Помощь студентам в учебе
Разработка мехатронной системы изоляционного конвейера участка нагрева труб цеха «Высота-239» ПАО «ЧТПЗ»
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха. Описание технологического процесса работы
колесной пары в составе системы изоляционного конвейера 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема колесной пары в системе
изоляционного конвейера 16
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 19
1.4 Выбор системы привода 21
1.5 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы привода 23
1.6 Защиты привода. Уставки защитных устройств 31
1.7 Вывод по главе 1 40
2. РАЗРАБОТКА САУ 41
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 41
2.2 Выбор контроллера и датчиков технологических координат 45
2.3 Функциональная схема САР электропривода колесной пары системы
изоляционного конвейера 52
2.4 Разработка контура системы слежения за материалом 53
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирования типовых режимов
работы привода 56
2.3 Вывод по главе 2 67
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 68
3.1 Расчет производственной программы цеха 68
3.2 Расчет сметы капитальных затрат 69
3.3 Расчет РСЭО 72
3.4 Оценка эффективности капитальных вложений 84
3.5 Сводная таблица технико-экономических расчетов 87
3.6 Вывод по главе 3 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха. Описание технологического процесса работы
колесной пары в составе системы изоляционного конвейера 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема колесной пары в системе
изоляционного конвейера 16
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 19
1.4 Выбор системы привода 21
1.5 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы привода 23
1.6 Защиты привода. Уставки защитных устройств 31
1.7 Вывод по главе 1 40
2. РАЗРАБОТКА САУ 41
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 41
2.2 Выбор контроллера и датчиков технологических координат 45
2.3 Функциональная схема САР электропривода колесной пары системы
изоляционного конвейера 52
2.4 Разработка контура системы слежения за материалом 53
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирования типовых режимов
работы привода 56
2.3 Вывод по главе 2 67
3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 68
3.1 Расчет производственной программы цеха 68
3.2 Расчет сметы капитальных затрат 69
3.3 Расчет РСЭО 72
3.4 Оценка эффективности капитальных вложений 84
3.5 Сводная таблица технико-экономических расчетов 87
3.6 Вывод по главе 3 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
Для получения конечного продукта надлежащего качества необходимо определить составные элементы производственной линии максимально эффективно, позволяя, тем самым, отрабатывать системе технологический процесс с наилучшими показателями качества и с наименьшими затратами на амортизацию оборудования и на его обслуживание.
Первостепенным является подробный анализа технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое оборудование.
Последовательность технологических операций при нанесении наружного покрытия на трубы можно разделить на 3 этапа: подготовка рабочей поверхности, контроль труб перед покрытием и непосредственное нанесение покрытия.
Предмет исследования (колесная пара) имеет места на 3-ем из рассмотренных выше этапе: нанесение наружного защитного покрытия. Трубы, перемещающиеся по изоляционному конвейеру, нагревают в расположенных по ходу движения газовых и индукционных печах. Режим нанесения покрытия и линейную скорость определяются в соответствии с рекомендациями. Затем трубы попадают в туннель охлаждения, производится щеточная зачистка концов трубы, на следующем этапе трубы попадают на инспекционные площадки, маркируются и складируются.
Далее необходимо разработать системы автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), чьими силами 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.
Далее целесообразно определить экономическую оценку уместности использования выбранного оборудования на производственной линии.
Цели работы:
• Разработать систему автоматического управления колесной парой в составе мехатронной системы изоляционного конвейера участка нагрева труб;
• Рассчитать технико-экономические показатели колесной пары в составе мехатронной системы изоляционного конвейера.
Для достижения целей работы необходимо решить следующие задачи:
• Описать технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ»;
• Провести анализ технологического процесса работы колесной пары в составе секции изоляционного конвейера;
• Определить требования к электроприводу и системе автоматизации;
• Выбрать основное оборудования колесной пары в составе мехатронной системы изоляционного конвейера
• 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 колесной пары, контур регулирования технологическими координатами и структурную схему САР, провести моделирование типовых режимов работы привода;
• Определить производственную программу системы изоляционного конвейера;
• Рассчитать смету капитальных затрат, затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, произвести оценку эффективности капитальных вложений.
Первостепенным является подробный анализа технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое оборудование.
Последовательность технологических операций при нанесении наружного покрытия на трубы можно разделить на 3 этапа: подготовка рабочей поверхности, контроль труб перед покрытием и непосредственное нанесение покрытия.
Предмет исследования (колесная пара) имеет места на 3-ем из рассмотренных выше этапе: нанесение наружного защитного покрытия. Трубы, перемещающиеся по изоляционному конвейеру, нагревают в расположенных по ходу движения газовых и индукционных печах. Режим нанесения покрытия и линейную скорость определяются в соответствии с рекомендациями. Затем трубы попадают в туннель охлаждения, производится щеточная зачистка концов трубы, на следующем этапе трубы попадают на инспекционные площадки, маркируются и складируются.
Далее необходимо разработать системы автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), чьими силами 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.
Далее целесообразно определить экономическую оценку уместности использования выбранного оборудования на производственной линии.
Цели работы:
• Разработать систему автоматического управления колесной парой в составе мехатронной системы изоляционного конвейера участка нагрева труб;
• Рассчитать технико-экономические показатели колесной пары в составе мехатронной системы изоляционного конвейера.
