Помощь студентам в учебе
Модернизация системы управления печью сопротивления СНЗ-6.12.4/10
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 6
1.1 Краткая характеристика предприятия и цеха термообработки 6
1.2 Характеристика цеха, описание технологического процесса 7
1.3 Описание основного оборудования и алгоритма работы механизма.... 17
1.4 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации .. 25
1.5 Обзор существующих вариантов автоматизации 25
1.6 Разработка упрощённой функциональной схемы автоматизации 29
2. РАЗРАБОТКА САУ ПАРАМЕТРОМ 33
2.1 Выбор способа управления параметром 33
2.2 Математическое описание объекта регулирования 33
2.2.1 Тиристорный преобразователь 33
2.2.2 Печь сопротивления 34
2.2.3 Датчик температуры 34
2.3 Расчет САУ параметром 35
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 40
3. 1 Выбор средств автоматизации и управления 40
3.1.1 Датчики и преобразователи сигналов 40
3.1.2Выбор тиристорного регулятора мощности 45
3.1.3Выбор контроллера и модулей расширения 47
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУ 51
4.1 Разработка функциональной схемы автоматизации технологического
процесса 51
4.2 Разработка принципиально-электрических схем 52
4.3 Разработка архитектуры систем автоматизации 52
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 56
5.1 Краткая характеристика предприятия 56
5.2 Краткая характеристика цеха 57
5.3 Краткое описание технологического процесса и сути проектируемого
мероприятия 58
5.4 Расчет производственной программы 58
5.5 Расчет сметы капитальных затрат 60
5.6 Расчет РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до
внедрения проектируемых мероприятий 61
5.7 Расчет РСЭО после внедрения проектируемых мероприятий 64
5.8 Расчет срока окупаемости проекта 64
5.9 Составление сводной таблицы технико-экономических показателей .. 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 4
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 5
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 6
1.1 Краткая характеристика предприятия и цеха термообработки 6
1.2 Характеристика цеха, описание технологического процесса 7
1.3 Описание основного оборудования и алгоритма работы механизма.... 17
1.4 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации .. 25
1.5 Обзор существующих вариантов автоматизации 25
1.6 Разработка упрощённой функциональной схемы автоматизации 29
2. РАЗРАБОТКА САУ ПАРАМЕТРОМ 33
2.1 Выбор способа управления параметром 33
2.2 Математическое описание объекта регулирования 33
2.2.1 Тиристорный преобразователь 33
2.2.2 Печь сопротивления 34
2.2.3 Датчик температуры 34
2.3 Расчет САУ параметром 35
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 40
3. 1 Выбор средств автоматизации и управления 40
3.1.1 Датчики и преобразователи сигналов 40
3.1.2Выбор тиристорного регулятора мощности 45
3.1.3Выбор контроллера и модулей расширения 47
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУ 51
4.1 Разработка функциональной схемы автоматизации технологического
процесса 51
4.2 Разработка принципиально-электрических схем 52
4.3 Разработка архитектуры систем автоматизации 52
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 56
5.1 Краткая характеристика предприятия 56
5.2 Краткая характеристика цеха 57
5.3 Краткое описание технологического процесса и сути проектируемого
мероприятия 58
5.4 Расчет производственной программы 58
5.5 Расчет сметы капитальных затрат 60
5.6 Расчет РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до
внедрения проектируемых мероприятий 61
5.7 Расчет РСЭО после внедрения проектируемых мероприятий 64
5.8 Расчет срока окупаемости проекта 64
5.9 Составление сводной таблицы технико-экономических показателей .. 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 4
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 5
В первой главе выпускной квалификационной работы был описан технологических процесс и были сформированы цели и задачи системы автоматизации.
Целями создания системы являются:
- Система управления должна регулировать температуру во время отработки техпроцессов.
- Разработать алгоритмы для работы системы управления в аварийном режиме.
- Система управления должна улучшить эргономику труда операторов техпроцесса.
Задачи, разрабатываемые системой, следующие:
- Система управления должна поддерживать стабильную температуру ±50 С в печи.
- Обеспечить сбор и хранение данных о техпроцессе.
- Замена самопишущих и показывающих приборов, локальных станций управления на систему HMI панели.
- Оснастить печи датчиками и необходимыми системами для реализации алгоритмов системы безопасности.
Требования к системе автоматизации:
- Должна поддерживать температуру рабочего пространства печи в соответствии с техпроцессом и обеспечить погрешность не более ±5°С.
- Собирать и отображать информацию о температуре, времени и ходе техпроцесса на HMI панели.
