Разработка и исследование системы управления станком для гравировки и печатных плат

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 5
1 Основы автоматизации и управления технологическими процессами 5
1.2 Анализ объекта автоматизации 14
1.3 Актуальность системы с числовым программным управлением 21
1.4 Постановка задачи автоматизации 22
2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ СИСТЕМЫ 24
2.1 Разработка структурной схемы 24
2.2 Шаговый двигатель 26
2.3 Разработка функциональной схемы автоматизации 31
2.4 Разработка принципиальной электрической схемы 33
2.5 Разработка внешнего вида станка 34
2.6 Компьютерное моделирование 35
3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ СИСТЕМЫ 41
3.1 Разработка алгоритма системы управления в виде блок-схемы 41
3.2 Разработка программы управления автоматизированной системы 43
3.3 Пуско-наладочные работы 51
3.4 Исследование системы управления 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 74

Весь текст будет доступен после покупки

Современное машиностроение и производственные технологии находятся в постоянном развитии, что обусловлено растущими требованиями к точности, производительности и гибкости оборудования. Одним из ключевых направлений повышения эффективности производственных процессов является автоматизация, в частности внедрение систем с числовым программным управлением (ЧПУ). Такие системы позволяют не только значительно повысить точность обработки и снизить влияние человеческого фактора, но и обеспечить высокую повторяемость операций, сократить время на переналадку оборудования и расширить функциональные возможности станков.
Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью модернизации устаревшего парка технологического оборудования за счёт внедрения современных решений на базе микропроцессорной техники и программного управления. Особенно это важно для малых и средних предприятий, где требуется гибкое и экономически доступное оборудование, способное выполнять широкий спектр операций без значительных капитальных затрат.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления на базе шагового двигателя и микроконтроллера для учебно-лабораторного станка с ЧПУ.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
— провести анализ существующих систем управления и объекта автоматизации;
— обосновать выбор аппаратных и программных средств;
— разработать структурную, функциональную и принципиальную электрическую схемы системы управления;
— спроектировать внешний вид станка и выполнить его компьютерное 3D-моделирование;
— разработать алгоритм и программное обеспечение для управления станком;
— провести пуско-наладочные работы и исследовать работоспособность разработанной системы.
Объектом исследования выступает процесс автоматизированного управления технологическим оборудованием, а субъектом — разрабатываемая система управления станком с числовым программным управлением на базе шагового двигателя и микроконтроллера.
В ходе исследования применялись следующие методы: анализ технической и научной литературы, системный подход к проектированию, компьютерное моделирование (в том числе с использованием CAD-систем), программирование в среде разработки для микроконтроллеров, а также экспериментальные методы при проведении пуско-наладочных и исследовательских работ.
Практическая значимость работы заключается в создании функциональной, экономически доступной и легко воспроизводимой автоматизированной системы управления, которая может быть использована как в учебном процессе для демонстрации принципов ЧПУ, так и в условиях малого производства для выполнения точных технологических операций. Разработанная система обладает модульной структурой, что позволяет в дальнейшем расширять её функциональность и адаптировать под конкретные производственные задачи.

Весь текст будет доступен после покупки

АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
1 Основы автоматизации и управления технологическими процессами
В широком смысле автоматизация означает использование технических средств и систем управления, которые частично или полностью исключают необходимость непосредственного участия человека в процессах получения, преобразования, передачи или использования энергии, материалов и информации. Основные цели автоматизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, а также замена человеческого труда в условиях, представляющих угрозу для здоровья.
Под управлением в технических системах понимают совокупность действий — выполнение работ или исполнение командных сигналов, — основанных на определённой информации и направленных на поддержание заданных параметров производственного процесса и режимов эксплуатации технологического оборудования. Такие действия призваны обеспечить оптимальное функционирование технологического объекта в соответствии с заранее установленной программой или критерием эффективности.
В приведённых определениях фигурируют два дополнительных понятия — «система» и «процесс».
Система — это целенаправленное объединение взаимодействующих элементов, функционирующих для достижения полезного результата. Существует множество трактовок этого термина, обусловленных разнообразием систем: от математических (система уравнений) и астрономических (солнечная система) до инженерных (системы транспорта, питания, образования, вычислительные системы и др.). Поэтому рекомендуется применять то определение, которое наиболее точно соответствует рассматриваемому объекту.
Производственный процесс в системах теплогазоснабжения и вентиляции (СТГВ) представляет собой временную последовательность операций, в ходе которых осуществляется перемещение и/или преобразование вещества, энергии или информации. Практически все современные производственные процессы в СТГВ должны осуществляться в строгом соответствии с действующими инструкциями, строительными нормами и правилами (СНиП).
Технологический процесс — это совокупность операций по обработке воды и полуфабрикатов (включая промежуточные потоки и осадки), в результате которых изменяются их физические и химические свойства и достигается получение конечной продукции. Другими словами, в контексте ТГВ технологический процесс включает механические, физико-химические, биологические и иные виды воздействий.
Любой технологический процесс характеризуется набором технологических параметров, которые могут меняться во времени. В ТГВ к таким параметрам относятся расходы материальных и энергетических потоков, химический состав воды и газа, температура, давление, уровень жидкости в ёмкостях и т.п. Совокупность этих параметров, полностью описывающая состояние конкретного технологического процесса и принимающая определённые значения, называется технологическим режимом.
Обобщённая схема технологического процесса приведена на рисунке 1. Функция управления в ней представлена как связь между входными воздействиями и необходимыми преобразованиями, обеспечивающими получение целевой продукции. Выполнение требований к технологическому процессу возможно только при целенаправленном регулирующем воздействии на его технологический режим.

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ 2.302-2018 Единая система конструкторской документации. Масштабы. – Взамен ГОСТ 2.302-68. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 12 с.
2) ГОСТ 2.701-2018 Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. – Взамен ГОСТ 2.701-2008. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 34 с.
3) ГОСТ 2.702-2011 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем. – Взамен ГОСТ 2.702-75. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 55 с.
4) ГОСТ 19.701-2018 (ЕСПД) Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. – Взамен ГОСТ 19.701-90. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 31 с.
5) ГОСТ 21.1101-2020 Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации. – Взамен ГОСТ 21.1101-2013. – Москва: Стандартинформ, 2020. – 72 с.
6) ГОСТ 21.208-2020 Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. – Взамен ГОСТ 21.208-2013. – Москва: Стандартинформ, 2020. – 50 с.
7) ГОСТ IEC 61082-1-2019 Подготовка документов, используемых в электротехнике. Часть 1. Основные требования. – Москва: Стандартинформ, 2019. – 98 с.
8) Афанасьев, Д. В. Современные системы ЧПУ и их программирование: учебное пособие / Д. В. Афанасьев, А. Н. Петров. – Москва: ИНФРА-М, 2022. – 189 с. – Текст: электронный // ЭБС Znanium : [сайт]. – URL: https://znanium.com/catalog/product/1851234
9) Бороздин, Э. А. Автоматизация технологических процессов и производств: учебник для вузов / Э. А. Бороздин. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Юрайт, 2023. – 411 с.– Текст: электронный // ЭБС Юрайт : [сайт]. – URL: https://biblio-online.ru/book/avtomatizaciya-tehnologicheskih-processov-i-proizvodstv-467983

Весь текст будет доступен после покупки