Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха и описание технологического процесса работы механизма . 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема механизма подъема полупортального
вакуумного крана Vacohub «Подъемный привод FDR-Pro 20» 11
1.3 Требования к приводам и системе автоматизации 13
1.4 Выбор системы привода 13
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода подъема 16
1.6 Выбор основного силового оборудования 24
1.7 Защиты привода, расчет уставок защитных устройств 28
2 РАЗРАБОТКА САУ 30
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 30
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 30
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР 31
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат и структурной
схемы САУ. Моделирование типовых режимов работы привода механизма подъема полупортального крана Vacohub 34
2.4.1 Синтез регулятора скорости настроенного на симметричный
оптимум 36
2.4.2 Синтез регулятора положения 39
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 45
3.1 Экономическое обоснование проекта 45
3.2 Расчет единовременных (капитальных) затрат 45
3.3 Расчет фактического годового фонда рабочего времени 46
3.4 Текущие (эксплуатационные) затраты по «старой» технологии 47
3.5 Текущие (эксплуатационные) затраты: по «новой» технологии 49
3.6 Годовой приток денежных средств 51
3.7 Оценка эффективности капитальных вложений 52
3.8 Сводная таблица технико-экономических показателей 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
Из всего многообразия общепромышленных механизмов, работающих на металлургических предприятиях, можно выделить группу, для которой особенно остро стоит проблема чрезмерно высокого уровня динамических нагрузок. В такую группу оборудования промышленных предприятий в первую очередь входят подъемно-транспортные механизмы: мостовые и козловые краны, крановые перегружатели, транспортеры, конвейеры, питатели и т.д. Среди этих механизмов в наиболее тяжелых условиях и интенсивных режимах работают мостовые краны.
Многочисленными исследованиями установлено, что упругие механические колебания в подавляющем большинстве случаев отрицательно влияют на работу электропривода, вызывая повышение динамических нагрузок, снижение точности работы механизма, появление механических вибраций и опасных резонансных явлений. Возникающий при этом чрезмерно высокий уровень динамических нагрузок, особенно при пусках, реверсах и торможениях ведет к преждевременному выходу из строя элементов механизмов кранов и подкрановых конструкций [1].
Для управления крановыми установками и регулирования параметров используется автоматизированная система управления, являющаяся частью мехатронной системы.
Мехатронные системы в производстве являются неотъемлемой частью формирования технологического процесса. Под мехатронной системой понимается совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.
Мехатронные системы могут включать в себя автоматизированный электропривод, гидро-пнемвопривод, автоматизированные системы управления.
Существует два варианта построения системы электропривода, возможно использование двигателя постоянного тока с соответствующей системой регулирования, а также применение асинхронного двигателя как наиболее перспективного направления [2].
Система регулирования, построенная для двигателя постоянного тока, имеет более простую структуру по сравнению с системой регулирования асинхронного двигателя, однако экономические показатели такой системы значительно уступают системе с применением двигателя переменного тока.
Применение двигателей постоянного тока в полупортальных мостовых кранах невозможно, так как такие двигатели имеют большую массу и габариты, так же стоимость такого двигателя гораздо выше.
Асинхронный двигатель компактен, имеет малую массу и стоимость на единицу мощности и прост в эксплуатации по сравнению с двигателями постоянного тока.
Достоинства асинхронного двигателя обусловлены отсутствием такого сложного в изготовлении и эксплуатации устройства как коллектор, присущего двигателям постоянного тока.
Кроме того, в настоящее время системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода не уступают по своим качественным и статическим характеристикам электропривода постоянного тока, а по своим эксплуатационным характеристикам во многом их превосходят.
Наиболее перспективным преобразователем для питания асинхронного двигателя, является реверсивный преобразователь с блоком рекуперации, который преобразует трехфазную сеть на входе в сеть постоянного напряжения и наоборот.
Такой реверсивный преобразователь подходит для связи нескольких инверторов на общей шине постоянного тока. Это обеспечивает обмен энергией между двигательными и генераторными приводами и осуществляет экономию энергии.
Применение системы ПЧ-АД в механизме подъема крановых установок необходимо для обеспечения плавного пуска, реверса и торможения, что позволяет избежать обрыва тросов и срыва груза. Так же такая система является надежной и имеет широкий диапазон регулирования скорости при не плохих динамических показателях электропривода.
При выполнении выпускной квалификационной работы была разработана мехатронная система механизма подъема полупортального крана типа Vacohub, произведен расчет и выбор системы электропривода ПЧ-АД.
Произвели расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы подъемного электропривода крана п. 1.5. Выбрали подходящее силовое оборудование: двигатель ZBR 200 B12/2 B280 производство Demag п.1.6. Проверка по эквивалентному моменту показала, что двигатель выбран верно.
Также рассмотрели системы защиты привода и выбрали подходящие по току автоматические выключатели и плавкие предохранители: выключатель ABB S803 с номинальным током 125 А и плавкие предохранители типа OFAF000H100 производство ABB с номинальным током плавкой вставки 1пл.ном=100 А
В ходе работы была разработана и описана архитектура системы автоматизации, сделан выбор контроллера, датчиков технологических координат полупортального крана Vacohub, сделано описание исследуемого полупортального крана, предложена архитектура системы автоматизации, сделаны выбор и разработка функциональной схема САР, на основе которой разработана структурная схема САР и выполнено моделирование типовых процессов работы привода механизма подъема, где контур скорости был настроен на симметричный оптимум, а контур положения на модульный оптимум.
Благодаря данной настройке система позволяет отрабатывать заданное перемещение при учете требований, предъявляемых к мехатронной системе где перерегулирование составляет 0,2%., статическая ошибка 0,3%., позиционирование обеспечивается с точностью до 4мм.
Технико-экономический расчет показал, что проект эффективен так как ЧДД = 13030000 >0.
