Автоматизация производственного участка на базе станков с ЧПУ

метки: Система, Работа, Управление, Дипломный, Автоматизация, Технологический, Процесс, Производство

интерфейсный информационный автоматизация

Внедрение автоматизации участков с ЧПУ на производстве колоссально повышает производительность труда, сокращает долю рабочих, которые заняты в различных сферах производства.

В основе организации производственного процесса на каждом предприятии и в любом его цехе лежит рациональное сочетание всех основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Особенности и методы этих сочетаний различны в разных производственных условиях, однако есть и общие принципы. Например, принципы специализации, пропорциональности, прямоточности, минимума и максимума перерывов, ритмичности

С внедрением в производство автоматизированных прогрессивных технологических процессов все шире применяются станки с ЧПУ, промышленные роботы (ПР), гибкие производственные системы (ГПС), управляемые от ЭВМ [1].

Станки с числовым программным управлением появились на рынке в 1955 г., их быстрое распространение началось только с применением микропроцессоров.

Одним из способов получения максимального экономического эффекта от внедрения станков с ЧПУ является концентрация станков на отдельных участках или в цехах. Такая концентрация имеет следующие преимущества: дает возможность организовать технологический поток при обработке сложных деталей; применять обработку деталей по методу групповой обработки; применять многостаночное обслуживание; повысить надежность работы станков; снизить затраты на обслуживающий персонал и др. По мере увеличения станочного парка и накопления опыта эксплуатации станков структура участков (цехов) с ЧПУ будет совершенствоваться путем применения группового управления и централизованного управления станками с ЧПУ, а также путем создания автоматизированных участков станков с ЧПУ.

Создание автоматизированных участков из станков с ЧПУ является первым шагом к созданию больших автоматизированных систем, в которых планирование производства, определение оптимальной технологии и режимов обработки, а также управление станками осуществляется при помощи вычислительной техники.

Из металлорежущих станков с ЧПУ, в особенности станков типа «обрабатывающий центр», целесообразно организовывать автоматизированные участки для комплексной обработки определенных типов деталей [2].

В зависимости от отрасли и типа производства автоматизированные производственные системы создают на базе различного оборудования: универсального, агрегатного, специального и специализированного, автоматов, полуавтоматов, обрабатывающих центров, станков с ЧПУ, объединенного гибкими или жесткими транспортными устройствами. Для серийного и мелкосерийного производства характерно применение автоматизированных систем из универсальных и агрегатных станков, обрабатывающих центров, станков с ЧПУ с гибкой связью, предполагающей наличие межоперационных накопителей.

Автоматизированное производство

... автоматизированного производства (АП). Методы расчета и оценки производительности автоматизированных систем Производительность определяется числом годных деталей, изделий, комплектов, выпускаемых машиной в единицу времени. Время обработки детали ... линии (АЛ) определяется лимитирующий инструмент, лимитирующий станок и лимитирующий участок, по которым устанавливается реальный такт выпуска АЛ ...

По межстаночному транспорту различают следующие автоматизированные линии:

1) со сквозным транспортом без перестановки изделия;

2) с транспортной системой с перестановкой изделия;

• с транспортной системой с накопителями.

По видам компоновки (агрегирования) различают следующие АЛ:

1) однопоточную;

2) параллельного агрегирования;

• многопоточную;
• скомпонованную из роботизированных ячеек [3].

Системы контроля качества на базе ЭВМ — это техническое приложение компьютеров и управляемых компьютерами производственных машин для проверки качества продуктов.

Система автоматизированного проектирования используется проектировщиками в процессе разработки новых изделий и технико-экономической документации.

Планирование и согласование отдельных элементов плана с использованием ЭВМ разделяется по различным характеристикам и назначениям по состоянию примерно одинаковых элементов. Соединение в сеть между собой отдельных элементов происходит при использовании следующих правил:

1) физическая однородность измеряемых величин;

2) однотипные каналы связей между этими элементами;

3) совместимость соединений элементов.

Исследуемый производственный участок оснащен пятью станками с числовым программным управлением. Модели оборудования: горизонтальный обрабатывающий центр Feeler FMH-500 в количестве трех штук, горизонтальный обрабатывающий центр со сменными паллетами JMH-500 — 1 шт., горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630 — 1 шт. Также на участке имеются три помещения: кафедра старшего мастера участка, кафедра представителя отдела технического контроля, инструментальная комната.

Различают автоматизацию производства трех уровней: частичную, комплексную и полную. Частичная автоматизация ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса, например, с использованием станков с автоматическим управлением, в том числе станков с ЧПУ [1].

В данной дипломной работе необходимо выполнить разработку частичной автоматизированной системы управления участком на базе станков с ЧПУ, которая обеспечивала бы высокую эффективность производства за счет применения современных информационных технологий.

.2 Анализ систем-прототипов и выбор структуры системы управления участком

В качестве системы-прототипа цехового уровня, позволяющей управлять участками станков с ЧПУ, рассмотрим пример типовой отраслевой автоматизированной системы управления, применяемой на Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева».

Аппаратно-программный комплекс управления станками с ЧПУ на базе промышленных компьютеров представлен на рисунке 1.1 и предназначен для автоматического контроля и управления полным циклом технологического процесса обработки деталей на станках с ЧПУ, включая задачи учета и паспортизации.

Система управления автомобилем на базе Arduino

... на основе Linux, для управления устройством (аппаратурой), памятью и Различные компоненты этого стека представляют собой уровней иерархии и, в целом, обеспечивают мобильного устройства. Одни из этих компонентов для работы ... Встроенный текстовый редактор программного кода разработки Arduino состоит из встроенного текстового программного ... 1024 Мб видео памяти, устройство на базе Android с ОС v.4.0 ...

Рисунок 1.1. Структурная схема АПК MES MO

АПК MES МО представляет собой сетевое объединение:

1) управляющих компьютеров на базе промышленных рабочих станций, сопряженных с помощью программируемых промышленных контроллеров со стойками управления станками ЧПУ;

2) промышленного компьютера с функциями сервера базы данных программ управления и результатов работы парка станков ЧПУ, а также IntraNet WEB-сервера базы данных для доступа из внешней сети;

• компьютера рабочего места службы контроля и управления технологическими процессами цеха (начальник цеха, служба подготовки производства, контроля готовой продукции и т.п.);
• компьютера службы цехового инжиниринга, исполняющего роль сетевого администратора и технического обслуживания всего программно-аппаратного комплекса.

Проект предполагает организацию рабочих мест, с каждого из которых будет обеспечиваться централизованное управление и контроль функционирования станками ЧПУ, а также предоставляются возможности для диалогового режима отладки управляющих программ.

Принимая во внимание количество станков, управляемых оператором с одного рабочего места, предлагается рабочее место оператора выполнить по схеме и в комплектации, представленных на рисунке 1.2. Количество контроллеров на общей шине может быть увеличено до любого разумного предела, который в состоянии обслуживать оператор ЧПУ.

Вся аппаратура выполнена в соответствии с международным промышленным стандартом ISO 9001 с наработкой на отказ до 120000 часов. Кейс рабочей станции имеет ударопрочный корпус с внутренним наддувом для пыле и влагозащиты, специфицированный для работы в экстремальных условиях цеха. Оборудование рабочей станции размещается в пыле и влагозащищенном шкафу с уровнем защиты IP55.

Процессорная платформа PEAK-715VL2 имеет два встроенных контроллера Ethernet шины, обеспечивающих подключение каждой рабочей станции к локальной сети цеха с целью доступа к цеховому серверу базы данных управляющих программ, а также передачи по цеховой локальной сети отчетных контрольных форм всем цеховым рабочим местам.

Программное обеспечение рабочей станции включает операционную систему реального времени на базе MSW-2K с интегрированными программами сетевой поддержки, MS SQL сервер локальной базы данных, клиентское приложение удаленной базы данных и прикладное ПАО СРВ для поддержки одновременного функционирования до восьми станков ЧПУ в режиме разделения времени, выполненное в среде Delphi 7.0.

Прикладное ПАО СРВ представляет собой многооконную интерактивную оболочку, в которой функционируют как программы СРВ, так и программы поддержки интерфейса связи с оператором. Вариант организации окон на мониторе оператора представлен на рисунке 1.3. В нижней части экрана постоянно присутствуют до шести окон, содержащих статусную информацию о функционировании каждого из станков ЧПУ.

Рисунок 1.2. Схема и состав рабочего места оператора ЧПУ

При инициализации определенной зоны в каждом из статусных окон, открывается в верхней части экрана окно с транспарантами и интерактивными клавишами управления для выбранного ЧПУ, из которого может быть открыт протокол обрабатываемой детали, а также окно для редактирования или прямого набора программы управления. Форма представления и функциональные возможности экранной маски оператора могут быть изменены и расширены по требованию заказчика.

Рабочая станция оснащена электронным коммутатором консоли оператора на 8 каналов, что позволяет, при необходимости, подключить консоль оператора (монитор, клавиатуру и мышь) непосредственно к каждому из контроллеров стоек ЧПУ, управляемых с рабочей станции. Такая архитектура построения PC обеспечивает высокую надежность и гибкость в управлении АПК MES МО.

