Реконструкция мехатронной системы обстукивания труб
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема мехатронной системы
обстукивания 15
1.3 Требования к приводам и системе автоматизации мехатронной системы
обстукивания 17
1.4 Выбор системы привода 20
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы
(диаграммы перемещения) 22
1.6 Выбор основного оборудования пневмопривода мехатронной системы
обстукивания 25
2 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 31
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации мехатронной системы
обстукивания 31
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат
мехатронной системы обстукивания 32
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат
мехатронной системы обстукивания 39
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 48
3 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 54
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 54
3.2 Расчет производственной программы цеха (расчет фактического
годового фонда рабочего времени и производительности оборудования) 56
3.3 Расчет сметы капитальных затрат (расчет стоимости приобретенного
оборудования, затрат на монтаж оборудования, величины транспортных расходов, заготовительно-складских расходов, затрат на запасные части и расходов на комплектацию оборудования) 57
3.4 Расчет РСЭО (затраты на содержание и эксплуатацию оборудования,
потери электроэнергии, расчет амортизационных отчислений, затраты на ремонты и обслуживание электрооборудования) 59
3.5 Расчет затрат на материалы и на оплату труда со страховыми
отчислениями 61
3.6 Расчет прибыли и показателей рентабельности 65
3.7 Расчет срока окупаемости проекта 66
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчетов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема мехатронной системы
обстукивания 15
1.3 Требования к приводам и системе автоматизации мехатронной системы
обстукивания 17
1.4 Выбор системы привода 20
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы
(диаграммы перемещения) 22
1.6 Выбор основного оборудования пневмопривода мехатронной системы
обстукивания 25
2 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 31
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации мехатронной системы
обстукивания 31
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат
мехатронной системы обстукивания 32
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат
мехатронной системы обстукивания 39
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 48
3 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 54
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 54
3.2 Расчет производственной программы цеха (расчет фактического
годового фонда рабочего времени и производительности оборудования) 56
3.3 Расчет сметы капитальных затрат (расчет стоимости приобретенного
оборудования, затрат на монтаж оборудования, величины транспортных расходов, заготовительно-складских расходов, затрат на запасные части и расходов на комплектацию оборудования) 57
3.4 Расчет РСЭО (затраты на содержание и эксплуатацию оборудования,
потери электроэнергии, расчет амортизационных отчислений, затраты на ремонты и обслуживание электрооборудования) 59
3.5 Расчет затрат на материалы и на оплату труда со страховыми
отчислениями 61
3.6 Расчет прибыли и показателей рентабельности 65
3.7 Расчет срока окупаемости проекта 66
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчетов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
Развитие системы транспортировки газа, нефти и нефтепродуктов играет определяющую роль в топливно-энергетическом комплексе России. Для покрытия этих нужд необходимо постоянное развитие трубопрокатного производства. Челябинский трубопрокатный завод является одним из лидеров по производству труб в России и в входит в так называемую "большую трубную тройку" - это три завода, производящие больше половины всех труб в России.
В производстве труб наряду со старыми механизированными агрегатами, активно внедряются новые автоматизированные интеллектуальные системы. Данные системы получили название мехатронных, то есть объединяющих в себе комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта. В данный момент на ЧТПЗ существуют и активно развиваются такие системы.
Первостепенным условием разработки таких систем является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое оборудование.
Далее необходимо разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которой и будет выстроен производственный процесс с заданными технологическими параметрами.
АСУ ТП позволяет улучшить качество выпускаемой продукции, увеличить производительность труда, в том числе сократить численность основного и вспомогательного персонала, улучшить условия труда, а также сократить расход сырья и электроэнергии [1].
Далее целесообразно определить экономическую оценку уместности использования выбранного оборудования на производственной линии.
Цели работы:
• Выбрать основное оборудование мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Разработать систему автоматического управления мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Рассчитать технико-экономические показатели мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса.
Для достижения целей работы необходимо решить следующие задачи:
• Описать технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ»;
• Провести анализ технологического процесса работы мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Определить требования к пневмоприводу и системе автоматизации;
• Определить систему привода, показатели уставок защитных устройств;
• Построить нагрузочную диаграмму и тахограмму работы привода;
• Разработать архитектуру системы автоматизации, выбрать контроллер и датчики технологических координат;
• Разработать функциональную схему САР привода мехатронной системы обстукивания, контур регулирования технологическими координатами и структурную схему САР, провести моделирование типовых режимов работы привода;
• Определить производственную программу мехатронной системы обстукивания труб;
• Рассчитать смету капитальных затрат, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, произвести оценку эффективности капитальных вложений.
В производстве труб наряду со старыми механизированными агрегатами, активно внедряются новые автоматизированные интеллектуальные системы. Данные системы получили название мехатронных, то есть объединяющих в себе комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта. В данный момент на ЧТПЗ существуют и активно развиваются такие системы.
Первостепенным условием разработки таких систем является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое оборудование.
Далее необходимо разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которой и будет выстроен производственный процесс с заданными технологическими параметрами.