- Включать аварийную и предупредительную сигнализацию в экстренных случаях.
- Архивация данных.
- Формирование и выдача отчетов о наличии металла и деятельности участка за текущие смену и сутки
- Трансляция данных на сервер предприятия для создания отчетов о движении металла по участку отжига.
Для поддержания заданной температуры внедрены тиристорные регуляторы. Регулирование температуры в рабочем пространстве печи сопротивления с помощью тиристорного регулятора имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них:
- Значительное увеличение точности поддержания температуры по сравнению с релейно-контакторными системами (при этом исключается негативное воздействие на питающую сеть);
- минимальное участие оператора;
- значительная экономия электроэнергии;
Во второй главе была разработана технологическая документация для системы поддержания пластового давления, а именно: функциональная схема автоматизации и принципиально-электрическая схема автоматизации.
С точки зрения экономической части срок окупаемости данного внедрения составил 1 год.
Целями создания системы являются:
- Система управления должна регулировать температуру во время отработки техпроцессов.
- Разработать алгоритмы для работы системы управления в аварийном режиме.
- Система управления должна улучшить эргономику труда операторов техпроцесса.
Задачи, разрабатываемые системой, следующие:
- Система управления должна поддерживать стабильную температуру ±50 С в печи.
- Обеспечить сбор и хранение данных о техпроцессе.
- Замена самопишущих и показывающих приборов, локальных станций управления на систему HMI панели.
- Оснастить печи датчиками и необходимыми системами для реализации алгоритмов системы безопасности.
Требования к системе автоматизации:
- Должна поддерживать температуру рабочего пространства печи в соответствии с техпроцессом и обеспечить погрешность не более ±5°С.
- Собирать и отображать информацию о температуре, времени и ходе техпроцесса на HMI панели.
- Включать аварийную и предупредительную сигнализацию в экстренных случаях.
- Архивация данных.
- Формирование и выдача отчетов о наличии металла и деятельности участка за текущие смену и сутки
- Трансляция данных на сервер предприятия для создания отчетов о движении металла по участку отжига.
Для поддержания заданной температуры внедрены тиристорные регуляторы. Регулирование температуры в рабочем пространстве печи сопротивления с помощью тиристорного регулятора имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них:
- Значительное увеличение точности поддержания температуры по сравнению с релейно-контакторными системами (при этом исключается негативное воздействие на питающую сеть);
- минимальное участие оператора;
- значительная экономия электроэнергии;
Во второй главе была разработана технологическая документация для системы поддержания пластового давления, а именно: функциональная схема автоматизации и принципиально-электрическая схема автоматизации.
С точки зрения экономической части срок окупаемости данного внедрения составил 1 год.
В данной дипломной работе был проанализирован технологический процесс закалки деталей в печи сопротивления СНЗ-6.12.4/10-И2. Для данной системы были сформированы цели и задачи автоматизации. Целями создания системы являются: обеспечение безопасной, надежной, эффективной и безаварийной эксплуатации оборудования; оптимизация затрат на техническое обслуживание и ремонт технологического оборудования. Для достижения сформированных целей необходимо выполнить следующие задачи: произвести реконструкцию системы управления печи сопротивления СНЗ-6.12.4/10-И2; обеспечить поддержание температуры в рабочем пространстве печи на заданном техпроцессом уровне, путем внедрения в систему тиристорного регулятора мощности; разработать систему визуализации технологического процесса.
Для поддержания температуры на заданном уровне был внедрен тиристорный регулятор MEYERTEC DRU3-100.
Внедрение тиристорных регуляторов в систему управление температуры в рабочем пространстве печи сопротивления, является на сегодняшний день наиболее эффективным методом точного регулирование параметра и экономии энергоресурсов.
Регулирование температуры с помощью тиристорных регуляторов имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них: минимальное участие оператора, плавная характеристика изменения температуры, значительная экономия электроэнергии. Опыт внедрения на некоторых предприятиях показал, что использование тиристорных регуляторов на печах сопротивления позволяет снизить удельный расход электроэнергии при термообработке на 10%.
