автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса регулировки манометров

На правах рукописи

Алфёров Сергей Михайлович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВКИ МАНОМЕТРОВ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск —2015

11 НОЯ

005564348

005564348

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР) Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Кориков Анатолий Михайлович Официальные оппоненты:

Гончаров Валерий Иванович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Интегрированные компьютерные системы управления» Национального исследовательского Томского политехнического университета

Сырямкин Владимир Иванович доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Управление качеством» Национального исследовательского Томского государственного университета

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Защита состоится « 17 » декабря 2015 г. в 15 часов 15 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.268.02 при ТУСУРе по адресу 634050, г. Томск, пр. Ленина 40, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУРа по адресу: г. Томск, ул. Красноармейская, 146, и на сайте ТУСУР Ы1р://^^.1и5иг.ш/ехрог1/511е5/ги.Ш5иг.пе^'/ш/5С1епс&/едиса1!оп/с115яег1а1юп5/20 15-016-02.pdf

Автореферат разослан ок^А/Г/^ 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Зайченко Татьяна Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Манометрические приборы применяются во многих областях человеческой деятельности: промышленность, транспорт, бытовая техника, научные исследования и т.д. Конкуренция производителей в данной области приборостроения высока и заставляет предприятия развиваться в направлении повышения качества выпускаемой продукции, осваивать новые технологии и осуществлять автоматизацию процессов изготовления и выпуска манометров.

Манометр состоит из следующих основных компонентов: пружина (чувствительный элемент), механизм (преобразует деформирование пружины в положение стрелки на циферблате), циферблат, стрелка, возможны и другие компоненты. Механизм в свою очередь состоит из более мелких деталей: тяга, сектор, трибка, .... В процессе изготовления, параметры некоторых компонентов, деталей могут меняться от изделия к изделию, следовательно, меняются и показания. Поэтому после сборки прибора, требуется его настройка (регулировка).

Регулировка манометра заключается в подборе значений регулируемых кинематических звеньев механической части манометра в течение нескольких итераций. Процесс выполняется на многих предприятиях, в частности отечественных, вручную, является трудоемким и требует большого опыта регулировщика, что увеличивает себестоимость прибора. Некоторые зарубежные производители (в числе их фирма Nouva Fima) внедрили в производство систему автоматизированной градуировки и успешно использует для изготовления приборов классом точности от 0,5% до 2%, поэтому для повышения конкурентоспособности отечественных приборов требуется уменьшить их стоимость и увеличить класс точности.

Исследования в данной области изложены в работах отечественных (Свинолупов Ю.Г., Бригадин А.Г., Кузнецов А.А., Светлаков А.А., Шакиров И.В., Гренке В.В.) и зарубежных (Alexandre Aparecido Buenos, Auteliaao Antunes dos Santos Júnior, Tainá Gomes Rodovalho) ученых. Исследования по автоматизации процесса регулировки манометров можно классифицировать по следующим признакам:

1. По типу задачи: поверка, регулировка.

2. По типу регулировки: определение настроек (положений шиберных винтов), градуировка.

3. По датчику состояния прибора: энкодер, техническое зрение.

4. По способу подачи давления: клапанный, прессовый.

5. По способу определения давления: образцовый сигнал, датчик.

Основное отличие нашей работы от известных исследований

отечественных и зарубежных ученых состоит в следующем:

1. Проведены экспериментальные исследования клапанного задатчика давления питаемого аккумуляторной станцией через редукционный клапан

(дроссель). Выявлена необходимость использования двух датчиков давления в задатчике такого типа.

2. Проведены эксперименты по использованию энкодера и недорогой цифровой видеокамеры (вебкамеры с интерфейсом USB) для определения состояния прибора. Выбрана модель вебкамеры с характеристиками, подходящими для задачи определения состояния прибора. Выявлены достоинства и недостатки по применению энкодера и вебкамеры.

3. Впервые предложена и реализована автоматизированная система градуировки манометров (АСГМ) с количеством мест для градуируемых приборов более 4.

