Автоматизированная система управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Михайлов, Игорь Николаевич

• Михайлов, Игорь Николаевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Михайлов, Игорь Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

1.1 Анализ причин завышенной энергоемкости машиностроительных технологических процессов

1.2. Методы снижения энергоемкости машиностроительных технологических процессов.

1.3. Автоматизированные системы компенсации реактивной составляющей потребляемой мощности

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬЮ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

2.1 Теоретическое обоснование необходимости минимизации энергоемкости машиностроительных 22 технологических процессов

2.2 Анализ электрических параметров электродвигателя станочного оборудования

2.3. Алгоритм автоматического управления энергоемкостью машиностроительных технологических 45 процессов

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

3.1 Методика проведения экспериментальных исследований и описание экспериментальной установки

3.2. Результаты экспериментальных исследований

3.3. Анализ результатов экспериментальных исследований

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬЮ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

4.1 Разработка модели автоматического управления энергоемкостью технологических процессов.

4.2 Опытная реализация автоматической системы управления энергоемкостью машиностроительных 82 технологических процессов.

4.3. Методика практической реализации автоматизированной системы управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов»

Актуальность работы

В соответствии с указом Президента №899 от 07 июля 2011 года «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологии и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации» энергосбережение является одним из приоритетных направлений развития науки, технологии и техники. На долю промышленности в Российской Федерации приходится порядка 45% от всего энергопотребления в стране. Из них второе место по значениям потребляемой электроэнергии после топливной отрасли занимает машиностроение и металлообработка.

Важнейшей составляющей энергосбережения является энергоемкость машиностроительных технологических процессов обработки резанием. В настоящее время энергоемкость технологических процессов в России существенно превышает энергоемкость аналогичных процессов в промышленно развитых странах. Это особенно важно и по той причине, что высокая энергоемкость технологических процессов приводит к энергопотреблению при их реализации, достигающему до 70% от общего потребления энергии машиностроительным предприятием.

Одним из методов снижения энергоемкости при реализации машиностроительных технологических процессов является метод компенсации реактивной составляющей потребляемой при их реализации мощности. Этот метод целесообразно реализовывать средствами автоматизации, что позволяет не только учитывать реальные параметры технологического процесса и оборудования, но и повысить эффективность компенсации и, как следствие этого, снизить энергоемкость технологических процессов и повысить конкурентоспособность изготавливаемой продукции.

В этой связи работа, направленная на повышение энергоэффективности машиностроительных технологических процессов, посредством снижения их энергоемкости методами автоматизации является актуальной.

Целью работы является снижение энергоемкости машиностроительных технологических процессов посредством автоматизированной системы компенсационной минимизации потребления энергии при их реализации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить взаимосвязи между параметрами машиностроительных технологических процессов обработки резанием, номинальной мощностью электрооборудования станка и потребляемой при реализации этих процессов электрической энергией.

2. Разработать на основе установленных взаимосвязей алгоритмы для автоматизации управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов.

3. Исследовать возможность реализации разработанных алгоритмов для автоматизации управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов при разных параметрах технологических переходов и разных видах обработки.

4. На основе алгоритмов разработать методику реализации автоматизированной системы управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов.

Методы исследования

При исследовании применялись основные положения теории автоматического управления, технологии машиностроения, теоретических основ электротехники, теории эксперимента. При обработке результатов экспериментальных исследований применялись современные информационные технологии.

Научная новизна работы заключается в:

• установлении количественной и качественной взаимосвязи между параметрами машиностроительных технологических процессов, номинальной мощностью электрооборудования станка и потребляемой при реализации этих процессов электрической энергией;

• моделях автоматизированной системы управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов при разных параметрах технологических переходов и разных видах обработки, адаптированных к конкретным параметрам технологического процесса и характеристикам оборудования;

• алгоритмах автоматизации управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов посредством автоматической компенсации реактивной составляющей потребляемой мощности;

• методике создания автоматизированной системы управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов без изменения других показателей качества эти процессов.

Практическая значимость работы заключается в методике адаптации автоматизированных систем управления энергоемкостью к реальным машиностроительным технологическим процессам и оборудованию; создании автоматизированной системы управления энергоемкостью машиностроительных технологических процессов посредством компенсационной минимизации потребляемой энергии при их реализации.

Реализация работы

Результаты работы были использованы при выполнении шести научно-исследовательских работ по федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», а также в учебном процессе в ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» при изучении дисциплин «Автоматизация обеспечения экологических показателей качества машиностроительных производств» и «Автоматизация обеспечения безопасности машиностроительных производств».

