Повышение эффективности функционирования тяжелых станков на основе принципа распределенного ввода-вывода и применения процедуры динамического отображения состояний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Воронецкий, Вадим Викторович

• Воронецкий, Вадим Викторович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воронецкий, Вадим Викторович

Введение.

Глава 1. Структура и особенности систем управления тяжелыми станками.

1.1 Общие характеристики систем управления в тяжелой промышленности.

1.2 Особенности архитектуры систем управления тяжелыми станками на примере системы управления гидравлического трубоиспытательного пресса модели П089М.

1.3. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Методы и средства повышения качества процесса управления тяжелыми станками.

2.1. Анализ методов и способов повышения надежности процесса управления электроавтоматикой тяжелых станков.

2.2 Разработка модели проектирования подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами гидравлического трубоиспытательного пресса модели П9046Р.

2.3. Разработка модели системы динамической визуализации процессов для пресса П089М.

2.4. Выводы по главе.

ГлаваЗ. Разработка методики проектирования системы управления тяжелым станком с использованием подсистемы распределенного ввода-вывода и разработки архитектуры построения системы динамической визуализации процессов в режиме реального времени.

3.1. Общие принципы проектирования системы управления тяжелым станком.

3.2 Проектирование системы управления тяжелым станком.

3.3 Реализация системы управления тяжелым станком.

3.4. Выводы по главе.

Глава 4. Техническая реализация подсистемы динамической визуализации процессов состояний тяжелого станка на примере пресса П9046Р.

4.1. Применение человеко-машинного интерфейса (HMI).

4.2 Разработка подсистемы динамического отображения состояний.

4.3 Реализация системы динамического отображения состояний пресса П9046Р.

4.4 Выводы по главе.

Оценка эффективности построения систем на основе принципа распределенного ввода-вывода и процедуры динамического отображения состояний.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности функционирования тяжелых станков на основе принципа распределенного ввода-вывода и применения процедуры динамического отображения состояний»

Актуальность работы

Эффективное внедрение систем автоматизации в машиностроительном производстве, особенно в станкостроении, напрямую зависит от применения не только новых технологий, но и применения новых принципов информационного взаимодействия компонентов системы и реализации на их основе новых программно-аппаратных средств управления не только одним станком, но и комплексом станков, которые образуют единую распределенную систему управления.

Все это требует совершенствования как внутренней структуры управления отдельным станком, так и совершенствования средств коммуникации и информационной связи нескольких станков.

Особенно актуальным является применение этих новых средств для тяжелых станков по следующим причинам.

Значительный парк тяжелых станков до сих пор имеет устаревшие системы управления электроавтоматикой, что в значительной степени снижает надежность работы станков. При этом актуальным фактором является совершенствование механических и гидравлических узлов и внедрение новейших систем управления электроавтоматикой станков на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Кроме того, тяжелые станки реализуют ресурсоемкие и сложные технологические процессы, которые состоят из отдельных взаимосвязанных функционально законченных частей, разнесенных на значительные расстояния. Это приводит к необходимости наличия физически длинных, громоздких линий связи, состоящих из бухт кабелей, систем коммутации, которые подвержены повреждениям и быстрому износу в цеховых условиях, что приводит к частым сбоям и неисправностям в информационных коммутирующих системах связи.

При этом примитивные средства отображения и визуализации на экранах состояний компонент станка не дают полного представления о динамике развития и реализации технологического процесса в режиме реального времени.

В этом контексте актуальной задачей является, во-первых, разработка и применение новых систем управления электроавтоматикой тяжелых станков, на основе применения новейших конфигураций программируемых логических контроллеров (ПЛК), что значительно повышает надежность работы станка; во-вторых, разработка новых методов и средств организации более эффективного процесса управления всеми взаимосвязанными агрегатами станка, например, на основе распределенного ввода -вывода и внедрения систем динамической визуализации процессов в режиме реального времени; в третьих, разработка общего информационного взаимодействия тяжелых станков и других компонентов производственной структуры, что позволит создать современную единую распределенную систему управления производством, с применением системы 8САЭА и принципов клиент-серверной структуры.

Основной целью диссертации является повышение эффективности процесса управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера, с реализацией распределенного ввода-вывода и процедуры динамического отображения состояний в режиме реального времени.

Объектом и предметом исследования в данной работе является разработка новых эффективных форм управления тяжелым станком на основе методики построения подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и построения системы динамической визуализации процессов.

Задачи исследования. Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать критерии выбора структуры и функции программируемого логического контроллера (ПЛК), с применением принципа распределенного ввода-вывода, как наиболее предпочтительной системы управления электроавтоматикой тяжелого станка.

2. Разработать модель и методику проектирования системы управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) типа S7-300 (Siemens), с реализацией принципа распределенного ввода-вывода и построения автоматизированной подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени, что позволило повысить качество процесса управления станков.

