Тема: Обгрунтування і розробка структури електронної системи теплоенергетичних випробувань холодильної техніки в умовах АТ «НОРД»

       Керівник: к.т.н доц. Бурківченко В.І.

Автореферат

     ЗАТ "Група НОРД", об'єднуюче заводи і організації, пов'язані з розробкою, виробництвом і реалізацією побутових холодильних приладів, холодильної техніки для підприємств торгівлі, іншої побутової техніки і комплектуючих виробів до вищепереліченої техніки, є найбільшим в Україні виробником електропобутової техніки. Генеральним розробником всієї продукції підприємств «Групи НОРД» є Донецький інститут холодильної техніки (ЗАТ "ДІХТ").

     Основну частку продукції підприємств ЗАТ «Група НОРД» складають побутові холодильні прилади (ХП), випуск яких наближається до мільйона в рік, причому більше половини експортується.

     Жорстка конкуренція між вітчизняними і зарубіжними виробниками холодильного устаткування з кожним роком диктує все більш високі вимоги до якості і надійності продукції, а також до екологічної безпеки використовуваних матеріалів.

     Експлуатаційні властивості ХП визначаються їх теплоенергетичними параметрами (ТЕП), такими як здатність підтримувати одночасно в різних відділеннях необхідні температури, споживання електроенергії та інші. По ціх же параметрах визначається і показник енергійної ефективності ХП – клас енергоспоживання ХП [6,8].От якості випробувань багато в чому залежить якість як моделей ХП, що розробляються, так і готової продукції. Тому визначення і контроль ТЕП ХП (далі теплоенергетичні випробування) здійснюється на підприємствах «Групи НОРД» на всіх стадіях створення і виробництва ХП. Для цього створюються і використовуються різні за призначенням, технічним характеристикам і структурі автоматизовані системи, такі як:

- автоматизована система випробувань холодильних приладів (АСВХ) – для проведення приймально-здавальних випробувань (ПЗВ) всіх ХП, що поступають з складальних конвейєрів виробництва збірки холодильників;

- станція вибіркового контролю ТЕП ХП (СВК) – для проведення вибіркового контролю якості проведення ПЗВ шляхом автоматизованого уточенного визначення ТЕП ХП, що пройшли ПЗВ;

- автоматизована система для теплоенергетичних випробувань ХП (АСТЕВ ХП) – для проведення досліджень і всіх видів контрольних випробувань ХП (ЗАТ «ДІХТ»).

В рамках робіт, АТ «НОРД», що проводяться, по переходу на хладони, що не руйнують озоновий шар, проводиться і модернізація випробувальної бази для доведення її до рівня вимог світових стандартів [7-11], підвищення якості і ефективності проведення випробувань. Це і визначає актуальність даної роботи.

     Мета роботи

     Метою роботи є обгрунтування та розробка структури системи теплоенергетичних випробувань холодильної техніки і оптимізація технології контролю теплоенергетичних параметрів ХП в умовах складального виробництва ЗАТ «НОРД» для підвищення якості і ефективності проведення приймально-здавальних випробувань ХП.

     Завдання роботи

     Реалізація поставленої мети передбачає рішення таких задач:

- аналіз теплоенергетичних процесів в ХП;

- аналіз системи ТЕП ХП і вимог до них;

- визначення проблем вимірювання і контролю ТЕП на різних стадіях створення і виробництва ХП;

- аналіз методів і технічних засобів для визначення ТЕП ХП;

- розробка математичної моделі процесів в ХП в час ПЗВ

- дослідження особливостей функціонально-структурної організації АСВХ;

- дослідження технології контролю теплоенергетичних параметрів ХП в умовах складального виробництва ЗАТ «НОРД»;

- дослідження залежностей теплоенергетичних параметрів від температури навколишнього середовища;

- визначення оптимальних значень, критеріїв, ухвалення рішення про результати випробувань і тривалості випробувань від температури навколишнього середовища;

- розробка мікропроцесорної випробувальної колонки для АСВХ.

     Методи дослідження

      При виконанні досліджень і розробки використані:

- методи функціонально-структурного аналізу і структурного синтезу складних систем;

- статистичні методи обробки експериментальних даних;

- методи теорії вимірювань;

- методи проектування мікропроцесорних систем.

Передбачувана наукова новизна

      Розроблена математична модель.

Розроблений алгоритм (методика) проведення ПЗВ для моделі ХП.

