Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕХА И ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 9
1.2 Описание текущего состояние модернизируемой системы 11
1.3 Техническое задание к разрабатываемой мехатронной системе 15
2 РАЗРАБОТКА СИЛОВОЙ ЧАСТИ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ 16
2.1 Выбор системы привода 16
2.2 Выбор электродвигателя 17
2.2.1 Расчет скребкового транспортера 18
2.2.2 Расчет весового транспортера 19
2.3 Выбор преобразователя частоты 20
2.4 Расчет нагрузочной диаграммы и выбор редукторов 22
2.4.1 Расчет для скребкового конвейера 23
2.4.2 Расчет для весового конвейера 26
2.5 Проверка электродвигателей на нагрев 28
2.6 Выбор защитного оборудования для электропривода 29
3 РАЗРАБОТКА САУ 31
3.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 31
3.2 Выбор контроллера и датчиков технологических координат 31
3.3 Написание программы для мехатронной системы в среде TIA Portal 36
3.4 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода скребкового
транспортера 37
3.4.1 Расчёт параметров схемы замещения электродвигателя 37
3.4.2 Расчет постоянных времени двигателя 41
3.4.3 Разработка контура регулирования технологических координат 43
3.5 Настройка контуров регулирования технических координат 46
3.5.1 Настройка контура регулирования тока 463.5.2 Настройка контура регулирования потокосцепления ротора 50
3.5.3 Настройка контура регулирования скорости 53
3.6 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых режимов
работы привода 56
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 62
4.1 Характеристика предприятия и выпускаемой продукции 62
4.2 Краткое описание сути проекта 62
4.3 Экономическая суть проекта 63
4.4 Расчет затрат на переработку отходов до модернизации 63
4.5 Расчет сметы капитальных затрат 64
4.6 Расчёт расходов на содержание и эксплуатацию оборудования 66
4.6.1 Расчёт фондов заработной платы 66
4.6.2 Расчет годовой суммы амортизации 67
4.6.3 Расчет материальных затрат 68
4.6.4 Расчет прочих затрат 69
4.7 Сводная таблица технико-экономических расчетов 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 75
ПРИЛОЖЕНИЕ А 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 81
Скребковый конвейер - устройство непрерывно транспортирующее грузы, в котором перемещение насыпных материалов осуществляется по жесткому, неподвижному желобу, с помощью скребков, закрепленных на одной или нескольких тяговых цепях и погруженных в слой насыпного груза.
Наиболее часто используемая сфера применения - горнодобывающая промышленность и сельское хозяйство. Скребковый конвейер имеет ряд недостатков, делающих его применение не столь распространенным. В процессе перемещения на груз воздействует сила трения скольжения. Поэтому происходит измельчение материала. Также присутствует значительный расход энергии и шум, создаваемый при трении груза и элементов о желоб.
Однако благодаря своим конструктивным особенностям, а именно металлическому жёлобу и скребкам, конвейер может перемещать материалы высокой температуры, вплоть до 500 градусов. Также одним из основных плюсов является возможность перемещения грузов на значительные расстояния. Еще можно отметить простоту конструкции скребкового конвейера.
Цель данной выпускной квалификационной работы - разработка мехатронной системы скребкового конвейера. А также можно выделить разработку конвейера для измерения массы груза. Для решения этих целей планируется выполнение следующих задач:
1) выбор системы привода;
2) выбор электродвигателей;
3) выбор преобразователей частоты;
4) расчет нагрузочной диаграммы;
5) выбор редукторов;
6) предварительная проверка электродвигателей по нагреву;
8) выбор защитного оборудования;
9) разработка архитектуры системы автоматизации;
10) выбор датчиков технологических координат;
11) разработка принципиальной схемы системы;
12) написание программы для мехатронной системы конвейера;
13) исследование математической модели схемы замещения
электродвигателя скребкового конвейера;
14) моделирование типовых режимов работы двигателя скребкового конвейера;
15) проведение технико-экономических расчетов для обоснования
разработанной мехатронной системы;
В ходе дипломной работы была разработана мехатронная система скребкового конвейера.
С помощью известных данных были рассчитаны и проверены мощности выбранных электродвигателей. На основе выбранных двигателей были подобраны преобразователи частоты. Затем, зная характеристики электродвигателя и транспортера был выбран подходящий редуктор.
В ходе разработки системы управления была разработана структура архитектуры системы автоматизации и выбраны контроллеры и датчики технологических координат. Составлена принципиальная электрическая схема подключения контроллера, датчиков и других устройств. Для скребкового конвейера была написана программа в среде TIA Portal. В программе было реализована структура Modbus RTU. Главным недостатком программы можно назвать отсутствие реальных данных, полученных после калибровки тензодатчика и настройки весоизмерительного модуля. Возможно, в будущем, если удастся получить конкретные данные с тензодатчика, можно будет усовершенствовать программу.
Была выбрана и разработана векторная система регулирования скорости асинхронного двигателя. В результате моделирования САУ было выяснено, что перерегулирование скорости равно 1,07%, а динамическая ошибка при возмущении со стороны нагрузки составляет 1,07%, что полностью соответствую требованиям к электроприводу. При этом отношение пускового момента к номинальному равно 1,33, что меньше табличного значения - 1,7.
Также были рассчитаны показатели экономической эффективности системы скребкового конвейера. Новая система позволит сократить количество топлива и фенолформальдегидных смол используемых в процессе переплавки отходов производства. А также экономичнее расходовать электроэнергию, благодаря подобранному новому электроприводу. Для более точных расчетов экономии потребуется некоторое время, на сбор и анализ данных. Теоретический срок окупаемости составил порядка 7 месяцев.