Рисунок 1.3. Организация окон на экране монитора оператора

Рабочие программы и технологические карты обрабатываемых деталей размещаются как на локальных серверах баз данных, установленных на каждой рабочей станции, так и на цеховом сервере эталонной базы данных. В службе инжиниринга цеха предполагается наличие администратора, устанавливающего, в рамках предоставленных разработчиком полномочий, дисциплину работы всего комплекса в сети и прав доступа к информации, хранящейся на серверах цеха.

За цеховым сервером закрепляются две основных функции — сервера цеховой базы данных, построенного на основе MS SQL-cepвepa, доступ в который обеспечивается из локальной сети цеха, и моста в заводскую сеть для связи сервера цеха с серверами иных подразделений, в частности, разработчиков программ для станков с ЧПУ.

Указанный мост реализуется на первом этапе при отсутствии ЛВС через модемные соединения по коммутируемым каналам связи (внутренней телефонной сети завода) путем установки на компьютере цехового сервера еще и IntraNet WEB- или FTP — сервера, доступ к которому из любого подразделения завода будет возможен через WEB — браузер, дающий возможность не только считывать, но и размещать информацию согласованного формата на цеховой MS SQL-сервер.

На цеховом сервере хранятся следующие форматы информации:

1) программы обработки деталей на станках ЧПУ;

2) электронные копии чертежей деталей;

• ЗD-модели деталей;
• технологические карты обрабатываемых деталей;
• трассы донесений о функционировании каждого из станков ЧПУ и действий оператора в привязке к идентификатору обрабатываемой детали;
• статистика функционирования АПК MES МО.

Объем информации, доступный по чтению через WEB сервер, определяется правами доступа, которые должны быть согласованы между администраторами локальной цеховой сети и сети завода.

Компьютер рабочего места диспетчера цеха включен в локальную сеть цеха. Прикладная программа СРВ, размещенная на этом компьютере, обеспечивает выдачу на экран монитора информацию, схожую по структуре с представленной на рисунке 1.3, но уже по всему комплексу станков. Одновременно на экран выдаётся сводная оперативная статистическая информация о функционировании станочного парка комплекса и обрабатываемых на нем деталях. Программное обеспечение компьютера диспетчера цеха также включает клиентскую часть ПАО доступа к цеховой базе данных.

Компьютер рабочего места службы инжиниринга цеха включен в локальную сеть цеха. Наряду со статусной информацией, поступающей по сети с каждого рабочего места, на экране монитора службы инжиниринга также отображается вся техническая информация о состоянии АПК MES МО, в том числе и все результаты тестов самопроверок аппаратуры АПК. Программное обеспечение компьютера службы инжиниринга цеха также включает клиентскую часть ПАО доступа к цеховой базе данных.

Локальная сеть цеха реализуется на базе Ethernet протокола с комбинированной топологией соединения (общая шина — звезда) и использованием двух коммутаторов-распределителей. В качестве носителя используется кабель типа AWG24 (четыре экранированные витые пары, категория 6 или 7), обеспечивающий максимальную помехозащищенность передачи данных в условия цеха. Такая конфигурация сети позволяет решить все задачи сетевого обмена информацией в цехе при высокой скорости обмена и относительно низкой стоимости прокладки сетевых коммуникаций.

Типовая отраслевая автоматизированная система управления цехового уровня участками станков с ЧПУ — MES МО предназначена для комплексной автоматизации процессов механической обработки деталей РКТ на оборудовании с ЧПУ и управления ими на цеховом уровне.

1.3 Исследование характеристик входящих в систему устройств и возможностей информационного обмена между ними

В разрабатываемую автоматизированную систему входит 5 станков с числовым программным управлением: горизонтальный обрабатывающий центр Feeler FMH-500 в количестве трех штук, горизонтальный обрабатывающий центр со сменными паллетами JMH-500 — 1 шт., горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630 — 1 шт.

Горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630.

Горизонтальный обрабатывающий центр модели H. Plus-630 имеет самую большую рабочую зону среди станков данного класса: при размерах паллеты 630х630 мм на нем можно обрабатывать заготовку диаметром до 1050 мм высотой 1000 мм и весом до 1200 кг. Отличительными чертами данного обрабатывающего центра являются:

1) Производительность благодаря применению многопаллетных безлюдных технологий. Все горизонтальные обрабатывающие центры Matsuura серии H. Plus после поставки могут быть дооснащены системами смены паллет в случае увеличения производственной программы заказчика. Подбор паллетной системы и модификация станков производится в соответствии с техническим заданием в кратчайшие сроки.

2) Надежность работы и бесперебойность процесса производства, в том числе безлюдного. Matsuura предлагает не имеющие себе равных инструментальные магазины и системы управления сменой инструмента. Новая конструкция дискового магазина с меньшим количеством движущихся частей, чем в традиционном устройстве автоматической смены инструмента, разработанная и успешно апробированная специалистами Matsuura, позволила устранить лишний шум и вибрации и сократить время смены инструмента на 60%. По желанию заказчика стандартный инструментальный магазин цепного типа на 60 позиций может быть заменен как на магазин такого же типа, но на 80/120 позиций, так и на магазин матричного типа на 240 инструментов максимально.

Высокая скорость, точность и безотказность. Обрабатывающий центр оснащен полноприводным поворотным столом со скоростью вращения двигателя 100 об/мин, что в 2 раза превышает скорость вращения стола с традиционной червячной передачей. Помимо этого, системы прямого привода лишены абразивного эффекта, возникающего у сопряженных компонентов. По этим причинам практически полностью исключается возможность появления люфта, что обеспечивает долговременную высокую точность позиционирования. Функциональная простота и надежность механизма прямого привода требует значительно меньшего сервисного обслуживания.

Данный станок может принимать и отправлять данные с помощью технологии Ethernet. Также имеется порт RS-232 для конфигурирования с помощью ПК и порт для считывания CF карт памяти.

Технические характеристики станка представлены ниже в таблицах 1.1 — 1.9.

Таблица 1.1. Ход по осям и диапазоны перемещения

Характеристика	Значение
Ход по оси Х	1050 мм
Ход по оси У	920 мм
Ход по оси Z	990 мм
Расстояние от поверхности паллеты до центра шпинделя	75 — 995 мм
Расстояние от центра паллеты до конуса шпинделя	150 — 1140 мм

Таблица 1.2. Характеристики стола

ХарактеристикаЗначение
Рабочая поверхность паллеты	630х630 мм
Максимальная нагрузка на паллету	1200 кг
Максимальный размер заготовки	диаметр max — 1050 мм, высота max — 1115 мм
Конфигурация поверхности паллеты: резьбовые отверстия (ширина, количество)	(М16 х P2) х 24
Расстояние от пола до рабочей поверхности паллеты	1200 мм
Мин. угол индексации паллеты	0.001 град
Время индексации стола	сек/90 — 2,1; сек/180 — 2,5

Таблица 1.3. Характеристики шпинделя

ХарактеристикаЗначение
Диапазон вращения шпинделя	45-12000 мин -1
Команда управления сменой скорости вращения шпинделя	S 5 цифр — прямая команда
Внутренний диаметр подшипников шпинделя	100 мм
Максимальный крутящий момент шпинделя	451 (скорость шпинделя 550 мин -1 )
Продув шпинделя воздухом	Стандарт
Ориентация шпинделя	Стандарт (электрическая)
Усилие зажима	21,5 кН

Таблица 1.4. Характеристики подачи

Характеристика	Оси	Значение	Единицы измерения
Скорость ускоренного перемещения	(X/Y/Z)	60000	мм/мин
	(B)	27000 (75 мин -1 )	град/мин
Скорость рабочей подачи	(X/Y/Z)	1 — 60000	мм/мин
	(B)	0 — 27000 (75 мин -1 )	град/мин
Скорость подачи JOG	(X/Y/Z)	0 — 4000	мм/мин

Таблица 1.5. Характеристики смены паллет

Характеристика	Значение
Количество паллет, шт.	2
Способ смены паллет	Поворотный
Время смены паллет, сек	19,6
Время смены паллет (от паллеты до паллеты), сек	14,6
Усилие зажима паллеты, кН	112,7
Вес паллеты (РС), кг	280

Таблица 1.6. Характеристика двигателей

Двигатель	Обмотки и оси	Мощность
Двигатель привода шпинделя, модель: аIIL26/15000	Обмотка возбуждения низкой частоты: непр./15%	АС 15/26 кВт (перем. тока)
	Обмотка возбуждения высокой частоты: непр./60%	АС 26/30 кВт (перем. тока)
Двигатели подач:	Ось Х: αis40/4000 Ось Y: αis50/3000 Ось Z: αis40/4000 Ось А: Dis2000	АС 5,5 кВт АС 14 кВт АС 5,5 кВт АС 8,5 кВт
Двигатель гидравлического насоса		АС 3,7 кВт
Двигатель насоса СОЖ		АС 0,73/1,21 (50/60 Гц)
Двигатель охлаждения шпинделя		АС 0,75
Двигатель шнекового транспортера стружки		АС 0,4 х 2 шт.

