Помощь студентам в учебе
Разработка системы позиционирования валков прошивного стана ТПЦ №1 ПАО «ЧТПЗ»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технологического процесса и ВЫБОР основного оборудования 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса, принцип
работы механизма 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма ... 14
1.3 Требования к приводам в системе автоматизации 17
1.4 Выбор системы привода 18
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 22
1.6 Выбор основного силового оборудования 30
1.7 Защиты привода, расчет уставок защитных устройств 34
2 РАЗРАБОТКА САУ 36
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 36
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 38
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 40
2.4 Выбор и разработка контура регулирования технологических
координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 42
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 56
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 56
3.2 Расчет производственной программы цеха 57
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 60
3.4 Расчет РСЭО 62
3.5 Расчет затрат на оплату труда со страховыми отчислениями 64
3.6 Расчет прибыли 66
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 67
3.7 Сводная таблица технико-экономических расчетов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технологического процесса и ВЫБОР основного оборудования 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса, принцип
работы механизма 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма ... 14
1.3 Требования к приводам в системе автоматизации 17
1.4 Выбор системы привода 18
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 22
1.6 Выбор основного силового оборудования 30
1.7 Защиты привода, расчет уставок защитных устройств 34
2 РАЗРАБОТКА САУ 36
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 36
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 38
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 40
2.4 Выбор и разработка контура регулирования технологических
координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 42
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 56
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 56
3.2 Расчет производственной программы цеха 57
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 60
3.4 Расчет РСЭО 62
3.5 Расчет затрат на оплату труда со страховыми отчислениями 64
3.6 Расчет прибыли 66
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 67
3.7 Сводная таблица технико-экономических расчетов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
В данной выпускной квалификационной работе (ВКР) рассматривается система позиционирования валков прошивного стана, первого трубопрокатного цеха ПАО «ЧТПЗ».
Рассматриваемый стан предназначен для прошивки сплошных заготовок в полые гильзы, участвующий в процессе изготовления горячедеформированных бесшовных труб. Система позиционирования валков предназначена для задания внешнего диаметра получаемых гильз, и изменения обжатия заготовки при ее прошивке.
Изменение обжатия получаемой гильзы валками, позволяет, в соответствии с технологией прошивки цельнометаллических слитков, формировать контур гильзы, который, при дальнейшем прокате, снижает количество формирующихся на торцах труб дефектов, что, в свою очередь, снижает расходный коэффициент материала, по отношению к готовой продукции.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки:
1) При позиционировании валков, измерение их координат происходит вручную, методом измерения расстояния от станины установки, до подушек валков.
2) Изменение обжатия заготовок осуществляется только одним рабочим валком прошивного стана.
3) В качестве электрических двигателей, приводов позиционирования валков, используются устаревшие асинхронные двигатели с фазным ротором.
Для избавления от указанных недостатков, в данной ВКР рассматривается система, позволяющая: устанавливать валки по задаваемым оператором координатам; осуществлять синхронное перемещение рабочих валков двумя приводами; изменять обжатие заготовки двумя валками синхронно.
В первой главе ВКР будет: рассмотрен технологический процесс работы, функционирующей, на данный момент системы приводов позиционирования валков прошивного стана; сформулированы требования к ее приводам; в соответствии с требованиями, произведены расчёты привода; построены тахограмма и нагрузочная диаграмма самого нагруженного режима работы привода; произведен, в соответствии с расчетными данными, выбор двигателя для рассматриваемых приводов, а также, выбор основного силового оборудования, и устройств защиты; построена упрощенная электрическая схема привода, эквивалентная для каждого из четырех рассматриваемых приводов.
Во второй главе ВКР будет: спроектирована система автоматического регулирования (САР), произведен выбор контроллера и датчиков технологических координат; разработана математическая модель проектируемой системы управления, и получены результаты моделирования.
В третьей главе ВКР будут представлены технико-экономические показатели установки, экономическое обоснование работы, рассчитан ее срок окупаемости.