Для достижения целей работы необходимо решить следующие задачи:
• Описать технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ»;
• Провести анализ технологического процесса работы колесной пары в составе секции изоляционного конвейера;
• Определить требования к электроприводу и системе автоматизации;
• Выбрать основное оборудования колесной пары в составе мехатронной системы изоляционного конвейера
• 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 колесной пары, контур регулирования технологическими координатами и структурную схему САР, провести моделирование типовых режимов работы привода;
• Определить производственную программу системы изоляционного конвейера;
• 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 электрического оборудования колесной пары в составе секции изоляционного конвейера цеха «Высота 239» ПАО ЧТПЗ, описан технологический процесс цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ» и проведен анализ технологического процесса работы колесной пары, также была разработана система автоматического управления мехатронной системы изоляционного конвейера, определены контроллер и датчики технологических координат и разработана архитектура системы автоматизации. В рамках данной работы были рассчитаны технико-экономические показатели мехатронной системы изоляционного конвейера, 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 асинхронный электродвигатель в сборке с редуктором Bauer мощностью 5,5 кВт/11,5 А, модульный преобразователя частоты SINAMICS G120. 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 - PS 307; а также инфракрасный датчика Javelin JAVC814C для контроля температуры.
Функциональная схема САР электропривода колесной пары представлена на рисунке 2.3 настоящей работы. Согласно ей реализована на рисунке 2.7 настоящей работы структурная схема подчиненного регулирования скорости электропривода колесной пары в системе изоляционного конвейера. Она включает следующие элементы: дополнительный фильтр ДФ - для снижения величины перерегулирования якорного тока на входе РС со стороны задания; пропорционально-интегральный регулятор скорости ПИ РС - для сведения к нулю ошибки регулирования скорости дмс = изс - иос; блок ограничения БО - для ограничения момента электродвигателя на заданном уровне; задатчик интенсивности ЗИ - для ограничения величины задания перед РС, что приводит к ограничению скорости двигателя; внутренний оптимизированный контур момента и внешний контур регулирования скоростью.
Регулируемой технологической координатой является положение металла на конвейере. Структурная схема системы слежения за материалом в секции изоляционного конвейера представлена на рисунке 2.4. А на рисунке 5 проиллюстрирована реализация технологических режимов работы и ожидания на основе регулятора наличия заготовки, а также представлены графики скорости вращения двигателя при заданных режимах в рамках САРС колесных пар в составе секции изоляционного конвейера.
Моделирование типовых режимов работы показывают адекватность системы управления скоростью электропривода колесной пары в составе секции изоляционного конвейера. Настройка на симметричный оптимум позволяет адекватно отрабатывать системе задающее воздействие: перерегулирование - 39,8 %, время регулирования - 4,5 мс
Сумма капитальных вложений во всю систему изоляционного конвейера определена 25 300 800 руб, а РСЭО составляют 30 380 280 руб. Показатели ЧДД и ИД приняли уместные значения. То есть, колесная пара имеет место быть с достаточной долей эффективности в рамках технологического процесса в составе системы изоляционного конвейера производства труб в цехе «Высота 239» ПАО ЧТПЗ.
Таким образом, цели работы достигнута, задачи - решены.
В ходе работы выбран асинхронный электродвигатель в сборке с редуктором Bauer мощностью 5,5 кВт/11,5 А, модульный преобразователя частоты SINAMICS G120. 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 - PS 307; а также инфракрасный датчика Javelin JAVC814C для контроля температуры.
Функциональная схема САР электропривода колесной пары представлена на рисунке 2.3 настоящей работы. Согласно ей реализована на рисунке 2.7 настоящей работы структурная схема подчиненного регулирования скорости электропривода колесной пары в системе изоляционного конвейера. Она включает следующие элементы: дополнительный фильтр ДФ - для снижения величины перерегулирования якорного тока на входе РС со стороны задания; пропорционально-интегральный регулятор скорости ПИ РС - для сведения к нулю ошибки регулирования скорости дмс = изс - иос; блок ограничения БО - для ограничения момента электродвигателя на заданном уровне; задатчик интенсивности ЗИ - для ограничения величины задания перед РС, что приводит к ограничению скорости двигателя; внутренний оптимизированный контур момента и внешний контур регулирования скоростью.
Регулируемой технологической координатой является положение металла на конвейере. Структурная схема системы слежения за материалом в секции изоляционного конвейера представлена на рисунке 2.4. А на рисунке 5 проиллюстрирована реализация технологических режимов работы и ожидания на основе регулятора наличия заготовки, а также представлены графики скорости вращения двигателя при заданных режимах в рамках САРС колесных пар в составе секции изоляционного конвейера.
Моделирование типовых режимов работы показывают адекватность системы управления скоростью электропривода колесной пары в составе секции изоляционного конвейера. Настройка на симметричный оптимум позволяет адекватно отрабатывать системе задающее воздействие: перерегулирование - 39,8 %, время регулирования - 4,5 мс
Сумма капитальных вложений во всю систему изоляционного конвейера определена 25 300 800 руб, а РСЭО составляют 30 380 280 руб. Показатели ЧДД и ИД приняли уместные значения. То есть, колесная пара имеет место быть с достаточной долей эффективности в рамках технологического процесса в составе системы изоляционного конвейера производства труб в цехе «Высота 239» ПАО ЧТПЗ.
Таким образом, цели работы достигнута, задачи - решены.