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Международных конференциях «Производство. Технология. Экология - ПРОТЭК», ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г. Москва, 2008, 2009 г.

2. Научно-методической конференции «Машиностроение -традиции и инновации» (МТИ), ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г. Москва, 2009 г.

3. Международной научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение», РГСУ, г. Ростов-на-Дону, 2010, 2011 г.

4. Международной научно-практической конференции «Экологические и социально-экономические аспекты безопасности жизни, охраны окружающей среды, сохранения и восстановления биоразнообразия в регионах», Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности, г. Великий Новгород, 2011 г.

5. Всероссийской молодежной конференции «Автоматизация и информационные технологии» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», г. Москва, 2011 г.

6. Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», МГТУ им. Баумана, г. Москва, 2011 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, Роспатент принял решение о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы (74 наименования), изложена на 98 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 14 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Михайлов, Игорь Николаевич

6. Результаты работы целесообразно рекомендовать к использованию на машиностроительных предприятиях, а также в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Михайлов, Игорь Николаевич, 2011 год

1. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. шк., 1989ю - 326 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т.1. изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М. -Машиностроение, 2001, 920 с.:ил.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т.2. изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М. -Машиностроение, 2001, 912 с.:ил.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т.З. изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. М. -Машиностроение, 2001, 864 с.:ил.

5. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982.-504 е.: ил.

6. Астахов Ю.Н. и др. Электрические системы. Т.5. М.: Энергия. 1974.

7. Ачеркан Н.С. и др. Металлорежущие станки. Учебное пособие для машиностроительных вузов М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957. - 1015 е.: ил.

8. Байкалова В.Н., Колокатов A.M., Малинина И.Д. Расчет режимов резания при точении / Методические рекомендации. М.: 2000. -38 е.: ил.

9. Балакшин Б.С, Основы технологии машингстроения М.: Машиностроение, 1969. - 358 с.Ю.Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука, 1974.

10. Веников В.А. , Жуков J1.A., Карташев И.М. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. М.: Энергия, 1975.

11. Верещака A.C., Кириллов А.К., Хаустова О.Ю. Экологически чистые и ресурсосберегающие технологии обработки: Методические указания к выполнению курсовой работы М.: 2004.-33с.

12. Веселов О.В. Концепция управления состоянием электромеханических систем с использованием диагностических станций // Журнал «Мехатроника, автоматизация, управления», 2007.

13. Волобнинский С.Д., Каялов Г.М., Клейн П.Н. Электрические нагрузки промышленных предприятий. Д.: Энергия, 1971.

14. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. 3-е изд., перераб. - JL: Энергия, 1978.-832 с.:ил.

15. Востриков A.C., Французова Г.А. Теория автоматического регулирования: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. Шк., 2004. - 365 е.: ил.

16. Вульф A.M. Резание металлов. Изд. 2-е. JL: Машиностроение , 1973.-496 сю: ил.

17. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -М.: Издательство стандартов, 1997.

18. Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего интрумента: Учебник для студентов втузов. М.: Машиностроение, 2009. - 368 е.: ил.

19. Детали и механизмы металлорежущих станков в 2 т. Под ред. Решетова Д.Н. 1972.

20. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии их контроль на промышленных предприятиях. -3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 200. - 252 е.: ил.

21. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. -М.: Энергоиздат, 1981.

22. Железко Ю.С. О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности // Электрика, 2003. №1. С. 9-16.

23. Кевеш A.JI. и др. Промышленность России 2010 М.: Стат.сб./ Росстат-М., 2010.-453 с.

24. Константинов Б.А., Зайцев Г.З. Компенсация реактивной мощности. JL: Госэнергоиздат, 1975. - 101 е.: ил.

25. Косов М.Г., Ковальчук Е.Р., Митрофанов В.Г. Основы автоматизации машиностроительного производства: Учебник для вузов. Издание 2-е, испр. М.: Высшая школа, 2001. - 312 с.

26. Кочкин В.И. Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: Издательство НЦ ЭНАС. 200. - 248 с.:ил.

27. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов высших учебных заведений. 2-е изд. - М.: Интермет Инжиниринг, 2006. - 672с.: ил.

28. Кузовкин В.А, Теоретическая электротехника: Учебник. М.: Логос, 2002. - 480 с.

29. Кузовкин В.А., Филатов В.В. Моделирование процессов в электротехнических цепях. Учебное пособие по дисциплине «Электротехника и электроника». М.: ИЦ МГТУ «Станкин», 2006.-212 с.

30. Лоторейчук Е.А. Теоретические основы электротехники: Учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. - 316 е.: ил.