Рассматриваемая система имеет широкие возможности для расширения, например - создание системы мониторинга технологических процессов, автоматическое формирование отчетности о течении технологического процесса, и учета объемов выполняемых работ.
Рассматриваемый стан предназначен для прошивки сплошных заготовок в полые гильзы, участвующий в процессе изготовления горячедеформированных бесшовных труб. Система позиционирования валков предназначена для задания внешнего диаметра получаемых гильз, и изменения обжатия заготовки при ее прошивке.
Изменение обжатия получаемой гильзы валками, позволяет, в соответствии с технологией прошивки цельнометаллических слитков, формировать контур гильзы, который, при дальнейшем прокате, снижает количество формирующихся на торцах труб дефектов, что, в свою очередь, снижает расходный коэффициент материала, по отношению к готовой продукции.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки:
1) При позиционировании валков, измерение их координат происходит вручную, методом измерения расстояния от станины установки, до подушек валков.
2) Изменение обжатия заготовок осуществляется только одним рабочим валком прошивного стана.
3) В качестве электрических двигателей, приводов позиционирования валков, используются устаревшие асинхронные двигатели с фазным ротором.
Для избавления от указанных недостатков, в данной ВКР рассматривается система, позволяющая: устанавливать валки по задаваемым оператором координатам; осуществлять синхронное перемещение рабочих валков двумя приводами; изменять обжатие заготовки двумя валками синхронно.
В первой главе ВКР будет: рассмотрен технологический процесс работы, функционирующей, на данный момент системы приводов позиционирования валков прошивного стана; сформулированы требования к ее приводам; в соответствии с требованиями, произведены расчёты привода; построены тахограмма и нагрузочная диаграмма самого нагруженного режима работы привода; произведен, в соответствии с расчетными данными, выбор двигателя для рассматриваемых приводов, а также, выбор основного силового оборудования, и устройств защиты; построена упрощенная электрическая схема привода, эквивалентная для каждого из четырех рассматриваемых приводов.
Во второй главе ВКР будет: спроектирована система автоматического регулирования (САР), произведен выбор контроллера и датчиков технологических координат; разработана математическая модель проектируемой системы управления, и получены результаты моделирования.
В третьей главе ВКР будут представлены технико-экономические показатели установки, экономическое обоснование работы, рассчитан ее срок окупаемости.
Рассматриваемая система имеет широкие возможности для расширения, например - создание системы мониторинга технологических процессов, автоматическое формирование отчетности о течении технологического процесса, и учета объемов выполняемых работ.
Анализ технологического процесса работы прошивного стана ТПЦ №1 ПАО «ЧТПЗ» показал:
1) При позиционировании валков, измерение их координат происходит вручную, методом измерения расстояния от станины установки, до подушек валков.
2) Изменение обжатия заготовок осуществляется только одним рабочим валком прошивного стана.
3) В качестве электрических двигателей, приводов позиционирования валков, используются устаревшие асинхронные двигатели с фазным ротором.
Для устранение вышеперечисленны недостатков была предложена система, позволяющая: устанавливать валки по задаваемым оператором координатам; осуществлять синхронное перемещение рабочих валков двумя приводами; изменять обжатие заготовки двумя валками синхронно. Такое решение позволяет снизить расходный коэффициент сырья, по отношению к объемам выпускаемой продукции, что, в свою очередь, позволит увеличить валовый выпуск продукции при тех же объемах сырья, и повысит прибыль предприятия.
Был произведен анализ работы функционирующих, на данный момент, приводов позиционирования валков прошивного стана; сформулированы требования к ним; в соответствии с требованиями, произведены расчёты привода; построены тахограмма и нагрузочная диаграмма самого нагруженного режима работы привода; для рассматриваемых приводов, в соответствии с расчетными данными, произведен выбор двигателя модели AMTK280S8, мощностью 45 кВт; осуществлен, выбор основного силового оборудования (в т.ч. силовой модуль преобразователя частоты линейки SINAMIC 120S), и устройств защиты.
