Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве

Рассмотрены вопросы построения интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов литейного производства с применением SCADA-систем и беспроводных локальных сетей. Предложены подходы организации сетей сбора мониторинговых данных и их передачи, обработки...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Шинский, О.И., Круцкевич, Н.Д., Шевчук, Б.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49882
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве / О.И. Шинский, Н.Д. Круцкевич, Б.М. Шевчук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 24-31. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49882
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-498822013-09-30T03:07:26Z Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве Шинский, О.И. Круцкевич, Н.Д. Шевчук, Б.М. Рассмотрены вопросы построения интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов литейного производства с применением SCADA-систем и беспроводных локальных сетей. Предложены подходы организации сетей сбора мониторинговых данных и их передачи, обработки, визуализации. Розглянуто питання побудови інтегрованої комп’ютерної мережі дистанційного моніторингу параметрів технологічних процесів ливарного виробництва з використанням SCADA-систем та безпровідних локальних мереж. Запропоновано підходи організації мереж збору моніторингових даних та їх передачі, обробці, візуалізації. Described problems of building an integrated computer network for remote monitoring of parameters of technological processes of casting production with the use of SCADA-systems and wireless local area networks, the approaches proposed networking of monitoring data collection and transmission, processing, visualization. 2010 Article Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве / О.И. Шинский, Н.Д. Круцкевич, Б.М. Шевчук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 24-31. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49882 681.3/621.74 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассмотрены вопросы построения интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов литейного производства с применением SCADA-систем и беспроводных локальных сетей. Предложены подходы организации сетей сбора мониторинговых данных и их передачи, обработки, визуализации.
format	Article
author	Шинский, О.И. Круцкевич, Н.Д. Шевчук, Б.М.
spellingShingle	Шинский, О.И. Круцкевич, Н.Д. Шевчук, Б.М. Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве Металл и литье Украины
author_facet	Шинский, О.И. Круцкевич, Н.Д. Шевчук, Б.М.
author_sort	Шинский, О.И.
title	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
title_short	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
title_full	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
title_fullStr	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
title_full_unstemmed	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
title_sort	построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49882
citation_txt	Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве / О.И. Шинский, Н.Д. Круцкевич, Б.М. Шевчук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 4. — С. 24-31. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT šinskijoi postroenieintegrirovannojkompʹûternojsetidistancionnogomonitoringaparametrovtehnologičeskihprocessovvlitejnomproizvodstve AT kruckevičnd postroenieintegrirovannojkompʹûternojsetidistancionnogomonitoringaparametrovtehnologičeskihprocessovvlitejnomproizvodstve AT ševčukbm postroenieintegrirovannojkompʹûternojsetidistancionnogomonitoringaparametrovtehnologičeskihprocessovvlitejnomproizvodstve
first_indexed	2025-07-04T11:13:58Z
last_indexed	2025-07-04T11:13:58Z
_version_	1836714703686991872
fulltext	2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 УДК 681.3/621.74 О. И. Шинский, Н. Д. Круцкевич, Б. М. Шевчук Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве Рассмотрены вопросы построения интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов литейного производства с применением SCADA-систем и беспроводных локальных сетей. Предложены подходы организации сетей сбора мониторинговых данных и их передачи, обработки, визуализации. Э кономическая ситуация, сложившаяся в насто- ящее время, требует от литейных предприятий выпуска продукции, конкурентоспособной на внутреннем и внешнем рынках. Конкурентос- пособность во многом определяется стоимостью и