Помощь студентам в учебе
Реконструкция главного электропривода механизма подъема мехатронной системы лифтового стеллажа отдела сборки датчиков давления ОА ПГ «Метран»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1. Характеристика цеха, описание работы механизма 7
1.2. Характеристика и кинематическая схема механизма 9
1.3. Требование к приводам и системе автоматизации 13
1.4. Выбор системы привода 14
1.5. Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.6. Выбор основного силового оборудования 29
1.7. Защита привода 31
2 РАЗРАБОТКА САУ 36
2.1. Выбор контроллера и датчиков технологических координат 36
2.2. Разработка архитектуры систем автоматизации 38
2.3. Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого механизма 40
2.4. Выбор и проектирование контура регулирования технологических
координат 42
2.5. Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых
технологических процессов 42
3 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 58
3.1. Расчет производственной программы цеха 58
3.2. Расчеты сметы капитальных затрат 60
3.3. Расчет РСЭО 62
3.4. Расчет зарплат на оплату труда со страховыми отчислениями 65
3.5. Расчет прибыли и показатели рентабельности 66
3.6. Расчет срока окупаемости проекта 67
3.7. Сводная таблица технико - экономических расчетов 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1. Характеристика цеха, описание работы механизма 7
1.2. Характеристика и кинематическая схема механизма 9
1.3. Требование к приводам и системе автоматизации 13
1.4. Выбор системы привода 14
1.5. Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.6. Выбор основного силового оборудования 29
1.7. Защита привода 31
2 РАЗРАБОТКА САУ 36
2.1. Выбор контроллера и датчиков технологических координат 36
2.2. Разработка архитектуры систем автоматизации 38
2.3. Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого механизма 40
2.4. Выбор и проектирование контура регулирования технологических
координат 42
2.5. Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых
технологических процессов 42
3 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 58
3.1. Расчет производственной программы цеха 58
3.2. Расчеты сметы капитальных затрат 60
3.3. Расчет РСЭО 62
3.4. Расчет зарплат на оплату труда со страховыми отчислениями 65
3.5. Расчет прибыли и показатели рентабельности 66
3.6. Расчет срока окупаемости проекта 67
3.7. Сводная таблица технико - экономических расчетов 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
В выпускной квалификационной работы (ВКР) будет рассмотрен главный привод лифтового стеллажа Hannel, который расположен в отделе сборки датчиков давления в АО ПГ «Метран». Лифтовой стеллаж - это механизма, из которого рабочие, путем ввода соответствующего алгоритма на пульте управления, берут необходимые для сборки датчика детали.
Лифтовой стеллаж - совокупность механизмов, позволяющих выбрать необходимую деталь и с помощью управляемого программируемого автоматического устройства достать или поставить деталь на полку лифтового стеллажа.
Применение лифтового стеллажа позволяет в значительной мере экономить площадь на производстве, улучшает условие хранение деталей, исключая вредные воздействия окружающей среды, позволяет упорядочить хранение деталей. Неотъемлемой частью данного механизма является привод, который управляется силовым оборудованием и осуществляет движение по заданной программе. В данном механизме требования к приводу применяются только по скорости вращению и моменту, что обусловлено скоростью выдачи груза и максимальной грузоподъемностью экстактора.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки:
1) При проведении внеплановых и капитальных ремонтов лифтового стеллажа предприятие привлекает стороннюю организацию. Как следствие увеличиваются простои линии сборки датчиков давления, поскольку ремонтная бригада затрачивает время на поездку, выявление проблемы и транспортировку необходимых запчастей.
2) Существующий частотный преобразователь частотный преобразователь не обеспечивает рекуперацию энергии.