4. Выявлена зависимость точности измерения состояния прибора при начальном (нулевом) давлении от давления, при котором запускается процесс измерения. То есть существует необходимость длительной задержки в окрестности начального давления.

Объектом исследования является технологический процесс регулировки манометров.

Предметом исследования является трудоемкость и точностные характеристики технологического процесса регулировки манометров.

Цель диссертационной работы заключается в проведении исследований по автоматизации регулировки манометров, разработке и исследовании алгоритмов и программных средств АСГМ.

В соответствии с поставленной целью предусмотрено решение следующих задач.

1. Определить недостатки и ограничения известных процессов настройки манометров и обосновать направления автоматизации данных процессов.

2. Выполнить математическое и компьютерное моделирование процессов, протекающих при регулировке манометров.

3. Исследовать поведение системы: зависимость роста давления от управляющих воздействий в статических и динамических режимах.

4. Разработать алгоритм управления ростом давления с предварительной идентификаций параметров системы в процессе управления.

5. Разработать схемы информационных потоков для АСГМ.

6. Разработать и исследовать алгоритмы для градуировки манометров.

7. Спроектировать устройство управления давлением, спроектировать информационную систему (схему информационных потоков и структуру хранения данных).

8. Исследовать возможность градуировки приборов с использованием предложенных алгоритмов.

9. Реализовать АСГМ на ОАО "Манотомь".

Методы исследования. Для достижения сформулированной цели и связанных с нею задач в работе использованы методы теории автоматического управления, численного решения систем линейных и

нелинейных уравнений, методы для исследования систем семейства ГОШ7, при проектировании информационной системы использовались методологии ОРБ, ЦМЬ.

Научная новизна.

1. Алгоритм градуировки манометров, разработанный с использованием методологии ЭРБ и иМЬ, отличается от известных тем, что он ведет измерение состояния прибора на протяжении всего процесса изменения давления и позволяет выявлять дефекты в механизме прибора.

2. Алгоритм определения утла наклона стрелки манометра, базируется на двух оригинальных алгоритмах:

2.1. Алгоритм подчеркивания границы объекта, отличается от фильтра Собела тем, что использует априорную информацию о примерном расположении границы и обрабатывает меньше точек кадра (2 точки) используя простые (скалярные) операции, тогда как фильтр Собела требует операции перемножения матриц 2x2 (4 точки); кроме того, в фильтре Собела отсутствует возможность отсева мелких темных областей;

2.2. Алгоритм определения угла последовательности точек, отличается от известного метода наименьших квадратов (МНК) тем, что отфильтровывает помехи.

3. В алгоритме градуировки используется параболическая аппроксимация характеристики «давление-угол» в окрестности каждой оцифрованной точки отдельно. В отличие от известного метода, данный способ аппроксимации позволяет точнее определять оцифрованные точки шкалы и выявлять дефекты и ошибки в настройках приборов.

4. Математическое моделирование работы клапанного задатчика давления (ЗД), питаемого станцией давления аккумуляторного типа через редукционный клапан М-ПКР («дроссель») осуществлено с учетом помех на входе ЗД (помех от некачественной работы дросселя).

5. Математическое моделирование работы прессового задатчика давления (ЗД) и алгоритм, разработанный на основе модели, позволяют заранее рассчитать положение поршня для обеспечения в системе требуемого давления.

Практическая ценность.

1. Предложен способ индивидуальной градуировки манометров.

2. Предложенный способ регулировки манометров распараллеливается, что обеспечивает значительное уменьшение временных и финансовых затрат на регулировку.

3. Проведена экспериментальная проверка предложенного способа.

Использование АСГМ в производственном процессе позволяет:

- уменьшить время обучения персонала для регулировки приборов;

- сократить длительность процесса регулировки;

- регулировать приборы, которые не регулируются вручную;

— определять дефекты в механизмах приборов, таких как трение («цепляние»), «проскальзывание»; и выдавать рекомендации по их устранению.