качеством продукции, что, в свою очередь, обуслов- лено применяемой технологией, контролем за точ- ностью ее соблюдения, а также количеством и стои- мостью используемых в работе материалов. Анализ технологии, применяемой при работе ли- тейных цехов, показал, что необходимо вести более точный контроль за сбором и обработкой информа- ции о состоянии каждого этапа производства отливки и оперативно представлять эту информацию опера- торам в виде различного рода графиков и таблиц с использованием предыстории процесса. Решение проблем повышения качества литейно- го производства рассмотрено в [1-3]. Повышение эф- фективности работы литейных цехов в значительной степени определяется качеством и обоснованностью проектных решений, применением компьютеризиро- ванных комплексов и экспертных систем. Ключевыми проблемами повышения качества литейного произ- водства являются контроль и поддержка в заданных пределах характеристик и параметров технологи- ческих процессов литья, показателей и параметров исходных материалов и режимов работы оборудо- вания, а также оперативное выявление и замена не- доброкачественных материалов, прогнозирование неисправностей оборудования и т. д. Эти задачи решаются с помощью применения многоуровневой интегрированной компьютерной сети мониторинга и системы контроля и диспетчеризации (SCADA) про- цесса литейного производства [4]. Целью статьи является анализ комплекса проб- лем, связанных с автоматизацией литейного произ- водства, оперативного мониторинга и управления качеством отливок, а также анализ характеристик сетевых устройств сбора, обработки, кодирования и передачи информации для построения малогабарит- ных и мобильных средств оценки и коррекции состо- яний объектов литейного производства. Внедрение Ключевые слова: литейное производство, сенсорные сети, абонентские системы, беспроводные сети интегрированной компьютерной сети дистанцион- ного мониторинга параметров технологических про- цессов с системой диспетчеризации SCADA, средств обработки и передачи информативных данных, ха- рактеризующих качество выполнения технологиче- ских процессов литья, позволит эффективно орга- низовать управление литейным производством с учетом минимизации затрат и повышения качества отливок. Анализ подходов к построению компьютеризированных систем в литейном производстве Автоматизация литейного производства привела к тому, что качество и надежность функционирова- ния автоматизированных формовочных и литей- ных линий, различных механизмов литейных цехов существенно влияют на конечный результат произ- водства. В свою очередь, автоматизированные комп- лексы и машины управляются и контролируются фи- зическим и умственным трудом большого количества людей. При этом влияние человеческого фактора на качество производства существенно увеличивается, что требует организации обеспечения качества про- изводства на его различных уровнях. На рис. 1 представлена структурная схема техно- логических процессов литейного производства. Интегрированную систему мониторинга можно распределить на 14 этапов подсистем мониторинга. Как видно из рис. 1, изделие проходит этапы от компьютерной модели к готовой продукции, соот- ветственно, важен мониторинг параметров каждого этапа производства, чтобы добиться высокого каче- ства и снизить энергетические затраты. При создании трехмерной модели изделия и чер- тежей большинство производителей литейной осна- стки используют специализированые CAD-системы, что позволяет сократить срок выполнения заказа, особенно для сложных литейных форм, повысить качество и увеличить производительность. Система автоматизированной поддержки инженерных реше- 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 ний при проектировании форм для литья обеспечи- вает: – сокращение трудоемкости проектных расчетов, конструирования и выпуска рабочих чертежей форм за счет всесторонней информационной поддержки проектирования (базы данных, графические базы знаний, расчетные процедуры), автоматизации при- нятия проектных решений, автоматизации редакти- рования и выпуска конструкторской текстовой и гра- фической документаций; – сокращение времени проектирования форм за счет применения типовых конструкций, выступающих в качестве моделей, с сохранением качества; – автоматизацию расчетов блока и пакета формы с учетом размеров рабочей зоны; – редактирование чертежей форм без повтора расчетных процедур; – получение конструкторской документации в бо- лее короткий срок; – быструю разработку новых моделей