Предлагаемое решение в данной ВКР является реконструкция главного электропривода мехатронной системы лифтового стеллажа. В ходе реконструкции лифтового стеллажа будет поставлено оборудование компании Emerson, частью которой является предприятие АО ПГ «Метран». При таком подходе мы получаем следующие преимущества:
1) Специалисты по проведению внеплановых и капитальных ремонтов будут находится на предприятии, соответственно будет экономиться время на транспортировку, и уменьшаться простои линии сборки датчиков давления
2) На складе присутствуют запасные детали для оборудования, так как производителем этого оборудования является предприятия компании Emerson
3) Нет необходимости в обучении персонала, поскольку рабочие имеют опыт работы с данным оборудованием
4) При реконструкции будет заменен частотный преобразователь, на преобразователь с активным выпрямителем, что позволит обеспечить рекуперацию энергии в сеть.
В 1 главе ВКР будет рассмотрены технологический процесс работы лифтового стеллажа, сформулированы требования к механизму. Исходя из требований будет построена нагрузочная диаграмма и тахограмма самого нагруженного режима работы главного привода стеллажа. 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 лифтового стеллажа.
Во 2 главе ВКР будет идет проектирование системы автоматического управления (САУ) главного привода лифтового стеллажа. Выбираются датчики технологических координат, контроллер. Далее идет разработка системы управления лифтовым стеллажом и моделирования основных режимов работы лифтового стеллажа. Полученные переходные процессы должны полностью удовлетворять требованиям, поставленным в 1 главе ВКР.
В 3 главе представлен экономическое обоснование реконструкции главного привода лифтового стеллажа. Рассчитывается срок окупаемости реконструкции, приводится сводная таблица технико-экономических показателей. По данной таблице можно сказать о целесообразности вводимой реконструкции.
Однако существуют и другие проблемы на производстве, не рассмотренные в данной ВКР. Рабочие тратят большое количество времени стоя в очереди к лифтовому стеллажу, покидают свои рабочие места, чтобы взять детали. Соответственно эти перемещения занимают большое количество времени и в целом уменьшают производительность линии сборки датчиков давления.
Одно из возможных решений, которое будет рассматриваться в дальнейшем, это разработка конвейерной линии. Конвейерная линия сама доставит необходимые детали до рабочего места. Необходимо лишь ввести соответствующий код на пульте, который будет предусмотрен на рабочих местах, и лифтовой стеллаж выдаст нужный поддон, который будет транспортировать по конвейерной линии непосредственно на рабочее место.
Также необходимо учесть следующее: после выборки необходимых деталей поддон должен переместиться обратно к стеллажу, возможно по другой конвейерной линии.
Данная проблема будет рассматриваться в магистерской выпускной квалификационной работе.
В данной ВКР будет рассматриваться исключительно реконструкция главного привода лифтового стеллажа, плюсы от которой перечислены выше.
Лифтовой стеллаж - совокупность механизмов, позволяющих выбрать необходимую деталь и с помощью управляемого программируемого автоматического устройства достать или поставить деталь на полку лифтового стеллажа.
Применение лифтового стеллажа позволяет в значительной мере экономить площадь на производстве, улучшает условие хранение деталей, исключая вредные воздействия окружающей среды, позволяет упорядочить хранение деталей. Неотъемлемой частью данного механизма является привод, который управляется силовым оборудованием и осуществляет движение по заданной программе. В данном механизме требования к приводу применяются только по скорости вращению и моменту, что обусловлено скоростью выдачи груза и максимальной грузоподъемностью экстактора.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки:
1) При проведении внеплановых и капитальных ремонтов лифтового стеллажа предприятие привлекает стороннюю организацию. Как следствие увеличиваются простои линии сборки датчиков давления, поскольку ремонтная бригада затрачивает время на поездку, выявление проблемы и транспортировку необходимых запчастей.
2) Существующий частотный преобразователь частотный преобразователь не обеспечивает рекуперацию энергии.
