Хомяков - исправлено-печать

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
Допустить к защите
Заместитель директора по
профессиональному образованию
_____________ И.В. Бойцова
«___»_______________2022г
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Тема: Разработка блока автоматизированной обработки
результатов поверки измерительной системы KAM-500
Выполнил:
Студент 4 курса, группа 4ОСАП-3
Руководитель работы:
Преподаватель
Ученая степень, должность
Хомяков Егор Аркадьевич
Елисеева Елена Васильевна
(Ф.И.О.)
(Ф.И.О.)
______________________________
_______________________________________
(подпись)
(подпись)
_________________________________________________________
дата защиты, оценка
Москва, 2022
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГОРОДА МОСКВЫ
Государственное бюджетное профессиональное образовательное
учреждение города Москвы
«Политехнический колледж им. Н.Н. Годовикова»
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора
по профессиональному образованию
_______________И. В. Бойцова
«____» _______________ 2022 г.
Рассмотрено на заседании (предметной)
цикловой комиссии Автоматизации,
мехатроники и робототехники
Протокол № 09 от «04» апреля 2022г.
Председатель комиссии _______Е. В. Елисеева
З А Д А Н И Е
Для выпускной квалификационной работы дипломного проекта по специальности
15.02.14 Оснащение средствами автоматизации технологических процессов и
производств (по отраслям)
Студенту 4 курса группы 4ОСАП-3
Ф.И.О. Хомякову Егору Аркадьевичу
Тема задания: Разработка блока автоматизированной обработки результатов
поверки измерительной системы KAM-500.
Основные вопросы, подлежащие разработке: Введение, технико-проектная глава,
технологическая глава, расчет надежности узла, изделия, экономическая
эффективность работы, заключение.
Дата выдачи задания «20» апреля 2022 г.
Сроки выполнения разделов дипломной работы:
Введение
с 20 апреля 22г по 26 апреля 22г
Теоретическая часть
с 27 апреля 22г по 05 мая 22г
Графическая часть
с 06 мая 22г по 18 мая 22г
Заключение
с 19 мая 22г по 23 мая 22г
Срок представления законченной работы «01» июня 2022 г. с 10.00 до 12.00ч.
Руководитель дипломной работы:
(подпись руководителя)
Задание получил «20» апреля 2022 г. студент (
(инициалы, фамилия)
_____
подпись студента)
(инициалы, фамилия)
Содержание
Введение ........................................................................................................................... 3
Глава 1. Измерительная система КАМ-500 .................................................................. 5
1.2. Описание работы изделия .................................................................................... 7
1.3. Устройство и работа изделия ............................................................................... 9
1.5. Использование по назначению измерительной системы КАМ-500 .............. 13
Глава 2. Симуляция модулей и шасси......................................................................... 21
2.1. Разработка блок диаграммы ............................................................................... 21
2.2. Используемое оборудования для автоматизации стенда ................................ 22
2.3. Состав системы измерений и управления ........................................................ 23
Глава 3. Экономическая эффективность проектных решений ................................. 30
3.1. Калькуляция себестоимости изделия ................................................................ 30
3.2. Экономическая эффективность проектных решений...................................... 32
Заключение .................................................................................................................... 36
Список использованной литературы ........................................................................... 37
ПКГ4.15.02.14. ВКР. ПЗ
Лит.
Изм.
Лист № документа
Разраб.
Хомяков Е.А
Провер.
Елисеева Е.В.
Подпись
Дата
Н. Контр.
Утв.
Масштаб
Выпускная
квалификационная работа
Т. Контр.
Реценз.
Масса
1:1
Лист
Разработка блока автоматизированной
обработки результатов поверки
измерительной системы KAM-500
2
Листов
4ОСАП-3
39
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация производства, процесс в развитии машинного производства,
при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком,
передаются
приборам
производства
-
и
автоматическим
основа развития
устройствам.
современной
Автоматизация
промышленности,
главное
технического прогресса.
Цель
Автоматизации
производства
заключается
в
повышении
эффективности труда, улучшения качества выпускаемой продукции, в создании
условий для оптимального использования всех ресурсов производства.
Вышесказанное, подтверждает актуальность темы дипломного проекта
«Совершенствование системы автоматической поверки компонентов системы
автоматического управления.».
Объектом исследования будет являться модуль измерения напряжения
переменного тока KAM/ADC/008.
Предметом исследования - совершенствование системы автоматической
поверки. В совершенствовании системы автоматической поверки компонентов
системы автоматического управления KAM-500, применяются современные
высокоточные эталонные, средства задания и контроля поверяемых параметров,
которые влияют на снижение методических погрешностей, также были
использованы
современные
средства
программирования
и
автоматизации
процессов обработки результатов поверки, благодаря которым, снизилась
трудоёмкость и повысилась достоверность результатов.
Причины, по которым был выбран именно этот объект исследования
следующие: токи и напряжения являются основными контролируемыми
электрическими
величинами,
которые
необходимо
измерить.
Самым
ответственным моментом является правильный выбор средства измерения (СИ), по
совокупности
факторов:
предполагаемый
диапазон
измерения,
род
тока
(постоянного или переменного), частота переменного тока, точность измерений,
условия проведения эксперимента (лабораторные, цеховые, полевые), влияние
Лист
ПКГ4.15.02.14. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
3
внешних
условий
(температура,
магнитное
поле,
вибрация,
влажность,
барометрическое давление).
Целью дипломного проектирования является усовершенствование методики
поверки модуля для измерения напряжения переменного тока в многоканальной
измерительной системе KAM-500, автоматизация обработки результатов поверки с
применение программного обеспечения, повышение точности измерений при
поверке с применением высокоточных калибраторов и эталонных средств
измерения.
Задачи дипломного проектирования:

Совершенствование
системы
поверки
модуля
для
измерения
напряжения переменного тока в многоканальной измерительной системе KAM500.