Таблица 1.7. Источники питания

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/temyi-diplomnyih-rabot-po-avtomatizatsii/

Характеристика	Значение
	96 кВА АС 200 / 220 В ± 10%
Частота источника электропитания [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/temyi-diplomnyih-rabot-po-avtomatizatsii/	50/60 НГц ± 1
Подача сжатого воздуха	0,54 — 0,93 Мпа
Требуемый объем сжатого воздуха	600 нл/мин (атмосферное давление)

Таблица 1.8. Характеристика емкостей баков

Характеристика	Значение
Емкость бака масла гидростанции	40 л
Емкость бака СОЖ	600 л
Емкость бака масла для охлаждения шпинделя	10 л (общий объем 42 л)

Таблица 1.9. Габариты станка

Характеристика	Значение
Высота станка	3500 мм
Площадь установки (включая зону техобслуживания)	5415 х 8650 мм
Вес станка + NC и магазин АСИ	21000 кг

Горизонтальный обрабатывающий центр Feeler FMH-500

Feeler FMH-500 — горизонтальный фрезерный станок с 4 осями, с двумя сменными паллетами.

Основные характеристики станка представлены в таблице 1.10.

Таблица 1.10. Основные характеристики

Характеристика	Значение
Год выпуска	2007
Страна происхождения	Тайвань
Система управления	Fanuc
Количество осей	4
Перемещение по оси Х	762 мм
Перемещение по оси Y	710 мм
Перемещение по оси Z	710 мм
Размер рабочего стола	500 х 500 мм
Скорость вращения шпинделя	10000 об/мин
Количество паллет	2
Инструментальный магазин	40

Данный станок может принимать и отправлять данные с помощью технологии Ethernet. Также имеется порт RS-232 для конфигурирования с помощью ПК и порт для считывания CF карт памяти.

Горизонтальный обрабатывающий центр JMH-500

Базовая комплектация:

— система ЧПУ FANUC Oi-MD;

— порт RS-232;

порт для считывания СF карт памяти;

линейные направляющие качения;

высокомоментный двигатель шпинделя Fanuc;

высокомоментные двигатели приводов подач линейных осей Fanuc;

встроенный датчик резьбонарезания;

нарезание резьбы без компенсационного патрона;

ось «В» позиционирование поворотного стола (паллеты) — 1°;

— автоматическая смена инструмента — 40 позиций, с функцией предварительного выбора инструмента;

— комплект (40 шт.) специальных болтов для

автоматическая смена паллет (2 паллеты);

кабинетная защита зоны резания;

система смыва стружки;

конвейер для отвода стружки из зоны резания;

транспортер и бак-тележка для удаления стружки;

трансформатор 380/50/3

система охлаждения зоны резания;

система смазки;

электрошкаф с теплообменником;

система обдува конуса шпинделя при каждой смене

Основные характеристики станка представлены в таблице 1.11.

Таблица 1.11. Основные характеристики станка JMH-500

Характеристика	Значение и единицы измерения
Размер стола	500 х 500 мм
Максимальная нагрузка на стол	800 кг
Крепежные болты	24-М 16х2
Минимальный угол индексирования	1º (0,0001 º/5 º)
Перемещение по оси Х	800 мм
Перемещение по оси Y	725 мм
Перемещение по оси Z	725 мм
Расстояние от оси вращения шпинделя до стола	50-775 мм
Расстояние от торца шпинделя до центра стола	150-875 мм
Высота стола от пола	1100 мм
Скорость вращения шпинделя	10000 об/мин
Внутренний конус шпинделя	7/24 №40
Диаметр шпинделя	70 мм
Мощность двигателя шпинделя	15/18,5 кВт
Скорость быстрых перемещений по оси Х	30 (36) м/мин
Скорость быстрых перемещений по оси Y	30 (36) м/мин
Скорость быстрых перемещений по оси Z	30 (36) м/мин
Количество мест в магазине	60 шт
Штревель	P40T-1
Максимальный вес инструмента	8 кг
Максимальная длина инструмента	300 мм
Максимальный диаметр инструмента	85 мм
Максимальный диметр инструмента (без смежного)	140 мм
Время смены инструмента (инструмент / инструмент)	3-4 сек
Количество паллет	2 шт.
Способ смены паллет	поворотный
Время смены паллет	8 сек.
Размеры станка в плане	3835 х 4835 мм
Вес станка	13500 кг
Максимальная высота станка	2960 мм
Потребляемая мощность	45 кВа

Данный станок может принимать и отправлять данные с помощью технологии Ethernet. Также имеется порт RS-232 для конфигурирования с помощью ПК и порт для считывания CF карт памяти.

1.4 Анализ информационных потоков разрабатываемой системы

На рисунке 1.4 представлена схема, характеризующая обмен информацией между станками и персональными компьютерами работников, которым будет предоставлен доступ для получения данной информации.

На ПК оператора (стрелки 1, 2, 3, 4, 5 на рисунке 1.4) поступает информация о мониторинге станков с ЧПУ. Она визуализирована при помощи приложения для мониторинга, интерфейс которого также разработан в данной работе. Эта информация включает в себя:

1) активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

2) какова рабочая подача установлена для обработки детали;

) номер выполняемой программы (каждой детали соответствует одна или несколько определенных программ);

) номер паллеты, на которой выполняется программа;

) время работы станка по программе: оставшееся и пройденное;

) ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования (например, низкий уровень масла/СОЖ, отсутствие подготовки паллеты для срабатывания механизма ее смены, налет шпинделя на наконечник одной из осей обработки и т.д.).

На сервер поступает информация от ПК оператора (стрелка 6 на рисунке 1.4) о мониторинге станков.

Рисунок 1.4. Схема информационных потоков разрабатываемой системы с учетом сервера

Она включает в себя:

1) активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

2) номер выполняемой программы (каждой детали соответствует одна или несколько определенных программ);

) время работы станка по программе: оставшееся и пройденное;

) ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования (например, низкий уровень масла/СОЖ, отсутствие подготовки паллеты для срабатывания механизма ее смены, налет шпинделя на наконечник одной из осей обработки).

С сервера на ПК начальника (стрелка 7 на рисунке 1.4) цеха поступает следующая информация в виде таблицы базы данных мониторинга:

) активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

2) номер выполняемой программы.

С ПК начальника цеха (стрелка 7 на рисунке 1.4) по электронной почте на ПК оператора передаются задания на смену для операторов и наладчиков. Mail-server реализован на сервере цеха №103.

На ПК механика цеха с сервера (стрелка 8 на рисунке 1.4) передается информация:

) активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

2) ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования (например, низкий уровень масла/СОЖ, отсутствие подготовки паллеты для срабатывания механизма ее смены, налет шпинделя на наконечник одной из осей обработки).

С ПК механика цеха на сервер будут передаваться различные программы для тестирования и отладки станков, их техническая документация.

В планово-диспетчерское бюро с сервера (стрелка 9 на рисунке 1.4) передаются данные в виде таблицы базы данных мониторинга:

) номер выполняемой программы (каждой детали соответствует одна или несколько определенных программ);

2) активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

) время работы станка по программе: оставшееся и пройденное.

Из планово-диспетчерского бюро (стрелка 9 на рисунке 1.4) по электронной почте на ПК оператора будут поступать необходимые технологические процессы для изготовления деталей, чертежи и технологические паспорта в электронном виде. Это сделано исходя из того, что бумажная версия данных документов в условиях эксплуатации цеха может потеряться, либо прийти в негодное состояние.

Сам сервер участка №3 (стрелка 17 на рисунке 1.4) подключен через маршрутизатор к серверу ЛВС цеха №103. Эта связь сделана для администрирования сервера участка №3 и получения необходимых данных о мониторинге. С сервера ЛВС цеха №103 могут передаваться необходимые для внедрения программы с других участков.

С сервера участка №3 в ИТ-отдел (стрелка 10 на рисунке 1.4) производится доступ к базе данных сведений о мониторинге для ее администрирования.

С сервера по запросу с ПК оператора (стрелка 11 на рисунке 1.4) передаются те программы, которые необходимо записать в станок. После того, как они получены на ПК оператора, они отправляются непосредственно на те станки, куда требуется записать данные программы (стрелки 12, 13, 14, 15, 16 на рисунке 1.4).

Таким образом, физический сервер участка №3 состоит из

1) PDC (Primary Domen Controller) — контроллер домена. На нем работают службы каталогов и располагается хранилище данных каталогов. Контроллер домена хранит параметры учётных записей пользователей, параметры безопасности (применимо к томам с файловой системой NTFS), параметры групповой и локальной политик.

3) File-Server — файловый сервер, хранящий отработанные на станках программы, и обеспечивающий к ним доступ.

4) DNS — (Domen Name Server) — основной задачей DNS-сервера является трансляция доменных имен в IP адреса и обратно.

Также для защиты от внешнего несанкционированного доступа из внешней сети необходим Proxy-сервер.

Благодаря использованию Proxy-сервера, для пользователей из внешней сети виден только один компьютер (Proxy-сервер выступает «представителем» настоящего сервера в сети), что исключает возможность внешнему пользователю исследовать структуру корпоративной сети и получить доступ к другим ее узлам.

