Разработка системы управления нагрузочного стенда испытаний силовых установок

Содержание

Введение

Глава 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Технологический процесс испытаний и состав нагрузочного стенда

1.2. Анализ существующих систем автоматизации испытательных стендов

1.3. Требования к системе управления (техническое задание)

Глава 2. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Структурная схема и выбор силового оборудования

2.2. Выбор технических средств автоматизации (датчики, ПЛК, сеть)

2.3. Разработка функциональной схемы автоматизации

Глава 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТЕНДА

3.1. Алгоритмы работы системы управления

3.2. Программная реализация и система противоаварийной защиты

3.3. Разработка человеко-машинного интерфейса (HMI)

Глава 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

4.1. Расчет капитальных затрат на создание системы

4.2. Расчет эксплуатационных затрат

4.3. Оценка экономической эффективности автоматизации

4.4. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации стенда

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Разработка системы управления нагрузочного стенда испытаний силовых установок

Направление: 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется стратегическими задачами, стоящими перед российским машиностроительным комплексом и автомобильной промышленностью в области повышения качества и надежности силовых агрегатов. Испытания двигателей внутреннего сгорания и других силовых установок являются важнейшим этапом производственного цикла, позволяющим выявить конструкторские недостатки, проверить соответствие заявленных характеристик фактическим параметрам, определить ресурс до первого капитального ремонта и установить оптимальные эксплуатационные режимы. Нагрузочные испытательные стенды представляют собой сложные мехатронные комплексы, включающие систему нагружения, измерительные каналы параметров работы двигателя, систему топливоподачи и охлаждения, а также автоматизированную систему управления технологическим процессом испытаний.

В условиях реализации государственной программы импортозамещения и укрепления технологической независимости России особое значение приобретает разработка отечественных систем автоматизации испытательного оборудования на базе российских программируемых логических контроллеров, датчиков и SCADA-систем. Минпромторг России в рамках отраслевых стратегий развития автомобильной промышленности и двигателестроения определяет модернизацию испытательной базы предприятий как приоритетную задачу, обеспечивающую конкурентоспособность продукции на внутреннем и внешних рынках [1, c. 23]. Современные системы управления нагрузочными стендами должны обеспечивать точное регулирование режимов испытаний в соответствии с государственными стандартами и техническими условиями, автоматическую регистрацию параметров работы двигателя, противоаварийную защиту дорогостоящего оборудования и испытываемых образцов, а также формирование отчетной документации.

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований в области автоматизации испытательных систем, выполненных в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАМИ (ныне МАДИ), Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Работы Башарина А.В., Новикова В.А., Фаткуллина Р.Х. посвящены методам автоматического регулирования нагрузочных устройств и алгоритмам управления испытательными режимами [2, c. 67]. Вместе с тем, анализ технической документации предприятий двигателестроительного комплекса России показывает, что значительная часть нагрузочных стендов оснащена морально устаревшими системами управления на базе релейно-контакторной автоматики или микропроцессорных контроллеров предыдущих поколений, не обеспечивающих требуемой точности поддержания режимов и функциональности.

Цель выпускной квалификационной работы – разработать автоматизированную систему управления нагрузочного стенда испытаний силовых установок на базе современных средств промышленной автоматизации, обеспечивающую повышение точности и воспроизводимости режимов испытаний, автоматическую регистрацию параметров и противоаварийную защиту оборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать технологический процесс испытаний силовых установок и определить состав функциональных подсистем нагрузочного стенда;
• провести анализ существующих систем автоматизации испытательных стендов и сформулировать требования к разрабатываемой системе управления;
• разработать структурную схему системы управления и осуществить выбор технических средств автоматизации;
• разработать функциональную схему автоматизации стенда с указанием датчиков, исполнительных механизмов и каналов связи;
• разработать алгоритмы управления испытательными режимами и систему противоаварийной защиты;
• выполнить технико-экономическое обоснование проекта автоматизации и разработать рекомендации по обеспечению безопасности при эксплуатации стенда.

Объектом исследования является нагрузочный испытательный стенд для силовых установок мощностью до 150 кВт, функционирующий в испытательной лаборатории машиностроительного предприятия.

Предметом исследования выступают процессы автоматического управления режимами нагружения двигателя, регулирования технологических параметров испытаний и обеспечения противоаварийной защиты оборудования.

Методологическую базу работы составляют:

• теоретические основы автоматизации технологических процессов и построения АСУ ТП;
• методы проектирования систем управления на базе программируемых логических контроллеров;
• нормативно-техническая база: ГОСТ 34.601-90, ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016, РД 50-34.698-90, ГОСТ 14846-81 (Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний);
• инженерные методы расчета параметров измерительных каналов и выбора средств автоматизации.

Научная новизна работы заключается в разработке комплексной архитектуры системы управления нагрузочным стендом, интегрирующей подсистемы регулирования момента нагрузки, контроля параметров двигателя и многоуровневой противоаварийной защиты на единой программно-технической платформе отечественного ПЛК.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации требований к системам автоматизации испытательных стендов и адаптации типовых алгоритмов управления к специфике нагрузочных испытаний силовых установок.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования разработанных технических решений, функциональных схем, алгоритмов управления и программного обеспечения при модернизации существующих и создании новых испытательных стендов на предприятиях двигателестроительного комплекса России.

Структура работы. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. В первой главе проведен анализ объекта автоматизации и сформулированы требова

…