Также, была построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер SIMATIC S7-1500, модели CPU 1516-3 PN/DP, протоколы соединения уровней между собой. В качестве датчика положения валков прошивного стана, был выбран абсолютный энкодер PROFINET IRT 13 х 14 бит с интерфейсом EnDat. Выбранное оборудование соответствует требованиям унификации - оборудование соответствует уже эксплуатируемому в цехе, и не требует переобучения персонала, или приобретения программаторов и программного обеспечения. Также система имеет возможность расширения и внедрения таких элементов, как система мониторинга и др.
Был произведен расчет, и, в соответствии с ним, построена математическая модель, отражающая, синхронизированную по положению, работу двух приводов, что может применяться как для позиционирования парами приводов каждого валка, так и для синхронного изменения обжатия заготовки выходными приводами клети прошивного стана. Было произведено моделирование, результаты которого полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Приведенные в экономических расчетах данные показывают, что реконструкции позволит, при нынешнем валовом выпуске, экономить 360 тонн материала, который, по итогу производственное процесса, станет полезной продукцией.
Расчетные капитальные вложения составили 4 522 891 рубль, а прибыль от реконструкции - 2 087 998 рублей. Соответственно, срок окупаемости составил 2 года и 2 месяца.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Таким образом, все задачи, поставленные ВКР, выполнены, а цель достигнута.
1) При позиционировании валков, измерение их координат происходит вручную, методом измерения расстояния от станины установки, до подушек валков.
2) Изменение обжатия заготовок осуществляется только одним рабочим валком прошивного стана.
3) В качестве электрических двигателей, приводов позиционирования валков, используются устаревшие асинхронные двигатели с фазным ротором.
Для устранение вышеперечисленны недостатков была предложена система, позволяющая: устанавливать валки по задаваемым оператором координатам; осуществлять синхронное перемещение рабочих валков двумя приводами; изменять обжатие заготовки двумя валками синхронно. Такое решение позволяет снизить расходный коэффициент сырья, по отношению к объемам выпускаемой продукции, что, в свою очередь, позволит увеличить валовый выпуск продукции при тех же объемах сырья, и повысит прибыль предприятия.
Был произведен анализ работы функционирующих, на данный момент, приводов позиционирования валков прошивного стана; сформулированы требования к ним; в соответствии с требованиями, произведены расчёты привода; построены тахограмма и нагрузочная диаграмма самого нагруженного режима работы привода; для рассматриваемых приводов, в соответствии с расчетными данными, произведен выбор двигателя модели AMTK280S8, мощностью 45 кВт; осуществлен, выбор основного силового оборудования (в т.ч. силовой модуль преобразователя частоты линейки SINAMIC 120S), и устройств защиты.
Также, была построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер SIMATIC S7-1500, модели CPU 1516-3 PN/DP, протоколы соединения уровней между собой. В качестве датчика положения валков прошивного стана, был выбран абсолютный энкодер PROFINET IRT 13 х 14 бит с интерфейсом EnDat. Выбранное оборудование соответствует требованиям унификации - оборудование соответствует уже эксплуатируемому в цехе, и не требует переобучения персонала, или приобретения программаторов и программного обеспечения. Также система имеет возможность расширения и внедрения таких элементов, как система мониторинга и др.
Был произведен расчет, и, в соответствии с ним, построена математическая модель, отражающая, синхронизированную по положению, работу двух приводов, что может применяться как для позиционирования парами приводов каждого валка, так и для синхронного изменения обжатия заготовки выходными приводами клети прошивного стана. Было произведено моделирование, результаты которого полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Приведенные в экономических расчетах данные показывают, что реконструкции позволит, при нынешнем валовом выпуске, экономить 360 тонн материала, который, по итогу производственное процесса, станет полезной продукцией.
Расчетные капитальные вложения составили 4 522 891 рубль, а прибыль от реконструкции - 2 087 998 рублей. Соответственно, срок окупаемости составил 2 года и 2 месяца.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Таким образом, все задачи, поставленные ВКР, выполнены, а цель достигнута.