможностей, достоинств и недостатков. Анализ типовых и технических средств автоматизации выполняется в табличной форме с указанием паспортных данных, основных функций, достоинств и недостатков, области применения.

Обязательно представляется обзорная информация по микропроцессорным средствам автоматики (микроЭВМ, программируемые контроллеры), которые могут быть использованы для автоматизации объекта, а также по микропроцессорным системам.

Для обеспечения высокого технического уровня решения задачи автоматизации, разработки собственных оригинальных решений и даже оформления заявки на изобретение студентом-дипломником должны быть проведены патентные исследования по одному из вопросов (способу или устройству автоматизации), согласованному с руководителем проекта.

Патентные исследования включают в себя три этапа: формирование программы (плана) поиска патентной информации; поиск и отбор источников патентной информации по предмету

(вопросу) поиска, установленному в программе поиска; анализ отобранной патентной информации (рефератов, описаний

изобретений).

Регламент поиска оформляется в виде таблицы. Пример регламента поиска по теме «Автоматический контроль стальных канатов» приведен в таблице 4.1.

Вдипломном проекте представляется таблица, аналогичная таблице 4.1, но со своим предметом поиска, индексами МКИ и временны-

18

ми интервалами поиска (рекомендуется просматривать патентную информацию за последние 5-10 лет). Страны поиска и источники патентной информации не изменяются.

Таблица 4.1. – Регламент поиска патентной информации

19

№10 ходной блок, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля оно снабжено блоком управления, включенным между выходом генератора и входным блоком

В соответствии с принятой программой (см. таблицу 4.1) просматриваются источники патентной информации и отбираются для последующего анализа патентные документы, имеющие прямое отношение к предмету поиска. Результаты этой работы оформляются таблицей. В качестве примера оформления в таблице 4.2 представлены патентные документы, отобранные для анализа по теме «Автоматический контроль стальных канатов».

В таблице 4.2 должно быть представлено не менее 4-5 изобретений. Изобретения, а также опубликованные заявки, представленные в таблице 4.2, в дальнейшем должны быть систематизированы студентом, подвергнуты сравнительному анализу с использованием структурных схем, отражением достоинств и недостатков рассматриваемых технических решений, формированием выводов, в частности о возможности использования отдельных изобретений в проекте.

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ.

В этом разделе формируются технические требования к разрабатываемой системе на основе сведений о свойствах объекта автоматизации (раздел 1) и рассмотренных при обзоре вариантов его автоматизации (раздел 2). Требования могут быть направлены на реализацию как известных, так и новых функций контроля, управления и регулирования объекта, повышение качества, управления, модернизацию технических средств автоматики, улучшение технико-экономических показателей функционирования системы: повышение производительности, надежности, безопасности, снижение расхода электроэнергии и материалов, высвобождение обслуживающего персонала и др. Следует помнить, что