Исследование и разработка алгоритмического и программного обеспечения АСГМ проводились при финансовой под держке Министерства образования и науки Российской Федерации по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 (государственный контракт ФЦП №14.740.11.0398), по госзаданию Министерства образования и науки РФ (проект 7.701.2011 (НИР 1/12 темплана ТУСУРа)) и при поддержке гранта РФФИ (проект № 09-07-99029-р_офи). Разработка технического обеспечения АСГМ проводилась при финансовой и материально-технической поддержке ОАО «Манотомь».

Внедрение результатов исследования. По результатам исследования разработано и реализовано программное обеспечение для АСГМ и внедрено в производственный процесс ОАО «Манотомь», что подтверждается актом внедрения. Кроме того, результаты исследования внедрены в учебный процесс ТУСУРа.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов диссертационной работы подтверждается корректностью поставленных задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью используемой математической модели, компьютерным моделированием,

экспериментальной проверкой результатов, сравнительным анализом полученных результатов теоретического и экспериментального исследования.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанное ПО АСГМ позволяет формировать индивидуальные циферблаты для манометров классом точности 1,5 и 1.

Соответствует пункту 1 паспорта специальности: Автоматизация производства заготовок, изготовления деталей и сборки.

2. Спроектированная структура данных и разработанный алгоритм управления процессом градуировки позволяют определять потерю связи с датчиками и обеспечивают устойчивую работу ПО АСГМ.

Соответствует пункту 14 паспорта специальности: Теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования, (определения работоспособности, поиск неисправностей и прогнозирования) АСУТП, АСУП, АСТППи др.

3. Алгоритм градуировки манометров позволяет:

3.1. Увеличить точность съема шкалы за счет увеличения количества измерений;

3.2. Выявлять наличие дефектов в приборах, таких как: "проскальзывание" и "трение" ("цепляние").

Соответствует пункту 12 паспорта специальности: Методы контроля, обеспечения достоверности, зсациты и резервирования информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

4. Алгоритм определения угла наклона стрелки манометра совместно с фильтром определения границы обеспечивает требуемую точность:

4.1. С использованием технологической стрелки, разрешением кадра 640x480 разброс измерений составляет примерно 0,2°.

4.2. В условиях реального фона без использования технологической стрелки, разрешением кадра 320x240 разброс измерений составляет 0,5°.

Соответствует пункту 12 паспорта специальности: Методы контроля, обеспечения достоверности, защиты и резервирования информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

5. Аппроксимация характеристики в окрестности каждой оцифрованной точки отдельно позволяет градуировать приборы с нелинейной характеристикой. Аппроксимация полиномом 2-го порядка позволяет выполнять градуировку приборов с большой инерционностью в механизме и с изменением скорости при управлении давлением (с уменьшением скорости в окрестностях оцифрованных точках и с увеличением скорости между точками).

Соответствует пункту 9 паспорта специальности: Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включая базы и банки данных и методы их оптимизации.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на пяти конференциях:

1) Всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУ СУР - 2006» (Томск, 2006).

2) Всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУ СУР - 2007», 2 доклада (Томск, 2007).

3) 14-я Международная научно-практическая конференция "СИБРЕСУРС-14-2008".

4) XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014 (Москва, 2014).

5) 2-я Российская научно-методическая конференция «Совершенствование подготовки IT-специалистов по направлению «Прикладная информатика» на основе инновационных технологий и Е-Leaming».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 статей, из которых 4 статьи из перечня ВАК. Получен патент на способ индивидуальной градуировки стрелочных манометров.

Личный вклад автора. Постановка задачи исследования по теме диссертации выполнена автором совместно с научным руководителем, д.т.н., профессором A.M. Кориковым. Основные научные результаты, представленные в диссертации, получены лично автором.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список использованной литературы, содержащий 50 наименований. Общий объем диссертации составляет 137 страниц машинописного текста, включающий 63 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования и характеризуется степень её разработанности; конкретизируются цель и задачи исследования, приведены научная новизна и практическая значимость результатов, дана краткая характеристика работы.

