АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 НАЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 9
1.1 Описание технологического процесса 9
1.2 Требования к системе автоматизации 11
1.3 Исходные данные для проектирования 12
2 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 14
2.1 Нагрузочные диаграммы скорости РО 14
2.2 Нагрузочные диаграммы моментов 15
3 ВЫБОР ТИПА ДВИГАТЕЛЯ 21
4 ВЫБОР РЕДУКТОРА 22
5 ПРИВЕДЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ И МОМЕНТОВ
ИНЕРЦИИ К ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ 23
6 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ И
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ 27
6.1 Проверка двигателя по производительности 27
6.2 Проверка двигателя по нагреву 29
7 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 31
8 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 32
9 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ПУСКА И ТОРМОЖЕНИЯ В
СИСТЕМЕ ПЧ-АД И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 36
9.1 Расчет схем пуска и торможения 36
9.2 Расчет переходных процессов 36
10 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 38
10.1 Проверка на заданную производительность 38
10.2 Проверка по нагреву двигателя 38
10.3 Проверка по нагреву преобразователя 39
10.4 Энергетические показатели 40
АВТОМАТИЗАЦИИ 41
12 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
МЕХАНИЗМАМИ ОБЪЕКТА 45
13 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 49
14 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 51
14.1 Выбор электродвигателей 51
14.2 Выбор преобразователей частоты 52
14.3 Выбор датчиков 53
14.3.1 Выбор индуктивных датчиков 53
14.3.2 Выбор оптическких датчиков 54
14.4 Выбор программируемого логического контроллера 56
14.5 Выбор блока питания 58
15 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ . 59
16 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
Современная тенденция в развитии автоматизированных систем движется в направлении создания систем автоматизации, которые могут выполнять определенные функции или процедуры без вмешательства человека. Задача оператора состоит в подготовке исходных технических данных, выборе метода решения поставленной задачи и анализе результатов. Причем эти тенденции наблюдаются, как и в автоматизации технологических промышленных систем, так и в других областях человеческой деятельности.
Целью данного выпускного квалификационного проекта является разработка системы для автоматической установки рулона на моталку. Это механизм прерывистого действия, предназначенный для подачи рулона стали на моталку. Моталка - устройство для наматывания/разматывания рулонов прокатываемого металла в металлургии. В данном случае для последующей подачи в стан холодной прокатки. Если стан холодной прокатки нереверсивный, то лист стали проходит через него только один раз. В случае, если стан реверсивный, то разматыватель и наматыватель поочередно меняются ролями, поэтому электроприводы намоточных устройств бывают реверсивные и нереверсивные.
Система автоматизации будет построена на программируемом логическом контроллере SIEMENS SIMATIC S7-300, который обладает достаточными характеристиками для управления системой.
Для разработки человеко-машинного интерфейса (HMI) и решения задач оперативного управления используется панель управления, где оператор может выбрать нужный режим работы, запустить механизм и другое.
Для приведения механизмов в движение будут использоваться электрические двигатели. Контроль над состоянием системы будет осуществляться с помощью оптических и индуктивных датчиков.
Электропривод является электромеханическим устройством, необходимым для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом.
Электропривод состоит из: электродвигателя, который выполняет
электромеханическое преобразование энергии, механического компонента, который передает механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, которая обеспечивает достаточное управление процессом для технического задания.
Характеристики электродвигателя и возможности системы управления определяют работоспособность механизма, точность выполнения
технологических работ, динамическую нагрузку электрической машины и другие факторы. Однако, нагрузка на механическую часть системы, условия движения, точность передач влияют на работоспособность двигателя и системы управления, так что электрические и механические компоненты электропривода образуют электромеханическую систему с тесно взаимодействующими элементами.
Внедрение автоматизированных систем позволяет оптимизировать управление технологическим процессом и снизить роль операторов в процессе управления.
Данный выпускной квалификационный проект посвящен проектированию системы автоматизации установки рулона на моталку.
В процессе проектирования был произведен расчет мощности электродвигателя. В соответствии с техническими требованиями для перемещения тележки был выбран двигатель переменного тока 4MTKF(H)132L6 с короткозамкнутым ротором, редуктор Ц2У-160. Также для управления подъемным столом был выбран электродвигатель АИР90L4.
Для управления приводами были выбраны преобразователи частоты фирмы «Schneider Electric» серии Altivar machine: ATV71HU55N4 для управления приводом тележки и ATV312HU22N4 для управления приводом подъемного стола.
С учетом особенностей работы автоматизируемого объекта и условий его использования для системы автоматизации был произведен выбор элементной базы. Был выбран программируемый логический контроллер Siemens SIMATIC S7-300, также выбран блок питания «Mean Well» S-201-24, индуктивные датчики ISN I7P-31P-25-LZ, оптические излучатели ТЕКО OY A12B-2-2,5-P и оптические приемники OS AC25A-31P-2,5-LZS4.
На основе выбранной элементной базы и функциональной схемы была разработана принципиальная электрическая схема системы автоматизации.
Также на основе логических уравнений, описывающих работу системы, и выбранного ПЛК, было составлено программное обеспечение системы автоматизации на языке LAD.
