Разработка автоматизированной системы управления упаковочной линией

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 5
1.1 Описание требований, предъявляемых к автоматизированной системе управления упаковочной линией 5
1.2 Исследование аналогов объекта автоматизации 19
2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ 22
2.1 Разработка структурной схемы 22
2.2 Подбор элементой базы 24
2.3 Разработка функциональной схемы автоматизации 28
2.4 Разработка электрической принципиальной схемы 30
3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ 34
3.1 Разработка алгоритма работы 34
3.2 Разработка программы управления 35
3.3 РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСЧТОНИКОВ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 70
ПРИЛОЖЕНИЕ В 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 72

Весь текст будет доступен после покупки

Современные промышленные предприятия стремятся к повышению эффективности производственных процессов за счёт внедрения автоматизированных систем управления (АСУ), что позволяет не только сократить издержки и минимизировать влияние человеческого фактора, но и обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции. Особенно остро эта задача стоит в упаковочной отрасли, где высокая производительность линий, точность дозирования и надёжность упаковки напрямую влияют на конкурентоспособность продукции на рынке. В условиях растущих требований к скорости, гибкости и энергоэффективности оборудования автоматизация упаковочных линий становится не просто вспомогательным, а ключевым элементом технологического процесса.
Актуальность настоящей выпускной квалификационной работы обусловлена необходимостью модернизации существующих и разработки новых решений для автоматизации упаковочного оборудования, в частности – автоматических термоупаковочных машин, широко применяемых на предприятиях пищевой, химической и лёгкой промышленности. Анализ эксплуатации подобных линий показывает, что многие из них функционируют на устаревшем оборудовании с ограниченными возможностями управления, что снижает общую производительность и увеличивает риск брака. В связи с этим возникает потребность в создании современных, гибких и экономически доступных систем управления, сочетающих надёжность промышленных решений с возможностями современной элементной базы.
Целью данной работы является разработка автоматизированной системы управления упаковочной линией на базе автоматической термоупаковочной машины ТМ-1А, обеспечивающей стабильную работу, высокую производительность и простоту интеграции в существующие производственные процессы.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
1. Провести анализ требований, предъявляемых к автоматизированным системам управления упаковочными линиями, с учётом нормативной и технической документации.
2. Исследовать существующие аналоги упаковочного оборудования и систем управления им.
3. Разработать структурную, функциональную и электрическую принципиальную схемы автоматизации.
4. Выполнить подбор и обоснование выбора элементной базы (датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров).
5. Разработать алгоритм и программное обеспечение управления системой.
6. Реализовать и провести апробацию разработанной системы на физическом макете.
Объектом исследования выступает процесс упаковки продукции на автоматической термоупаковочной машине.
Предметом исследования является автоматизированная система управления упаковочной линией, включающая аппаратные и программные средства.

Весь текст будет доступен после покупки

АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Автоматические системы управления
Управление – это процесс воздействия на объект с целью обеспечения требуемого течения процессов в нём или требуемого изменения его состояния. Основой управления является получение и обработка информации о состоянии объекта, внешних условиях его работы, для определения его воздействий, которые необходимо приложить к объекту, чтобы обеспечить достижение цели управления.
Объект управления (ОУ) может принадлежать как к неживой природе – может быть техническим устройством (двигатель, самолет, станок и т.д.), так и к живой (животное, коллектив людей и т.д.).
Управление может осуществляться человеком, в этом случае говорят о ручном управлении, если управление осуществляется техническим устройством, оно называется автоматическим.
Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса. Например, параметрами технологического процесса могут быть температура, давление, расход, скорость, напряжение и т.д.
Автоматическое управление – автоматическое поддержание постоянства какой-либо физической величины (температуры, давления, уровня жидкости и т. д.), характеризующей технологический процесс, или её изменение по заданному закону, или изменение её в соответствии с измеряемым внешним процессом (следящее регулирование).
Алгоритм управления – последовательность операций, которые должны быть реализованы техническими средствами в соответствии с получаемой информацией и результатами промежуточных вычислений, чтобы обеспечить протекание технологического процесса в требуемом направлении.
Регулирование – частный вид управления, когда задачей является обеспечение изменения какого-либо параметра системы по определенно заданному закону. Автоматическое регулирование осуществляется приложением управляющего воздействия к регулирующему органу объекта управления.
Для осуществления автоматического регулирования в систему вводится регулятор, вырабатывающий совместно с управляющим устройством (УУ) управляющее воздействие. Объект управления, автоматический регулятор и управляющее устройство вместе образуют автоматическую систему регулирования (АСР).
Особенность структуры АСР состоит в том, что объект управления рассматривается как составной элемент системы автоматики. Рассмотрим типовую структурную схему АСР, представленную на рисунке 1. На схеме отображены основные узлы системы и параметрические связи между ними.

Весь текст будет доступен после покупки

1) AMG8833 Grid-EYE Infrared Array Sensor Datasheet [Электронный ресурс] / Panasonic. – URL: https://www3.panasonic.biz/ac/e/control/sensor/ temperature-sensor/grid-eye/index.jsp, свободный. – Загл. с экрана.
2) Arduino. Official Documentation: Servo Motor Control with Arduino [Электронный ресурс]. – URL: https://docs.arduino.cc/learn/electronics/servo-motors, свободный. – Загл. с экрана.
3) FLIR Systems. Thermal Imaging for Fire Detection and Prevention [Электронный ресурс]. – URL: https://www.flir.com/discover/rd-science/thermal-imaging-for-fire-detection/, свободный. – Загл. с экрана.
4) MasterSCADA. Официальный сайт разработчика [Электронный ресурс]. – URL: https://masterscada.com/, свободный. – Загл. с экрана.
5) Беляев, С. К. Роботизированные комплексы пожаротушения: учебное пособие / С. К. Беляев. – Москва: Академия ГПС МЧС России, 2021. – 142 с.
6) Васильев, В. В. Цифровая обработка тепловизионных изображений: учебное пособие / В. В. Васильев, А. Н. Котов. – Томск: ТУСУР, 2020. – 128 с.
7) ГОСТ 2.755-87. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения. – Москва: ИПК Издательство стандартов, 2005. – 32 с.
8) ГОСТ Р 12.2.049-2021. Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности. – Москва: Стандартинформ, 2021. – 24 с.
9) ГОСТ Р 53325-2012. Техника пожарная. Общие технические требования. Методы испытаний. – Москва: Стандартинформ, 2020. – 48 с.
10) Григорьев, А. В. Тепловизионные системы наблюдения и контроля : учебное пособие / А. В. Григорьев. – Москва: Горячая линия–Телеком, 2021. – 240 с.

Весь текст будет доступен после покупки