Помощь студентам в учебе
Модернизация мехатронной системы толкателя методической печи
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
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 10
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 13
1.4 Выбор системы привода 14
1.5 Расчёт нагрузочной диаграммы и тахограммы 17
1.6 Выбор основного силового оборудования 19
1.7 Защита привода 29
2 РАЗРАБОТКА САУ 33
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 33
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.2.1 Программируемый логический контроллер 37
2.2.2 Блок питания 38
2.2.3 Выбор датчиков 40
2.2.4 Абсолютный энкодер 43
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода 45
2.4 Разработка контуров регулирования технологических координат 46
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых режимов
работы 47
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 57
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 57
3.2 Расчёт производственной программы цеха 57
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 59
3.3.1 Расчёт стоимости приобретённого оборудования 60
3.3.2 Расчет затрат на монтаж оборудования 61
3.3.3 Расчет величин транспортных расходов 61
3.4 Расчёт общего фонда оплаты 61
3.5 Расчет РСЭО 63
3.6 Расчёт прибыли 65
3.7 Расчет срока окупаемости 65
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ВВЕДЕНИЕ 6
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 10
1.3 Требования к электроприводу и системе автоматизации 13
1.4 Выбор системы привода 14
1.5 Расчёт нагрузочной диаграммы и тахограммы 17
1.6 Выбор основного силового оборудования 19
1.7 Защита привода 29
2 РАЗРАБОТКА САУ 33
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 33
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.2.1 Программируемый логический контроллер 37
2.2.2 Блок питания 38
2.2.3 Выбор датчиков 40
2.2.4 Абсолютный энкодер 43
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода 45
2.4 Разработка контуров регулирования технологических координат 46
2.5 Разработка структурной схемы САР и моделирование типовых режимов
работы 47
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 57
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции 57
3.2 Расчёт производственной программы цеха 57
3.3 Расчет сметы капитальных затрат 59
3.3.1 Расчёт стоимости приобретённого оборудования 60
3.3.2 Расчет затрат на монтаж оборудования 61
3.3.3 Расчет величин транспортных расходов 61
3.4 Расчёт общего фонда оплаты 61
3.5 Расчет РСЭО 63
3.6 Расчёт прибыли 65
3.7 Расчет срока окупаемости 65
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
Челябинский металлургический комбинат (ЧМК) - российское металлургическое предприятие, одно из крупнейших предприятий России полного металлургического цикла, специализирующееся на производстве сталей, изготовлении широкого сортамента металлопроката из различных марок стали для большого количества секторов экономики.
В наше время почти каждое производство в мире частично или полностью автоматизировано. Человек всё меньше взаимодействует с техникой и участвует в технологическом процессе только на этапе управления и контроля самого процесса.
Автоматизация производства требуется большинству предприятий. Прогресс не стоит на месте. Если предприятие будет следовать за прогрессом, то, скорее всего, это привлечёт большое количество тех, кто захочет с ними сотрудничать и помогать внедрять новшества в производство.
С автоматизацией производства уменьшается количество людей, непосредственно участвующих в технологическом процессе. Благодаря этому фактору уменьшается человеческий фактор. То есть в результате мы получаем увеличение качества продукции. Системы смогут работать с гораздо большей точностью, чем раньше. Например, автоматизированные системы центровки работают с очень маленькой погрешностью, либо без погрешности вообще, чем если бы центровкой занимался человек.
Автоматизированные системы позволяют значительно повысить эффективность производственного процесса, за счёт чего увеличивается объём выпускаемой продукции, а также могут существенно снизиться расходы на сырье.
Также автоматизация производства увеличивает безопасность самого производства. Уменьшается риск производственных травм у рабочих, влияние вредных условий работы на рабочего, что положительно скажется на бюджете производства.
В данной выпускной квалификационной работе объектом исследования выбран толкатель методической печи, который непосредственно задействован в технологическом процессе изготовления листового и сортового металлопроката.
Работоспособность толкателя значительно влияет на итоговую производительность производства. Цель данной работы - модернизация мехатронной системы толкателя заготовок методической печи для увеличения эффективности её работы.
Для достижения поставленной цели требуется определить и выполнить множество задач.
Для начала нужно провести анализ технологического процесса всей системы в целом и определить принцип работы самого толкателя печи. Далее требуется определить характеристики механизма и спроектировать кинематическую схему толкателя для последующего выявления проблемы и предложения её решения. На основе выбранного решения проблемы и из анализа технологического процесса и режимов работы механизма составлены требования к приводу и к системе автоматизации. В ходе проектирования рассчитаны необходимые усилия, приложенные к рабочему органу механизма. Зная усилия, необходимо было построить нагрузочные диаграммы и тахограмму, а на их основе выбрать подходящий двигатель и основное силовое оборудование - преобразователь частоты и систему защиты привода. Также нужно было произвести проверку двигателя на нагрев и перегрузочную способность.
Вторым большим этапом работы является разработка автоматизированной системы управления толкателя методической печи. Необходимо было построить архитектуру системы автоматизации. На её основе выбрать дополнительное оборудование. Это датчики технологических координат, контроллеры и блоки питания. Используя уже выделенные требования к системе автоматизации была построена функциональная схема регулирования электроприводом толкателя. После разработки функциональной схемы САР, необходимо детализировать систему: разработать контуры регулирования технологических координат.