В первой главе приведена классификация манометров, в том числе, изготавливаемых на заводе «Манотомь». Определены основные недостатки и ограничения существующих ручного и механизированного процессов настройки. Обоснована необходимость автоматизации процесса.

Выполнен анализ технологического процесса настройки манометров с использованием методологии ЮЕРО. Результат анализа представлен на рис.1.

Рис. 1 - Функциональная схема цикла регулировки манометра

Рассмотрены имеющиеся способы автоматизированной регулировки манометров. В качестве операции регулировки прибора предлагается использовать градуировку. Выполнен обзор технических средств автоматизации и их характеристик для построения АСГМ:

1. Задатчшси давления (DPI-530; Метран).

2. Клапаны Duplomatic RPCED1-T3.

3. Усилители мощности (Duplomatic ЕРА-М 3210/22; MasterKit ВМ-037 стабилизатор напряжения, переделанный под усилитель мощности).

4. Контроллеры (OWEN ПЖ-150; STM32VL-Discovery).

5. Преобразователи интерфейсов (OWEN АС4 USB-RS485; ORIENT USS-111 USB-RS232).

6. Датчики давления (ДМ-5002).

7. Принтеры (Mimaki UJF-3042).

8. Видеокамеры (Microsoft LifeCam NX-3000; Microsoft LifeCam Cinema).

Основным результатом первой главы является обоснование способа индивидуальной градуировки приборов и декомпозиция задачи автоматизированной градуировки на подзадачи.

Во второй главе изложен процесс проектирования нескольких вариантов схем информационных потоков (DFD) для АСГМ. На рис. 2 представлен выбранный вариант.

Исследованы способы подключения вебкамер в АСГМ (рис.3-5).

--4

íiwssi и ашшг шшр&ия*

^J Ът&хь

т Тт*т*тTP«

—Принтер

Ох&р&ттв

i Определение угж стрелки

ki' Упрййпенае

\..............................3

гшят»

Давйв«ив

f1ocr*w*®«f

2 Ц»Ф*хчк>* манометр

4............—.......щ Определение

...........¿...........................давления

Рис.2 - Схема информационных потоков в АСГМ

оч

MaiaThread

CamThread[l] Scusor[l]

CamThread[2] Seas or [2]

CamThrcad[3] Sensor [3]

|CamThread[41 Sensor [4]

Рис.3 - Параллельный захват в нескольких вспомогательных потоках и последовательная обработка в основном потоке

CamThreadJl] fSeuíor j MaiaTliread

ramThreadf2]

Kensor П

"amThreadf?]

tensor I

l'amThicadí4l

JSensor |

Рис.4 - Параллельный захват и обработка в нескольких вспомогательных потоках

о-о-о-

CamThiead

|Sensoi[l]

jSeusor [2j

Е

.ешог [3]

Sensor [4]

Рис.5 - Последовательный захват во вспомогательном потоке и последовательная обработка в основном потоке

Обоснован выбор способа, обеспечивающего приемлемую скорость доступа к кадру (с использованием технологии Шгес(81ю\у и схемой подключения соответствующей рис. 4). Этот способ обеспечивает скорость чтения и обработки кадров примерно 28 кадров в секунду с использованием искусственно введенной задержки 30 мс, без использования задержки, скорость чтения и обработки кадров составляла от 100 до 500.

Выполнена объектная декомпозиция предметной области с использованием ЦМЬ (рис.6). Главным классом является ТРопп1 (наследник от ТБогт), экземпляром которого будет главная форма (окно) программы. ТРогтп 1 включает в себя массив экземпляров Т\УеЬСатТЪгеас1, и по одному экземпляру ТАспоп1л81, ТС^РотШоиЫе, ТРогШМ5002Т1ш;а<1, ТРоПО\уеп.

