Модернизация системы управления приводом оправки стана холодной прокатки труб
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 9
1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ
КОНИЧЕСКИХ ТРУБ НА ПАО «ЧТПЗ» 13
1.1. Описание технологического процесса 13
1.2. Общее устройство и назначение механизма стана ХПТ -450 13
1.3. Автоматизированная СУ станом холодной прокатки 16
1.4. Анализ действующей СУ приводом перемещения оправки стана
холодной прокатки 19
Выводы по главе 1 22
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА МОДЕРНИЗАЦИЮ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПРАВКИ СТАНА ХПТ - 450 24
2.1. Назначение, цели проекта и содержание выполняемых работ 24
2.2. Технические требования модернизированной системы 25
3. МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПРАВКИ СТАНА ХПТ-450 26
3.1. Принципиальная схема модернизированной СУ приводом
перемещения оправки 26
3.2. Выбор оборудования 27
3.2.1. Выбор программируемого логического контроллера 27
3.2.2. Выбор датчика угловой скорости 34
3.2.3. Выбор блока питания 37
3.3. Разработка программы управления приводом перемещения оправки
стана ХПТ-450 39
3.3.1. Разработка алгоритма управлением приводом оправки для ПЛК S7-300 42
3.3.2. Программирование ПЛК в пакете SIMATIC Manager 44
3.3.2.1. Интерфейс рабочего окна SIMATIC Manager 44
3.3.2.2. Команды и символы используемые в SIMATIC Manager 47
3.3.2.3. Создание проекта в SIMATIC Manager 50
3.3.2.4. Реализация алгоритма на языке Simatic Step 7 52
3.4. Оценка эффективности модернизации системы 54
Выводы по главе 3 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58
ПРИЛОЖЕНИЯ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Блок-схемы 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Код программы 64
ВВЕДЕНИЕ 9
1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ
КОНИЧЕСКИХ ТРУБ НА ПАО «ЧТПЗ» 13
1.1. Описание технологического процесса 13
1.2. Общее устройство и назначение механизма стана ХПТ -450 13
1.3. Автоматизированная СУ станом холодной прокатки 16
1.4. Анализ действующей СУ приводом перемещения оправки стана
холодной прокатки 19
Выводы по главе 1 22
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА МОДЕРНИЗАЦИЮ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПРАВКИ СТАНА ХПТ - 450 24
2.1. Назначение, цели проекта и содержание выполняемых работ 24
2.2. Технические требования модернизированной системы 25
3. МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПРАВКИ СТАНА ХПТ-450 26
3.1. Принципиальная схема модернизированной СУ приводом
перемещения оправки 26
3.2. Выбор оборудования 27
3.2.1. Выбор программируемого логического контроллера 27
3.2.2. Выбор датчика угловой скорости 34
3.2.3. Выбор блока питания 37
3.3. Разработка программы управления приводом перемещения оправки
стана ХПТ-450 39
3.3.1. Разработка алгоритма управлением приводом оправки для ПЛК S7-300 42
3.3.2. Программирование ПЛК в пакете SIMATIC Manager 44
3.3.2.1. Интерфейс рабочего окна SIMATIC Manager 44
3.3.2.2. Команды и символы используемые в SIMATIC Manager 47
3.3.2.3. Создание проекта в SIMATIC Manager 50
3.3.2.4. Реализация алгоритма на языке Simatic Step 7 52
3.4. Оценка эффективности модернизации системы 54
Выводы по главе 3 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58
ПРИЛОЖЕНИЯ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Блок-схемы 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Код программы 64
На рынке потребления трубной продукции особое место занимают трубы специального назначения. К ним относятся трубы из металлов со специальными свойствами, с повышенными требованиями по точности обработки, в большинстве своем тонкостенные. Основными потребителями подобных труб являются предприятия авиационно-космической (трубопроводы гидравлической аппаратуры и топливных систем летательных аппаратов), атомной (тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), трубы систем водоснабжения 1-го и 2-го контуров), химической (коррозионностойкие трубы химических производств), энергетической (трубы систем охлаждения генераторов, трубы паровых котлов и т.д.) и автомобильной (трубки тормозных магистралей и топливо проводы) отраслей промышленности. В связи с интенсивным развитием этих отраслей, являющихся "локомотивами" прогресса, потребность в трубах год от года возрастает. Соответственно прогнозируется и рост производства труб, составной частью которого является производство холоднокатаных труб.
Основным способом изготовления труб данного класса является прокатка на станах периодической холодной прокатки труб с клетями валкового (станы ХПТ) и роликового (станы ХПТР) типов.
Стан холодной прокатки труб ХПТ-450 является станом крупного типоразмера и предназначен для холодной прокатки труб с постоянной и переменной толщиной стенки, диаметром готовых труб от 150 до 450 мм из горячекатаных, прессованных или сварных заготовок в холодном состоянии углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и их сплавов. На стане ХПТ-450П2 Челябинского трубопрокатного завода производят трубы - лонжероны для сверхтяжелого вертолета МИ-26.