      Передбачувана практична цінність

      Застосування результатів досліджень забезпечить підвищення якості і ефективності ПЗВ ХП (скорочення тривалості випробувань, підвищення ступеня автоматизації проведення ПЗВ, зменшення пропуску браку).

      Розроблена випробувальна колонка для АСВХ забезпечить підвищення точності при проведенні теплоенергетичних вимірювань.

Огляд існуючих досліджень і розробок  

Розглянемо деякі існуючі дослідження і розробки по системах теплоенергетичних випробувань холодильних приладів.

      У випробувальному для дослідження центрі ЗАТ “ДІХТ” була розроблена і з 1994 р. експлуатується автоматизована система [1] для проведення досліджень і теплоенергетичних випробувань ХП (на основі вимірювально-обчислювального комплексу - ВОК), орієнтована на випробування ХП на вимоги вітчизняних стандартів [4, 5]. Основними вимірювальними каналами такої системи є канали вимірювання температури (КВТ). Кількість КВТ на один ХП – від 8 до 24 залежно від вигляду і цілей випробувань (каналів вимірювання напруги, струму, споживання електроенергії – поодинці на ХП). При 21 одночасно випробовуваних ХП в семи термокамерах з регульованими умовами випробувань кількість КВТ в системі складає 315. Система забезпечує як відробіток методик випробувань ХП, так і проведення ПЗВ, періодичних, типових, порівняльних, сертифікаційних і дослідницьких випробувань. Тривалість випробувань до 65 діб.

      Структура системи чотирьохрівнева:

1) нижній рівень – первинні перетворювачі вимірюваних величин в електричні сигнали (температури – термопари ХК(L), струму – Е854/1, напруги - Е855/1, енергоспоживання – вимірник електроенергії И440 і перетворювач імпульсів Е870);

2) наступний рівень – опит і аналого-цифрове перетворення вимірюваних величин (перетворювачі вимірювальні цифрові багатоканальні Ш711/1И –1 на 3 ХП);

3) контроллер програмований універсальний «Електроніка МС2721» - реєстрація і тимчасове зберігання даних вимірювання за програмою випробувань;

4) верхній рівень – автоматизоване робоче місце (АРМ) з відповідним програмним забезпеченням.

      У зв'язку з тим, що існуюча система відпрацювала свій ресурс, в ЗАТ “ДІХТ” створюється нова автоматизована система для теплоенергетичних випробувань ХП (АСТЕВ ХП) [2], що забезпечує як підвищення якості і ступеня автоматизації випробувань, так і розширення функціональних можливостей випробувального комплексу.

     АСТЕВ ХП є розподіленою інформаційно-вимірювальною системою, побудованою на базі модулів серії I-7000 фірми ICP DAS, Тайвань, і програмного забезпечення TRACE MODE 5 фірми AdAstra Research Group, Москва. Архітектура системи представлена на малюнку 1.

                                                       Малюнок 1 – Архітектура АСТЕВ ХП.

Ядром нижнього рівня системи є контроллер I-7188XAD з програмним забезпеченням на базі мультипоточного ядра MiniWin розробки НПП «Інтелект». Контроллер виконує наступні функції:

·                        збір даних від 336 постійно і до 48 термопар, що додатково підключаються (8 або 16 на будь-якій ХП) (через модулі аналогового введення i-7018);

·                        збір даних від датчиків тиску хладону через модулі аналогового введення i-7017 (всього 56 каналів);

·                        збір даних і управління станом дискретних входів/виходів модулів i-7044 (56 DI, 112 DO);

·                        збір даних від 21 багатофункціонального лічильника електроенергії СТК3-05;

·                        управління режимами ХП відповідно до передвстановлених алгоритмів відповідно до вимог випробувань;

·  передача інформації в АРМ оператора по протоколу M-Link.

     У АРМ оператора реалізовані функції збору, реєстрації, обробки, представлення інформації, що максимально відповідають вимогам до прикладного програмного забезпечення системи.

     Аналогічна по структурі і система розробки фірми Bono Sistemi, Італія [3]. Можна згадати також автоматизовану систему для перевірки теплотехнічних і електричних параметрів побутових холодильників в умовах ЗАТ «АТЛАНТ», м. Мінськ [12], розробки Українського НДІ електропобутових машин «ВЕСТУ», побудовану на модулях серії I-7000.

     Кожений випускаємий складальним виробництвом ХП на станції випробувань піддається ПЗВ, що включає перевірку ТЕП (споживання електроенергії, кількість циклів, температуру в морозильній камері (МК) або низькотемпературному відділенні (НТВ) і холодильній камері (ХК) за заданий час випробувань).      Порядок і тривалість випробувань вказані в методиці приймально-здавальних випробувань конкретної моделі холодильного приладу.