Рис.б - Диаграмма классов Дадим краткую характеристику остальных классов. Класс Т\МеЬСатТЪгеас1 (наследник от ТТЬгеас!) должен выполнять чтение кадров, измерение момента времени чтения кадра /, обработку кадра (определение угла стрелки а с помощью класса ТЯепвог) и запись (Г, а) в список П^РотШоиЫе. Каждый экземпляр Т\УеЬСатТ11геа£1 должен выполняться параллельно основному потоку и параллельно друг другу.

Класс ТРогФМ5002ТЬгеа<1 (наследник от ТТЬгеас!) должен обеспечивать: измерение момента времени I, чтение давления системы Р с

цифрового манометра ДМ5002 (с помощью класса ТРогШМ5002) и запись (/, Р) в список ТАс^оп!^. Класс ТРоПВМ5002ТЬгеа(1 должен обеспечивать считывание давления в потоке, параллельном основному потоку программы.

Класс ТРогЮууеп должен обеспечивать связь с контроллером и передачу ему цифровых сигналов управлештя.

Класс ТЗепвог измеряет угол наклона стрелки относительно вертикальной нижней полуоси. Класс ТЭепзог использует ТРШег для определения контура стрелки и по контуру вычисляет угол.

Класс ТТ^РотЮоиЫе (наследник от ТЬЫ) используется для хранения: 1) движения стрелки (/,а), и 2) статической характеристики прибора (Р,а).

Класс ТЛсПопи«1 или ТЕхрептегйЗ (наследник от ^ I N1) используется для хранения списка значений (/,Р) получаемых при съеме данных в процессе прямого и обратного хода. Кроме того, класс используется для вычисления скорости роста давления, ускорения, и предсказания значения давления через квант времени.

Класс ТРог(БМ5002 используется для открытия порта запроса данных с датчика давления.

Класс ТРП1ег предназначен для определения граничной точки черного объекта на белом фоне.

Основные результаты второй главы состоят в следующем:

1) исследованы информационные потоки, реализованы два варианта информационных структур и обоснован выбор лучшей структуры;

2) проанализированы последовательности действий, выполняемые при автоматизированной регулировке манометров;

3) спроектированы два варианта устройства сопряжения, с использованием блока ЕРА М3220 и с использованием модуля ВМ-037;

4) проведен сравнительный анализ двух технологий захвата кадра и выбран вариант, обеспечивающий минимальное время обработки;

5) проанализирована объектная структура предметной области и спроектирована структура данных информационной системы.

Выбрана структура информационных потоков в информационной системе, способная:

1) обеспечить диагностику механизма прибора на наличие дефектов;

2) при управлении давлением определять сбои при работе с датчиком давления и датчиком состояния прибора (угла наклона стрелки).

В третьей главе выдвинуты требования к поведению ОУ. Исследовано поведение объекта управления (ОУ) под воздействием различных управляющих сигналов.

Построены математические модели задатчиков давления на основе пресса с шаговым двигателем, модель (1) построена без учета динамики и утечек:

(Р(/) + 1)-Г(0 = (Р0+1К

где Р(П - давление в системе; У({) - объем воздуха в системе; ДО -положение поршня: Р0 - давление в системе в начальный момент времени; У0 - объем воздуха в системе в начальный момент времени; К - параметр, показывающий зависимость между положением поршня и занятым объемом в прессе.

Разработан и реализован алгоритм управления давлением без использования обратной связи с предварительной идентификацией параметров. Результаты работы алгоритма показаны в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты управления давлением без обратной связи

Для прибора с номиналом 2,5 Для прибора с номиналом 1

Р е, % Р 8,%

1 0.98 2 0,4 0,39 2,5

1.5 1.46 2.7 0,6 0,6 0

2 1.9 5 0.8 0,79 1,3

2,5 2,37 5,2 1 0,98 2

Разработаны алгоритмы управления АСТМ и обработки входных данных:

По разработанным алгоритмам написана программа, интерфейс пользователя которой при работе с 8-ю приборами, изображен на рис.7.