Межсетевой экран для защиты от атак из ЛВС цеха №103 (в которой есть доступ в Internet) реализован с помощью маршрутизатора.

В таблицах 1.12. и 1.13 приведен максимальный объем информации в час пиковой нагрузки, отправляемой клиентами на сервер и передаваемой клиентам с сервера. Данные имеют размерность Мбайт/ч.

Таблица 1.12. Объем информации, передаваемой на сервер

	ПК начальника цеха	ПК механика цеха	Планово-диспетчерское бюро	ИТ-отдел	ПК оператора	∑
Сервер участка №3	50	100	150	100	500	900

Таблица 1.13. Объем информации, передаваемой клиентам с сервера, Мбайт/ч

	ПК начальника цеха	ПК механика цеха	Планово-диспетчерское бюро	ИТ-отдел	ПК оператора	∑
Сервер участка №3	300	450	600	800	100	2250

2.1 Состав и количество оборудования, интерфейсные решения

Выбор топологии сети

Для разрабатываемой системы управления участком выбрана топология «звезда».

При использовании топологии типа «звезда» информация между клиентами сети передается через единый центральный узел. В качестве центрального узла может выступать сервер или специальное устройство — концентратор (Hub).

Преимущества данной топологии состоят в следующем:

— высокое быстродействие сети, так как общая производительность сети зависит только от производительности центрального узла;

— отсутствие столкновения передаваемых данных, так как данные между рабочей станцией и сервером передаются по отдельному каналу, не затрагивая другие компьютеры.

Однако помимо достоинств у данной топологии есть и недостатки:

— низкая надежность, так как надежность всей сети определяется надежностью центрального узла. Если центральный компьютер выйдет из строя, то работа всей сети прекратится;

— высокие затраты на подключение компьютеров, так как к каждому новому абоненту необходимо ввести отдельную линию.

Выбор среды передачи данных

Экранированная витая пара (Shield Twisted Pair, STP) хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, поэтому экранированную витую пару применяют только в тех случаях, когда это действительно необходимо, например, из-за больших внешних помех и повышенных требований к надежности передачи данных [4]

В разрабатываемой системе будем использовать экранированную витую пару 1000Base-TX FTP Cat 6 4х2х0,5, т.к. данный кабель стандартизирован для технологии Fats Ethernet и Gigabit Ethernet и обладает хорошей помехозащищенностью. Данный вид кабеля был выбран исходя из-за наводок и электромагнитных помех, создаваемых большим количеством станков с ЧПУ в цехе.

Преимущества данного кабеля в том, что полоса частот у него составляет 250 МГц и он может применяться в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Данный кабель состоит из 4-х пар проводников (каждая пара имеет свой защитный экран) и способен передавать данные на скорости до 1000Мбит/с.

Элементы конструкции кабеля FTP Cat.6 4х2х0,5:

) жилы — медные гибкие;

2) изоляция — ПВХ пластикат;

) общий внешний экран в виде фольги;

) оболочка — ПВХ пластиката.

Здесь нужно отметить, что для связи станков с ПК оператора будем использовать технологию Fast Ethernet, т.к. сетевые карты, установленные производителем, поддерживают именно этот стандарт, а для передачи данных с ПК оператора на сервер участка и далее будем использовать технологию Gigabit Ethernet.

Выбор коммутатора

Сетевой коммутатор — это устройство любого типа, которое выполняет операции переключения потока данных с одного интерфейса на другой. Операция коммутации может выполняться в соответствии с различными правилами и алгоритмами. Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI и может объединять узлы одной сети по их МАС-адресам.

В разрабатываемой системе управления участком коммутатор нужен для переключения потоков данных со станков на ПК оператора и сервер участка №3. Количество станков на участке равно 5, но необходимо учесть, что их число постепенно будет расти за счет модернизации участка.

Поэтому для разрабатываемой системы был выбран коммутатор D-Link DGS-1210-28/В. Ниже представлены основные характеристики.

Стандарты и функции портов:

— IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet (медный кабель на основе витой пары);

— IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet (медный кабель на основе витой пары);

IEEE 802.3ab 1000BASE-T Gigabit Ethernet (медный кабель на основе витой пары);

автосогласование ANSI/IEEE 802.3;

управление потоком IEEE 802.3x.

Количество портов: 24 порта 10/100/1000 Мбит/с, 4 порта SFP.

Сетевые кабели:

UTP категории. 5, 5e (макс. 100 м);

— EIA/TIA-568 100 Ом STP (макс. 100 м).

Полный/полудуплекс:

полный / полудуплекс для скорости 10/100Мбит/с;

— полный дуплекс для скорости Gigabit.

Пропускная способность коммутатора составляет 58 Гбит/с.

Метод коммутации — Store-and-forward.

Таблица MAC-адресов рассчитана на 16,000 записей.

Полные характеристики представлены в приложении 1.

Используя технологию D-Link Green, коммутатор DGS-1210-28 способны экономить энергию без ущерба для производительности и функциональных возможностей устройств. Коммутатор определяет статус соединения на каждом порту, обеспечивая автоматический переход неактивных портов в спящий режим. Благодаря используемому чипсету, коммутатор DGS-1210-28 позволяют существенно сократить энергозатраты.

Данный коммутатор поддерживают полный набор функций уровня 2, включая IGMP Snooping, Port Mirroring, Spanning Tree и Link Aggregation Control Protocol (LACP).

Функция управления потоком IEEE 802.3x позволяет напрямую подключить серверы к коммутатору для быстрой и надежной передачи данных. Поддерживая скорость на каждом из портов до 2000 Мбит/с в режиме полного дуплекса, коммутатор обеспечивает высокую производительность, которая нужна для подключения рабочих мест с минимальной потерей данных. Коммутатор поддерживает функцию диагностики кабеля и функцию Loopback Detection. Функция Loopback Detection используется для определения петель и автоматического отключения порта, на котором обнаружена петля. Функция диагностики кабеля предназначена для определения качества витой пары, а также типа неисправности кабеля.

Функция D-Link Safeguard Engine защищает коммутатор от вредоносного трафика, вызванного активностью вирусов. Аутентификация на основе порта 802.1X позволяет использовать внешний сервер RADIUS для авторизации пользователей. Помимо этого, функция списков управления доступом (ACL) увеличивает безопасность сети и помогает защитить сеть, отфильтровывая трафик, исходящий от несанкционированных MAC-адресов или IP-адресов. Коммутатор также поддерживают функцию предотвращения атак ARP Spoofing, защищающую от атак в сети Ethernet, которые могут вызвать изменение трафика или его задержку путем отправки ложных ARP-сообщений. Для предотвращения атак ARP Spoofing коммутатор использует функцию Packet Control ACLs для блокировки пакетов, содержащих ложные ARP-сообщения. Для повышения уровня безопасности используется функция DHCP Server Screening, запрещающая доступ неавторизованным DHCP-серверам.

Данный коммутатор был выбран, исходя из условий эксплуатации оборудования в цехе. Его рабочая температура от -5° до 50° C, температура хранения от -20° до 70° C. Также максимальная потребляемая мощность составляет всего 16.81 Вт.

Выбор конфигурации сервера и ПК оператора.

В данной работе для разрабатываемой системы вполне достаточно одного сервера для сбора данных о мониторинге и передачи их другим клиентам. Ниже в таблице 2.1 представлена его конфигурация.

Таблица 2.1. Конфигурация сервера

№п/п	Составляющие части оборудования	кол-во, шт.
1	Процессор Intel Core i5 750 BX80605I5750 2.66 8M Box LGA1156 (Lynnfield) (четырехъядерный)	1
2	Материнская плата Intel S3420GPLC (Grosse Point) Box Board Intel Server board	1
3	Память DDR3 8Gb (pc-10600) 1333MHz Kingston	2
4	Серверный Корпус 19» @-rack 1U 1D14-40-0, 4 * ext 3.5 HDD hot-swap, 1 * ext SlimCD, 1 * ext SlimFDD, 1 * int 2.5, 660mm Depth	1
5	Жесткий диск Lenovo 1x1Tb SATA NL 7.2K 81Y9806 3.5	2
6	Блок питания Chieftec A-80 Series 750W [CTG-750C]	1
7	Видеокарта ASUS AMD Radeon R7 240 [R7240-1GD3] 1Гб DDR3	1
8	Кулер для процессора Scythe Grand Kama Cross 3 150 Вт	1
9	Монитор Samsung S19F350HNI (18,5 дюймов)	1

Конфигурация ПК оператора представлена в таблице 2.2.

Выбор процессоров для сервера и ПК оператора обоснован их экономичностью, высокой производительностью. Для сервера был выбран Intel Core i5 750 как оптимальный вариант для решения множества задач по хранению, обновлению и передаче данных клиентам. Высокое качество обеспечивается благодаря использованию серверных компонентов Intel, современной быстрой памяти DDR-III с коррекцией ошибок (ECC) высококачественного источника питания и эффективной системы охлаждения.