специалис- том-конструктором и подключение их к существу- ющей базе типовых решений. Проектирование формы можно разбить на сле- дующие этапы: расчет размеров полуфабриката и выбор технологических условий; разработка ра- бочей зоны формы (в данной версии выполняется вручную) и определение гнездности формы; выбор оборудования отливки; подбор формообразующей и выталкивающей систем формы и вида пакета фор- мы; разработка формообразующей системы (расчет ФОД, литниковой системы и других); формирование пакета формы, систем выталкивания, крепления формы (расчет плит, фиксирующих фланцев и дру- гих), термостатирования и вентиляционной системы, сборочного чертежа формы. Каждый этап в процессе проектирования необ- ходимо разбивать на несколько стадий до тех пор, пока решение задачи на послед- ней стадии не сведется к простому математическому или логическому решению. Исходными данными для про- ектирования формы являются чер- теж детали и технические условия на ее изготовление, по которым необходимо определить рабочие поверхности, точку (место) впрыс- ка расплава, линию разъема фор- мы, вид (модель) литейной фор- мы, ориентацию детали (деталей) в форме. По указанному в чертеже мате- риалу в системе проектирования формы определяются свойства литейного материала – темпера- турные режимы переработки мате- риала: плотность, удельная масса, коэффициент температуропровод- ности, коэффициенты усадки и др. Следующим этапом является создание прототипа изделия или формы с помощью технологий быстрого прототипирования, полу- чаемые с помощью 3D-принтеров на литейных пред- приятиях. Технология быстрого прототипирования (Rapid Prototyping – RP) – это быстрое изготовление прото- типов, технология, позволяющая по данным из 3D CAD-приложений (SolidWorks, КОМПАС-3D, Autodesk Inventor и прочих) создавать трехмерные физические модели-прототипы без инструментального их изго- товления. Технология стала доступной благодаря появлению 3D-принтеров, принцип работы которых заключается в послойном формировании физичес- кой модели. Традиционный метод изготовления мо- дели заключается в том, что модель создается от- делением материала от заготовки, скреплением отдельных элементов модели. При традиционном методе происходит инструментальное изготовление модели – процесс трудоемкий, медлительный, при котором невозможно изготовить сложные модели. 3D-принтеры позволяют в течение нескольких ча- сов изготовить геометрически сложные прототипы с внутренними элементами и движущимися частями. Процесс построения автоматизирован и позволяет получать качественные, сравнительно недорогие, функциональные модели в кратчайшие сроки [8]. Как известно, для изготовления моделей многие предприятия используют макетные мастерские на базе деревообрабатывающих цехов. Невозможность изготовить несколько абсолютно идентичных изде- лий, наличие специально обученного персонала, тру- доемкость процесса, мастерские, занимающие много места, – это неполный перечень основных недостат- ков традиционного изготовления мастер-моделей из дерева или пенополистирола. Автоматизировать процесс изготовления моделей можно с помощью 3D-принтера, который позволяет вносить корректи- ровки геометрии. Рис. 1. Структурная схема технологических процессов литейного производства 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Для литейных цехов не столь важны точностные характеристики моделей, возможность быстрого изменения математической виртуальной модели и повторного изготовления доработанного прототипа и, главное, эффективное использование в процессе литья изделий в металле. В Украине на данный момент представлены 3D-принтеры двух разработчиков: Objet Geometries (Израиль) и Z-Corporation (США). Компания Objet разработала комбинированную технологию PolyJet, суть которой заключается в по- слойном построении моделей из фотополимера. Фотополимер распыляется на плоскости построе- ния 3D-принтера тонким слоем в 16 микрон блоком головок и полимеризуется под действием УФ ламп. В результате получаются довольно прочные и точ- ные пластиковые модели с гладкими кривыми по- верхностями. 