Рис.7 — Интерфейс пользователя программы АСТМ

Пример формируемого изображения циферблата приведен на рис. 8. Шкала с цифрами формируется в зависимости от снятой характеристики прибора и центрируется относительно вертикальной оси. Значки ставятся в заранее определенные места.

..х 1 6

Шктзк

-2 » 8"

МПЗ-УУ2

^ 0 кдИсгл' 10 С

Л гИАНОТОМП у ' в>«в 5® ^

Рис.8 - Изображение циферблата, готового для печати

Исследована точность измерений с помощью программных средств АСГМ в зависимости от давления в системе в момент запуска процесса градуировки. Разность измерений между двумя градуировками для всех точек прибора приведена в табл. 2. из которой следует, что точность измерения зависит от начального давления в системе, в особенности страдает точность измерения угла при нулевом давлении.

Таблица 2 - Разница между двумя градуировками

Прибор 1 Прибор2 ПриборЗ Прибор4 Прибор5 Приборб Прибор7 Макс, отклон.

1,56 1,26 1,87 и 0,97 0,94 2,11 2,11

0,14 0,07 0,22 0,22 0,21 0,04 0,03 0,22

0,31 0,12 0,2 0,17 0,13 0,13 0,01 0,31

0,12 0,07 0,23 0,19 0,16 0,05 0,05 0,23

0,62 0,2 0,3 0,01 0,19 0,1 0,01 0,62

0,16 0,13 0,36 0,52 0,3 0,06 0,03 0,52

Основные результаты третьей главы состоят в следующем: Выдвинуты требования к поведению системы, реализованы 5 способов подключения камер к информационной системе, выбран способ, обеспечивающий наименьшее (приемлемое) время обработки данных.

В результате проведения экспериментов с клапанным стендом выявлен нестационарный характер работы системы. Предположительно плавное падение давления в аккумуляторе сильно влияет на давление в системе (после редукционного клапана). Следовательно, для успешного управления давлением, требуется более точный стабилизатор давления вместо

редукционного клапана, либо дополнительный датчик давления для отслеживания давления на выходе аккумулятора.

В результате проведения экспериментов со стендом на основе пресса выявлено наличие небольшого перерегулирования и инерционности в системе.

Разработан комплекс алгоритмов для решения следующих задач:

1) определение угла наклона стрелки на видеокадре;

2) расчет статической характеристики манометра и определение оцифрованных точек шкалы;

3) построение изображения циферблата;

4) управление клапанами для плавного роста давления для клапанного стенда.

5) управление двигателем для плавного роста давления для стенда на основе пресса.

Выработаны организационные рекомендации по использованию программы АСГМ:

1. Запуск процесса съема характеристик градуируемых приборов выполнять при давлении как можно ближе к нулевому (давление по модулю не более 0,1% от номинального давления прибора).

2. Чтобы не перепутать распечатанные циферблаты, все градуируемые за смену приборы разделяются на «партии», для которых определяются места на стенде. После съема характеристик, приборы распределяются в соответствии с заданными технологическими операциями.

В четвертой главе приведены результаты внедрения работы. Приведены типы приборов, которые данная АСГМ способна градуировать.

Под управлением написанной программы выполняется 1радуировка следующих манометров:

1. Широкого потребления (МПЗ, МП4), аммиачных приборов (МПЗА-УУ2, МП4А-УУ2), коррозионностойких (МПЗА-Кс), судовых (МТПСд), железнодорожных приборов (МПУЗ).

2. Номиналы:

1.1. Среднего давления: 10,16, 25,40 кгс/см.2 или 1, 1.6, 2.5,4 МПа.

1.2. Высокого давления «гидравлика»: 100, 160, 250, 400, 600 кгс/см.2 или 10, 16, 25,40,60 МПа.

2. Степенью защиты: IP-40, IP50, IP-53, IPX4D.

3. Для отечественного потребителя и на импорт.

Характеристики процесса градуировки: скорость, точность.

Программа обеспечивает съем характеристик одновременно от одного

до восьми приборов (их число ограничено количеством мест для приборов на стенде АСГМ). Длительность съема характеристик приборов составляет примерно 5 мин.