Оценка экономической эффективности.
Научный аппарат дипломного проектирования.
Научной базой для реализации поставленных задач являются: система
автоматического
управления,
автоматизация
систем
регулирования,
цифровая
система
управления
автоматического
техпроцессов,
схемотехника,
теория
метрология,
проектирования,
автоматического
электротехнические
измерения.
Кроме того, был использован комплекс технических описаний оборудования,
актов поверки, исследований и испытаний данного устройства.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
4
ГЛАВА 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КАМ-500
1.1.
Описание многоканальной измерительной системы KAM-500
В данной дипломной работе будет разрабатываться усовершенствование
методики поверки следующего оборудования: многоканальная измерительная
система KAM-500. Конкретной задачей, которую я решаю, является автоматизация
результатов поверки измерительной системы. Для того чтобы яснее поставить
поставленную
задачу,
рассмотрим
конструктивные
особенности,
область
применения и существующую методику поверки данного средства измерения.
Измерительная система KAM-500 наиболее гибкая цифровая система сбора
данных объектов бортового исполнения, доступная на сегодня для инженеров по
летным испытаниям. Сочетает высокую надежность и высокие технические
характеристики в компактной модульной системе. Мониторинг цепей бортовых
систем, сжатие видео и аудио сигналов, встроенные средства регистрации и
разнообразные форматы вывода поддерживаются либо в одном автономном
устройстве.
Измерительная система KAM-500 делает гораздо больше, чем просто выдает
цифровой поток на основе импульсно-кодовой модуляции. Ее модульная
архитектура позволяет трансформировать KAM-500 в самые разнообразные
системы, например: узел сети, удаленный терминал, видео и аудио коммутатор и
твердотельный накопитель.
Измерительная система KAM-500 обычно состоит из одного или нескольких
блоков, включающих в себя шасси, программное обеспечение и измерительные
модули для контроля и регистрации разных параметров.
Основные преимущества данной системы:

Высокая надёжность.

Высокая производительность.

Малые габариты.

Низкое потребление энергии.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
5

Модульность.

Большой спектр модулей решающих разные задачи.

Утверждено по типу СИ.

Процесс измерений непрерывный.
 Надёжная система: цикл сбора данных осуществляется посредством
конечных автоматов - нет ПО, стека или микропроцессора - Не требует
смены решений в реальном времени - Нет потенциометров, перемычек
или реле - Нет прерываний - Нет операционной системы (нет времени
загрузки).
 Модульность: в один блок в измерительной системе KAM-500 мы можем
вставить модули, выполняющие разные задачи, например: измерение
постоянного и переменного напряжения тока, воспроизведение силы
постоянного тока. Также архитектура построения блока позволяет легко
заменить каждый модуль в отдельности.
 Высокая производительность системы: модули могут работать с
производительностью до 2 Мега-отсчётов/с - Все модули имеют доступ ко
всем данным, передаваемым через кросс-плату.
 Процесс измерений непрерывный: процесс измерений происходит в
реальном времени.
 Высокая целостность данных - Каждый аналоговый канал имеет свой
фильтр защиты от наложения спектров, 16+ разрядный АЦП и
программируемый цифровой фильтр - Устранение перекрёстных помех,
свойственных аналоговым мультиплексным системам, а также для
устойчивости к температурным дрейфам.
 Малогабаритная, с низким энергопотреблением.
 Прекрасно работает в условиях нехватки объёмов и энергии.
 Большой спектр модулей решающих разные задачи.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
6
 Более чем сотни модулей, пользователь может легко собрать систему под
свои нужды.
 Утверждено по типу СИ.
Данное средство измерения утверждено по типу в Госреестре средств
измерений под номером: 54110-13.
1.2. Описание работы изделия
Для начала рассмотрим назначение изделия. Наименование, тип и
обозначение изделия: модули измерительные KAD/ADC/008, KAM/ADC/008
(далее – модули).
Назначение:
Модули
измерительные
KAD/ADC/008,
KAM/ADC/008
предназначены для измерений напряжения переменного тока.
Модули применяются в составе систем сбора и обработки данных КАМ-500
для
измерений
параметров
силового,
вспомогательного
и
специального
оборудования летательных аппаратов в процессе их испытаний.
Условия эксплуатации модулей приведены в таблице 1.
Таблица 1 Условия эксплуатации модулей
Влияющая величина
Значение
влияющей
величины
Напряжение питания постоянного тока, В
±12
Температура окружающего воздуха, ºC:
- рабочие условия
от минус 40 до 85
- предельные условия хранения
от минус 55 до 105
Относительная влажность воздуха при значениях
температуры до 60 ºC, %
от 0 до 95
Гармоническая вибрация:
- диапазон частот, Гц
от 10 до 2000
- амплитуда ускорения, м/с2, не более
10
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
7
Широкополосная вибрация:
- время воздействия в направлении каждой из 60
координатных осей, минут, не более
- спектральная плотность виброускорения, g2/Гц
от 0,04 до 0,2
- диапазон частот, Гц
от 15 до 2000
Механические удары многократного действия:
- число ударов за 11 мс (по пилообразному закону) 12
в направлении 3-х координатных осей, не более
- максимальное ускорение, м/с2
Ускорение
в
течение
1
100
минуты
в
каждом
направлении по 3-м взаимно-перпендикулярным
осям, м/с2, не более
16,5
Давление, кПа
от 3,6 до 115
Атмосферные выпадающие осадки (дождь):
- верхнее значение интенсивности осадков, мм/мин
4,6
Очень важными техническими характеристиками являются:

Число измерительных каналов: 6;

Тип измерительного канала: однополярный (S/E);

Диапазоны измеряемых значений напряжения переменного тока (от
минус 10 до 10) В при значении коэффициента усиления 1(от минус 1 до 1) В
при значении коэффициента усиления 10;

Диапазон частот: от 10 Гц до 1 кГц;

Пределы
допускаемой
приведенной
к
диапазону
измерений
погрешности измерений напряжения переменного тока: ± 0,3 %;

Мощность потребления, Вт, не более: 2,48;

Масса, г, не более: 70;

Габаритные размеры (длина × высота × глубина), мм, не более:
82×80×13,8;
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
8

Входное сопротивление при отсутствии питания, Ом, не менее: 2,2·103;

Входное сопротивление, Ом, не менее: 10·106.
1.3. Устройство и работа изделия
Конструктивно
модуль
представляет
собой
печатную
плату,
с
установленными на ней радиоэлектронными компонентами. Модули выпускаются
в безкорпусном варианте исполнения (рисунок 1).
Рисунок 1 Внешний вид модуля KAM/ADC/008
На модуле установлено два разъема. На верхней панели модуля установлен
разъем для подключения внешних датчиков (по умолчанию, каждый модуль
поставляется в комплекте с ответной частью внешнего разъёма CON/KAD/002/CP),
на противоположной стороне модуля установлен разъем для подключения модуля
к шасси.
Модуль выпускается в двух модификациях:
- KAD/ADC/008 - с верхним 52-х контактным разъёмом двойной плотности
расположения контактов;
- KAM/ADC/008 – с верхним 51-м контактным микроминиатюрным
разъёмом.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
9
Модуль применяется совместно с шасси KAM/CHS и управляющим модулем
KAD/BCU. Внешний вид модуля, установленного в шасси, представлен на рисунке
2.
Рисунок 2 Внешний вид модуля, установленного в шасси
1.4. Принцип работы измерительной системы КАМ-500
Принцип действия основан на преобразовании измеряемых значений в
цифровой код при помощи АЦП. Могут быть использованы для определения
величины
переменного
тока,
минимального,
максимального,
среднего,
среднеквадратического и амплитудного значений; значений активной и полной
мощности и их соотношения при использовании
дополнительных внешних
устройств (внешнего понижающего трансформатора, внешнего датчика тока и
нагрузочного резистора) с заранее известными параметрами.
Управление
осуществляется
режимами
с
работы,
помощью
а
также
отображение
информации
программного
обеспечения
«KSM-500»,
устанавливаемого на внешнюю ПЭВМ.
Погрешность измерений напряжения переменного тока определяется
величиной входного сопротивления каждого канала, погрешностью коэффициента
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
10
усиления инструментального усилителя, погрешностью измерений напряжения
аналого-цифровым преобразователем. Для измерений напряжения требуется
наличие внешнего понижающего трансформатора (например, ACC/TRF/001).
Для
измерений
(трансформатора) и
тока
требуется
наличие
внешнего
датчика
нагрузочного резистора, подключённого
тока
параллельно
выходной обмотке трансформатора.
Каждый канал содержит (рисунок 3):

инструментальный усилитель с программируемым коэффициентом
усиления (обратно пропорциональным входному диапазону) – на входе;

аналого-цифровой преобразователь с разрешением не хуже 12 бит для
дискретизации измеряемого параметра;

вычислительные схемы;

таблицу конвертации на 16384 значения.
Рисунок 3 Схема измерительного канала модуля KAD/ADC/008
Существую
следующие
эксплуатационные
ограничения:
технические
характеристики изделия, несоблюдение которых недопустимо по условиям
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
11
безопасности и которые могут привести к выходу изделия из строя, представлены
в таблице 2. Технические характеристики приведены для всех модификаций
модуля.
Таблица 2 Технические характеристики
Наименование характеристики
Допустимые значения
Диапазон допустимых значений напряжения
на входах (защита от перенапряжений), В
От минус 40 до 40
При подготовке модуля мы используем следующие меры безопасности.
При работе с изделием мы соблюдаем общие требования безопасности по
ГОСТ 12.3.019-80. и меры безопасности, указанные в инструкциях по эксплуатации
средств измерений, используемых при поверке.
При работе включающей операции с извлечением из шасси модуля,
необходимо проводить их с использованием коврика для стекания статического
электричества и соединенного с ним электропроводящего браслета надеваемого на
руку.
Сначала проводится внешний осмотр изделия.
При проведении внешнего осмотра мы проверяем:
 комплектность модулей;
 чёткость обозначений, чистоту и исправность разъёмов и гнёзд, наличие и
целостность печатей и пломб;
 отсутствие механических повреждений и ослабление элементов, четкость
фиксации их положения;
 состояние соединительных кабелей;
 наличие маркировки.
По правилам и порядку осмотра и проверки готовности изделия к
использованию мы должны:
 убедиться в наличии защитного заземления всех используемых приборов;
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
12
 установить поверяемый модуль в шасси с установленным управляющим
модулем.
1.5. Использование по назначению измерительной системы КАМ-500
Объем и последовательность внешнего осмотра изделия.
При проведении внешнего осмотра мы проверяем:

комплектность модулей;

чёткость обозначений, чистоту и исправность разъёмов и гнёзд, наличие и
целостность печатей и пломб;

отсутствие механических повреждений и ослабление элементов, четкость
фиксации их положения;

состояние соединительных кабелей;

наличие маркировки.
При осмотре перед поверкой мы должны:

убедиться в наличии защитного заземления всех используемых приборов;

установить поверяемый модуль в шасси с установленным управляющим
модулем;

подключить шасси к источнику питания постоянного тока;

подключить шасси к ПЭВМ (требования к ПЭВМ приведены в таблице 3) при
помощи двух кабелей, подключенных последовательно (CON/DEC/001/B/00 и
ACC/ASY/022/00) и устройства SAM/DEC/007.
Таблица 3 Требования к ПЭВМ
Windows 2000 SP4 или Windows XP
Операционная система
SP3
Процессор
2.8Ghz Intel Pentium 4
Доступная память жёсткого диска, GB,
не менее
Оперативная память, MB, не менее
Расширение экрана, не менее
80
1024
1024 x 768
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
13
Наличие слота PCMCIA
Не менее 1 шт.
Дополнительные устройства
Клавиатура, мышь, монитор
Перед применением изделия мы должны:
 визуально проверить комплектность модулей;
 провести внешний осмотр.
Порядок контроля работоспособности:
 запустить приложение «kDiscover»;
 в строке Report File открывшегося окна указываем имя генерируемого
файла с отчётом. После имени файла указываем расширение файла
.html. По завершении ввода информации нажимаем кнопку ОК;
 после окончания работы программы мы проводим составленный
программой файл и производим идентификацию подключённого
модуля (серийный номер, наименование модуля, включающее в себя
информацию о версии прошивки модуля) в измерительную систему
КАМ-500;
 запустить программу kSetup. Открыть файл с настройками системы.
Выбрать соответствующий модуль ADC/008 в структуре модулей.
Открыть окно для настройки параметров измерительных каналов
модуля, согласно приведенным таблицам 4-12 на рисунке 4.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
14
Рисунок 4 Настройка модуля в программе kSetup
Таблица 4 Настройка параметров вычислений максимального и минимального
значений сигнала
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Примечания
Максимальное и
Название
Единицы
измерения
Нет
ограничений
минимальное значения
Maximum
дискретизируются за
период дискретизации.
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Вольт
Вольт
диапазона от -Vmax до +
Vmax или от -Imax до +Imax.
Макс. значение
От -10 до 10
+5
Мин. значение
От -10 до 10
-5
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
15
Формат данных
Размер в битах
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Таблица 5 Настройка параметров вычислений среднего значения сигнала
Настраиваемые
Допустимые
параметры
значения
Название
Нет ограничений
Единицы
измерения
По
умолчанию/
Примечания
пример
Average
Средние значения за
период дискретизации
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Вольт
Вольт
диапазона от -Vmax до +
Vmax или от -Imax до +Imax.
Средним значением
синусоиды является ноль,
Макс. значение
От -10 до 10
0
если в сигнале
отсутствует постоянная
составляющая.
Мин. значение
Формат данных
Размер в битах
От -10 до 10
0
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Таблица 6 Настройка параметров измерения значений амплитуды сигнала
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Название
Единицы
Нет
ограничений
Вольт
Примечания
Amplitude
Максимум - Минимум
Вольт
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
16
измерения
диапазона от 0 до 2Vmax
или 2Imax.
Макс. значение
От 0 до 10
10
Мин. значение
От 0 до 10
10
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Формат данных
Размер в битах
Таблица 7 Настройка параметров среднего квадратичного значения сигнала
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Нет
Root
Cреднее квадратичное
ограничений
MeanSquare
значение rms
Название
Единицы
измерения
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Вольт
Вольт
От 0 до 10
3.54
Мин. значение
От 0 до 10
3.54
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Размер в битах
диапазона от 0 до Vmax
или Imax.
Макс. значение
Формат данных
Примечания
Таблица 8 Настройка параметров вычислений периода сигнала в канале 0
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Примечания
Cреднее время между
Название
Нет
ограничений
Channel delay
переходами через ноль в
положительном
направлении в канале
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
17
VOLTAGE(0)
Единицы
Секунда
Секунда
Макс. значение
100ms
2.5 мс
Мин. значение
100μs
- 2.5 мс
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
измерения
Формат данных
Размер в битах
R[15:4] (00016 - FFF16) для
диапазона от 0 до 100 мс.
Таблица 9 Настройка параметров вычислений активной мощности в фазе
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Название
Нет
ограничений
Активная мощность для
каждой фазы
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Единицы
Ватт
измерения
Макс. значение
Active power
Примечания
Ватт
диапазона от -Vmax Imax до
Vmax Imax
От - 100 до 100
35
Если фазовый угол между
V и I больше 180, то
Мин. значение
От - 100 до 100
- 20
активная мощность
становится
отрицательной.
Формат данных
Размер в битах
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
18
Таблица 10 Настройка параметров вычислений полной мощности в фазе
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Название
Нет
ограничений
App power
Ватт
измерения
Ватт
каждой фазе
диапазона от 0 до Vmax