3D-принтеры Z-Corporation изготавливают моде- ли из порошка на гипсовой основе с различными добавками и присадками. На плоскости построения распределяется слой порошка толщиной 80 микрон и печатающая головка наносит связующее вещество (клей) согласно алгоритму данного слоя. В резуль- тате получаются модели на гипсовой основе. Чтобы придать им требуемую прочность необходимо обра- ботать пропиткой, которая также поставляется про- изводителем, компанией Z-Corporation. Литье по выплавляемым моделям (Lost-Wax) – один из самых экономичных способов создания деталей сложной формы из металла, а в некоторых случаях – и единственный возможный метод литья, например, когда детали имеют поднутрения, тонкие стенки или сложную конфигурацию. Обычно для та- кого метода литья используются модели из воско- вой модельной массы, изготовленные аналогично литью пластмасс под давлением: модельная масса запресовывается в пресс-форму из алюминия. Этот процесс хорошо освоен и используется на практи- ке тысячами литейных производств по всему миру. Однако среди недостатков использования данной технологии для небольших партий изделий следует назвать длительность процесса, начиная с разра- ботки и заканчивая изготовлением, а также высокую стоимость оснастки для производства моделей. Кроме того, модели, изготовленные на 3D-принте- рах обоих производителей, можно использовать для литья в песчаные формы. В данном случае 3D-моде- ли используются в качестве мастер-моделей, кото- рые формуются в опоку. Многие литейные компании за рубежом, исполь- зующие технологию быстрого прототипирования для сокращения цикла производства, не расположены открывать свои идеи по использованию 3D-моделей. Применение дополнительных материалов (жидкой резины, эпоксидных смол, платин-каст и прочих) сов- местно с 3D-моделями расширяет возможность ис- пользования последних в литейной индустрии. Наряду с системами быстрого прототипиро- вания разработка новых подходов оптимального управления технологическими процессами литья является актуальной задачей. Это обусловлено развитием современных компьютерных систем уп- равления, как правило, построенных на базе сете- вых программируемых логических контроллеров и персональных компьютеров. При этом компьютер, обладая наиболее мощными вычислительными ре- сурсами, применяется для решения математически несложных задач: визуализации состояния элемен- тов технологической системы, документирования параметров технологического процесса и програм- мирования управляющей программы. Тем самым уникальный инструмент для интеллектуальной об- работки информации, численных методов решения системы уравнений в обыкновенных и частных про- изводных остается невостребованным. Традиционный подход к управлению техноло- гическими процессами литья включает следующие этапы: расчет режимов обработки на базе вероят- ностных моделей, формирование управляющей про- граммы, синтез регуляторов по управляемым пара- метрам (рис. 2). Априорный подход базируется на построении математической модели технологического процес- са, определении целевой функции и метода опти- мизации [7] (рис. 3). Цель оптимального управления – найти наилучший вариант из множества возмож- ных альтернатив с позиции многоцелевой функции. Определяющую роль в методологии оптимального управления играет математическая модель, пред- ставляющая собой множество соотношений между Рис. 2. Традиционный подход к управлению ТП. 2. , . . , , . : ; ; ; . . 3. . , . , , . , , . , . , . : . 2. , . . , , . : ; ; ; . . 3. . , . , , . , , . , . , . : Рис. 3. Априорный метод оптимизации 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 переменными ограничениями и целевой функцией. Последовательность решения поставленной задачи включает следующие операции: формулировка зада- чи оптимального управления; разработка априорной математической модели; подготовка управляющей программы; уточнение решения. Существующие априорные детерминированные математические модели не учитывают вероятност- ной природы технологических процессов. Поэтому точность априорной модели обычно недостаточна и при решении задачи оптимизации вероятностных технологических процессов целесообразно выде- лить априорный и оперативный методы оптимиза- ции. Оперативный метод оптимизации, базирующий- ся на обработке информации в реальном масштабе времени, позволяет существенно повысить качество управления. Математическая модель позволяет корректиро- вать технологию, адаптировать ее к реальному про- цессу, адекватно реагировать на возмущающие воз- действия. Для таких систем свойственны неполный детерминизм, логичность действия и прогнозирова- ние [7]. Таким образом, для данного подхода можно выделить две составляющие управления – априор- ная технологическая программа и математическая модель в реальном масштабе времени для коррек- тировки управляющей программы. Общий принцип управления можно представить в виде следующей структурной