Процесс опытной эксплуатации программы показал, что система обеспечивает выпуск изделий со средним процентом отбраковки 1% для приборов класса точности 1,5.

Весь цикл съема характеристик (установка приборов на стенд, измерение угла шкалы, регулировка, съем характеристик, съем приборов со стенда) примерно длится 13 мин. для 8-и приборов, т.е. на один прибор тратится не более 2 мин. что примерно на 30% меньше чем вручную.

Перспективы развития АСГМ: возможность увеличения количества датчиков, внедрение энкодера в качестве датчика угла наклона стрелки (вместо вебкамеры), использование пресса, управляемого шаговым двигателем, в качестве задатчика давления (вместо клапанного). Дальнейшее увеличение количества датчиков приведет к тому, что оператор будет долго устанавливать регулируемые манометры на стенд и задерживать процесс съема характеристики, поэтому следующим шагом развития стенда должна быть роботизация: использование манипуляторов для установки ухлов на регулировочный стенд; разложение заготовок на планшет для печати и разложение отпечатанных циферблатов на манометры.

Выводы по четвертой главе:

Автоматизированная градуировка выполняется примерно на 30% быстрее ручной регулировки и позволяет обработать приборы, которые не удается отрегулировать вручную. Внедрение автоматизированной градуировки в производственный процесс позволяет:

— увеличить производительность;

— улучшить точность выпускаемых приборов;

— увеличить время эксплуатации между поверками;

— сократить длительность процесса регулировки;

— регулировать приборы, которые не регулируются вручную;

— определять дефекты в механизмах, такие как трение («цепляние»), «проскальзывание», и выдавать рекомендации по их устранению.

В перспективе развития АСГМ возможно внедрение манипуляторов для установки узлов на регулировочный стенд; разложение заготовок на планшет для печати и разложение отпечатанных циферблатов на манометры.

В заключении сформулированы основные результаты работы. Основной научный результат диссертации заключается в решении актуальной научной задачи создания методов и средств автоматизащш регулировки манометров, улучшению их качества, точности и увеличению периода между поверками приборов, разработка на этой основе способа индивидуальной градуировки стрелочных манометров.

При проведении исследований и разработок по теме настоящей работы получены следующие теоретические и прикладные результаты, обладающие научной новизной:

1. Разработан комплекс алгоритмов, позволяющий выявлять дефекты в механизмах приборах.

2. Сравнение двух алгоритмов определения угла по точкам границы дает следующие результаты:

2.1. МНК определяет угол точнее предложенного в случае использования технологической стрелки и при отсутствии изъянов на ней.

2.2. Предложенный алгоритм точнее определяет угол стрелки в случае использования обычной стрелки на фоне механизма.

3. Точность измерения шкалы манометра выше, при условии запуска процесса как можно ближе к давлению равном нулю (табл. 1).

4. Выбрана технология DirectShow захвата видеоизображения, для обеспечения приемлемой скорости чтения и обработки кадров.

5. Построена математическая модель работы клапанного задатчика давления (ЗД), питаемого станцией давления аккумуляторного типа через редукционный клапан М-ПКР («дроссель») с учетом помех на входе ЗД (помех от некачественной работы дросселя). Выявлена необходимость доработки клапанного стенда для успешного управления давлением.

6. Построена математическая модель прессового ЗД и доказана её адекватность.

По результатам исследования разработаны программные средства управления АСГМ, сбора данных и формирования циферблата манометра.

Список публикаций по теме диссертации

Публикации в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Алфёров С.М. Измерение угла границы объекта на видеокадре низкого разрешения с использованием априорной информацией // Докл. Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. - 2011. -№ 1(23). - С. 168-170.

2. Алфёров С.М. Моделирование задатчика давления для настройки манометров / С.М. Алфёров, A.M. Кориков // Докл. Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. -2012. -№ 2(26). - С. 193-198.