Таблица 2.2. Конфигурация ПК оператора

№п/п	Составляющие части оборудования	кол-во, шт.
1	Процессор Intel Core i3-4150, 3.5МГц, двухъядерный	1
2	Материнская плата ASUS B85M-G DDR3 1600 МГц	1
3	Память Hynix [HMT451U6BFR8A] DDR3 4 ГБ	2
4	Корпус InWin EAR001BS черный	1
5	Жесткий диск WD Black WD5000LPLX 500 ГБ	1
6	Видеокарта ASUS AMD Radeon R7 240 [R7240-1GD3] 1Гб DDR3	1
7	Блок питания Chieftec A-80 Series 750W [CTG-750C]	1
8	Кулер для процессора Scythe Grand Kama Cross 3 150 Вт	1
9	Монитор Acer S230HLBbd (23 дюйма)	1

Выбор процессоров для сервера и ПК оператора обоснован их экономичностью, высокой производительностью. Для сервера был выбран Intel Core i5 750 как оптимальный вариант для решения множества задач по хранению, обновлению и передаче данных клиентам. Высокое качество обеспечивается благодаря использованию серверных компонентов Intel, современной быстрой памяти DDR-III с коррекцией ошибок (ECC) высококачественного источника питания и эффективной системы охлаждения.

Для ПК оператора был сделан выбор в пользу Intel Core i3. Мощности и прочих характеристик данного процессора вполне хватит для сбора данных по мониторингу станков и представления их с помощью прикладного графического интерфейса оператору. Процессор Core i3-4150 построен на базе архитектуры Haswell, имеет 2 физических и 4 логических ядер, работающих на базовой частоте 3.5 ГГц.

Для сервера было выбрано два жестких диска Lenovo емкостью 1 Гбайт. Это сделано для того, чтобы разместить сетевую операционную систему на одном, а СУБД, File-server и прочие логические сервера — на другом.

Также для сервера и ПК оператора были выбраны разные по размеру мониторы. Для сервера не требуется монитор с большой диагональю, т.к. отпадает необходимость мониторинга пяти окон приложений одновременно.

Таким образом, выбор был сделан в пользу монитора Samsung S19F350HNI (18,5 дюймов).

В свою очередь, на ПК оператора необходим доступ к 5 окнам приложения для мониторинга станков. Каждое окно будет отображать мониторинг отдельного станка. Поэтому в данном случае был сделан выбор в пользу монитора Монитор Acer S230HLBbd (23 дюйма).

ПК оператора и сервер имеют на своих материнских платах встроенные сетевые адаптеры, поддерживающие технологию Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с.

Выбор маршрутизатора и сетевых адаптеров для клиентов

Для подключения сервера участка №3 к локальной сети цеха №103, имеющую доступ в Internet, был выбран роутер D-link DSR-250 исходя из стандартов предприятия и обеспечения гигабитной скорости передачи данных.

Унифицированный маршрутизатор D-Link серии DSR представляет собой высокопроизводительное решение, обеспечивающие защиту сети и предназначен для удовлетворения растущих потребностей малого и среднего бизнеса. Поддержка стандарта IEEE 802.11n, реализованная в маршрутизаторе DSR-250, позволяет достичь той же производительности, что и в проводных сетях, но с меньшим количеством ограничений. Оптимальная защита сети достигается за счет организации туннелей VPN (Virtual Private Network), поддержки протоколов IP Security (IPSec), Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP), Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP), Generic Routing Encapsulation. Благодаря VPN-туннелям торговые представители и сотрудники территориальных подразделений получают удаленный доступ к корпоративной сети из любой точки и в любое время без инсталляции клиентской программы.N поддерживает стандарты 802.11a⁵ /b/g/n и работу в диапазоне частот 2,4 ГГц или 5 ГГц. Благодаря поддержке технологии Multiple In Multiple Out (MIMO) маршрутизатор DSR-250N обеспечивает высокую скорость передачи данных и расширенную зону покрытия беспроводной сети, позволяя сократить количество «мертвых зон».

Маршрутизатор DSR-250 поддерживает возможность организации доступа к Интернет по сети 3G с помощью USB-модема. Поддержка сети 3G обеспечивает возможность дополнительного подключения для защищенной передачи критически важных данных или стабильной работы служб резервирования.

Поддержка технологий D-Link Green Wi-Fi и D-Link Green Ethernet позволяет оптимизировать энергопотребление и сократить расходы на электроэнергию. Использование планировщика D-Link Green WLAN, обеспечивая дополнительную защиту, позволяет сократить потребление электроэнергии за счет отключения беспроводной сети по установленному пользователем расписанию в часы наименьшей нагрузки. Технология D-Link Green Ethernet позволяет определять статус соединения и автоматически переводить устройство в режим сохранения электроэнергии. Помимо этого, маршрутизатор DSR-250 соответствуют требованиям директив RoHS (Restriction of Hazardous Substances) и WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment), целью которых является защита окружающей среды.

Основные характеристики:

Интерфейс Ethernet:

— 1 WAN-порт 10/100/1000 Мбит/с;

— 8 LAN-портов 10/100/1000 Мбит/с.

Порт USB: 1 порт USB 2.0.

Консольный порт: RJ-45.

Производительность:

— пропускная способность межсетевого экрана7: 45 Мбит/с;

— пропускная способность VPN9: 35 Мбит/с;

количество одновременных сессий: 20 000;

количество новых сессий (в секунду): 200;

политики межсетевого экрана: 200.

Типы Интернет-соединения:

— статический / Динамический IP-адрес;

— PPPoE/ L2TP/ PPTP;

Multiple PPPoE.

Межсетевой экран:

— статический маршрут;

— Dynamic DNS;

маршрутизация между VLAN;

NAT, PAT;

фильтрация web-содержимого: cтатический URL-адрес, ключевые слова.

Источник питания:

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/diplomnaya/temyi-diplomnyih-rabot-po-avtomatizatsii/

Внешний источник питания 12 В постоянного тока/1,5 А

Макс. потребляемая мощность — 11,8 Вт/ 12,6 Вт

Размеры: 140 x 203 x 35 мм.

Рабочая температура — от 0 до 40°C.

Температура хранения — от -20 до 70°C.

Рабочая влажность — от 5% до 95% без образования конденсата.

Полные характеристики данного маршрутизатора представлены в приложении 2.

В качестве сетевых адаптеров для клиентов, получающих информацию с сервера, была выбрана сетевая карта D-Link DGE-530 в количестве 5 штук.

DGE-530T — PCI адаптер Gigabit Ethernet с медным портом 10/100/1000Mбит/с для серверов или настольных компьютеров. С помощью этого адаптера, вычислительная система, функционирующая на скоростях 10Мбит/с и 100Мбит/с может быть модернизирована до Gigabit Ethernet, что позволит исключить узкие места в сети и повысить производительность.

Основные характеристики представлены в таблице 2.3.

Благодаря возможности работы в режиме полнодуплексного Gigabit Ethernet, этот сетевой адаптер предоставляет компьютеру возможность работы в сети на скорости 2000 Мбит/с с использованием существующей кабельной системы на основе UTP Cat 5. Являясь доступной альтернативой решению на оптике, этот адаптер позволяет быстро увеличить скорость передачи данных до Gigabit ethernet, не требуя прокладки новых, дорогих оптических кабелей.

Таблица 2.3. Характеристики сетевого адаптера DGE-530T

Общие характеристики
Тип	сетевая карта
Скорость передачи данных	10/100/1000 Мбит/сек
Подключение
Количество разъемов RJ-45	1
Интерфейс	PCI
Подключение
Количество разъемов RJ-45	1
Интерфейс	PCI
Версия PCI	2.2
Пропускная способность шины PCI	32 бит
Поддержка стандартов
Стандарты	802.1p, 802.1q VLAN, 802.3X Flow Control
Поддержка Wake-on-LAN	есть
Поддержка Jumbo Frame	есть
Дополнительно
Автоматическое определение MDI/MDIX	есть
Поддержка ОС	Microsoft Windows 2000, Microsoft Windows 4.0, Microsoft Windows 98, Microsoft Windows Me, Microsoft Windows XP
Габариты
Длина	51 мм
Ширина	124 мм

Адаптер поддерживает автоопределение скоростей 10/100/1000Mбит/с и полу / полнодуплексного режима работы. Сетевой адаптер имеет встроенную фильтрацию тегированных Ethernet кадров VLAN, позволяя создать несколько подсетей для каждого сервера и изолировать устройства внутри каждой VLAN от остальной части сети для повышения безопасности и контроля над трафиком. Адаптер имеет встроенную функцию управления потоком и независимую очередь FIFO, обеспечивая средства защиты данных во время их передачи по сети. При подключении к гигабитному коммутатору, поддерживающему управление потоком, адаптер, во время пиковых нагрузок, получает от него сигналы о переполнении буфера. После этого адаптер задерживает передачу данных до тех пор, пока не получит сигнал от коммутатора, что он готов к приему данных. DGE-530T поддерживает протокол SNMP для удаленного управления и поиска неисправностей, ACPI для уменьшения потребления энергии и WoL для удаленного включения компьютера.

Выбор сетевых протоколов

Протокол — это совокупность специальных правил, а также технических процедур, которые регулируют порядок и способ осуществления связи между компьютерами, которые объединены в какую-либо сеть.