схемы (рис. 4): Метод управления технологи- ческим процессом с обучением, смысл которого заключается в ав- томатической обработке резуль- татов технологических процессов, их анализе и формировании веро- ятностных моделей – следующий этап развития (рис. 5). В качестве его примера можно привести опе- рацию вакуумного отжига изделий с целью получения оптимальной структуры металла, снятия оста- точных напряжений после термо- обработки, сохранения заданной формы изделий. Снижение кон- центрации водорода до величины, при которой отсутствуют явления водородной хрупкости, определяет момент при рас- чете режима вакуумного отжига. Величина равновесного давления Рр над метал- лом при небольших концентрациях водорода описы- вается уравнением Бореллиуса 2 p exp ∆ = ψ HP C RT , где ψ – коэффициент, зависящий от энтропии; ∆Н – теплота растворения водорода в металле; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура; С – концентрация газа в металле. Давление, обеспечиваемое вакуумной установ- кой, можно принять за равновесное давление водо- рода в уравнении Бореллиуса. Параметры ψ и ∆Н определяются по экспериментальным данным. Зная значения концентрации газа в металле С, можно определить температуру вакуумного отжига. Время снижения содержания водорода от исход- ной С0 до конечной концентрации на половине тол- щины можно приближенно оценить последующим уравнениям: – для цилиндра 2 0 p p 1n 5,78 − τ = −k C Cr D C C ; – для плиты или листа 2 0 p 2 p 1n − τ = π −k C Ch D C C , где r – радиус цилиндра, мм; h – толщина плиты (листа), мм; D – коэффициент диффузии водорода в металле; Ср – равновесная концентрация водорода в соответ- ствии с уравнением Бореллиуса. Таким образом, формируются необходимые пара- метры программы нагрева – скорость нагрева, тем- пература отжига и время выдержки. По результатам анализа структуры металла после технологического процесса уточняются коэффициенты для расчета оптимальных параметров программы нагрева, то есть проводится процедура обучения с корректи- ровкой коэффициентов. Скорость нагрева и охлаж- дения определяются из недопустимости коробле- ния конструкции. . 4. , , . . 5. , , . , . 2P expp HC RT ψ Δ= – , ; – ; R – ; – ; – . , , . . , . Рис. 4. Оперативный метод оптимизации . 4. , , . . 5. , , . , . 2P expp HC RT ψ Δ= – , ; – ; R – ; – ; – . , , . . , . Рис. 5. Метод оптимизации с обучением 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Представленная структурная схема системы уп- равления (рис. 6) – иерархическая по информацион- ной модели, функциям управления и архитектуре программного обеспечения. Организация связей и распределение задач между сетевыми ПЛК вы- полнены по территориальному и функциональному признакам. Такая архитектура СУ позволяет легко адаптировать систему под технологические системы любой сложности. Программное обеспечение ПЛК обеспечивает многоконтурное регулирование температуры с лю- бым количеством участков управляющей програм- мы, расширенный диапазон изменения скорости нагрева и охлаждения, адаптивное управление на- растанием температуры с организацией обратной связи по давлению – остановка нагрева до набора рабочего вакуума. Алгоритм автоматического под- держания вакуума сокращает время технологи- ческого процесса и оптимизирует его. При автоматизации литейного производства многие объекты технологического процесса явля- ются мобильными частями про- изводства, что усложняет задачу их интеграции в стандартную про- мышленную сеть. Построение интегрированной сети промышленного назначения на основе беспроводных сенсорных и локальных сетей Применение интегрированной сети беспроводных контролеров и автономных сенсоров – перспек- тивное направление автоматиза- ции технологических процессов литейного производства, которое позволяет контролировать про- цессы, протекающие в мобильных элементах производства (вагонет- ки, ковши с расплавленым метал- лом и т. д.). Для построения беспроводных сетей традиционно используют стандартизирован- ные технологии (таблица) [5]. Технология IEEE 802.15.4, имеющая значитель- ные преимущества – количество точек сети, даль- ность связи, варианты топологических схем, время организации сети, как видно из таблицы, – наиболее оптималь- ная для промышленности. Объек- ты сети IEEE 802.15.4 – координа- тор, роутеры, конечные устройства (рис. 7). Каждый элемент сети органи- зован по структуре, показанной на рис. 8. Структурная схема архитекту- ры интегрированной промышлен- ной сети мониторинга процессов литейного производства представ- лена на рис. 9. В представленной архитектуре низовой уровень (уро- вень формирования технологичес- ких данных) реализован соответс- твенно стандарту IEEE802.15.4. Данный стандарт регламентирует Рис. 6. Структурная схема системы управления 0 : – 2 0 p p 1n 5,78 k C Cr D C C − = − – 2 0 p 2 p 1n k C Ch D C C − = − r – ; h – ( ); D – ; – . , – , . , . . 