3. Разработать прикладной интерфейс для подсистемы динамической визуализации процессов при управлении тяжелым станком в режиме реального времени на примере гидравлического пресса типа П9046Р.

4. Разработать прикладные программные средства поддержки подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени.

5. Оценить факторы повышения эффективности процесса управления тяжелым станком на основе внедрения подсистемы распределенного ввода-вывода компонентами и узлами станка и построения системы динамической визуализации процессов в режиме реального времени.

Научная новизна. Новыми научными результатами, полученными в работе, являются: установленные функциональные связи между количеством и качеством средств визуализации состояний узлов тяжелого станка и сокращением ресурсов для принятия решений со стороны оператора станка в режиме реального времени.

Е, модель и методика проектирования системы управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) типа S7-300 (Siemens), с реализацией принципа распределенного ввода-вывода и построения автоматизированной подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени, что позволило повысить качество процесса управления станков. принцип организации структуры управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе модификации традиционной подсистемы ввода-вывода ПЛК в структуру распределенной системы управления, с вынесением блоков ввода-вывода непосредственно на устройства станка, что увеличивает надежность эксплуатации тяжелого станка; метод расширения функций контроля состояний узлов станка и повышения качества принятия решения при работе станка на основе построения подсистемы динамической визуализации состояний и процессов работы тяжелого станка в режиме реального времени. Методы исследований.

При решении задач, поставленных в работе, были использованы следующие методы: теории автоматического управления, аппарат объектно-ориентированного подхода при разработке приложений, методы построения распределенных приложений.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности функционирования тяжелого станка на основе разработки распределенной системы управления электроавтоматикой и создания программной поддержки прикладного интерфейса по динамической визуализации процессов станка в режиме реального времени.

Реализация работы:

Разработанные в работе модели, методика проектирования и реализации подсистемы ввода-вывода ПЛК, как распределенной системы управления, построенной по принципу локальной шины и реализация подсистемы динамической визуализации процессов станка в режиме реального времени внедрены на «Коломенском заводе тяжелых станков», а также используются в учебном процессе студентов по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств». Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы публиковались и докладывались на заседаниях кафедры КСУ, на Международном форуме информатизации МФИ-2007// Труды международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии». 16-18 октября 2007 г., в 3-х т.т. ТЗ. - М.:МЭИ, 2007; на международном семинаре «Конкурентоспособность машиностроительной продукции и производств», Москва, ГОУ МГТУ «Станкин», 2005 г.

Публикации♦ По теме диссертационной работы опубликовано .в. работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, изложенных на 131 странице машинописного текста, содержит 62 рисунка и 0 таблиц, список использованной литературы из 22 наименований и 2 приложений на 3 страницах. Общий объем работы - 136 страниц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Воронецкий, Вадим Викторович

Основные выводы по диссертационной работе.

1. Решена задача повышения эффективности процесса управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) с распределенным вводом-выводом и процедурой динамического отображения состояний узлов станка в режиме реального времени, что позволило увеличить производительность оборудования.

2. Установлены функциональные связи между количеством и качеством средств визуализации состояний узлов тяжелого станка и сокращением ресурсов для принятия решений со стороны оператора станка в режиме реального времени, а также связи качества управления электроавтоматикой тяжелого станка и архитектурой построения системы ввода-вывода ПЛК в виде распределенной сетевой системы.

3. Предложена модель и методика проектирования системы управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе применения программируемого логического контроллера (ПЛК) типа S7-300 (Siemens), с реализацией принципа распределенного ввода-вывода и построения автоматизированной подсистемы динамической визуализации процессов в режиме реального времени, что позволило повысить производительность тяжелого станка.

4. Разработан алгоритм контроля состояний станка с прикладным интерфейсом управления подсистемой динамической визуализации процессов, в режиме реального времени, на примере гидравлического пресса модели П9046Р.

5. Определен принцип организации структуры управления электроавтоматикой тяжелых станков на основе модификации традиционной подсистемы ввода-вывода, с вынесением блоков ввода-вывода ПЛК непосредственно на устройства станка и разработан метод расширения функций контроля состояний узлов на основе построения подсистемы

динамической визуализации состояний и процессов работы оборудования в режиме реального времени, что увеличивает надежность эксплуатации тяжелого станка.

6. Разработано прикладное программное обеспечение по функционированию подсистемы распределенного ввода-вывода и подсистемы визуализации состояний станка в режиме реального времени.

7. Показано, что введение в эксплуатацию на Коломенском заводе тяжелых станков системы управления компонентами и узлами тяжелого станка на основе внедрения подсистемы распределенного ввода-вывода и построения системы динамической визуализации процессов в режиме реального времени позволяет повысить общую эффективность технологического процесса станка и, в частности, уменьшить количество отказов на 40%.

8. Разработанные методы и программное обеспечение по управлению электроавтоматикой тяжелых станков на основе распределенного ввода-вывода и динамического отображения состояний рекомендуется к применению в отраслях машиностроения.