Следующим действием является разработка структурной схемы системы автоматического управления, которая включает в себя расчёт передаточных функций звеньев схемы. Заключительным этапом разработки системы автоматического регулирования является моделирование типовых режимов работы привода толкателя.
В конце работы требуется экономическая оценка всего проекта в целом. Потому что каждое новшество должно быть экономически оправдано, иначе в нём нет никакого смысла.
Сначала было рассчитано годовое время работы механизма и производительно до и после модернизации. Далее производился расчёт капитальных затрат, то есть суммы затрат на новое оборудование, которое нужно приобрести или заменить, затрат на монтаж оборудования, расходов на транспорт, запасные части и остальную комплектацию оборудования. Необходимо было определить РСЭО - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. В них входят затраты на электроэнергию, амортизация оборудования и расходы на ремонт. Следующим этапом был расчет оплаты труда рабочим, задействованным в технологическом процессе до и после модернизации.
Заключительный этап в экономической оценке и он же самый важный - расчёт изменения прибыли после модернизации и расчёт срока окупаемости проекта. На основе этих показателей и делается вывод об эффективности предложенного решения.
В наше время почти каждое производство в мире частично или полностью автоматизировано. Человек всё меньше взаимодействует с техникой и участвует в технологическом процессе только на этапе управления и контроля самого процесса.
Автоматизация производства требуется большинству предприятий. Прогресс не стоит на месте. Если предприятие будет следовать за прогрессом, то, скорее всего, это привлечёт большое количество тех, кто захочет с ними сотрудничать и помогать внедрять новшества в производство.
С автоматизацией производства уменьшается количество людей, непосредственно участвующих в технологическом процессе. Благодаря этому фактору уменьшается человеческий фактор. То есть в результате мы получаем увеличение качества продукции. Системы смогут работать с гораздо большей точностью, чем раньше. Например, автоматизированные системы центровки работают с очень маленькой погрешностью, либо без погрешности вообще, чем если бы центровкой занимался человек.
Автоматизированные системы позволяют значительно повысить эффективность производственного процесса, за счёт чего увеличивается объём выпускаемой продукции, а также могут существенно снизиться расходы на сырье.
Также автоматизация производства увеличивает безопасность самого производства. Уменьшается риск производственных травм у рабочих, влияние вредных условий работы на рабочего, что положительно скажется на бюджете производства.
В данной выпускной квалификационной работе объектом исследования выбран толкатель методической печи, который непосредственно задействован в технологическом процессе изготовления листового и сортового металлопроката.
Работоспособность толкателя значительно влияет на итоговую производительность производства. Цель данной работы - модернизация мехатронной системы толкателя заготовок методической печи для увеличения эффективности её работы.
Для достижения поставленной цели требуется определить и выполнить множество задач.
Для начала нужно провести анализ технологического процесса всей системы в целом и определить принцип работы самого толкателя печи. Далее требуется определить характеристики механизма и спроектировать кинематическую схему толкателя для последующего выявления проблемы и предложения её решения. На основе выбранного решения проблемы и из анализа технологического процесса и режимов работы механизма составлены требования к приводу и к системе автоматизации. В ходе проектирования рассчитаны необходимые усилия, приложенные к рабочему органу механизма. Зная усилия, необходимо было построить нагрузочные диаграммы и тахограмму, а на их основе выбрать подходящий двигатель и основное силовое оборудование - преобразователь частоты и систему защиты привода. Также нужно было произвести проверку двигателя на нагрев и перегрузочную способность.
Вторым большим этапом работы является разработка автоматизированной системы управления толкателя методической печи. Необходимо было построить архитектуру системы автоматизации. На её основе выбрать дополнительное оборудование. Это датчики технологических координат, контроллеры и блоки питания. Используя уже выделенные требования к системе автоматизации была построена функциональная схема регулирования электроприводом толкателя. После разработки функциональной схемы САР, необходимо детализировать систему: разработать контуры регулирования технологических координат.
Следующим действием является разработка структурной схемы системы автоматического управления, которая включает в себя расчёт передаточных функций звеньев схемы. Заключительным этапом разработки системы автоматического регулирования является моделирование типовых режимов работы привода толкателя.
В конце работы требуется экономическая оценка всего проекта в целом. Потому что каждое новшество должно быть экономически оправдано, иначе в нём нет никакого смысла.
Сначала было рассчитано годовое время работы механизма и производительно до и после модернизации. Далее производился расчёт капитальных затрат, то есть суммы затрат на новое оборудование, которое нужно приобрести или заменить, затрат на монтаж оборудования, расходов на транспорт, запасные части и остальную комплектацию оборудования. Необходимо было определить РСЭО - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. В них входят затраты на электроэнергию, амортизация оборудования и расходы на ремонт. Следующим этапом был расчет оплаты труда рабочим, задействованным в технологическом процессе до и после модернизации.