Предлагаемое решение в данной ВКР является реконструкция главного электропривода мехатронной системы лифтового стеллажа. В ходе реконструкции лифтового стеллажа будет поставлено оборудование компании Emerson, частью которой является предприятие АО ПГ «Метран». При таком подходе мы получаем следующие преимущества:
1) Специалисты по проведению внеплановых и капитальных ремонтов будут находится на предприятии, соответственно будет экономиться время на транспортировку, и уменьшаться простои линии сборки датчиков давления
2) На складе присутствуют запасные детали для оборудования, так как производителем этого оборудования является предприятия компании Emerson
3) Нет необходимости в обучении персонала, поскольку рабочие имеют опыт работы с данным оборудованием
4) При реконструкции будет заменен частотный преобразователь, на преобразователь с активным выпрямителем, что позволит обеспечить рекуперацию энергии в сеть.
В 1 главе ВКР будет рассмотрены технологический процесс работы лифтового стеллажа, сформулированы требования к механизму. Исходя из требований будет построена нагрузочная диаграмма и тахограмма самого нагруженного режима работы главного привода стеллажа. 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 лифтового стеллажа.
Во 2 главе ВКР будет идет проектирование системы автоматического управления (САУ) главного привода лифтового стеллажа. Выбираются датчики технологических координат, контроллер. Далее идет разработка системы управления лифтовым стеллажом и моделирования основных режимов работы лифтового стеллажа. Полученные переходные процессы должны полностью удовлетворять требованиям, поставленным в 1 главе ВКР.
В 3 главе представлен экономическое обоснование реконструкции главного привода лифтового стеллажа. Рассчитывается срок окупаемости реконструкции, приводится сводная таблица технико-экономических показателей. По данной таблице можно сказать о целесообразности вводимой реконструкции.
Однако существуют и другие проблемы на производстве, не рассмотренные в данной ВКР. Рабочие тратят большое количество времени стоя в очереди к лифтовому стеллажу, покидают свои рабочие места, чтобы взять детали. Соответственно эти перемещения занимают большое количество времени и в целом уменьшают производительность линии сборки датчиков давления.
Одно из возможных решений, которое будет рассматриваться в дальнейшем, это разработка конвейерной линии. Конвейерная линия сама доставит необходимые детали до рабочего места. Необходимо лишь ввести соответствующий код на пульте, который будет предусмотрен на рабочих местах, и лифтовой стеллаж выдаст нужный поддон, который будет транспортировать по конвейерной линии непосредственно на рабочее место.
Также необходимо учесть следующее: после выборки необходимых деталей поддон должен переместиться обратно к стеллажу, возможно по другой конвейерной линии.
Данная проблема будет рассматриваться в магистерской выпускной квалификационной работе.
В данной ВКР будет рассматриваться исключительно реконструкция главного привода лифтового стеллажа, плюсы от которой перечислены выше.
Проведя анализ технологического процесса работы лифтового стеллажа были выявлены следующие проблемы: большое время простоя отдела сборки датчиков давления во время капитального и внепланового ремонта лифтового стеллажа и отсутствие рекуперации энергии в сеть. В качестве решение было предложено реконструировать главный привод лифтового стеллажа. Как следствие уменьшаться простои линии сборки датчиков давления за счет проведения ремонта своими специалистами, а не сторонней организацией и будет экономиться электроэнергия предприятия.
Был произведен анализ работы главного привода лифтового стеллажа и сформулированы требования к его технологическому процессу работы. Рассчитана тахограмма и нагрузочная диаграмма и по ней был выбран двигатель АИР 100 L2 мощностью 5,5 кВт, который прошел проверки по перегреву и по перегрузочной способности. Для управления двигателем выбран частотный преобразователь Unidrive M600 компании Emerson, который обеспечивает рекуперацию энергии в сеть, что тоже приносит экономию.
Построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер РК100 DeltaV, протоколы соединения уровней между собой, а также датчик положения экстрактора лифтового стеллажа - абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP. Данное оборудование полностью подходит для лифтового стеллажа, контроллер поддерживает нужный интерфейс, имеет достаточное количеств сигнальных входов и выходов, поскольку производителем контроллера является компания Emerson то цена этого контроллера обусловлена его себестоимостью. Также персонал уже имеет опыт работы и необходимое программное обеспечение, что является весомым аргументом в пользу выбора этого контроллера. Абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP также поддерживает Ethernet и обладает высокой точностью.