     Після транспортування ХП на лінію випробувань контролер перед включенням холодильника в електромережу розміщує термометри опору в середню частину дверей ХК на бар‘єр-полку і в геометричний центр дна випарника МК. Ручку терморегулятора встановлюють в положення “**” і включають холодильник. Через заданий час фіксуьють в журналі свідчення вимірника електроенергії И440 і лічильника циклів СЭИ-1 як початкові для “контрольного часу” - подальшого часу випробування ХП, протягом якого контролюються температури в камерах і відділеннях, споживання електроенергії і кількість циклів “робота/зупинка”.

     Температури в камерах і відділеннях визначаються термоперетворювачами опори ТСМ-6114 або ТСМ-0987 (НСХ 50М [13]) з портативним цифровим термометром ПЦТ як вторинний прилад після закінчення “контрольного часу” випробувань, тобто береться одне вимірювання. Споживання електроенергії і кількість циклів за цей же “контрольний час“ визначаються по різниці кінцевого і початкового показань приладів.

      Холодильний прилад вважають таким, що витримав випробування, якщо при певній температурі навколишнього повітря температури в камерах і відділеннях  споживання електроенергії і кількість циклів відповідають приведеним в методиці для відповідної моделі ХП.

      Конструктивно вимірник електроенергії, лічильник циклів і засобу підключення ХП в електромережу зкомпоновани у вимірювальну колонку, встановлену на кожному випробувальному місці лінії випробувань.

      Кількість випробувальних місць і, відповідно, вимірювальних колонок (із запасом на ремонт і техобслуговування) визначає пропускну спроможність станції випробувань.

      Таким чином, устаткування станції випробувань, що існує до модернізації, і заснована на ней технологія перевірки ТЕП ХП при проведенні ПЗВ в умовах АТ “НОРД” використовує ручні операції контролю часу випробувань, фіксації даних вимірювань, їх обробки, ухвалення рішень про результати випробувань і їх документального оформлення. Це знижує якість випробувань, збільшуючи число помилкових рішень (пропуск бракованих і бракування придатних ХП) при значній трудомісткості випробувань. Крім того, метрологічні характеристики використовуваного устаткування утрудняють проведення випробувань на вимоги європейських і міжнародних стандартів [7-11], а недостатній об'єм вимірювальних даних не дозволяє оцінювати клас енергоспоживання [6, 9].

     Станція випробувань холодильних приладів після модернізації повинна забезпечувати автоматичний прийом ХП з складальних конвейєрів, їх розподіл по рядах випробування, автоматичне визначення їх теплоенергетичних параметрів при проведенні ПЗВ і автоматичне транспортування ХП за наслідками контролю на ділянки упаковки, ремонту або на СВК для проведення вибіркового контролю.

     Основними складовими станції випробувань є автоматизована система транспортування ХП (ТС) і автоматизована система випробувань холодильників (АСВХ). Їх взаємодія визначає нову технологію проведення ПЗВ.

     Схема ТС ХП приведена на малюнку 2. ТС включає:

- конвейєри випробувань К1-К13 (ряд випробувань по 18 ХП на кожному);

- транспортувальні (К14) і розподільні (К16, К18) конвейєри, призначені для транспортування холодильників з складального конвейєра на відповідний ряд випробування;

- конвейєри транспортувань (К15, К17, К19), призначені для транспортування холодильників з рядів випробування на ділянку упаковки;

- штовхачі YV, призначені для переміщення холодильника на переходах з одного конвейєра на іншій. На циліндрі штовхача встановлені герконові датчики LS для визначення його фактичного положення;

- для визначення положення холодильників на конвейєрах транспортної системи встановлені фотодатчики РЕ;

- пульти управління ПУ1 .ПУ5, ПУ10.ПУ130, призначені для вибору режимів роботи ТС і управління її окремими елементами як в автоматичному, так і в ручному режимі;

- система управління ТС реалізована на контроллері SIMATIC S7-300 фірми Siemens, встановленому в шафі управління (ШУ);

- електричне устаткування, змонтоване в шафі управління.