Вторая глава выпускной квалификационной работы посвящена разработке технологической документации и выбору технологического оборудования для системы автоматического регулирования температуры в рабочем пространстве печи сопротивления. В данной работе были выбраны средства для реализации данной системы. Датчики обладают как дискретными, так и аналоговыми выходными сигналами, а именно: датчик температуры и концевые выключатели. В качестве программируемого логического контроллера был выбран ПЛК150-220.У- М фирмы ОВЕН. Перечень документации представляет собой: функциональная схема автоматизации, выполненная согласно ГОСТ 21.208-2013 и представлена в приложении А; принципиально-электрическая схема, выполненная согласно ГОСТ 2.701-2008 и представлена в приложении Б. Согласно системе, была построена математическая модель объекта управления (см. рисунок 2.5). Так как в тиристорном регуляторе встроен регулятор, то для поддержания температуры на заданном уровне, согласно техническому заданию, необходимо рассчитать коэффициенты данного регулятора. В результате регулятор был настроен на технический оптимум и регулятор получился ПИД-звеном. По графику переходного процесса (см. рисунок 2.6) видно, что данный регулятор рассчитан, верно, так как установившееся значение равно заданному. По переходному процессу (см. рисунок 2.6) были определены основные показатели качества такие как: перерегулирование оно составило 4,3%; время первого достижения установившегося значения оно равняется 3400 с; время первого достижения максимального значения равное 3400с; время переходного процесса равное 3400 с.
HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом.
Данная панель позволяет отслеживать технологический процесс и управлять исполнительными механизмами, тем самым увеличивая скорость пусконаладочных работ.
Данная модернизация системы управления температрой с применением тиристорного регулятора приводит к экономической выгоде в плане электроэнергии. Стоимость обслуживания незначительно возросла с тем, которая была раньше, так как оборудование не является дорогостоящим. Затраты на заработную плату остались на уровне прежних затрат, так как численность работников не изменилась, следовательно, и прочие расходы остались на прежнем уровне.
По расчетам основных показателей видно, что данная реконструкция является целесообразной и экономически оправданной, так как срок окупаемости составил 1 год.
Для поддержания температуры на заданном уровне был внедрен тиристорный регулятор MEYERTEC DRU3-100.
Внедрение тиристорных регуляторов в систему управление температуры в рабочем пространстве печи сопротивления, является на сегодняшний день наиболее эффективным методом точного регулирование параметра и экономии энергоресурсов.
Регулирование температуры с помощью тиристорных регуляторов имеет ряд неоценимых преимуществ. Приведём самые основные из них: минимальное участие оператора, плавная характеристика изменения температуры, значительная экономия электроэнергии. Опыт внедрения на некоторых предприятиях показал, что использование тиристорных регуляторов на печах сопротивления позволяет снизить удельный расход электроэнергии при термообработке на 10%.
Вторая глава выпускной квалификационной работы посвящена разработке технологической документации и выбору технологического оборудования для системы автоматического регулирования температуры в рабочем пространстве печи сопротивления. В данной работе были выбраны средства для реализации данной системы. Датчики обладают как дискретными, так и аналоговыми выходными сигналами, а именно: датчик температуры и концевые выключатели. В качестве программируемого логического контроллера был выбран ПЛК150-220.У- М фирмы ОВЕН. Перечень документации представляет собой: функциональная схема автоматизации, выполненная согласно ГОСТ 21.208-2013 и представлена в приложении А; принципиально-электрическая схема, выполненная согласно ГОСТ 2.701-2008 и представлена в приложении Б. Согласно системе, была построена математическая модель объекта управления (см. рисунок 2.5). Так как в тиристорном регуляторе встроен регулятор, то для поддержания температуры на заданном уровне, согласно техническому заданию, необходимо рассчитать коэффициенты данного регулятора. В результате регулятор был настроен на технический оптимум и регулятор получился ПИД-звеном. По графику переходного процесса (см. рисунок 2.6) видно, что данный регулятор рассчитан, верно, так как установившееся значение равно заданному. По переходному процессу (см. рисунок 2.6) были определены основные показатели качества такие как: перерегулирование оно составило 4,3%; время первого достижения установившегося значения оно равняется 3400 с; время первого достижения максимального значения равное 3400с; время переходного процесса равное 3400 с.
HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом.
Данная панель позволяет отслеживать технологический процесс и управлять исполнительными механизмами, тем самым увеличивая скорость пусконаладочных работ.
Данная модернизация системы управления температрой с применением тиристорного регулятора приводит к экономической выгоде в плане электроэнергии. Стоимость обслуживания незначительно возросла с тем, которая была раньше, так как оборудование не является дорогостоящим. Затраты на заработную плату остались на уровне прежних затрат, так как численность работников не изменилась, следовательно, и прочие расходы остались на прежнем уровне.
По расчетам основных показателей видно, что данная реконструкция является целесообразной и экономически оправданной, так как срок окупаемости составил 1 год.