Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха, описание процесса работы механизма 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 14
1.3 Требования к приводам и системе автоматизации 18
1.4 Выбор системы привода 18
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 20
1.6 Выбор основного силового оборудования 25
1.7 Защита привода, уставки защитных устройств 30
2 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 34
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 34
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 35
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода проектируемого
агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования скорости, моделирование регулятора
выравнивания скорости, структурная схема и математическая модель САР 40
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых режимов
работы привода 48
3 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 53
3.1 Расчет производственной программы цеха 53
3.2 Расчет сметы капитальных затрат 54
3.3 Расчет РСЭО 56
3.4 Расчет прибыли, срока окупаемости, рентабельности 63
3.5 Сводная таблица технико-экономических расчетов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
Увеличение выпуска продукции и снижение ее себестоимости неизбежно связаны с автоматизацией производственных процессов. Автоматизация производства влечет за собой повышение производительности труда, рост объемов выпуска продукции, повышение качества продукции, сокращение доли человеческого труда в производственном процессе и интеллектуализацию человеческого труда. Прогресс производительных сил общества в современных условиях определяется степенью автоматизации производства. В странах с более высоким уровнем автоматизации производства обеспечивается более высокий уровень жизни населения.
В последнее время возникла и бурно развивается во всем мире новая отрасль науки и техники - мехатроника, которая базируется на знаниях механики, электроники, современных методов компьютерного управления и обработки информации. Специфика мехатронных систем заключается в соединении, как правило, трех начал - энергетического, информационного и управляющего, что создает хорошие предпосылки для получения принципиально новых конструкторских решений. Широкое применение мехатронных устройств в конструкциях машин дает ряд существенных преимуществ, к которым относятся:
-относительно низкая стоимость благодаря высокой степени интеграции, унификации и стандартизации элементов и интерфейсов;
-высокое качество реализации сложных и точных движений вследствие применения методов интеллектуального управления;
-высокая надежность, долговечность и помехозащищенность; конструктивная компактность;
-улучшение массогабаритных и динамических характеристик машин вследствие упрощения кинематических цепей.
Применение новых научно-технических наработок в трубной промышленности позволяет увеличить качество выпускаемой продукции, а так же повысить общий уровень производства
Для сварки труб большого диаметра используют технологию сварки под флюсом. Многопроволочная сварка внутреннего шва под флюсом позволяет увеличить скорость производства и качество шва, но так же с этим связаны определенные технологические трудности. Сварка должна осуществляется на спуск, что в свою очередь приводит к необходимости слежения за положением сварочной штанги и величиной усилия прижатия сварочной головки к трубной заготовке. Для этого, в данной установке, применена система вертикального перемещения сварочной штанги.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка мехатронной системы вертикального перемещения штанги четырехпроволочной установки для сварки внутренних швов под флюсом. Для выполнения данной цели необходимо выполнить анализ технологического процесса сварки внутреннего шва. На основе анализа технического процесса необходимо построить тахограмму, и нагрузочную диаграмму, на их основе подобрать двигатели и частотные преобразователи к системе вертикального перемещения штанги. Предусмотреть защиту электропривода. Разработать систему автоматизации. Рассчитать экономические показатели.
В результате проведенной работы определены проблемы и особенности при выборе основного оборудования мехатронной системы вертикального перемещения штанги четырехпроволочной установки для сварки внутренних швов под флюсом цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ, описан технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ» и проведен анализ технологического процесса работы мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги, также была разработана система автоматического управления мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги, определены контроллер и датчики технологических координат и разработана архитектура системы автоматизации. В рамках данной работы были рассчитаны технико-экономические показатели мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги, определена производственная программа, рассчитаны смета капитальных затрат, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, срок окупаемости и показатель рентабельности.
В ходе работы был выбран синхронный двигатель ED 704 B марки Strober. Для управления данным двигателем был выбран частотный преобразователь марки SDS 4101 марки Strober. Далее были определены требования к электроприводу и системе автоматизации, а также рассчитаны показатели уставок защитных устройств.
Согласно технологическому процессу и предъявляемым к нему требованиям уместно использовать модульный контроллер серии SIMATIC S7-300: центральный процессор - CPU 319-3 PN/DP, блок питания контроллера - PM-E DC24V.
Функциональная схема САР мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги представлена на рисунке 10 настоящей работы. Согласно ей реализована на рисунке 14 настоящей работы структурная схема подчиненного регулирования скорости мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги. 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; регулятор выравнивания скорости РВС - для синхронизации скорости двигателей мехатронной системы.
Моделирование отработки скорости показало синхронность работы двигателей при динамическом набросе нагрузки, что гарантирует адекватную работу мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги при номинальном режиме работы.
Сумма капитальных вложений во всю систему мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги определена значением в 681 874 рублей. Срок окупаемости реконструкции мехатронной системы вертикального перемещения сварочной штанги составил два года и один месяц, что позволяет нам говорить об уместности и эффективности мехатронной системы вертикального перемещения штанги четырехпроволочной установки для сварки внутренних швов под флюсом цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ.
Таким образом цель работы достигнута, задачи - решены.