Автоматизована система випробувань холодильників (АСВХ)

      Об'єктом дослідження даної роботи є Автоматизована система випробувань холодильників (АСВХ) станції випробувань холодильних приладів АТ «НОРД». АСВХ є інформаційно-вимірювальною системою і повинна забезпечувати:

- введення інформації про випробовувані ХП (модель, номер, методика випробувань);

- підключення ХП до випробувальної напруги (220 ± 2,2) В (50 ± 0,5) Гц або (110 ± 1,1) В (60 ± 0,6) Гц;

- автоматичне вимірювання, накопичення за заданий час, обробку, збереження інформації про теплоенергетичні параметри ХП;

- автоматичний аналіз отриманої інформації і ухвалення рішення про придатність ХП з видачею карти контролю якості;

- уявлення і документування результатів і ходу випробувань;

- взаємодія з АСУ заводу для обліку випуску і аналізу якості продукції;

- автоматичний контроль роботи випробувального устаткування з діагностикою несправності;

- автоматичне відновлення перерваного режиму при збої живлення;

- підтримку операцій по забезпеченню і контролю метрологічних параметрів вимірювальних каналів.

Пропускна спроможність АСВХ повинна складати до 2000 ХП в добу.

Тривалість випробувань від 1,5 до 4 г.

Для кожного ХП повинне забезпечуватися вимірювання:

- температури в ХК, в МК, в додатковій крапці і навколишнього середовища (межі від мінус 30 до плюс 50°С, помилка не більш ±0,5°С);

- енергоспоживання (відносна помилка не більше 1%);

- параметрів циклу (час роботи і час стоянки ХП) з помилкою не більш ±5 з).

У карті контролю якості на випробовуваний ХП повинне вказуватися:

-   номер і модель холодильного приладу;

-   дата і тривалість випробування;

-   оцінка добової витрати електроенергії і класу енергоспоживання;

-   температура в ХК, в МК, в додатковій крапці;

-   температура навколишнього середовища;

-   результати випробування (придатність або вид браку).

     Одній з основних проблем при створенні АСВХ є забезпечення мінімальної вартості устаткування, а при її функціонуванні - забезпечення необхідної якості ухвалюваних рішень за мінімальний час випробувань. Вирішення першої проблеми пов'язане з розробкою структури АСВХ і її складових частин, а другою – з дослідженням теплоенергетичних процесів, що відбуваються в ХП в час ПЗВ, і оптимізацією технології і методики випробувань ХП на АСВХ з урахуванням впливу температури зовнішнього середовища.

     З урахуванням вирішуваних задач, інформаційних потоків, пропускній спроможності каналів зв'язку вибрана дворівнева розподілена структура системи:

1) верхній рівень – автоматизоване робоче місце (АРМ) з відповідним програмним забезпеченням;

2) нижній рівень – 234 мікропроцесорних вимірювальних колонок (ИК1.ИК234), по 18 ГИК на кожну з 13 випробувальних місць.

Структурна схема АСВХ приведена на малюнку 3.

     У якості датчиків температури залишені термоперетворювачі опори з НСХ-50М. У якості вимірника витрати електроенергії вибраний лічильник електроенергії «Енергія-9» типу СТК1-10.ВU1М з моніторингом параметрів мережі (напруги, струму, потужності), телеметричним імпульсним виходом, оптопортом і інтерфейсом RS-485.

     Обмін командами і даними між АРМ і вимірювальними колонками здійснюється по двопровідній лінії зв'язку з використанням інтерфейсу RS-485. Для забезпечення здатності навантаження використана сегментація за допомогою розмножувача інтерфейсу RS-485 «КРОН».

      Провідним пристроєм в схемі є персональний комп'ютер (РС). Після установки холодильного приладу у випробувальний осередок від АРМ випробувача видається команда "ПОЧАТИ ВИПРОБУВАННЯ". При прийомі цієї команди вимірювальна колонка ініціалізувалася (знищуються всі дані в пам'яті про попереднє випробування) і починається процес вимірювання контрольованих параметрів ХП із записом їх в пам'ять.

      Програма АРМ з вибраною періодичністю отримує від ГИК дані про випробування ХП, запрошуючи їх по черзі посилкою команди "ПЕРЕДАТИ ДАНІ". Дані обробляються відповідно до методики випробування конкретних моделей ХП і зберігаються на жорсткому диску.

Структура мікропроцесорної вимірювальної колонки для АСВХ приведена на малюнку 4.

     Вимірювальна колонка призначена для підключення ХП до мережі, автоматичного збору вимірювальної інформації в процесі випробування холодильного приладу, її накопичення і передачі в АРМ за запитом.