Сетевые протоколы управляют адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу пакета (в случае обнаружения ошибки в процессе передачи).

Наиболее популярны из них следующие:

— IP (InternetProtocol) — протокол межсетевого взаимодействия;

— TCP (TransmissionControlProtocol) — протокол управления передачей;

— TCP/IP протокол содержит стек протоколов, необходимо определиться с тем, какие протоколы этого стека мы будем использовать.

На транспортном уровне существуют следующие протоколы: TCP, UDP. Поскольку нам нужна надежная доставка информации, то лучшим может быть TCP.

На прикладном уровне существуют следующие протоколы: FTP, Telnet, IPSec, SMTP, TFTP, DNS, HTTP.

Протокол FTP (FileTransferProtocol) — протокол передачи файлов пользуется транспортными услугами TCP. Пользователь FTP может вызывать несколько команд, которые позволяют ему посмотреть каталог удаленной машины, перейти из одного каталога в другой, а также скопировать один или несколько файлов.(сокращение от IP Security) — набор протоколов для обеспечения защиты данных, передаваемых по межсетевому протоколу IP, позволяет осуществлять подтверждение подлинности и / или шифрование IP-пакетов. IPsec также включает в себя протоколы для защищённого обмена ключами в сети Интернет.

Протокол HTTP (HyperTextTransferProtocol) — гипертекстовой транспортный протокол.

Протокол DNS (DomainNameSystem) — протокол разрешения имен.

Протокол SMTP (SimpleMailTransferProtocol — простой протокол передачи почты) поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети Internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Над модулем SMTP располагается почтовая служба конкретных вычислительных систем

Протоколы FTP, DNS, HTTP, IP, IPSec, TCP — будут использоваться на всех машинах сети. Протокол SMTP будет использоваться только на ПК клиентов сети.

2.2 Структурная схема управления участком

Структурная схема управления участком представлена в приложении 3.

Распределение адресов рабочих станций

Исходя из структурной схемы имеем две подсети: ЛВС цеха №103 и ЛВС производственного участка №3.

Подсеть участка №3 состоит из сервера, ПК оператора, маршрутизатора и 5 станков. Учтем, что в будущем планируется расширение производственных возможностей, а именно — закуп новых станков с ЧПУ. Поэтому для адреса хоста зарезервируем 5 бит. Итого: 2⁵ — 2 = 30. Полученная цифра означает максимальное количество хостов в данной подсети. Соответственно, маска подсети будет состоять из 27 бит — 255.255.255.224. Сведенные данные в соответствии с полученными в результате исследования подсетями представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4. Распределение адресов рабочих станций

Сеть	Подсеть		Хост
192.168.0.0	3 участок	192.168.3.0 Маска: 255.255.255.224	Маршрутизатор порт 2	192.168.3.1
			Сервер участка №3	192.168.3.2
			ПК оператора	192.168.3.3
			JMH-500	192.168.3.4
			Feeler FMH-500	192.168.3.5
			Feeler FMH-500	192.168.3.6
			Feeler FMH-500	192.168.3.7
			Matsuura H. Plus-630	192.168.3.8
	цех 103	192.168.0.0 Маска: 255.255.255.224	Маршрутизатор порт 1	192.168.0.1
			Сервер цеха 103	192.168.0.2
			ПК начальника цеха	192.168.0.3
			ПК механика цеха	192.168.0.4
			ПК технолога планово-диспетчерского бюро	192.168.0.5
			ПК администратора сети из ИТ-отдела	192.168.0.6

Подсеть ЛВС цеха 103 состоит из маршрутизатора, сервера, ПК начальника цеха, ПК механика цеха, ПК технологов планово-диспетчерского бюро, ПК администратора из отдела информационных технологий. Поэтому

Зарезервируем для адреса хоста также 5 бит. Соответственно, маска подсети будет состоять из 27 бит. С учетом того, что маска адреса состоит из 32 бит, получаем 32 — 27 = 5 бит, состоящих из логических нулей. Разобьем полученное двоичное число на октеты и переведем в десятичную систему счисления. В итоге получим маску — 255.255.255.224.

Широковещательный адрес формируется из одних единиц в IP-адреса узла. Определим широковещательные адреса для полученных подсетей:

— подсеть участка №3 — 192.168.3.31;

— подсеть цеха №103 — 192.168.0.31.

Сведенные данные в соответствии с полученными в результате исследования подсетями представлены в таблице 2.4.

2.3 Перечень и характеристика автоматизированных функций

Разрабатываемая автоматизированная система управления участком содержит в себе следующие функции:

— мониторинг работы станков с ЧПУ и передача полученных данных начальнику цеха, механику цеха, технологу планово-диспетчерского бюро, администратору из ИТ-отдела. Сюда входят данные об активности станка в данный момент времени, сведения об установленной рабочей подачи для обработки детали, номера выполняемой управляющей программы, номера паллеты, на которой выполняется обработка детали. Также передается время работы станка по программе и ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования и действиями оператора;

удаленная запись необходимых программ на станок с ПК оператора;

— передача текстовых сообщений по электронной почте между ПК оператора и начальником цеха, содержащих задание на смену;

передача технологических процессов, чертежей и технологических паспортов на детали по электронной почте между ПК оператора и ПК технолога планово-диспетчерского бюро;

передача инструкций и программ для тестирования и отладки станков с ПК механика на сервер;

возможность администрирования системы специалистом из отдела информационных технологий.

2.4 Структуры входных и выходных данных оборудования, справочники и отчётные формы

В разрабатываемой автоматизированной системе управления участком данные мониторинга работы станков передаются на ПК оператора и визуализируются в виде приложения, интерфейс которого представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Приложение для мониторинга

На данном экране оператор видит номер исполняемой программы, номер кадра, рабочую подачу, скорость шпинделя, пройденное и оставшееся время и номер задействованной паллеты. Также для удобства мониторинга в этот интерфейс были добавлены координаты положения шпинделя станка. Абсолютные высчитываются относительной базовой точки детали, машинные — относительно точек зануления станка. Дистанция до точки — это расстояние, которое необходимо пройти для выполнения очередного кадра управляющей программы. Также в данном окне имеется кнопка «ТРЕВОГИ». Нажав на ее, оператор получит полную информацию обо всех ошибках и предупреждениях, произошедших на станке. Этот момент отображен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2. Вкладка с ошибками

Далее следующая информация с ПК оператора поступает в базу данных на сервер:

активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

— номер выполняемой программы (каждой детали соответствует одна или несколько определенных программ);

время работы станка по программе: оставшееся и пройденное;

ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования (например, низкий уровень масла/СОЖ, отсутствие подготовки паллеты для срабатывания механизма ее смены, налет шпинделя на наконечник одной из осей обработки).

В качестве примера на рисунке 2.3 приведена таблица с данными.

Рисунок 2.3. Таблица с данными о мониторинге

С сервера на ПК начальника цеха посредством запроса на выборку поступает следующая информация в виде таблицы базы данных мониторинга:

— активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

— номер выполняемой программы.

С ПК начальника цеха по электронной почте на ПК оператора передаются задания на смену для операторов и наладчиков.

На ПК механика цеха с сервера также посредством запроса на выборку передается информация:

— активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

— ошибки, связанные с различными неисправностями оборудования (например, низкий уровень масла/СОЖ, отсутствие подготовки паллеты для срабатывания механизма ее смены, налет шпинделя на наконечник одной из осей обработки).

С ПК механика цеха на сервер будут передаваться различные программы для тестирования и отладки станков, их техническая документация.

В планово-диспетчерское бюро с сервера посредством запроса на выборку передаются данные в виде таблицы базы данных мониторинга:

— номер выполняемой программы (каждой детали соответствует одна или несколько определенных программ);

— активность станка в данный момент времени (запущен / не запущен);

время работы станка по программе: оставшееся и пройденное.

2.5 Блок-схема алгоритма управления информационными потоками участка

Блок-схема алгоритма управления информационными потоками участка представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4. Блок-схема алгоритмов управления информационными потоками участка

2.6 Состав и характеристики программного обеспечения

Выбор сетевой операционной системы для сервера

Для разрабатываемой системы был сделан выбор в пользу Windows Server 2016. Данная операционная система имеет новые возможности:

— повышенная безопасность и снижение риска благодаря нескольким уровням встроенных средств защиты;

— повышенная доступность и сокращение объема используемых ресурсов благодаря технологии Nano Sever;

гибкая разработка и управление благодаря контейнерам Windows Server и Hyper-V;

программно-определяемые сетевые возможности для автоматизации, сравнимой с облачной.

Кроме этих возможностей Windows Server 2016 поддерживает до 24 ТБ на физический сервер, в то время как Windows Server 2012 — до 4 ТБ. Также имеется поддержка памяти виртуальной машины — до 12 ТБ на виртуальную машину. Полностью поддерживаются микросегментация, балансировщик нагрузки программного обеспечения, дедупликация данных, мониторинг работоспособности хранилища в отличие от Windows Server 2012 (ограниченная поддержка).