31. Малиновский В.н. Демидова-Панфереова P.M., Попов B.C. Электрические измерения. М.: Энергоиздат, 1982. - 392 е.: ил.

32. Мельников М.А. Электроснабжение промышленных предприятий / Учебное пособие. Томск: Изд. ГПУ, 2000. - 144 с.

33. Методы оптимизации режимов энергосистем / под ред. В.М, Горнштейна. -М.: Энергоиздат., 1981.

34. Минин Г.П. Реактивная мощность. -М.: Энергия, 1978. 88 е.: ил.

35. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. М.: Машиностроение, 1990. - 56 с.

36. Михайлов О.П. Перспективы развития автоматизированного электропривода металлорежущих станков // Электричество 1985. - 10. С. 11-17.

37. Михайлов О.П., Цейтлин J1.H. Измерительные устройства в системах адаптивного управления станками. М.: Машиностроение, 1985. - 170 с.

38. Митрофанов В.Г., Калачев О.Н. и др. САПР в технологии машиностроения: Учебное пособие. Ярославль. Ярославский технический университет, 1995. - 298 с.

39. Павлов В.В., Соломенцев Ю.М. Гусев A.A. Машиностроение: Энциклопедия: в 40 тт.: Раздел III: Технология производственных машин: Т. III-5: Технология сборки в машиностроении. М. Машиностроение, 2002. - 640 с.

40. Порядин А.Ф., Хованский А.Д. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. Учебное пособие для инженера-эколога. М.:НУМЦ Минприроды России, Издательский дом «Прибой», 1996.-350 с.

41. Прокопчик В.В. Повышение качества электроснабжения и эффективности электрооборудования предприятий с непрерывными технологическими процессами. Гомель: Гом. гос. техн. ун-т, 2002. 283 е.: ил.

42. Пуш В.Э., Пигрет Р., Сосонкин B.JI. Автоматические станочные системы. М.: Машиностроение, 1982. 319 с.

43. Радзевич С.П. Формообразование поверхностей деталей. Основы теории. К.: Растан, 2001ю 592 е.: ил.

44. Радкевич В.Н. Расчет компенсации реактивно мощности в электрических сетях промышленных предпрятий: Учебно-методическое пособие по дипломному проектированию Мн.: БИТУ, 2004. - 40 с.

45. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. М.: 1985. - 400 е.: ил.

46. Саенко Ю.Л. Реактивная мощность в системах электроснабжения с нелинейными нагрузками // Zeszyty Naukowe Politechniki Slaskiej Electryka. 1991.

47. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1981. -228 с.

48. Суслов А.Г. Технология машиностроения. Учебник 2-е изд. = М.: Машиностроение, 2007. 430 е.: ил.

49. Схиртладзе А.Г., Сербреницкий П.П. Краткий справочник станочника. М.: Дрофа, 2008.

50. Филатов В.В. Чумаев Д.А. Анализ управляемости трехфазного асинхронного электродвигателя // Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «Станкин», №4(4), 2008. С. 93-101.

51. Харизоменов И.В. Харизоменов Г.И. Электрооборудование станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1987. -224 е.: ил.бО.Чекваскин А.Н., Семин В.Н., Стародую К.Я. Основы автоматики. -М.: Энергия, 1977.-448 е.: ил.

52. Черпаков Б.И. Автоматизация и механизация производства. Учебное пособие. М.: Академия, 2004. - 384 е.: ил.

53. Черпаков Б.И. Металлорежущие станки. 3-е изд. М.: Академия, 2008.-368 е.: ил.

54. Шандров Б.В, Автоматизация производства (металлообработка) 2-е изд. Учебник. 2006.

55. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. Пер. с англ. М.: Мир, 1972.

56. Шварцбург Л.Э. Информационно-измерительные системы приводов металлорежущих станков. М.: Издательство «Станкин», 1991. - 181 е.: ил.

57. Шварцбург Л.Э. Датчики обратной связи станков с ЧПУ. М.: НИИМАШ, 1982.-38.

58. Шварцбург Л.Э., Михайлов И.Н. Анализ энергоемкости машиностроительных технологических процессов формообразования // Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «Станкин», №3(15), 2011. С. 41-44.

59. Шварцбург Л.Э. Энергетический анализ безопасности технологических процессов // Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «Станкин», №4(12), 2010. С. 98-105.

60. Электротехнический справочник. Изд. 3-е. переработ, и доп. Под общ. ред. А.Т. Голована. М.Г. Чиликина (глав, ред.) и др. T.l М.-JL, Госэнергоиздат, 1961. 736 е.: ил.

61. Энергетическая стратегия России на перод до 2020 года. М.: Минэнерго России, 2001. - 544 с.