Imax
Макс. значение
От 0 до 100
25
Мин. значение
От 0 до 100
25
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Размер в битах
Полная мощность в
R[15:4] (00016 - FFF16) для
Единицы
Формат данных
Примечания
Таблица 11 Настройка параметров и вычислений коэффициента мощности в фазе
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
Название
Нет
ограничений
Единицы
Коэффициент мощности в
App power
Макс. значение
От -1 до 1
1
Мин. значение
От -1 до 1
-1
Формат данных
Двоичным
Двоичным
смещением
смещением
От 4 до 16
16
Размер в битах
каждой фазе = Акт.мощн/
полн.мощн.
Ratio
измерения
Примечания
R[15:4] (00016 - FFF16) для
диапазона от -1 до 1.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
19
Таблица 12 Настройка инструментальных параметров модуля
Настраиваемые
Допустимые
По умолчанию/
параметры
значения
пример
ACRA
ACRA
CONTROL
CONTROL
Код изделия
KAD/ADC/008
KAD/ADC/008
Серийный
Строго 6
номер
символов
Примечания
Производитель
Название
FE1234
Код изделия компании
ACRA CONTROL
Уникальный номер
каждого модуля
Название блока сбора
Размещение
От 1 до 80
модуля
символов
MyDAU
информации(шасси), в
который устанавливается
модуль.
Слот в блоке сбора данных
(шасси), в который
вставляется модуль. Номер
Слот
От 3 до N
3
первого пользовательского
слота в блоке (шасси) - 3
N равно числу
пользовательских слотов в
блоке (Шасси) + 2.
Модули должны храниться в упаковке при температуре от -55 ºC до 105 ºC,
остальные параметры среды хранения должны не превышать ограничений,
заданных для рабочих режимов оборудования. В заводской упаковке модуль
может храниться до 10 лет. Транспортировка может быть осуществлена любым
видом транспорта
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
20
ГЛАВА 2. СИМУЛЯЦИЯ МОДУЛЕЙ И ШАССИ
2.1. Разработка блок диаграммы
Для реализации программного алгоритма управления в качестве аппаратной
части было выбрано оборудование фирмы National Instruments из-за простоты
программирования и многофункциональности в системе NI LabVIEW.
Для симуляции шасси и модулей, а также для нахождения подключенного
оборудования, используется программа от National Instruments NIMAX. Программа
показана на рисунке 5.
Рисунок 5 Главное меню NIMAX
Для того чтобы сконфигурировать систему нужно зайти во вкладку Divases
and interfaces и в левом верхнем углу нажать кнопку ceate.
Далее в появившемся окне нужно выбрать шасси в котором будут в
дальнейшем симулированы модули, в моем случае это cDAQ 9185. Далее мы
выбираем модули которые будут симулированы, и нажать кнопку OK. Далее будет
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
21
происходить симуляця и в коце высветиься в древе система которую только что
просимулировали.
Первым делом необходима настройка измерительной системы, которая
изображена на рисунке 6.
Первым делом создается виртуальный канал с помощью функции «DAQmx
Create Virtual Channel». Здесь указываются пределы измеряемых значений с
помощью преобразования полученных сигналов и физической величины.
Следующим шагом настраивается частота измерительной системы и размер ее
внутреннего буфера с помощью функции «DAQmx Timing» и затем запускается
измерение.
Рисунок 6 Производитель «системы измерения»
Далее рассматривается цикл измерений, где непрерывно считываются
полученные данные с измерительной системы с помощью функции «DAQmx
Read», время ожидания которой задается «-1» для ожидания поступления данных
без нагрузки на процессор. В том же цикле полученные данные поступают в
очередь и уведомитель.
2.2. Используемое оборудования для автоматизации стенда
Модельный блок (крейт) изображен на рисунке 7.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
22
Рисунок 7 Модельный блок (крейт)
Ниже приведены компоненты разрабатываемой системы, которые будут
использованы для регистрации параметров и управления автоматизированным
стендом.
Модельный блок (крейт) NI PXI – 1042, в него входят измерительные модули:
 - PXI – 8186 Контроллер;
 - PXI – 4070 Мультиметр;
 - PXI – 2501 Коммутатор;
 - PXI – 2503 Низковольтный коммутатор;
 - PXI – 4351 Коммутатор;
 - PXI – 6508 Цифровой модуль ввода – вывода.
2.3. Состав системы измерений и управления
Рабочее место оператора расположено в пультовой комнате и состоит из:
 Основного компьютера оператора;
 Стойки, в которой находится крейт с измерительными модулями,
клеммные колодки, управляемые источники питания, источник
бесперебойного питания.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
23
PXI - крейт с измерительными модулями расположен в пультовой и связь с
удаленным компьютером осуществлялась по IP-протоколу.
Сбор данных проводился модулями PXI - крейта, обработка и вывод
результатов на экран монитора осуществлялся с помощью программы, написанной
в среде графического программирования LabView, работающей на PXI - крейте.
Для коммутации измерительных каналов на входы модулей использовались
коммутационные панели терминальных блоков, а также вспомогательные
кроссовые колодки, позволяющие подключить стендовые кабельные линии к
интерфейсному разъему измерительных модулей.
Система сбора и обработки экспериментальных данных была реализована с
использованием среды графического программирования LabView. Программа
(ОСК.vi) позволяет:
 вводить данные, как в режиме последовательного опроса заданных каналов,
так и в режиме ввода больших массивов данных с одного канала;
 осуществлять усреднение данных по большому числу измерений, что
использовалось для программного увеличения точности измерений и
снижения уровня шумов;