Холодная прокатка труб заключается в том, что на коническую оправку надевают цилиндрическую заготовку и обжимают валками. При каждом двойном ходе клети происходит подача трубы в область прокатки и поворот трубы и оправки для устранения дефектов. Подачу и поворот трубы осуществляет группа поворотно-подающих механизмов. Для перемещения оправки служит электропривод перемещения оправки. Система управления перемещением оправки предназначена для стабилизации величины перемещения оправки за цикл. При прокатке труб с переменной толщиной стенки задание перемещения оправки должно точно отрабатываться, иначе получится труба с дефектами и ее придется дорабатывать вручную либо прокатывать заново.
Минусы действующей системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки:
• морально и физически устаревшая элементная база, в результате чего ремонт системы затруднен отсутствием элементов (их уже не впускают); молодым специалистам нецелесообразно разбираться в старой схемотехнике;
• частые аварии в системе, сопровождающиеся потерей (не сохранением) информации о параметрах прокатки, что приводит к необходимости после устранения аварийной ситуации начинать прокатку трубы заново. Иначе говоря, пока не реализована возможность при повторной прокатке начинать ровно с того места, где остановились.
Повторная прокатка нежелательна по двум причинам:
1. Снижение качества выпускаемой продукции.
2. Снижение производительности стана.
Поэтому для увеличения производительности стана и для уменьшения количества брака выпускаемой продукции стана ХПТ -450 требуется модернизация действующей системы управления перемещением оправки, которая требует изменения, как аппаратной, так и программной составляющих системы.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - модернизация системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб, действующей в цехе №5 ПАО «ЧТПЗ».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1. Ознакомиться с технологическим процессом производства холоднокатаных труб и с действующей системой управления приводом перемещения оправки.
2. Разработать техническое задание на модернизацию системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб .
3. Осуществить собственно модернизацию системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб.
4. Оценить эффективность модернизации системы.
Объект исследований - способы повышения эффективности работы системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб.
Предмет исследований - система управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб ХПТ-450.
Методы исследований - методы выбора инкрементных датчиков, контроллеров, алгоритмы написания программ для программируемых логических контроллеров (ПЛК).
Новизна результатов работы состоит в следующем:
В алгоритме работы контроллера SIMATIC S7-300 предусмотрено и реализовано в среде разработки SIMATIC Manager наблюдение за пошаговой работой программы в режиме реального времени и периодическое сохранение информации о перемещении оправки.
Практическая ценность результатов работы:
Модернизация системы управления приводом перемещения оправки стана ХПТ-450, заключающаяся в обновлении аппаратной части системы (контроллера и датчика угловой скорости) и программного обеспечения (прошивки контроллера) повышает производительность труда за счет сокращения среднего времени простоя; позволяет сократить количество бракованной продукции и повысить производительность системы за счет реализован-ной в алгоритме работы контроллера возможности продолжения работы стана после отказа, начиная с последней успешной стадии.
Основным способом изготовления труб данного класса является прокатка на станах периодической холодной прокатки труб с клетями валкового (станы ХПТ) и роликового (станы ХПТР) типов.
Стан холодной прокатки труб ХПТ-450 является станом крупного типоразмера и предназначен для холодной прокатки труб с постоянной и переменной толщиной стенки, диаметром готовых труб от 150 до 450 мм из горячекатаных, прессованных или сварных заготовок в холодном состоянии углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и их сплавов. На стане ХПТ-450П2 Челябинского трубопрокатного завода производят трубы - лонжероны для сверхтяжелого вертолета МИ-26.
Холодная прокатка труб заключается в том, что на коническую оправку надевают цилиндрическую заготовку и обжимают валками. При каждом двойном ходе клети происходит подача трубы в область прокатки и поворот трубы и оправки для устранения дефектов. Подачу и поворот трубы осуществляет группа поворотно-подающих механизмов. Для перемещения оправки служит электропривод перемещения оправки. Система управления перемещением оправки предназначена для стабилизации величины перемещения оправки за цикл. При прокатке труб с переменной толщиной стенки задание перемещения оправки должно точно отрабатываться, иначе получится труба с дефектами и ее придется дорабатывать вручную либо прокатывать заново.
Минусы действующей системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки:
• морально и физически устаревшая элементная база, в результате чего ремонт системы затруднен отсутствием элементов (их уже не впускают); молодым специалистам нецелесообразно разбираться в старой схемотехнике;
• частые аварии в системе, сопровождающиеся потерей (не сохранением) информации о параметрах прокатки, что приводит к необходимости после устранения аварийной ситуации начинать прокатку трубы заново. Иначе говоря, пока не реализована возможность при повторной прокатке начинать ровно с того места, где остановились.