Выбор операционной системы для рабочих станций

Был сделан выбор пользу Windows 10 Enterprise, поскольку данная версия активно используется крупнейшими корпорациями и компаниями, т.к. работает с поддержкой сложных функций:

— Direct Access — возможность удаленного доступа без использования VPN;

— BranchCache — опция, благодаря которой процесс обновления и загрузки намного быстрее и легче;

Credential Guard и Device Guard — эти приложения увеличивают безопасность компьютера в разы.

Windows 10 Enterprise обеспечивает защиту от современных угроз безопасности, предоставляет пользователям высочайший уровень производительности, а также дает возможность использовать новаторские устройства для бизнеса. Windows 10 Enterprise с долгосрочным обслуживанием предоставляет пользователям доступ к долгосрочному обслуживанию в качестве варианта развертывания для их жизненно важных устройств и сред.

Windows 10 Enterprise разработана для удовлетворения потребностей предприятий крупного и среднего размера. Данная цель достигается благодаря предоставлению ИТ-специалистам следующих возможностей:

— Повышенная защита против современных угроз безопасности.

— Гибкие возможности развертывания, обновления и технической поддержки.

Комплексный контроль устройств и приложений и управление ими.

Система Windows 10 версии 1607 (ее также называют Windows 10 Anniversary Update) предусматривает новые функции безопасности, которые подойдут как предприятиям в целом, так и отдельным конечным пользователям, упрощенные варианты развертывания для небольших организаций, а также улучшения в работе Cortana и Microsoft Edge.

Выбор системы управления базами данных

В качестве системы управления базами данных была выбрана Oracle Database 11g Enterprise Edition (корпоративная редакция), т.к. этот продукт ориентирован на организации крупного масштаба, для которого имеется целый набор опций, архитектурно и функционально расширяющих возможности сервера.

СУБД Oracle Database 11g в корпоративной редакции Enterprise Edition идеально подходит для предприятий, которым нужно поддерживать масштабную обработку транзакций, а также приложения с интенсивной обработкой запросов и хранением больших объемов данных. Эта СУБД обеспечивает признанный уровень масштабируемости в любых аппаратных конфигурациях и может использоваться для управления самыми крупными объемами информации, сочетая эти возможности с высочайшим в отрасли уровнем защищенности данных. Пакет Oracle Database 11g Enterprise Edition предлагает уникальные средства обеспечения доступности, которые защитят информацию заказчика от дорогостоящих человеческих ошибок, снизят простои, связанные с регламентным обслуживанием, а средства самообслуживания СУБД помогут снизить эксплуатационные затраты. Являясь первой СУБД, ориентированной на работу в рамках архитектуры Grid Computing, платформа Oracle Database 11g Enterprise Edition может использоваться для значительного снижения расходов на инфраструктуру путем внедрения разделяемых пулов из недорогих, стандартизованных аппаратных компонентов.

Версии СУБД Oracle Database 11g Enterprise Edition доступны для всех поддерживаемых компанией Oracle операционных систем, включая Windows, Linux и Unix, а также поддерживаются на всех аппаратных конфигурациях, от однопроцессорных компьютеров доя сложнейших симметрично-многопроцессорных сред SMP. Дополнительный компонент Oracle Real Application Cluster обеспечивает поддержку кластерных и Grid-сред.

Преимущества:

— рассчитана на организации любого масштаба;

— предназначена для обслуживания баз данных объемом до 8 экзабайт;

минимальное кол-во лицензий 25 пользователей на процессор, максимальное кол-во процессоров неограничено;

поддерживается на любых платформах;

контролирует все данные клиента;

интегрирует всю информацию на предприятии;

обеспечивает работу всех приложений на предприятии;

обеспечивает постоянную доступность информации;

проверенная система обеспечения безопасности;

быстрая установка, удобное администрирование;

изначальная ориентация на сетевые вычисления на базе архитектуры Grid.

Е-mail — сервер

В качестве e-mail — сервера используется Microsoft Exchange Server 2016.Exchange Server 2016 позволяет достичь новых уровней надежности и производительности, предоставляя возможности, которые упрощают администрирование, помогают защитить передаваемую информацию и радуют пользователей, предоставляя им большую мобильность.

Некоторые из новых возможностей:

1) Совместная работа: Exchange 2016 включает в себя новый подход к вложениям, что упрощает совместное использование документов и устраняет трудности, связанные с контролем версионности документов. В Outlook 2016 и Outlook Web App теперь есть возможность прикрепить документ в виде ссылки на SharePoint 2016 (в настоящее время в режиме просмотра) или OneDrive for Business.

2) Outlook Web App: разработчики значительно улучшили веб-версию Outlook, чтобы обеспечить пользователям более комфортную работу с веб-приложением на различных устройствах. Добавили новые инструменты, такие как: Sweep, Pin, Undo, ветки сообщений, новый режим отображения папки Входящие в одну строку, улучшенный HTML рендеринг, новые темы, смайлики и многое другое.

) Поиск: мгновенный поиск обеспечивает более точные и полные результаты. Outlook 2016 оптимизирован для использования мощностей Exchange 2016, чтобы осуществлять быстрый поиск среди старой и новой почты. Поиск также стал более интеллектуальным благодаря подсказкам, настройкам параметров поиска и возможностям поиска событий в календаре.

) Расширяемость: улучшена модель надстроек / расширений для десктопной и веб-версии Outlook, которая позволяет разработчикам создавать компоненты прямо в окружении Outlook. Надстройки теперь могут интегрироваться с компонентами пользовательского интерфейса в новых направлениях: в выделенном тексте в теле сообщения или встречи, на расположенной справа панели задач при составлении и чтении сообщения или встречи, с помощью кнопки или выпадающего меню с опциями в панели инструментов Outlook.

) Упрощенная архитектура: архитектура Exchange 2016 отражает путь внедрения Exchange в Office 365 и является эволюционной и усовершенствованной версией Exchange 2013. Комбинирование ролей сервера почтовых ящиков и клиентского доступа облегчает планирование, масштабирование и развёртывание Exchange в гибридной среде.

7) Высокая доступность: улучшена система автоматического восстановления, в частности, обнаружение расхождений базы. Стабильность и производительность, характеризовавшие Office 365, были настолько полезны, что так же были внедрены в накопительные обновления Exchange 2013, таким образом все эти характеристики уже включены в Exchange 2016.

План размещения оборудования участка и схемы подключений приведены в приложении 4. На первом этаже осуществлена прокладка витой пары от станков и ПК оператора до серверной путем использования ленточных сварных металлических лотков. На втором этаже прокладка осуществлена также с помощью металлических перфорированных лотков, расположенных над навесным потолком.

На всех этажах используется экранированная витая пара 1000Base-TX FTP cat 6. Рассчитаем длину кабеля только для первого этажа, т.к. сегмент сети на втором этаже уже внедрен. Учтем количество кабеля с учетом провиса 5% и высоты консолей — 2,5 м. Прибавим к длине каждой витой пары, выходящей от станков и ПК компьютера к коммутатору 5 м и 5% провиса от общей длины. Также учтем длину кабеля от сервера участка №3 и маршрутизатора до коммутатора. В итоге получаем 126 м.

3.2 Компоновка рабочего места оператора участка

Рабочее место оператора станков с ЧПУ помимо ПК будет оснащено приемным столом с инструментальными ящиками, небольшими стеллажами-подставками, решеткой под ноги, предохраняющей обувь и ноги рабочего от стружки и холодного пола.

Приемный стол служит для хранения измерительного и слесарно-монтажного инструмента, технической документации, защитных очков и определенных средств ухода за станком (совка, щетки-сметки).

Стул будет отрегулирован так, чтобы его высота удобна для расположения оператора. Высота стула будет отрегулирована так, чтобы ступни оператора опирались на пол, а зазор между передней частью стула и икрами составлял 5 сантиметров.

Монитор будет расположен на столе таким образом, чтобы соблюдалась дистанция от глаз до монитора — 70 см. Сама позиция монитора будет на уровне глаз оператора.

Также для лучшего освещения рабочего места на приемном столе будет установлена настольная лампа с регулируемым плафоном.

В основе современных методов организации производства лежит принцип бесперебойной работы оборудования в течение смены. Этого можно достичь если оператор не будет отвлекаться от выполнения своих функций. Для этого будет организованно-своевременная, без участия оператора доставка к станку следующих элементов: настроенный на размер инструмент, оправки, техническая документация, программоносители, масло для смазывания гидроусилителей, охлаждающая жидкость.

.1 Рекомендации по внедрению проекта

В качестве рекомендаций по внедрению проекта стоит внимательно отнестись к прокладке экранированной витой пары от станков и ПК оператора к коммутатору в серверной. При осуществлении монтажа кабеля FTP Cat6 необходимо выдерживать минимально допустимый радиус изгиба. Для данного кабеля он составляет 8 внешних диаметров самого кабеля. Также нужно следить за целостностью экрана, проходящего по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб кабеля может привести к повреждению экрана, что, в свою очередь, негативно скажется на устойчивости к электромагнитным помехам, создаваемым производственным оборудованием в цехе.