В среде Matlab построена математическая модель системы вертикального положения экстрактора. Приведена схема для нагруженного экстрактора и для разгруженного экстрактора. Посчитаны регуляторы скорости и регулятор положения. Структура регулятора скорости выбрана пропорциональной, так как нет требований по точности скорости. Регулятор положения выбран нелинейным так, как данный регулятор позволит выполнить перемещение максимально быстро и в тоже время максимально точно, без перерегулирования по положению. Также в модели присутствует электромагнитный тормоз, на котором держится груз в момент отключения двигателя.
В Matlab промоделированы основные режимы работы электропривода, а именно самый нагруженный режим, режим малых, средних и больших перемещений.
В результате моделирования полученные переходные процессы полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Реконструкция лифтового стеллажа увеличила фактическое время работы линии сборки датчиков давления с 2675,2 до 2705,6 часов в год, что позволило произвести 48 701 датчик вместо 48 153 датчика.
Также в результате выбора частотного преобразователя с активным выпрямителем появилась экономия электроэнергии, что снизило себестоимость датчика давления с 15 000 рублей до 14997,5 рублей.
Капитальные вложения в реконструкцию составляют 400 000 руб, срок,
прибыль полученная с реконструкции составляет 6, 66 млн. рублей окупаемости проекта 1 год 3 месяца.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Таким образом, все задачи, поставленные ВКР, выполнены, а цель достигнута.
Был произведен анализ работы главного привода лифтового стеллажа и сформулированы требования к его технологическому процессу работы. Рассчитана тахограмма и нагрузочная диаграмма и по ней был выбран двигатель АИР 100 L2 мощностью 5,5 кВт, который прошел проверки по перегреву и по перегрузочной способности. Для управления двигателем выбран частотный преобразователь Unidrive M600 компании Emerson, который обеспечивает рекуперацию энергии в сеть, что тоже приносит экономию.
Построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер РК100 DeltaV, протоколы соединения уровней между собой, а также датчик положения экстрактора лифтового стеллажа - абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP. Данное оборудование полностью подходит для лифтового стеллажа, контроллер поддерживает нужный интерфейс, имеет достаточное количеств сигнальных входов и выходов, поскольку производителем контроллера является компания Emerson то цена этого контроллера обусловлена его себестоимостью. Также персонал уже имеет опыт работы и необходимое программное обеспечение, что является весомым аргументом в пользу выбора этого контроллера. Абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP также поддерживает Ethernet и обладает высокой точностью.
В среде Matlab построена математическая модель системы вертикального положения экстрактора. Приведена схема для нагруженного экстрактора и для разгруженного экстрактора. Посчитаны регуляторы скорости и регулятор положения. Структура регулятора скорости выбрана пропорциональной, так как нет требований по точности скорости. Регулятор положения выбран нелинейным так, как данный регулятор позволит выполнить перемещение максимально быстро и в тоже время максимально точно, без перерегулирования по положению. Также в модели присутствует электромагнитный тормоз, на котором держится груз в момент отключения двигателя.
В Matlab промоделированы основные режимы работы электропривода, а именно самый нагруженный режим, режим малых, средних и больших перемещений.
В результате моделирования полученные переходные процессы полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям.
Реконструкция лифтового стеллажа увеличила фактическое время работы линии сборки датчиков давления с 2675,2 до 2705,6 часов в год, что позволило произвести 48 701 датчик вместо 48 153 датчика.
Также в результате выбора частотного преобразователя с активным выпрямителем появилась экономия электроэнергии, что снизило себестоимость датчика давления с 15 000 рублей до 14997,5 рублей.
Капитальные вложения в реконструкцию составляют 400 000 руб, срок,
прибыль полученная с реконструкции составляет 6, 66 млн. рублей окупаемости проекта 1 год 3 месяца.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Таким образом, все задачи, поставленные ВКР, выполнены, а цель достигнута.