6. , . . . , , – . . , . . , , ( , . .). ( ). Zigbee, One-Net Bluetooth WiFi UWB IEEE 802.15.4 802.15.1 802.11 802.15.3 Max 250 Kbps 750 Kbps 54 Mbps 1000 + Mbps 30 + ma 40 + ma 400 + ma Idd 3 ua 200 ua 20 ma 8-60 KB 100 + KB 100 + KB , , (8 max) - Max ( ) 132 359 4095 1200 100 100 * 10 65536 8 , IEEE 802.15.4, – , , , . IEEE 802.15.4 , , . . 7. IEEE 802.15.4, « » Рис. 7. Структурная схема беспроводной сети стандарта IEEE 802.15.4, организованной в топологию «сетка» Сравнительный анализ характеристик беспроводных технологий Название технологии Zigbee, One-Net Bluetooth WiFi UWB IEEE стандарт 802.15.4 802.15.1 802.11 802.15.3 Maксимальная скорость передачи 250 Kbps 750 Kbps 54 Mbps 1000 + Mbps Ток при передаче 30 + ma 40 + ma 400 + ma – Ток в спящем режиме Idd 3 ua 200 ua 20 ma – Размер стека 8-60 KB 100 + KB 100 + KB – Тип топологии звезда, дерево, сетка звезда (8 точек max) звезда точка-точка Время организации сети мс с с – Maксимальная длина пакета (байт) 132 359 4095 – Расстояние передачи свыше 1200 м 100 м 100 м* 10 м Точки сети 65536 8 – – 2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’20102� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 реализацию беспроводного физического и канально- го уровней низовой сети. В качестве сетевого уровня используются техно- логии ZigBee, JenNET, OneNET. Они ориентирова- ны на сети сенсоров на основе беспроводных ком- понентов и имеют ряд существенных преимуществ над другими технологиями: всемирно открытый стандарт IEEE 802.15.4; простая конфигурация се- ти; возможность ретрансляции пакетов отдельны- ми узлами сети; число узлов сети может превы- шать 65 тыс.; защищенность сети в соответствии к алгоритму AES; поддержка различных топологий «дерево», «звезда», многоуровневая сеть; возмож- ность работы с оборудованием различных сетей; электромагнитная совместимость с другими беспро- водными технологиями (WiFi, Bluetooth, GSM, CDMA); низкая стоимость готового решения. Построение абонентских систем на объектах мониторинга литейного производства Абонентская система мониторинга параметров технологического процесса литейного производства должна состоять из таких функциональных блоков: измерения, цифровой обработки, коммуникационно- го и бесперебойного питания (рис. 10) [6]. Абонентскую систему предлагается реализовать на базе микроконтролера JN5139 (рис. 11). JN5139-xxx-Myy – это линейка SMD-модулей, поз- воляющая пользователю создать IEEE802.15.4 или ZigBee-совместимую систему за минимальное вре- мя и по минимальной цене. Благодаря данным модулям нет необходимости в дорогостоящей и продолжительной разработке дизайна платы и про- ведении набора тестов. В модулях реализовано взаимодействие с беспроводным микроконтроле- ром Jennic JN5139, что позволяет получить комп- лексное высокопроизводительное решение. Для ввода в строй беспроводного контрольно-измери- тельного продукта нужно лишь подсоединить ис- точник питания и периферийные устройства (пере- ключатели, приводы, датчики). Существует 5 вариантов исполнения аппарат- ной части модулей: JN5139-xxx-M00 имеет встроен- ную антенну, JN5139-xxx-M01/M03 – антенный кон- нектор, а JN5139-xxx-M02/M04 – усилитель мощ- ности и МШУ для обеспечения большой дальности связи. В каждый из вариантов модулей может быть . 6 (- вставить новое название таблицы) P31 … ZDOP1 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC ZigBee, JenNET, ONE Net NWK Рис. 8 Рис. 8. Структурная схема элемента беспроводной сети стан- дарта IEEE 802.15.4 ( . 8): . 8. IEEE 802.15.4 . 9. IEEE802.15.4 . 9. ( R – , C – , E – ) ( ) IEEE802.15.4. . ZigBee, JenNET, OneNET. : IEEE 802.15.4; ; ; 65 .; AES; « », « », P31 … ZDOP1 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC ZigBee, JenNET, ONE Net NWK Рис. 9. Структурная схема архитектуры интегрированной про- мышленной сети мониторинга процессов литейного производства (R – ретранслятор, C – координатор, E – конечное устройство) ; _________; (WiFi, Buetooth, GSM, CDMA); . : , , , ( . 9). . ? JN5139 ( . 10). . ? JN5139 JN5139-xxx-Myy – SMD- , IEEE802.15.4 ZigBee- . . Jennic JN5139, . - ( , , ). 