Следует избегать подключения ЧПУ к общей заводской сети. Поэтому целесообразнее использовать маршрутизатор для отделения подсети, включая ЧПУ, от других сетей. Этот момент регламентируется в руководстве по подключению к ПК через технологию FOCAS2/Ethernet. В данной дипломной работе данное обстоятельство было учтено.

Также рабочим, осуществляющим прокладку кабеля и подключение станков, необходимо выполнять основные меры безопасности при нахождении рядом с такими объектами. Все операции по подключению рекомендуется выполнять, когда цикл управляющей программы на станке с ЧПУ окончен и станок выключен.

4.2 Настройка функции встроенной сети Ethernet на станках

Для того чтобы настроить сеть между станком и компьютером, необходимо воспользоваться функцией FOCAS2/Ethernet. Эта функция позволяет подключить до пяти клиентов FOCAS2/Ethernet к одному станку с ЧПУ. Далее будет описана процедура работы на экране установки FOCAS2/Ethernet непосредственно на самом станке с ЧПУ.

1. Для начала следует нажать функциональную клавишу вывода на дисплей окна программы.

2. В результате совершенного действия появятся дисплейные клавиши «EMBED» и «PCMCIA LAN».

. Для отображения экрана установки Ethernet необходимо нажать дисплейную клавишу «EMBED».

. Далее следует нажать клавиши «COMMON» и «FOCAS2» и ввести параметры для появившихся элементов.

. Следующим шагом будет установка параметров на общем экране, а именно IP-адреса, маски, IP-маршрутизатора. На рисунке 4.1 изображен общий экран.

Рисунок 4.1. Общий экран

. При нажатии кнопки «FOCAS2» требуется указать номер TCP-порта, который будет использоваться с функцией FOCAS2/Ethernet. Действительный диапазон ввода — с 5001 по 65535.

7. Если параметры «порт UDP и интервал времени» не используются, то рекомендуется выставить 0, как показано на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2. Экран FOCAS 2

4.3 Настройка функции передачи файлов FTP на станках

1. Для начала нужно нажать функциональную клавишу для отображения на экране окна программы.

2. Появится дисплейная клавиша «EMBED», которую также необходимо нажать.

. Далее нужно пройти установки Ethernet для порта встроенной сети Ethernet.

. Далее, нажимая дисплейные клавиши «COMMON» и «FTP TRANS», необходимо ввести параметры для появившихся элементов.

. После нажатия клавиши «FTP TRANS» нужно будет:

— установить IP-адрес хост-компьютера;

— задать номер порта, который должен будет использоваться с FTP. Как правило, указывается «21»;

задать имя пользователя для регистрации в хост-компьютере с FTP;

установить пароль для имени пользователя;

указать рабочую папку для использования при регистрации в хост-компьютере.

Экраны передачи файлов FTP представлены на рисунках 4.3 и 4.4.

Рисунок 4.3. Экран передачи файлов FTP (страница 1)

Рисунок 4.4. Экран передачи файлов FTP (страница 2)

При необходимости можно изменить хост-компьютер, предназначенный для подключения для функции передачи файлов FTP.

Для этого необходимо:

1. Нажать дисплейную клавишу «OPRT»;

2. Далее нажать кнопку «HOST SELECT», после чего будут доступны клавиши «CONNECT 1», «CONNECT 2», «CONNECT 3».

. В зависимости от хост-компьютера, который необходимо подключить, следует нажать «CONNECT 1», «CONNECT 2» или «CONNECT 3». Подключаемое соединение 1, 2 или 3 выделится в поле заголовка экрана. Компьютер, который соответствует выделенному подключаемому соединению выберется в качестве рассматриваемого компьютера для подключения, как показано на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5. Выбор соединения 1

4.4 Настройка функции DNS/DHCP на станках

Для того чтобы настроить эти функции необходимо:

1. Активировать функцию DNS вместе с ссылкой на соответствующие параметры ЧПУ;

2. Далее необходимо настроить сервер DNS-компьютера.

. Подключить хост-компьютер, на котором работает сервер DNS, перезагрузить ЧПУ, а затем нажать функциональную клавишу для вызова на экран окна программы.

. Следующим шагом необходимо будет осуществить нажатие на дисплейные клавиши «EMBED» и «COMMON» в указанном порядке. Появится общий экран.

. Далее следует ввести IP-адрес сервера DNS в соответствующее поле IP-адреса DNS.

. После нажатия кнопки «COMMON», нужно нажать любую клавишу перемотки страниц для вызова необходимого общего экрана установки данных сервера. Далее следует задать IP-адрес DNS. На рисунке 4.6 показан общий экран с параметрами для настройки DNS.

Рисунок 4.6. Общий экран

Можно задать до двух IP-адресов DNS. ЧПУ производит поиск сервера DNS с помощью IP-адресов DNS 1 и 2 в указанном порядке.

Для того, чтобы настроить DHCP на станках с ЧПУ необходимо проделать следующие действия:

1. Активировать функцию DHCP с ссылкой на соответствующие параметры ЧПУ.

2. Настроить сервер DHCP хост-компьютера.

. Подключить хост-компьютер, на котором работает сервер DHCP, перезагрузить ЧПУ, затем нажать функциональную клавишу вызова на экран окна программы.

. Далее следует нажать дисплейные клавиши «EMBED» и «COMMON» в указанном порядке. Появится общий экран.

. Если функция DHCP была активирована на станке, и сервер DHCP подключен, то сервер DHCP автоматически задаст следующие элементы:

— IP-адрес;

— маска подсети;

— IP-адрес маршрутизатора;

— IP-адрес DNS;

домен.

Если сервер не может быть подключен, то отображается ошибка «DHCP ERROR» в каждом поле.

6. Если функция DNS была активирована, и если сервера DHCP и DNS работают вместе, нужно ввести имя хоста.

На рисунке 4.7 изображены экраны, когда DHCP сервер успешно подключен.

Рисунок 4.7. DHCP сервер подключен

Если сервер DHCP не может быть подключен, то экран отображается в соответствии с рисунком 4.8.

Рисунок 4.8. Ошибка подключения DHCP сервера

Если имя хоста не задано, то ЧПУ автоматически присвоит имя хоста в формате «ЧПУ-<MAC-адрес>».

В данной дипломной работе было выполнено исследование участка №3 цеха №103 Вологодского оптико-механического завода. В целях повышения уровня гибкости производства требовалось разработать автоматизированную систему управления участком с использованием современных информационных технологий. Был выполнен анализ систем-прототипов и разработана схема информационных потоков участка №3. Разработана структурная схема системы и выполнен выбор соответствующего активного оборудования и среды передачи данных. Разработана компоновка рабочего места оператора участка и рекомендации по монтажу и

Разработанная система позволяет оператору следить за работой станков удаленно и своевременно осуществлять замену заготовок, мгновенно реагировать на полученные сигналы об ошибках оборудования. Также данная система позволяет получать данные мониторинга начальнику цеха, механику, технологу и администратору сети. Реализована возможность выдачи сменного задания через электронную почту, а также получения оператором необходимых документов: технологических паспортов, чертежей, технологических процессов, инструкций по эксплуатации, программ для тестирования и отладки в электронном виде на своем рабочем месте.

Разработанная система позволяет повысить эффективность работы станков за счет мониторинга состояния и оперативного реагирования на сбои и простои оборудования.

1. Ковальчук, Е.Р. Основы автоматизации машиностроительного производства. / Е.Р. Ковальчук, М.Г. Косов, В.Г. Митрофанов [и др.]. — Москва: Высшая школа, 1999. — 312 с.

2. Барбашов, Ф.А. Фрезерное дело. — Москва: Высшая школа, 1975. — 216 с.

3. Капустин, Н.М. Автоматизация производственных процессов в машиностроении / Н.М. Капустин, П.М. Кузнецов, А.Г. Схиртладзе [и др.]. — Москва: Высшая школа, 2004. — 415 с.

. Олифер, В.Г. Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. — Санкт-Петербург: Питер, 2016. — 992 с.

. Гурьянихин, В.Ф. Автоматизированная подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ. / В.Ф Гурьянихин, М.Н. Булыгина. — Ульяновск: УлГТУ, 2001. — 88 с.

. Кошкин, В.Л. Аппаратные системы числового программного управления. / В.Л. Кошкин. — Москва: Машиностроение, 1989. — 248 с.

. Фурунжиев, Р.И. Микропроцессорная техника в автоматике. / Р.И. Фурунжиев, Н.И. Бохан. — Минск: Ураджай, 1991. — 325 с.

. Шишмарев, В.Ю. Типовые элементы систем автоматического управления. / В.Ю. Шишмарев. — Москва: Академия, 2011. — 304 с.

. Сосонкин, В.Л. Системы числового программного управления / В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов. — Москва: Логос, 2005. — 293 с.

10. Аверченков, В.И. Инновационные центры высоких технологий в машиностроении. / В.И. Аверченков, А.В. Аверченков, В.А. Беспалов [и др.]. — Москва: Флинта, 2011.

11. Гжиров, Р.И. Автоматизированное программирование обработки на станках с ЧПУ. / Р.И. Гжиров, Я.З. Обольский, П.П. Серебреницкий. — Санкт-Петербург: Лениздат, 1986. — 176 с.