3. Алфёров С.М. Автоматизация процессов сборки и настройки манометров/ С.М. Алфёров, A.M. Кориков // Докл. Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники. - 2011. - № 2(24). - С. 121-128.

4. Горитов А.Н. Сглаживание траектории перемещения рабочего органа робота-манипулятора / А.Н. Горитов, С.М. Алфёров // Известия Томского политехнического университета. - 2006. - Т. 309. - № 8. - С. 176-179.

Прочие публикации:

5. Алфёров С.М. Задача моделирования динамики управляемых механических систем // Научная сессия ТУ СУР - 2006: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, - Томск: Издательство «В-Спектр», 2006. - Ч. 4. - С. 154— 156.

6. Алфёров С.М. Алгоритм формирования систем уравнений для моделирования динамики роботов-манипуляторов // Научная сессия ТУСУР - 2007: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, - Томск: Изд-во «В-Спектр», 2007. - Ч. 4. - С. 111-114.

7. Алфёров С.М. Алгоритм оптимизации данных для моделирования динамики робота // Научная сессия ТУСУР — 2007: Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, - Томск: Изд-во «В-Спектр», 2007. Ч. - С. 131-133.

8. Алфёров С.М. Структура данных для хранения компонентной цепи роботов-манипуляторов // 14-я Международная научно-практическая конференция «СИБРЕСУРС-14-2008»: доклады (материалы). - Томск: Изд-во «В-Спектр», 2008. - С. 175-178.

9. Алфёров С.М. Автоматизация процесса градуировки шкал манометров / С.М. Алфёров, A.M. Кориков // Автоматика и программная инженерия. — 2014.1(7).-С. 82-92.

10. Алфёров С.М., Автоматизация процесса настройки манометров / С.М. Алфёров, A.M. Кориков // XII Всероссийское совещание по проблемам упрааления (ВСПУ-2014). Россия, Москва, ИЛУ РАН, 16—19 июня 2014 г.: ТРУДЫ, [электронный ресурс] М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. 9616 с. (Электрон, текстовые дан. (1074 файл.:537 МБ) 1 электрон, опт. Диск (DVD-ROM). ISBN 978-5-91450-151-5. Номер гос. per.: 0321401153. Труды ВСПУ-2014 проиндексированы в РИНЦ: http://vspu2014.ipu.ru/node/8678) - С. 4543 - 4554.

11. Горитов А.Н. Определение столкновений в задаче математического моделирования управляемых механических систем / А.Н. Горитов, С.М. Алфёров // Информационные системы: труды постоянно действующего науч.-технич. семинара / Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, Отд. проблем информатизации ТНЦ СО РАН; под ред. A.M. Корикова. - Вып. 2. -Томск: Том. гос. ун-т систем 541р. и радиоэлектроники сентябрь-октябрь 2003.-С. 99-105.

12. Горитов А.Н. Система автоматизированного моделирования структурных схем / А.Н. Горитов, С.М. Алфёров // Информационные системы: труды постоянно действующего науч.-технич. семинара / Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. Отд. проблем информатизации ТНЦ СО РАН; под ред. A.M. Корикова. - Вып. 3. — Томск: Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2004. - С. 78—84.

13. Алфёров С.М. База данных хранения характеристик и структур роботов / С.М. Алфёров, М.Н. Пасечник, В.А. Яценко // Информационные системы: труды постоянно действующего науч.-технич. семинара / Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, Отд. проблем информатизации ТНЦ СО РАН; под ред. A.M. Корикова. — Вып. 4. - Томск: Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2006. - С. 23—27.

14. Пат. 2 428 668 РФ, МПК G01L27/00. Способ индивидуальной градуировки шкал манометров и устройство для его осуществления / А.Ю. Гетц, В.И. Мачкинис, С.М. Везнер, А.Ю. Метальников, С.М. Алферов, А.Г. Царенко (РФ). -№ 2009 145 224 / 28; заявл. 07.12.09; опубл. 10.09.10.

Тираж 100 экз. Заказ 749. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.