распознавать по номеру канала тип поступающего сигнала и, в зависимости
от этого, производить обработку сигнала по различным функциональным
зависимостям;

задавать необходимую циклограмму работы системы сбора данных:
последовательность
проведения
различных
измерений,
временные
параметры работы с различными каналами и период повторения общего
цикла измерений;
 осуществлять мониторинг всех измеряемых параметров в процессе
проведения эксперимента, их анализ за любой промежуток времени после
эксперимента и регистрацию в экранном виде;

запись в реальном времени всех параметров в файл на диске.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
24
Основная
программа
ОСК.vi
состоит
подпрограмм
работающих
с
отдельными измерительными модулями NI PXI - 4070, NI PXI – 8186, NI PXI – 2501,
NI PXI 2503, NI PXI – 4351, NI PXI – 6508, NI PXI - 2501.
Основная программа обеспечивает начальную конфигурацию системы,
осуществляет сбор, обработку и визуализацию данных, записывает в реальном
времени данные на жесткий диск. Программа ОСК.vi запускается на PXI крейт контроллере. В настоящее время реализовано управление крейт - контроллером с
удаленного компьютера, расположенного в пультовой.
В качестве исходных данных для начала работы программы необходимо
ввести:
 число опрашиваемых каналов;
 путь к файлу, в который будут записываться результаты расчета
значений температур, давлений, расходов;
 индексный массив, сообщающий программе о том, по какой формуле для
каждого канала надо обрабатывать измеряемые значения;
 массив калибровочных коэффициентов для расчета значений давлений,
расходов и температур;
 интервал времени, через который повторяется цикл измерений.
Введенные параметры могут быть далее инициализированы как данные,
используемые по умолчанию, что позволяет сохранять настройку системы.
Для запуска программы необходимо:
 загрузить WINDOWS;
 вызвать меню WINDOWS пиктограмму « LabView»;
 загрузить LabView;
 вызвать в меню LabView «File» выполняемый файл ОСК.VI.
После выполнения этих действий на экране монитора появится изображение
панели управления. Запуск программы на выполнение производится из меню
LabView. Ввод исходных данных осуществляется с экрана.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
25
После запуска программы на выполнение на панели управления, на
цифровых и графических индикаторах начинают отображаться значения
измеряемых параметров. Остановка программы производится из меню LabView.
После остановки программы имеется возможность просмотреть на графических
индикаторах полученные данные.
С помощью процедуры LabView можно сохранить изображение панели
управления в графическом виде в файле, распечатать его на принтере. Записанные
в файл в цифровом виде данные можно для дальнейшей обработки экспортировать
в EXCEL.
Программа работает в следующей последовательности. При запуске
программы интерфейсная плата начинает вводить массивы данных по тем каналам,
для которых необходимо определить частоты сигналов и рассчитать по ним
расходы компонентов. После этого осуществляется последовательный опрос всех
каналов, причем каждый канал опрашивается в цикле заданное число раз, что
необходимо для дальнейшей статистической обработки сигнала.
Вариант функциональной обработки сигнала программа выбирает в
зависимости от типа измерения, определяемого по значению индекса в специально
вводимом для этого массиве. При этом задействованные в формулах коэффициенты
извлекаются для каждого канала из калибровочного массива. После этого,
программа формирует массив регистрируемых параметров, записывает его в
указанный файл на диске, а также выводит параметры, разбитые по типам
измерений на экранные цифровые и графические индикаторы для их мониторинга
в процессе проведения эксперимента.
2.4. Подготовка к разработке системы автоматизации
После завершения исследования возможностей автоматизации САРН, был
начат подбор компонентов. Выбор пал на системы компании National Instrument.
Для начала была собрана тестовая система из шины DAQ и нескольких(7)
модулей NI 1042, NI 8186, NI 4070, NI 2501, NI 2503, NI 4351, NI 6508.
Измерение напряжения
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
26
Для измерения напряжения в диапазоне 5В использовался мультиметр NI
PXI-4070 c 24- канальным мультиплесором - коммутатором NI PXI-2501 с
терминальным блоком ТВ-2605 /2,3/.
Мультиметр NI PXI - 4070 настраивается в режим измерения напряжения.
Входные клеммы мультиметра NI PXI - 4070 соединяются двумя проводами с
клеммами COM0- и COM0+ терминального блока ТВ-2605 24- канального
мультиплесора - коммутатора NI PXI - 2501. Синхронизация переключения
мультиплексора
и
проведения
измерения
мультиметра
осуществляется
программно с помощью внутренней PXI шины крейта. Измеряемые каналы
подключаются к клеммам CHN- и CHN+, N=0,…,23 терминального блока ТВ-2605.
Мультиплексор был настроен в 2-проводный режим.
На рисунке 8 приведено соответствие разъемов терминального блока
каналам модуля.
Рисунок 8 Соответствие разъемов терминального блока каналам модуля
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
27
Панель управления программой представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 Панель управления программой
Текст программы, выполненный в среде графического программирования,
приведен на рисунках 10 и 11.
