АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 7
1.1 Назначение, описание принципа работы толкателя 7
1.2 Описание условий работы и кинематическая схема 10
1.3 Требования, предъявляемые к электроприводу, системе автоматизации
и технические данные проектируемой машины 12
2 ВЫБОР РОДА ТОКА И ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА 14
3 КАЧЕСТВЕННЫЙ ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 15
3.1 Виды электропривода толкателей печи 15
3.1.1 Привод постоянного тока ДПТ 15
3.1.2 Синхронный электропривод СД 16
3.1.3 Асинхронный двигатель АД 17
4 РАСЧЕТ МОМЕНТОВ СТАТИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 18
5 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 26
6 ВЫБОР РЕДУКТОРА 28
8 ПРИВЕДЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ К ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ 33
9 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ 37
10 ЗАЩИТА ПРИВОДА 43
10.1 Защита от перегрузки и коротких замыканий 43
10.2 Защита от перенапряжения 44
11 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЦЕПИ 45
12 СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
И ИХ РАСЧЕТ 53
13 СХЕМЫ ПУСКА И ТОРМОЖЕНИЯ И ИХ РАСЧЕТ 57
14 РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 59
15 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ 63
15.1 Проверка машины на необходимую производительность 63
15.2 Энергетические показатели машины и их расчет 63
15.3 Проверка по нагреву двигателя и преобразователя 64
16 СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ И ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА 67
16.1 Назначение и применение автоматизации 67
16.2 Архитектура системы автоматизации 68
16.3 Выбор оборудования для средств автоматизации 69
16.3.1 Выбор типа датчиков, их расстановка на механизме толкателя печи 69
16.3.2 Режимы работы: ручной и автоматический 71
16.4 Разработка сигналов для написания алгоритмов автоматизации
управления толкателя печи 72
17 СОСТАВЛЕНИЕ АЛГОРИТМА АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ТОЛКАТЕЛЕМ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ 76
18 АЛГОРИТМ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 78
19 ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА АВТОМАТИЗАЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИИ 79
20 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 83
21 РАЗРАБОТКА ПРОГРАМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 88
22 РАЗРАБОТКА SCADA СИСТЕМЫ И HMI СИСТЕМЫ 91
22.1 Выбор панелей, контроллера и протоколов соединения 91
22.2 Список входных, выходных и внутренних сигналов контроллера 92
22.3 Список Network и описание работы автоматики 95
22.4 Словесное описание алгоритма работы разрабатываемой системы 97
22.5 Демонстрация экранов панели оператора 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 112
ПРИЛОЖЕНИЕ А Список сокращений 114
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчет переходных процессов в системе ПЧ-АДКЗ 116
Толкатель печи - это отрасль в металлургии, а именно вспомогательное оборудование, для обслуживания методических печей прокатных станов. Толкатель печи предназначается для сталкивания заготовок с рольгангов в методическую печь. Принцип работы толкателя: заготовка по подающим и направляющим рольгангам доставляется в зону работы толкателя. Где толкатель двигает сляб или блюм в. Как правило, скорость перемещения не слишком велика, и составляет 0,3 м/с. После, когда заготовка зашла в печь, машина на повышенной скорости возвращается в исходное положение на на повышенной скорости и ожидает дальнейшей заготовки для повтора цикла.
Цель выпускной магистерской квалификационной работы - разработка системы автоматизации мехатронного комплекса толкателя методической печи, на базе асинхронного электродвигателя с частотным регулированием скорости от преобразователя частоты. В работе будет установлен преобразователь частоты фирмы ABB марки ACS800-01-0011-3, произведен выбор редуктора, программируемого контроллера фирмы Siemens марки Simatic S7-300, CPU314C, выбор датчиков, разработка программного обеспечения и визуальной панели оператора в среде TIA Portal.
Значимость проекта обуславливает то, что не на всех производствах существует полная автоматизация процессов. Данный проект позволит устранить влияние вредных факторов производства на людей (присутствие человека вблизи зоны нагрева металла), а также исключить ошибки, вызванные «человеческим фактором».
В результате написания выпускной квалификационной работы магистра, была разработана система автоматизации мехатронного комплекса толкателя методической печи стана 2300 горячей прокатки ПАО «ЧМК».
При написании работы магистра производился выбор машины (электрический двигатель), приводящей рабочий орган в движение. Выбор данного привода был обоснован. Выбран редуктор, для передачи крутящего момента от двигателя к приводным валам механизма. Произведен расчет статических и динамических моментов, построены механические и энергетические характеристики асинхронной электрической машины. На основании расчетов произведен выбор преобразователя частоты, защиты привода и силовой цепи. Для понимая процесса работы построены переходные характеристики. Двигатель проверен на производительность по среднеквадратичному моменту и нагреву. После выбора всех элементов силовой цепи разработана SCADA-система в комплексе с HMI-панелью, на основе ранее написанных алгоритмов работы, содержащая в себе автоматику работы, оптические датчики, блоки питания, связующий контроллер, touch-панель, панель вывода сообщений, экран оператора. В случае выбора двигателя меньшей мощности, произойдет превышение допустимой нагрузки в 1.2 раза, что негативно скажется на сроке службы как двигателя, так и остальных элементах силовой цепи.
