Реконструкция привода вращения измерительного модуля мехатронной
системы контроля параметров фаски, внутреннего диаметра и овальности
службы НМК цеха «Высота 239» ПАО «ЧТПЗ»
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 7
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 8
1.3 Требования к приводу и системе автоматизации 13
1.4 Выбор системы привода 14
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 18
1.5.1 Расчет привода платформы 18
1.5.2 Расчет привода системы вращения измерительного модуля 22
1.5.3 Расчет привода настройки на диаметр 25
1.6 Выбор основного оборудования 28
1.7 Защита привода 37
2. РАЗРАБОТКА САУ 40
2.1 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 40
2.2 Архитектура системы автоматизации 43
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 44
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 46
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 46
3. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 57
3.1 Расчёт производственной программы 57
3.2 Расчет сметы капитальных затрат 59
3.3 Расчет РСЭО до внедрения проектируемых мероприятий 60
3.4 Расчет РСО после внедрения проектируемых мероприятий 62
3.5 Расчет затрат на оплату труда со страховыми отчислениями 63
3.6 Расчет итоговых показателей 65
3.7 Расчет срока окупаемости проекта 66
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических показателей 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
В выпускной квалификационной работе будет рассмотрен привод вращение измерительного модуля мехатронной системы проверки геометрических параметров труб большого диаметра. Установка находится в
трубоэлектросварочном цехе (ТЭСЦ) «Высота 239» ПАО ЧТПЗ. Данная система - это сдаточная установка, проверяет геометрию трубы, соответствуют ее параметры допустимым или нет. Если не соответствует, то труба отправляется на доработку либо списывается в брак.
Цель данной ВКР: повысить производительность установки, а также, проведя анализ технологического процесса, найти пути оптимизации работы установки.
В 1 главе ВКР будет рассмотрены технологический процесс работы установки, сформулированы требования к механизму. Исходя из требований будет построена нагрузочная диаграмма и тахограмма работы привода вращения. Затем будет выбран двигатель и будет проведена проверка двигателя по нагреву. После выбора двигателя будут выбраны частотный преобразователь, автоматический выключатель и необходимые элементы электрической схемы. Также будет представлена упрощенная электрическая схема.
Во 2 главе ВКР будет идет проектирование системы автоматического управления (САУ) привода вращения. Выбираются датчики технологических координат, контроллер. Далее идет разработка системы управления установки и моделирования основных режимов работы мехатронной системы. Полученные переходные процессы должны полностью удовлетворять требованиям, поставленным в 1 главе ВКР.
В 3 главе представлен экономическое обоснование реконструкции привода вращения измерительного модуля. Рассчитывается срок окупаемости реконструкции, приводится сводная таблица технико-экономических показателей. По данной таблице можно сказать о целесообразности вводимой реконструкции.
Проведя анализ технологического процесса работы сдаточной установки, есть предложение заменить механическую часть привода вращения измерительного модуля (ИМ). Это позволит сократить время возвращения ИМ в исходное положение, не изменяя скорости проверки геометрических параметров трубы. Уменьшение времени будет достигаться за счет понижения передаточного числа редуктора с 726 до 549. Это позволит уменьшить время возвращения порядка 6 секунд, благодаря этому время на проверку одной трубы станет равным 114 секунд вместо 120 секунд.
Был произведен анализ работы привода вращения установки и сформулированы требования к его технологическому процессу работы. Рассчитана тахограмма и нагрузочная диаграмма и по ней был выбран двигатель ЭК871М4 (фирмы Sew-Eurodrive) мощностью 0,55 кВт, который прошел проверки по перегреву и по перегрузочной способности. Для управления двигателем выбран частотный преобразователь CIMR-F7Z41P5 фирмы OMRON.
Построена архитектура системы автоматизации. В установке стоит контроллер CJ1M-CPU13-ETH фирмы OMRON, протоколы соединения уровней между собой по Profibus, датчик положения измерительного модуля - абсолютный энкодер CES58M-00206 по DeviceNet. Данное оборудование полностью подходит для установки, контроллер имеет достаточное количеств сигнальных входов и выходов. Также персонал уже имеет опыт работы и необходимое программное обеспечение, что является весомым аргументом в пользу данного оборудования. Абсолютный энкодер CES58M-00206 обладает высокой точностью.
В среде Matlab построена математическая модель системы вращения ИМ. Посчитаны регуляторы скорости и регулятор положения. Структура регулятора скорости выбрана пропорциональной-интегральной, так как измерительный модуль должен проводить проверку на определенной скорости, статическая ошибка не допускается. Регулятор положения выбран нелинейным так, как данный регулятор позволит выполнить перемещение максимально быстро и в тоже время максимально точно, без перерегулирования по положению.
В результате моделирования полученные переходные процессы полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Реконструкция привода вращения ИМ увеличит производительность установки в час с 30 труб/час до 31,6 труб/час. Тем самым увеличится производственная программа установки, разница составит 70 094,9.
В результате выбора нового оборудования увеличится и электропотребление, это связано с увеличение мощности электродвигателя. Повышение расходов увеличит себестоимость продукции с 50 300 руб/т до 50 300,03 руб/т.
Капитальные вложения в реконструкцию составляют
400 110 рублей , прибыль полученная с реконструкции составляет 123,3 млн. рублей окупаемости проекта 1 год 4 месяца.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Таким образом, все задачи, поставленные ВКР, выполнены, а цель достигнута.