Заключительный этап в экономической оценке и он же самый важный - расчёт изменения прибыли после модернизации и расчёт срока окупаемости проекта. На основе этих показателей и делается вывод об эффективности предложенного решения.
Целью данной выпускной квалификационной работы являлась модернизация мехатронной системы толкателя заготовок методической печи для увеличения эффективности её работы.
В процессе работы были выполнены следующие действия:
Произведён анализ технологического процесса, спроектирована кинематическая схема механизма и сформулированы основные требования к приводу и системе автоматизации.
Проанализированы различные системы привода, приведены их преимущества и недостатки, и, используя изложенные требования к приводу, сделан выбор в пользу электропривода.
На основе известных характеристик механизма найдены усилия, которые будут прикладываться к рабочему органу. По эквивалентному моменту выбран подходящий двигатель АИРМ132М8, после чего были построены нагрузочная диаграмма суммарного момента механизма и тахограмма привода. Сразу же произведена проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность. Выбрано основное силовое оборудование - преобразователь частоты и тормозной резистор, а также выбрана система защиты привода - плавкие предохранители, тепловое реле и реле тока.
При разработке системы автоматического управления была определена архитектура системы автоматизации толкателя печи. Далее выбрано оборудование для сбора данных и управления - оптические датчики, абсолютный энкодер и программируемый логический контроллер. Оборудование совместимо между собой и удовлетворяет требованиям к системе автоматизации.
Была разработана функциональная схема системы управления толкателем, где оптические датчики выполняют роль обратной связи по положению, а абсолютный энкодер выполняет роль обратной связи по скорости. Построены и описаны два контура регулирования координат - внешний контур регулирования положения и внутренний контур регулирования скорости. На основе функциональной схемы построена структурная схема управления и рассчитаны передаточные функции регуляторов и остальных звеньев. Далее была создана математическая модель системы в среде Matlab Simulink. Снятые переходные процессы доказывают, что разработанная модель системы автоматического управления приводом толкателя является устойчивой и удовлетворяет всем предъявленным требованиям.
В конце работа была произведена экономическая оценка выполненного проекта модернизации мехатронной системы толкателя методической печи. Внедрение модернизации позволяет увеличить эффективность установки, тем самым увеличивая дальнейшую прибыль.
Капитальные затраты составили 1252209 руб. Годовой объём производства увеличится на 1848 заготовок в год. Как следствие увеличение годовой прибыли составит 2,2 млн руб. Ежегодные затраты на оплату труда не изменяются. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования увеличатся на 29304 руб. в год. Срок окупаемости проекта составит 7 месяцев. Эти показатели позволяют считать модернизацию мехатронной системы толкателя методической печи экономически эффективной.
Таким образом, все поставленные задачи выполнены, а цель достигнута.
В процессе работы были выполнены следующие действия:
Произведён анализ технологического процесса, спроектирована кинематическая схема механизма и сформулированы основные требования к приводу и системе автоматизации.
Проанализированы различные системы привода, приведены их преимущества и недостатки, и, используя изложенные требования к приводу, сделан выбор в пользу электропривода.
На основе известных характеристик механизма найдены усилия, которые будут прикладываться к рабочему органу. По эквивалентному моменту выбран подходящий двигатель АИРМ132М8, после чего были построены нагрузочная диаграмма суммарного момента механизма и тахограмма привода. Сразу же произведена проверка двигателя на нагрев и перегрузочную способность. Выбрано основное силовое оборудование - преобразователь частоты и тормозной резистор, а также выбрана система защиты привода - плавкие предохранители, тепловое реле и реле тока.
При разработке системы автоматического управления была определена архитектура системы автоматизации толкателя печи. Далее выбрано оборудование для сбора данных и управления - оптические датчики, абсолютный энкодер и программируемый логический контроллер. Оборудование совместимо между собой и удовлетворяет требованиям к системе автоматизации.
Была разработана функциональная схема системы управления толкателем, где оптические датчики выполняют роль обратной связи по положению, а абсолютный энкодер выполняет роль обратной связи по скорости. Построены и описаны два контура регулирования координат - внешний контур регулирования положения и внутренний контур регулирования скорости. На основе функциональной схемы построена структурная схема управления и рассчитаны передаточные функции регуляторов и остальных звеньев. Далее была создана математическая модель системы в среде Matlab Simulink. Снятые переходные процессы доказывают, что разработанная модель системы автоматического управления приводом толкателя является устойчивой и удовлетворяет всем предъявленным требованиям.
В конце работа была произведена экономическая оценка выполненного проекта модернизации мехатронной системы толкателя методической печи. Внедрение модернизации позволяет увеличить эффективность установки, тем самым увеличивая дальнейшую прибыль.
Капитальные затраты составили 1252209 руб. Годовой объём производства увеличится на 1848 заготовок в год. Как следствие увеличение годовой прибыли составит 2,2 млн руб. Ежегодные затраты на оплату труда не изменяются. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования увеличатся на 29304 руб. в год. Срок окупаемости проекта составит 7 месяцев. Эти показатели позволяют считать модернизацию мехатронной системы толкателя методической печи экономически эффективной.
Таким образом, все поставленные задачи выполнены, а цель достигнута.