Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 9
2 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
2.1 Нагрузочные диаграммы скорости рабочего органа 11
2.2 Нагрузочные диаграммы моментов рабочего органа 13
2.3 Расчет мощности двигателя 18
3 ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ 19
4 ВЫБОР РЕДУКТОРА 21
5 ПРИВЕДЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ И МОМЕНТОВ
ИНЕРЦИИ К ВАЛУ ДВИГАТЕЛЯ 23
6 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ
ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НАГРЕВУ
6.1 Проверка двигатели по производительности 34
6.2 Проверка двигатели по нагреву 37
7 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 38
8 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОПРИВОДА 42
9 РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 49
10 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
10.1 Проверка на перегрузочную способность 55
10.2 Проверка на заданную производительность 55
10.3 Проверка по нагреву двигателя и преобразователя 56
11 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ 59
12 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ
ОБЪЕКТА 62
13 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА 73
14 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
14.1 Выбор программируемого контроллера 76
14.2 Выбор датчиков технологической информации 76
14.3 Выбор двигателей 78
14.4 Выбор преобразователей 79
14.5 Выбор сенсорного манитора 79
14.6 Выбор блока питания 80
14.7 Выбор элементов защиты системы 81
15 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА 83
16 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
В современном прокатном производстве нагревательные печи используются
для решения множества технологических задач. На предприятиях
металлургического производства полного цикла реализуются сталеплавильные,
доменные и прокатные технологические процессы, результатом деятельности
которых становятся металлические изделия различного рода назначения, среди
которых трубы, листы из металла, профили, рельсы, запчасти и прочие
металлические изделия [6].
Для реализации технологического процесса в цехах непосредственно
связанных с нагревом заготовок и последующим их отправлением в
дальнейший технологический процесс используются различного типа
толкатели. По способу передачи толкающего усилия различают следующие
конструкции толкателей и выталкивателей: цепной, винтовой, рычажный,
реечный, фрикционный. В качестве привода толкателя обычно используют
электрические двигатели, но иногда применяют гидравлический и
пневматический приводы.
По сравнению с реечными, толкатели на винтовой передаче обладают
меньшими габаритами, но применяются только при небольших усилиях
толкания заготовок из-за низкого коэффициента полезного действия винтовой
пары.
Скорость толкания металла толкателями выбирают небольшой: при
проталкивании заготовок около 0,1–0,3 м/с. Возвратный ход может быть более
быстрым – 0,6–0,8 м/с. Для регулирования скорости в последних конструкциях
предусматривают частотный электропривод толкателей.
Штанги толкателей изготавливают коваными, сварными или из катаных
заготовок круглого сечения.
Сварные и кованные штанги более сложны в изготовлении, так как
производство направляющих для них требует большего количества сил и времени. Заменой им могут служить штанги толкателей с прямоугольным
сечением. Такой тип позволяет выполнять зубчатые рейки в виде отдельных
деталей. Изготавливаются они из более прочной стали, а при износе зубьев
просто заменяются на новые. Штанги толкателей из круглого проката более
просты в изготовлении, но в этом случае зубья приходится нарезать
непосредственно на них, что ведет к снижению марки стали, а с износом
зубьев, штангу придется заменить целиком. В данном работе рассматривается
реечный толкатель.
На современном производстве от качества работы нагревательной печи
напрямую зависит производительность цеха, а также качество выпускаемой на
рынок продукции.
Автоматизация технологического процесса участков производства,
прилегающих к нагревательной печи, а также непосредственно самой
нагревательной печи позволит во много раз оптимизировать не только
производство продукции и технико-экономические показатели, но и добиться
значительного снижения пагубного влияния вредных факторов производства на
организм человека из-за появления возможности удаленного управления
циклом.
В настоящее время на реальных производствах широко используются
применение трех элементов автоматизированной системы управления: шкаф
управления печью, автоматизированное рабочее место и панель оператора. Эти
элементы позволяют в полной мере осуществлять управление работой
нагревательной печи, а также влияют на снижение процента аварийности,
оптимизацию расходов сырья и даже способны прогнозировать остаточный
ресурс агрегатов.
В данной работе будет решаться задача разработки системы автоматизации
участка методической печи: внедрение различных датчиков, пульта управления
и написание программы, реализующей заданные алгоритмы управления
технологическим процессом.
Данная дипломная работа посвящена разработке системы электропривода и автоматизации участка методической печи. Произведен расчет нагрузочных диаграмм моментов и скоростей рабочего органа, в результате получена приблизительная мощность электродвигателя. Выбран электрический двигатель 7FMTK132M8 мощностью 5,8 кВт при ПВкат = 60 %. Произведен выбор механического преобразователя типа ЦТНД-315, который удовлетворяет всем предъявляемым требованиям.
В работе выполнено приведение скоростей, моментов и моментов инерции рабочего органа к валу двигателя. На основании полученных данных была произведена предварительная проверка двигателя по нагреву и производительности (обе проверки двигатель прошел). Выполнен выбор основного электротехнического оборудования для системы электропривода: преобразователь частоты Danfoss VLT Automation Drive FC300-P7K5, сетевой дроссель ED3N–0,9/16, моторный дроссель ED3S – 3,8/16. Разработаны схемы подключения силовых и информационных цепей. В программе MatLabвыполнено построение естественных и искусственных механических и электромеханических характеристик электродвигателя. Проведено сравнение результатов расчета с каталожными данными электродвигателя, результаты удовлетворительные. Выполнен расчет переходных характеристик электропривода с учетом нагрузки. Результаты моделирования переходных процессов с высокой степенью точности совпали с предварительным расчетом. На основании полученных данных были выполнены проверки по производительности, нагреву двигателя и преобразователя. Соответствующие проверки двигатель и преобразователь прошли. Вторая часть работы посвящена разработке системы автоматизации участка методической печи. Представлены логические уравнения, согласно заданному технологическому процессу.
Выполнен выбор основного электротехнического оборудования, включающего в себя выбор двигателей подающего и отводящего рольгангов, задвижки и толкателя, устройств плавного пуска и преобразователей частоты, выбор датчиков, реализующих необходимые требования технического процесса, блока питания устройств, программируемого контроллера и сенсорного монитора к нему.
Согласно написанным уравнениям, была составлена и проверена программа на языке лестничных диаграмм в программном обеспечении CODESYS, позволяющая реализовать все необходимые процессы движения механизмов системы автоматизации.
