Автоматизация управления двухниточного передвижного рольганга
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса 9
1.2 Описание алгоритма работы механизма и основного технологического
оборудования 12
1.3 Цель и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 20
Вывод по главе 1 21
2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ... 22
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 22
2.2 Разработка структурной схемы автоматизации 23
2.3 Разработка функциональной схемы автоматизации 24
2.4 Выбор технических средств автоматизации 24
2.5 Разработка электрических схем соединения элементов системы
автоматизации 34
2.6 Разработка алгоритма управления и программного обеспечения системы
автоматизации 34
2.7 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 53
2.8 Моделирование типового технологического режима 57
Вывод по главе 2 58
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 60
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 60
3.2 Расчёт производственной программы цеха (расчёт фактического фонда
рабочего времени и производительности оборудования) 60
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 64
3.4 Расчёт фонда заработной платы 67
3.5 Расчёт годовой суммы амортизации 70
3.6 Расчёт материальных затрат 72
3.7 Расчёт прочих затрат 73
3.8 Расчёт РСЭО 74
3.9 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 74
3.10 Расчёт срока окупаемости проекта 75
3.11 Сводная таблица технико-экономических расчётов 77
Вывод по главе 3 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ 84
ПРИЛОЖЕНИЕ А 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 85
ПРИЛОЖЕНИЕ В 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 87
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОПИСАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса 9
1.2 Описание алгоритма работы механизма и основного технологического
оборудования 12
1.3 Цель и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 20
Вывод по главе 1 21
2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ... 22
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 22
2.2 Разработка структурной схемы автоматизации 23
2.3 Разработка функциональной схемы автоматизации 24
2.4 Выбор технических средств автоматизации 24
2.5 Разработка электрических схем соединения элементов системы
автоматизации 34
2.6 Разработка алгоритма управления и программного обеспечения системы
автоматизации 34
2.7 Разработка системы визуализации управления технологическим
процессом 53
2.8 Моделирование типового технологического режима 57
Вывод по главе 2 58
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 60
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 60
3.2 Расчёт производственной программы цеха (расчёт фактического фонда
рабочего времени и производительности оборудования) 60
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 64
3.4 Расчёт фонда заработной платы 67
3.5 Расчёт годовой суммы амортизации 70
3.6 Расчёт материальных затрат 72
3.7 Расчёт прочих затрат 73
3.8 Расчёт РСЭО 74
3.9 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 74
3.10 Расчёт срока окупаемости проекта 75
3.11 Сводная таблица технико-экономических расчётов 77
Вывод по главе 3 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ 84
ПРИЛОЖЕНИЕ А 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 85
ПРИЛОЖЕНИЕ В 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 87
В современном мире технологические новшества становятся все более важными в различных сферах деятельности, в том числе и в транспортной отрасли. Одним из ключевых элементов трубоэлектросварочного цеха №6 предприятия АО «ЧТПЗ» является двухниточный транспортный рольганг участка формовки стана «530-820 мм». Однако система управления, которая используется на данный момент, доставляет много проблем тем, что часто выходит из строя, в связи с чем образуются простои в работе линии.
Сейчас систему нельзя назвать надёжной, так как систематически случаются сбои в работе системы транспортировки. Большая часть сбоев происходит из-за двигателя постоянного тока, срок службы которого уже подходит к концу, и он становится всё более требовательным к обслуживанию. Система позиционирования, выполненная на концевых выключателях, ограничивает точность позиционирования механизма из-за чего повышен износ элементов системы, которые взаимодействуют с заготовками. Так же релейно-контакторная схема управления приводом уже морально и физически устарела. Большое количество проводных соединений, а также исполнительных контакторов в случае возникновения сбоев в работе механизма делают поиск неисправностей долгой и рутиной задачей. Скорость подачи заготовок не регулируемая, следовательно имеют место высокие перегрузки, которые негативно сказываются на исполнительных механизмах.
В работе рассмотрен вариант автоматизации системы управления. Вместо релейно-контакторной схемы управления приводом предложен вариант с использованием программируемого логического контроллера и частотного преобразователя. Позиционирование механизма осуществляет лазерный дальномер, а управление системой и визуализация технологического процесса осуществляется через панель оператора HMI.
В связи с этим, автоматизация управления двухниточным транспортным рольгангом является актуальной и перспективной задачей, которая может повысить эффективность работы, снизить затраты на обслуживание и улучшить условия труда для персонала. В данной работе будет рассмотрен комплекс мер по автоматизации управления транспортным рольгангом, в том числе и использование современных технологий и программных решений для обеспечения более эффективной работы данной системы.
Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке новой современной системы управления, которая обеспечит безопасное, быстрое и надёжное функционирование рассматриваемого механизма и элементов системы в целом. Основные задачи проекта - это анализ существующей системы, разработка архитектуры системы автоматизации, функциональной, структурной и принципиальной схемы, выбор оборудования согласно принципу унификации и стандартизации производства, выполнение основных технико-экономических показателей и расчёт срока окупаемости и рентабельности проекта.
Сейчас систему нельзя назвать надёжной, так как систематически случаются сбои в работе системы транспортировки. Большая часть сбоев происходит из-за двигателя постоянного тока, срок службы которого уже подходит к концу, и он становится всё более требовательным к обслуживанию. Система позиционирования, выполненная на концевых выключателях, ограничивает точность позиционирования механизма из-за чего повышен износ элементов системы, которые взаимодействуют с заготовками. Так же релейно-контакторная схема управления приводом уже морально и физически устарела. Большое количество проводных соединений, а также исполнительных контакторов в случае возникновения сбоев в работе механизма делают поиск неисправностей долгой и рутиной задачей. Скорость подачи заготовок не регулируемая, следовательно имеют место высокие перегрузки, которые негативно сказываются на исполнительных механизмах.
В работе рассмотрен вариант автоматизации системы управления. Вместо релейно-контакторной схемы управления приводом предложен вариант с использованием программируемого логического контроллера и частотного преобразователя. Позиционирование механизма осуществляет лазерный дальномер, а управление системой и визуализация технологического процесса осуществляется через панель оператора HMI.
В связи с этим, автоматизация управления двухниточным транспортным рольгангом является актуальной и перспективной задачей, которая может повысить эффективность работы, снизить затраты на обслуживание и улучшить условия труда для персонала. В данной работе будет рассмотрен комплекс мер по автоматизации управления транспортным рольгангом, в том числе и использование современных технологий и программных решений для обеспечения более эффективной работы данной системы.
Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке новой современной системы управления, которая обеспечит безопасное, быстрое и надёжное функционирование рассматриваемого механизма и элементов системы в целом. Основные задачи проекта - это анализ существующей системы, разработка архитектуры системы автоматизации, функциональной, структурной и принципиальной схемы, выбор оборудования согласно принципу унификации и стандартизации производства, выполнение основных технико-экономических показателей и расчёт срока окупаемости и рентабельности проекта.
В данной выпускной квалификационной работе была разработана автоматизированная система управления двухниточным передвижным рольгангом участка формовки стана «530-820 мм» ТЭСЦ №6 предприятия АО «ЧТПЗ».
В результате анализа транспортного участка были выявлены следующие недостатки существующей системы управления, а именно: устаревшая релейноконтакторная схема управления приводом, которая имеет ряд недостатков и нуждается в постоянном обслуживании и ремонте; двигатель постоянного тока, срок службы которого уже подходит к концу и его обслуживание, и эксплуатация становятся всё дороже, а так же затрачивают много рабочего времени; система позиционирования, выполненная на концевых выключателях, которая не обеспечивает необходимой точности в связи с чем возникают сбои в работе механизма, а так же аварии.
Был сделан вывод, что данный механизм не является наилучшим решением для автоматизации работы и высокоэффективной обработки данных. Для улучшения производительности и эффективности работы необходимо применять более современные и автоматизированные механизмы, которые смогут обеспечить высокую скорость работы, защиту от ошибок и сбоев, а также упростить и ускорить процесс обработки данных.
С учётом недостатков существующей системы управления двухниточным передвижным рольгангом, было принято решение о замене её более современным оборудованием. Опираясь на принцип унификации и стандартизации производства, в результате было выбрано современное оборудование для новой системы управления, которая включает в себя: программируемый логический контроллер S7-1200 с процессором CPU1215C, панель оператора Siemens KTP700 Basic, частотный преобразователь SINAMICS G120 и лазерный дальномер SICK DME4000-112. Для повышения надёжности системы в сборку добавлена станция удалённой периферии ET200S, которая упростит обслуживание механизма и позволит воедино связать все показания датчиков на участке. Так же на смену старым щёточным датчикам выбраны индуктивные датчики, производимые компанией СЕНСОР модели ВБИ-Ф80- 40У-2113-3.
В программном обеспечении для контроллеров Siemens - TIA PORTAL, был написан алгоритм работы механизма и созданы экраны управления в ручном и автоматическом режиме для панели оператора. В ходе тестов алгоритма в различных ситуациях, программа справилась с поставленными задачами и работала стабильно, без ошибок, а значит можно сделать вывод о том, что алгоритм был составлен правильно.