     "Серцевиною" вимірювальної колонки служить однокристальна МІКРОЕОМ, в якій закладена програма її роботи. Місткість ОЗП 32 Кбайта. Поточна інформація про випробування і службова інформація може відображатися на ЖКІ. Забезпечується збереження більш ніж на 3 години накопиченої інформації при пропажі живлячої напруги і автоматичний перезапуск програми управління у разі збою живлення з продовженням перерваного режиму.

      При використанні АСВХ ручними залишаються тільки операції установки/зняття термометрів опору і включення/виключення ХП, що повністю змінює технологію контролю ТЕП при проведенні ПЗВ.

      3 Основні результати роботи

     Очікувані результати виконаних досліджень і розробок:

- на основі аналізу методів, технічних засобів і проблем визначення ТЕП досліджені особливості функціонально-структурної організації АСВХ для проведення ПЗВ ХП в умовах ЗАТ «НОРД»;

- отримана математична модель процесів в ХП в час ПЗВ;

- визначені оптимальні значення критеріїв ухвалення рішення про результати випробувань і тривалості випробувань від температури навколишнього середовища для однієї з моделей ХП;

- вдосконалена технологія контролю теплоенергетичних параметрів ХП при проведенні ПЗВ в умовах ЗАТ «НОРД»;

- розроблена схема мікропроцесорної випробувальної колонки.

      Застосування отриманих результатів забезпечить розширення функціональних можливостей випробувального комплексу, підвищення якості і ступеня автоматизації випробувань.  

     

Малюнок 5 - Імітація процесу іспиту холодильників

1.     Гейер Г.В., Красновский И.Н., Афанасенко В.И. Вимірювально-обчислювальна система для досліджень холодильної техніки // Прогресивна техніка і технологія машинобудування. Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції. 12-15 вересня 1995 р. – Донецьк: ДОНГТУ, 1995. - С. 338.

2.      Красновский И.Н., Потемкин В.В., Кузнецов В.С., Бондаренко Д.В. Система теплоенергетичних випробувань холодильної техніки в умовах ЗАТ «НОРД». – Управління виробництвом в системі ТРЕЙС МОУД. 11-та міжнародна конференція. Тези доповідей. М., AdAstra Research Group, Ltd. 26-28 січня 2005 р. – С.

3.     Computerized system for performance of the heat-and-power tests of the refrigerating devices. Technical description. Bono Sistemi. 2004. 31 р.

4.      ДСТУ 2295 – 93 (ГОСТ 16317-95). Прилади холодильні електричні побутові. Загальні технічні умови.

5.      ДСТУ 3023 – 95 (ГОСТ 30204-95). Прилади холодильні побутові. Експлуатаційні характеристики та методи випробувань.

6.      ДСТУ 4238:2003. Енергозбереження. Енергетічне маркування електрообладнання побутової призначеності. Визначення енергетичної ефективності холодильних приладів.

7.     EN 28187. Household refrigerating appliances. Refrigerator-freezers. Characteristics and test methods.

8.      EN 153:1996. Методи вимірювання споживання електроенергії і взаємозв'язані з цим особливості електропобутових приладів з живленням від мережі: холодильників, низькотемпературних холодильників, морозилок і їх комбінацій. Додаток 5 – Класи енергетичної ефективності.

9.      ISO 5155:1983. Електропобутові низькотемпературні і морозильні прилади – істотні особливості і умови випробувань.

10.  ISO 7371:1985. Особливості використання електропобутових холодильних приладів – холодильників з низькотемпературним відділенням або без нього.

11.  ISO/DIS 8187.3:1988. Особливості використання побутових холодильних приладів – холодильних і морозильних приладів.

12.  Зварич Т.М., Пустовойтов А.А., Соколец А.И. Автоматизований стенд калориметрування компресорів. ПИКАД №3-4, 2003. – С. 24 – 25.

13.  Температурні вимірювання. Довідник/Геращенко О.А., Гордов А.Н., Єреміна А.К. і др.; Отв. Ред. Геращенко О.А.; АН УРСР. Ін-т проблем енергозбереження. – Київ: Наук. думка, 1989. – 704 с.

14.  Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Проектування інформаційно-управляючих систем. – М.: Радіо і зв'язок, 1987. – 256 с.

15.  Р50-076-98. Вимірювальні інформаційні системи та автоматизовані системи керування технологічними процесами. Методики визначення характеристик похибки вимірювальних каналів, до складу яких входить обчислювальний компонент.

У початок сторінки

          Біографія | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук | Індивідуальне завдання | ДонНТУ | Mагістри

E-mail:drozddon@mail.ru