Повторная прокатка нежелательна по двум причинам:
1. Снижение качества выпускаемой продукции.
2. Снижение производительности стана.
Поэтому для увеличения производительности стана и для уменьшения количества брака выпускаемой продукции стана ХПТ -450 требуется модернизация действующей системы управления перемещением оправки, которая требует изменения, как аппаратной, так и программной составляющих системы.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - модернизация системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб, действующей в цехе №5 ПАО «ЧТПЗ».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1. Ознакомиться с технологическим процессом производства холоднокатаных труб и с действующей системой управления приводом перемещения оправки.
2. Разработать техническое задание на модернизацию системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб .
3. Осуществить собственно модернизацию системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб.
4. Оценить эффективность модернизации системы.
Объект исследований - способы повышения эффективности работы системы управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб.
Предмет исследований - система управления приводом перемещения оправки стана холодной прокатки труб ХПТ-450.
Методы исследований - методы выбора инкрементных датчиков, контроллеров, алгоритмы написания программ для программируемых логических контроллеров (ПЛК).
Новизна результатов работы состоит в следующем:
В алгоритме работы контроллера SIMATIC S7-300 предусмотрено и реализовано в среде разработки SIMATIC Manager наблюдение за пошаговой работой программы в режиме реального времени и периодическое сохранение информации о перемещении оправки.
Практическая ценность результатов работы:
Модернизация системы управления приводом перемещения оправки стана ХПТ-450, заключающаяся в обновлении аппаратной части системы (контроллера и датчика угловой скорости) и программного обеспечения (прошивки контроллера) повышает производительность труда за счет сокращения среднего времени простоя; позволяет сократить количество бракованной продукции и повысить производительность системы за счет реализован-ной в алгоритме работы контроллера возможности продолжения работы стана после отказа, начиная с последней успешной стадии.
В данной работе решалась задача модернизации системы управления на базе контроллера SIMATIC S7-300 фирмы Siemens. В ходе проведенных исследований были получены следующие результаты:
1. Анализ действующей на ПАО «ЧТПЗ» системы управления (СУ) приводом перемещения оправки (в составе АСУ станом ХПТ-450) показал, что требуется модернизация СУ в части обновления элементной базы системы (контроллера и энкодера) на базе средств автоматики фирмы Siemensи Omron, что также требует разработки и реализации алгоритма работы контроллера, причем от алгоритма требуется сохранение параметров прокатки.
2. В рамках модернизации СУ по критериям объем рабочей памяти - не менее 384 Кб; времени выполнения логических операций - не более 5 мкс; кол-во дискретных/аналоговых каналов - не менее 1024; выбран контроллер Siemens SIMATICS-300 с центральным процессором 315-2 PN/DP.
3. По критерию точности измерения углового перемещения вала двигателя привода перемещения оправки - не более .... выбран инкрементальный энкодер Omron E6B2-CWZ6C с разрешением - 1000 импульсов/оборот; макс. допустимой скоростью вращения - 6000 об/мин.
4. Разработан и реализован в среде SIMATIC Manager алгоритм работы ПЛК S7-300 на языке LAD, обеспечивающий управление приводом перемещения оправки, а также сохранение информации о перемещении оправки, что дает возможности в случае аварии продолжать прокатку точно с того места, где остановились.
5. Модернизация СУ позволяет снизить среднее время простоя оборудования на 30%, повысить количество выпускаемой продукции на 12%, увеличить производительности труда на 35%.
1. Анализ действующей на ПАО «ЧТПЗ» системы управления (СУ) приводом перемещения оправки (в составе АСУ станом ХПТ-450) показал, что требуется модернизация СУ в части обновления элементной базы системы (контроллера и энкодера) на базе средств автоматики фирмы Siemensи Omron, что также требует разработки и реализации алгоритма работы контроллера, причем от алгоритма требуется сохранение параметров прокатки.
2. В рамках модернизации СУ по критериям объем рабочей памяти - не менее 384 Кб; времени выполнения логических операций - не более 5 мкс; кол-во дискретных/аналоговых каналов - не менее 1024; выбран контроллер Siemens SIMATICS-300 с центральным процессором 315-2 PN/DP.
3. По критерию точности измерения углового перемещения вала двигателя привода перемещения оправки - не более .... выбран инкрементальный энкодер Omron E6B2-CWZ6C с разрешением - 1000 импульсов/оборот; макс. допустимой скоростью вращения - 6000 об/мин.
4. Разработан и реализован в среде SIMATIC Manager алгоритм работы ПЛК S7-300 на языке LAD, обеспечивающий управление приводом перемещения оправки, а также сохранение информации о перемещении оправки, что дает возможности в случае аварии продолжать прокатку точно с того места, где остановились.
5. Модернизация СУ позволяет снизить среднее время простоя оборудования на 30%, повысить количество выпускаемой продукции на 12%, увеличить производительности труда на 35%.