АСУ ТП позволяет улучшить качество выпускаемой продукции, увеличить производительность труда, в том числе сократить численность основного и вспомогательного персонала, улучшить условия труда, а также сократить расход сырья и электроэнергии [1].
Далее целесообразно определить экономическую оценку уместности использования выбранного оборудования на производственной линии.
Цели работы:
• Выбрать основное оборудование мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Разработать систему автоматического управления мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Рассчитать технико-экономические показатели мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса.
Для достижения целей работы необходимо решить следующие задачи:
• Описать технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ»;
• Провести анализ технологического процесса работы мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса;
• Определить требования к пневмоприводу и системе автоматизации;
• Определить систему привода, показатели уставок защитных устройств;
• Построить нагрузочную диаграмму и тахограмму работы привода;
• Разработать архитектуру системы автоматизации, выбрать контроллер и датчики технологических координат;
• Разработать функциональную схему САР привода мехатронной системы обстукивания, контур регулирования технологическими координатами и структурную схему САР, провести моделирование типовых режимов работы привода;
• Определить производственную программу мехатронной системы обстукивания труб;
• Рассчитать смету капитальных затрат, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, произвести оценку эффективности капитальных вложений.
В результате проведенной работы определены проблемы и особенности при выборе основного оборудования мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ, описан технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ» и проведен анализ технологического процесса работы мехатронной системы обстукивания труб, также была разработана система автоматического управления мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса, определены контроллер и датчики технологических координат и разработана архитектура системы автоматизации. В рамках данной работы были рассчитаны технико-экономические показатели мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса, определена производственная программа, рассчитаны смета капитальных затрат, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, чистый дисконтированный доход, срок окупаемости и показатель индекса доходности.
В ходе работы выбран поворотный пневмоцилиндр NORGREN M/162125/MI, пневматический распределитель с пилотным пропорциональным управлением и интегрированным электронным блоком управления FESTO VPWP-8-L-5-Q10-10-E- G. Определены требования к пневмоприводу и системе автоматизации, а также рассчитаны показатели уставок защитных устройств.
Согласно технологическому процессу и предъявляемым к нему требованиям уместно использовать модульный контроллер серии SIMATIC S7-400: центральный процессор - CPU 319-3 PN/DP, блок питания контроллера - PS 407.
Функциональная схема САР пневмопривода мехатронной системы обстукивания труб представлена на рисунке 6 настоящей работы. Согласно ей реализована на рисунке 10 настоящей работы структурная схема подчиненного регулирования скорости пневмопривода мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса. Она включает следующие элементы: пропорционально¬интегральный регулятор скорости ПИ РС - для сведения к нулю ошибки регулирования скорости; блок ограничения БО - для ограничения момента поворотного пневмоцилиндра на заданном уровне; задатчик интенсивности ЗИ - для ограничения величины задания перед РС, что приводит к ограничению скорости поворотного пневмоцилиндра; внутренний оптимизированный контур момента и внешний контур регулирования скоростью.
Моделирование типовых режимов работы показывают адекватность системы управления скоростью поворотного пневмоцилиндра мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса.
Сумма капитальных вложений во всю систему мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса определена значением в 1 180 500 руб. Срок окупаемости реконструкции мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса составил 2,3 года, что позволяет нам говорить об уместности и эффективности мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса в технологическом процессе производства труб цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ.
Таким образом цель работы достигнута, задачи - решены.
В ходе работы выбран поворотный пневмоцилиндр NORGREN M/162125/MI, пневматический распределитель с пилотным пропорциональным управлением и интегрированным электронным блоком управления FESTO VPWP-8-L-5-Q10-10-E- G. Определены требования к пневмоприводу и системе автоматизации, а также рассчитаны показатели уставок защитных устройств.
Согласно технологическому процессу и предъявляемым к нему требованиям уместно использовать модульный контроллер серии SIMATIC S7-400: центральный процессор - CPU 319-3 PN/DP, блок питания контроллера - PS 407.
Функциональная схема САР пневмопривода мехатронной системы обстукивания труб представлена на рисунке 6 настоящей работы. Согласно ей реализована на рисунке 10 настоящей работы структурная схема подчиненного регулирования скорости пневмопривода мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса. Она включает следующие элементы: пропорционально¬интегральный регулятор скорости ПИ РС - для сведения к нулю ошибки регулирования скорости; блок ограничения БО - для ограничения момента поворотного пневмоцилиндра на заданном уровне; задатчик интенсивности ЗИ - для ограничения величины задания перед РС, что приводит к ограничению скорости поворотного пневмоцилиндра; внутренний оптимизированный контур момента и внешний контур регулирования скоростью.
Моделирование типовых режимов работы показывают адекватность системы управления скоростью поворотного пневмоцилиндра мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса.
Сумма капитальных вложений во всю систему мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса определена значением в 1 180 500 руб. Срок окупаемости реконструкции мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса составил 2,3 года, что позволяет нам говорить об уместности и эффективности мехатронной системы обстукивания труб в составе гидропресса в технологическом процессе производства труб цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ.
Таким образом цель работы достигнута, задачи - решены.