5 : JN5139-xxx-M00 , JN5139-xxx-M01/M03 – , JN5139-xxx- M02/M04 – . ZigBee (JN5139-Z01-Myy). Рис. 11. Структурная схема архитектуры абонентской системы на базе микроконтролера JN5139 ; _________; (WiFi, Buetooth, GSM, CDMA); . : , , , ( . 9). . ? JN5139 ( . 10). . ? JN5139 JN5139-xxx-Myy – SMD- , IEEE802.15.4 ZigBee- . . Jennic JN5139, . - ( , , ). 5 : JN5139-xxx-M00 , JN5139-xxx-M01/M03 – , JN5139-xxx- M02/M04 – . ZigBee (JN5139-Z01-Myy). Рис. 10. Структурная схема архитектуры абонентской системы 30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’201030 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 предварительно запрограммирован сетевой прото- кол ZigBee (JN5139-Z01-Myy). Особенности модуля JN5139-Z01: совместимость с 2.4 ГГц IEEE802.15.4 и ZigBee; рабочее напряжение – 2,7-3,6 В; ток потребления в спящем режиме (при активном таймере сна) – 2,8 мкА. JN5139-xxx-M00/01/03: дальность связи – до 1 км (с внешней антенной); чувствительность приемни- ка -96,5 дБм; выходная мощность передатчи- ка +2,5 дБм; ток потребления в режиме TX (переда- ча) < 37 мА; ток потребления в режиме RX (при- ем) < 37 мА. Особенности микроконтролера: 32-битный RISC- процессор с тактовой частотой 16 МГц (в режиме удвоенной частоты – 32 МГц); 96 кБ RAM, 192 кБ ROM; АЦП: четыре входа, 12 разрядов; два 11-раз- рядных ЦАП, два компаратора, два программиру- емых таймера/счетчика, датчик температуры; два интерфейса UART (один – для внутрисхемной от- ладки); интерфейс SPI; двухпроводной последова- тельный интерфейс; 21 порт ввода/вывода. Система не нуждается в радиочастотных тестах, модули совместимы с FCC part 15, ETSI ETS 300-328 и Japan ARIB STD-T66, возможность предваритель- ного программирования модулей. Преимущества применения модулей: надеж- ные и безопасные беспроводные системы с низким энергопотреблением, сети датчиков на основе бес- проводных компонентов, промышленная и домаш- няя автоматика и управление, системы телеметрии и мониторинга. Промышленный температурный диапазон от -20 до +70 °С. Выводы Литейное производство требует интеграции и взаимодействия всех автоматизированных систем контроля и управления качеством производства. Большая роль в организации контроля качества про- изводства принадлежит сетевым объектным систе- мам, осуществляющим ввод, фильтрацию, сжатие, защиту данных и помехоустойчивое кодирование пакетов информации. Для эффективного контроля и управления качеством литейного производства необходимо организовать сбор, обработку и пере- дачу на верхние уровни интегрированной сети тех- нологических и измерительных данных, являющихся информационными образами текущих технологиче- ских процессов. Системы быстрого прототипирования и SCADA- системы, организованые на базе беспроводных компьютерных сетей типа IEEE802.15.4, – перспек- тивные технологии развития современного высоко- эфективного литейного производства. Для оценки входных и выходных потоков данных на объектных системах компьютерных сетей контроля качества производства предложена структура трехуровневой интегрированной компьютерной сети, построенная на базе беспроводных каналов связи. ЛИТЕРАТУРА 1. Информационная технология оперативного дистанционного мониторинга состояний объектов литейного производства / О. И. Шинский, Б. М. Шевчук, В. П. Кравченко, И. О. Шинский // Процессы литья. – 2007. – № 1-2. – С. 117-125. 2. Лисецкий Ю. М., Бобров А. Н. Пример построения корпоративной интегрированной информационной системы // УСиМ. – 2007. – № 6. – C. 9-16. 3. Шевчук Б. М. Методи визначення та відображення показників інформаційних станів об’єктів тривалого моніторингу // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. – 2005. – № 4. – С. 78-85. 4. Лисецкий Ю. М., Бобров С. Н., Бобров А. Н. Национальная сеть беспроводного доступа в интернет // УСиМ. – 2007. – № 5. – С. 81-85. 5. http://www.wireless-e.ru/articles/bluetooth.php 6. http://www.jennic.com/support/ieee802154/ 7. http://www.plcsystems.ru/article/ 8. www.cad.dp.ua 9. www.rulen.ru/ Шинський О. Й., Круцкевич Н. Д., Шевчук Б. М. Побудова інтегрованої комп’ютерної мережі дистанційного моніто- рингу параметрів технологічних процесів ливарного виробництва Розглянуто питання побудови інтегрованої комп’ютерної мережі дистанційного моніторингу параметрів техно- логічних процесів ливарного виробництва з використанням SCADA-систем та безпровідних локальних мереж. Запро- поновано підходи організації мереж збору моніторингових даних та їх передачі, обробці, візуалізації. Анотація ливарне виробництво, сенсорні