Рисунок 10 Визуализация программы в LabView
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
28
Рисунок 11 Блок-схема программы
В результате проведенной работы была разработана система сбора и
регистрации параметров на основе программного алгоритма в среде LabView.
Программный алгоритм имеет ряд существенных преимуществ:
 Отсутствие электронных компонентов для обеспечения логики, которые
необходимо закупать и монтировать.
 Повышение гибкости системы за счет большей простоты внесения
изменений в программный код.
Однако имеется важный недостаток:
 Меньшая скорость выполнения логики управления.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
29
ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ
РЕШЕНИЙ
Задачей расчета является обоснование эффективности проектных решений
системы КАМ-500, а также наглядной демонстрации изучаемого материала.
Оценить эффективность предлагаемых в данном дипломном проекте решений
можно с помощью метода калькуляции затрат, то есть расчета себестоимости, а
также определения экономической эффективности проектных решений.
3.1. Калькуляция себестоимости изделия
Расчет затрат на основные и вспомогательные материалы
Для модернизации объекта необходимо приобрести следующие материалы,
представленные в таблице 13.
Таблица 13 Перечень основных и вспомогательных материалов
№
Наименование материала
п/п
Программное обеспечение NI PXI-1033
1
Ед.
Цена за
изм.
ед.
во
руб.
шт.
65000
1
65000
Итого
Кол- Итого,
65000
Расчет расходов на оплату труда
Фонд заработной платы определяется согласно формуле для работников
данной отрасли (таблица 14).
Таблица 14 Расчет фонда заработной платы
Наименование
показателей
Общая
трудоемкость
приведенной
программы
Единица
измерения
Расчетная формула
Расчет
час
Т общ = N пр* t изг
Т общ =1*24=24
Среднечасовая
тарифная
ставка
руб.
Основной фонд
заработной
руб.
r ср =
R сб2∗r+R сб3∗r
r ср =900
R пр
r - тарифные ставки
Ф осн = Т общ * r ср
Ф осн =900*24=21600
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
30
платы
(годовой)
В том числе:
Оплата
отпуска,
премия,
выполнение
Ф доп = 21600 *
руб.
Ф доп = Ф осн * 0,265
государственны
0,265=5724
х обязанностей,
материальное
поощрение
26,5%
Единый
Ф налог = (Ф осн + Ф доп)* Ф налог=27324*032
социальный
руб.
0,32
=8743
налог 32%
Заработная
З ср =21600+5724=
руб.
З ср = Ф осн + Ф доп
плата
27324
N пр – программа выпуска изделий (количество выпускаемых изделий в год);
t изг – трудоемкость изготовления изделия, время, затрачиваемое на
изготовление изделия.
Смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования представлена в
таблице 15.
Таблица 15 Затраты на накладные расходы
Наименование
Единица
затрат
измерения
Затраты на
энергию для
руб.
технологических
нужд
Суммарные
расходы на
содержание и
ремонт
руб.
оборудования в
расчете на 1
изделие
Условные обозначения:
Расчетная формула
Э=
∑𝑊уст∗𝐹 д∗К з∗К маш
Кс
*Сэн
Затраты
Э=
3∗24∗0,85
0,99
С = З рем+Э+З инст
*5,43=335
С= 335
Ф об – стоимость оборудования для изготовления изделия;
Затраты на ремонт оборудования 0,03 – для цехов авиационных предприятий;
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
31
∑Wуст – установочная мощность оборудования в кВт;
Кз – коэффициент загрузки оборудования 0,85;
К маш – коэффициент машинного времени работы оборудования (0,7-0,6);
К с – к.п.д. сети (0,99);
С эн – стоимость 1 кВт часа электроэнергии;
Р ин – средняя величина затрат на инструмент;
Fд – действительный фонд времени работы оборудования, соответствующий t изг.
Плановая калькуляция
на разработку программного обеспечения
Наименование статей калькуляции и затраты представлены в таблице 16.
Таблица 16 Себестоимость
N
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Наименование статей калькуляции
Затраты в руб.
Покупные комплектующие изделия
Основная производственная зарплата
Дополнительная заработная плата
Отчисление на ЕСН
Расходы по содержанию и
эксплуатации оборудования
Итого основные затраты на
производство З осн:
Накладные расходы (15% от З осн)
Производственная себестоимость S
(Зосн + накладные расходы)
Внепроизводственные расходы (0,10,2% от производственной S)
Полная себестоимость S полн
(производственная себестоимость S +
внепроизводственные расходы)
65000
21600
5724
8743
335
101402
15210
116612
233
116845
3.2. Экономическая эффективность проектных решений
Прибыль, НДС и цена представлены в таблице 17.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
32
Таблица 17 Цена
N
п/п
Наименование статей калькуляции
Прибыль30%
НДС 20%
Цена
Затраты в руб.
35053
30379
182277
Плановая цена:
Ц = S + Прибыль + НДС
Налог на добавленную стоимость:
НДС=0,2*(S+П)
Проектная прибыль:
П. = 0,5*S или 0,4*S т.д. (в зависимости от процента закладываемой прибыли)
Рентабельность объекта:
R=
Прибыль
Себестоимость
∗ 100%=35053/116845=29%
Экономическая эффективность проекта представлена в таблице 18.
Таблица 18 Экономическая эффективность проекта
№
Показатели
Итоговые
значения
1.
Плановая цена, руб.
182277
2.
Полная себестоимость, руб.
116845
3.
Налог на добавленную стоимость (20%), руб.
30379
4.
Проектная прибыль, руб.
35053
5.
Рентабельность, %
29
На рисунках 12 и 13 показаны структура цены и рентабельности
разрабатываемого объекта.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
33
Плановая цена 100%
НДС
17%
Себестоимость
Прибыль
Прибыль
19%
НДС
Себестоимость
64%