В ходе расчётов были определены такие параметры как фактическое время работы, фонд заработной платы, производственная программа, а так же все затраты на внедрение нового оборудования. По результатам расчётов, можно сделать вывод, что несмотря на то, что расходы на содержание и эксплуатацию оборудования увеличиваются на 81 тыс. рублей, фактическое время работы механизма и производственная программа после внедрения новой системы увеличивается, так как сокращается время на обслуживание и ремонт системы, так же сокращается фонд заработной платы, что позволяет увеличить прибыль на 220 тыс. руб.
Для оценки финансовой эффективности проекта были рассчитаны такие показатели, как рентабельность и срок окупаемости. Рентабельность проекта определяется как отношение прибыли от реализации 1 тонны продукции к себестоимости. В нашем проекте рентабельность составила 40%, что говорит о том, что проект является прибыльным. Окупаемость проекта рассчитывалась как отношение чистой прибыли к затратам на проект. Так как срок окупаемости составил 2 года и 1 месяцев, дополнительно были рассчитаны такие показатели как чистый дисконтный доход и индекс доходности. В итоге дисконтированный срок окупаемости составил 2 года и 7 месяцев, что говорит о том, что проект является экономически выгодным.
В результате анализа транспортного участка были выявлены следующие недостатки существующей системы управления, а именно: устаревшая релейноконтакторная схема управления приводом, которая имеет ряд недостатков и нуждается в постоянном обслуживании и ремонте; двигатель постоянного тока, срок службы которого уже подходит к концу и его обслуживание, и эксплуатация становятся всё дороже, а так же затрачивают много рабочего времени; система позиционирования, выполненная на концевых выключателях, которая не обеспечивает необходимой точности в связи с чем возникают сбои в работе механизма, а так же аварии.
Был сделан вывод, что данный механизм не является наилучшим решением для автоматизации работы и высокоэффективной обработки данных. Для улучшения производительности и эффективности работы необходимо применять более современные и автоматизированные механизмы, которые смогут обеспечить высокую скорость работы, защиту от ошибок и сбоев, а также упростить и ускорить процесс обработки данных.
С учётом недостатков существующей системы управления двухниточным передвижным рольгангом, было принято решение о замене её более современным оборудованием. Опираясь на принцип унификации и стандартизации производства, в результате было выбрано современное оборудование для новой системы управления, которая включает в себя: программируемый логический контроллер S7-1200 с процессором CPU1215C, панель оператора Siemens KTP700 Basic, частотный преобразователь SINAMICS G120 и лазерный дальномер SICK DME4000-112. Для повышения надёжности системы в сборку добавлена станция удалённой периферии ET200S, которая упростит обслуживание механизма и позволит воедино связать все показания датчиков на участке. Так же на смену старым щёточным датчикам выбраны индуктивные датчики, производимые компанией СЕНСОР модели ВБИ-Ф80- 40У-2113-3.
В программном обеспечении для контроллеров Siemens - TIA PORTAL, был написан алгоритм работы механизма и созданы экраны управления в ручном и автоматическом режиме для панели оператора. В ходе тестов алгоритма в различных ситуациях, программа справилась с поставленными задачами и работала стабильно, без ошибок, а значит можно сделать вывод о том, что алгоритм был составлен правильно.
В ходе расчётов были определены такие параметры как фактическое время работы, фонд заработной платы, производственная программа, а так же все затраты на внедрение нового оборудования. По результатам расчётов, можно сделать вывод, что несмотря на то, что расходы на содержание и эксплуатацию оборудования увеличиваются на 81 тыс. рублей, фактическое время работы механизма и производственная программа после внедрения новой системы увеличивается, так как сокращается время на обслуживание и ремонт системы, так же сокращается фонд заработной платы, что позволяет увеличить прибыль на 220 тыс. руб.
Для оценки финансовой эффективности проекта были рассчитаны такие показатели, как рентабельность и срок окупаемости. Рентабельность проекта определяется как отношение прибыли от реализации 1 тонны продукции к себестоимости. В нашем проекте рентабельность составила 40%, что говорит о том, что проект является прибыльным. Окупаемость проекта рассчитывалась как отношение чистой прибыли к затратам на проект. Так как срок окупаемости составил 2 года и 1 месяцев, дополнительно были рассчитаны такие показатели как чистый дисконтный доход и индекс доходности. В итоге дисконтированный срок окупаемости составил 2 года и 7 месяцев, что говорит о том, что проект является экономически выгодным.