мережі, абонентські системи, бездротові мережі Ключові слова 30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’201030 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 4 ’2010 Shinsky O., Krutskevich N., Shevchuk B. Construction of an integrated computer network for remote monitoring of parameters of technological processes in the linear production Described problems of building an integrated computer network for remote monitoring of parameters of technological processes of casting production with the use of SCADA-systems and wireless local area networks, the approaches proposed networking of monitoring data collection and transmission, processing, visualization. Summary foundry production, touch networks, subscription systems, wireless network Keywords Поступила 16.11.09. УДК 621.771: 621.74.04 М. Е. Докторов Улучшение качества гнутых профилей проката Определено, что основными причинами продольного изгиба, разнополочности винтообразного скручивания и других дефектов гнутых профилей являются неодновременная встреча с валками контактируемых участков заготовки и начало их подгибки. Для устранения этих недостатков, в том числе применительно к сложному поштучному процессу профилирования несимметричных профилей и с гофрами на стенках, предложены конструкции валков, в рабочих ручьях которых выполнены дополнительные конусные элементы. П ри изготовлении гнутых профилей в валках на многоклетевых станах, в большей степени при поштучном процессе, наблюдается поперечное смещение формуемой заготовки в валках с оси профилирования, винтообразное кручение, продоль- ный изгиб, забоины, переформовка и нестабильность основных размеров профиля по длине. Это обуслав- ливается, главным образом, неодновременностью начала контакта заготовки с валками, неуравнове- шенностью прикладываемых для подгибки перифе- рийных и формообразуемых на центральном участ- ке элементов профиля сил и ненадежной фиксацией движущейся заготовки от поперечного смещения в рабочем ручье валка. Технологические приемы и способы формовки, в которых уравновешивают из- гибающие моменты, создаваемые для подгибки пе- риферийных участков, и применяют цилиндрические направляющие бурты для закрытия рабочих ручьев по ширине, как правило, лишь частично обеспечи- вают положительные результаты при непрерывном профилировании из рулонной заготовки. При по- штучном процессе, который в начале и конце фор- мовки каждой заготовки протекает неустойчиво, их применение не обеспечивает требуемого качества и устранения названных дефектов. Наблюдается так- же поперечное смещение профилей в 4-валковых ка- либрах и направляющих вертикальных роликах [1]. Установлено, что возможность поперечного сме- щения формуемой заготовки при ее задаче в валки обусловлена удалением кромок подгибаемых полок Ключевые слова: гнутый профиль проката, заготовка, профилирование, валки, калибр, ручей, конусный элемент валка, качество, дефекты, винтообразное скручивание, центрирование, одновременность формообразования от направляющих торцевых плоскостей цилиндри- ческих буртов и зазором δ между ними в плоскости калибра. В соответствии со схемой (рис. 1, а) рассто- яние от осевой плоскости валков (плоскости калиб- ра) до точки А (встречи кромки заготовки с конусной рабочей поверхностью охватывающего валка) рас- считывается по формуле z = {(0,5Dкp) 2 – [0,5Dон + b sin αc(n–1)] 2}1/2, (1) где Dкp – диаметр окружности большего основания конусного участка валка, содержащей точку А встре- чи с кромкой полки профиля; Dон – основной диаметр валка; b = bп+Rн tg 0,5αc(n–1) – ширина полки; bп – шири- на прямолинейного участка полки; Rн – наружный ра- диус кривизны места изгиба; αc(n–1) – суммарный угол подгибки полки в предшествующем (n – 1) переходе. В свою очередь, из очевидных геометрических со- отношений Dкp= Dон + 2b соs αc(n–1) tg αcn; h(n–1) = b sin αc(n–1). (2) Здесь αcn= αc(n–1) + Δαn – суммарный угол подгиб- ки в калибре n-го рассматриваемого перехода; Δαn – угол подгибки за проход; h(n–1) – высота профиля после предшествующего перехода. После внесения (2) в (1), учета, что b соs αc(n–1) = = b sin αc(n–1) / tg αc(n–1) = h(n–1) / tg αc(n–1), и несложных преобразований получим z = ﴾{Dон +h(n–1) [(tg αcn / tg αc(n–1)) + 1]}× ×h(n–1) [(tg αcn / tg αc(n–1)) – 1]﴿1/2. (3) Из (1) и (3) видно, что с увеличением ширины под-

Построение интегрированной компьютерной сети дистанционного мониторинга параметров технологических процессов в литейном производстве

Репозитарії

Схожі ресурси