Рисунок 12 Структура цены
Структура рентабельности
140000
116845
120000
100000
80000
60000
40000
35053
20000
29
0
Структура рентабельности
Прибыль
Себестоимость
Рентабельность
35053
116845
29
Структура рентабельности
Рисунок 13 Структура рентабельности
На основании экономического анализа можно сделать следующие выводы:
1. Минимальная проектная прибыль составит 35053 руб.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
34
2. Рентабельность затрат на объекте проектирования составит 29%.
3. Проектная стоимость объекта составляет 182277 руб, что на 65432 руб. ниже
затрат на покупку готового аналогичного изделия, соответствующего
современным стандартам производства. А также введения новой системы
программирования повысит эффективность сбора обработки данных, снизит
временные затраты контрольных измерений параметров испытуемого
объекта.
Проведенный анализ показал экономическую эффективность проектных
решений и актуальность их внедрения.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целью
дипломного
проектирования
являлась
разработка
блока
автоматизированной обработки результатов поверки измерительной системы
KAM-500 для повышения эффективности труда, улучшения качества выпускаемой
продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов
производства. Были поставлены следующие задачи: совершенствование системы
поверки модуля для измерения напряжения переменного тока в многоканальной
измерительной системе KAM-500, оценка экономической эффективности.
В первой главе работы был проведён анализ режимов работы измерительной
модульной станции КАМ-500, основные этапы поверки модульной станции,
рассмотрены основные характеристики объекта.
Во второй главе была проведена работа по совершенствованию сбора
информации в процессе поверки, что должно привести к снижению методических
погрешностей,
а
также
были
использованы
современные
средства
программирования и автоматизации процессов обработки результатов поверки,
благодаря которым, снизилась трудоёмкость и повысилась достоверность
результатов. Система автоматической регистрации параметров позволила сделать
контроль данных во время испытаний более удобным, улучшить точность и
сократить время анализа полученных данных, а также сократить расходы.
Доходы от реализации проекта будут превышать расходы, рентабельность
затрат на объекте проектирования составит 29%. Можно сделать вывод, что проект
не убыточен, экономически выгоден и вполне может быть одобрен для повышения
качества работы.
Считаю, что задачи дипломного проекта были выполнены, цель достигнута.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 12.3.019-80 Система стандартов безопасности труда. Испытания и
измерения электрические. Общие требования безопасности.
2. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин.
Общие технические условия.
3. ГОСТ Р 51330.19-99 Электрооборудование взрывозащищенное.
4. Абдуллин, Э., Б. Автоматизация координатных измерений в машиностроении:
Учебное пособие / Э. Б. Абдуллин. - СПб.: Лань, 2020.
5. Абдулханова, М. Технологии производства материалов и изделий и
автоматизация технологических процессов на предприятиях дорожного
строительства: Учебное пособие / М. Абдулханова, В.А. Воробьев. - М.: Солонпресс, 2018.
6. Аветисян, Д.А. Автоматизация проектирования электрических систем. / Д.А.
Аветисян. - М.: Высшая школа, 2017.
7. Безменов, В.С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в условиях
малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В. Руднев. - М.: Ленанд,
2016.
8. Белиовская, Белиовский: Основы машинного зрения в среде LabVIEW.
Учебный курс. 2019.
9. Блюм, П. LabVIEW. Стиль программирования / П. Блюм, - М.: ДМК Пресс,
2016.
10. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов и системы
автоматического управления (ССУЗ) / И.Ф. Бородин. - М.: Колосс, 2016.
11. Егоров,
П.М.
Метрология,
стандартизация
и
сертификация
в
инфокоммуникациях: учебное пособие/ П.М. Егоров. - «Академия», 2015. - 252
с.
12. Захаров, В.К., Лыпарь, Ю.И. Электронные устройства автоматики / Захаров,
В.К., Лыпарь, Ю.И – М.: «Научтехлитиздат», 2016.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
37
13. Кухаркин, Н.Е., Пономарев-Степной, Н.Н., Усов, В.А. Космическая ядерная
энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным
преобразованием — «Ромашка» и «Енисей») / Под ред. акад. РАН Н.Н.
Пономарева-Степного — издание второе, дополненное - М.: ИздАТ, 2012. —
226 с.
14. Миронов, Э.Г. Метрология и технические измерения: учебное пособие/ Э.Г
Миронов, Н.П. Бессонов — М.: «КНОРУС», 2015. - 424 с.
15. Пелевин, В.Ф. Метрология и средства измерений. Учебное пособие/ В.Ф
Пелевин. - «Инфра-М, Новое знание», 2015. - 272 с.
16. Рекус, Г.Г. Лабораторный практикум по электротехнике и основам
электроники/ Г.Г. Рекус. - М.: Высшая школа, 2017.
17. Трэвис, Дж., Кринг, Дж. LabVIEW для всех. 4 е издание, переработанное и
дополненное– М.: ДМК Пресс, 2015. – 904 с.
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
38
Выпускная квалификационная работа выполнена мной самостоятельно.
Использованные в работе материалы из опубликованной литературы и другие
источники имеют ссылки в тексте.
Отпечатано в одном экземпляре, копия работы представлена на электронном
носителе.
(личная подпись )
(Ф.И.О)
2022г."
Лист
ПКГ4.15.0214. ВКР. ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
39