Помощь студентам в учебе
Модернизация мехатронного модуля подачи и формирования заготовок для картонажной машины «Breeze»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 15
1.3 Требование к приводам и системе автоматизации 16
1.4 Выбор системы привода 17
1.5 Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 21
1.6 Выбор основного силового оборудования 27
1.7 Защита привода, расчёт уставок защитных устройств 28
2 РАЗРАБОТКА САУ 34
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.3 Разработка схемы САР привода проектируемого агрегата 40
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 43
2.5 Разработка схемы САУ и моделирования работы привода 44
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 56
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции ... 56
3.2 Расчёт производственной программы цеха 56
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 59
3.4 Расчёт РСЭО 62
3.5 Затраты на материалы и на оплату со страховыми отчислениями 64
3.6 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 66
3.7 Расчёт срока окупаемости 67
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 15
1.3 Требование к приводам и системе автоматизации 16
1.4 Выбор системы привода 17
1.5 Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 21
1.6 Выбор основного силового оборудования 27
1.7 Защита привода, расчёт уставок защитных устройств 28
2 РАЗРАБОТКА САУ 34
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 34
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.3 Разработка схемы САР привода проектируемого агрегата 40
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 43
2.5 Разработка схемы САУ и моделирования работы привода 44
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 56
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции ... 56
3.2 Расчёт производственной программы цеха 56
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 59
3.4 Расчёт РСЭО 62
3.5 Затраты на материалы и на оплату со страховыми отчислениями 64
3.6 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 66
3.7 Расчёт срока окупаемости 67
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
В выпускной квалификационной работы (ВКР) будет рассмотрен один из узлов картонажной машины «Breeze», которая является заключающим звеном в производстве продукции перед её реализацией. А именно модернизация привода и его управляющего оборудования. Картонажная машина - это мехатроная система, которая является целой линией производства. После пакетирования продукция, она попадает в картонажную машину. Где проходит процесс отбраковки на наличие металла, уплотнения, и формирования пачек в нужное количество для пакетирования в картонные заготовки.
Применение картонажной машины позволяет увеличить производительность данной линии, но главное это уменьшение тяжелого физического труда и замена его на автоматизированный технический процесс.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки. Медленная отработка технологического процесса узла подачи картонных заготовок, в следствии чего происходила остановка всей линии производства, что приводило к снижению производительности.
Предлагаемое решение в данной ВКР заключается в том, что производится реконструкция узла подачи картонных заготовок. А именно замена двигателя, необходимой силовой аппаратуры для него, а так же изменение программного обеспечения. В ходе реконструкции будет произведена замена оборудования управления, отвечающая новым технологическим требованиям, но в то же время будет использовано оборудование фирмы Lenze. Так как остальная часть автоматической системы управления цеха и картонажной машины созданы на оборудовании данной фирмы.
Так же рабочий персонал умеет работать с данной аппаратурой, имеет программное обеспечении для его настройки, и запасные детали, которые не нужно будет закупать дополнительно.
В 1 главе выпускной квалификационной работы будет рассмотрен технологический процесс работы узла подачи картонных заготовок, картонажной машины «Breeze», сформулированы требования к механизму. Исходя из требований будет построена нагрузочная диаграмма и тахограмма самого нагруженного режима работы привода узла подачи картонных заготовок. По ним будет выбран двигатель, будет рассчитана проверка по перегреву и нагрузочной способности двигателя. Будет произведен выбора частотного преобразователя, автоматического дифференцирующего выключателя и необходимые элементы электрической схемы. Будет представлена упрощенная силовая схема для управления привода узла подачи картонных заготовок.
Во 2 главе ВКР будет представлено проектирование системы автоматического управления (САУ) привода узла подачи картонных заготовок. Будут выбраны датчики технологических координат, контроллер. Далее будет разработана система управления узла подачи картонных заготовок и математическое моделирование в среде Mathlab основных режимов работы. Для проверки правильности выбрана оборудования и проверки соответствия технологическим требованиям, представленных в 1 главе ВКР.
В 3 главе представлен экономическое обоснование реконструкции привода узла подачи картонных заготовок картонажной машины «Breeze». Рассчитывается срок окупаемости реконструкции, приводится сводная таблица техникоэкономических показателей. По данной таблице можно сказать о целесообразности вводимой реконструкции.
В дальнейшем может быть рассмотрена полная реконструкция картонажной машины.
Данное решение выдвигается в следствии того, что данную аппаратуру заказывают у сторонней организации под ключ. Первоначальная наладка производится сторонними специалистами, и запасное оборудование в следствии поломки не обходимо заказывать так же у стороннего производителя.
Предлагаемое решение заключается в том, что будет реконструирована вся система.
Данное решение позволит решать проблему настройки и выбора производителя уже исходя не из унификации оборудования, а из технических и аппаратно-программных требований представленных системой картонажа пакетированной продукции.
Его можно так же будет проверить в математической среде Mathlab. И объединить управление некоторых узлов картонажной машины, что приведет к упрощенному слежению за технологически процессом, а так же позволит экономить на оборудовании, в следствии его не надобности. Что позволит перераспределить ресурсы предприятия
Данная проблема и её решение будут рассматриваться в магистерской выпускной квалификационно работе.
В данной ВКР будет рассматриваться исключительно реконструкция привода узла подачи картонных заготовок, картонажной машины «Breeze», преимущества которой были описаны ранее.
Применение картонажной машины позволяет увеличить производительность данной линии, но главное это уменьшение тяжелого физического труда и замена его на автоматизированный технический процесс.
В ходе прохождения преддипломной практики были выявлены следующие недостатки. Медленная отработка технологического процесса узла подачи картонных заготовок, в следствии чего происходила остановка всей линии производства, что приводило к снижению производительности.
Предлагаемое решение в данной ВКР заключается в том, что производится реконструкция узла подачи картонных заготовок. А именно замена двигателя, необходимой силовой аппаратуры для него, а так же изменение программного обеспечения. В ходе реконструкции будет произведена замена оборудования управления, отвечающая новым технологическим требованиям, но в то же время будет использовано оборудование фирмы Lenze. Так как остальная часть автоматической системы управления цеха и картонажной машины созданы на оборудовании данной фирмы.
Так же рабочий персонал умеет работать с данной аппаратурой, имеет программное обеспечении для его настройки, и запасные детали, которые не нужно будет закупать дополнительно.
В 1 главе выпускной квалификационной работы будет рассмотрен технологический процесс работы узла подачи картонных заготовок, картонажной машины «Breeze», сформулированы требования к механизму. Исходя из требований будет построена нагрузочная диаграмма и тахограмма самого нагруженного режима работы привода узла подачи картонных заготовок. По ним будет выбран двигатель, будет рассчитана проверка по перегреву и нагрузочной способности двигателя. Будет произведен выбора частотного преобразователя, автоматического дифференцирующего выключателя и необходимые элементы электрической схемы. Будет представлена упрощенная силовая схема для управления привода узла подачи картонных заготовок.
Во 2 главе ВКР будет представлено проектирование системы автоматического управления (САУ) привода узла подачи картонных заготовок. Будут выбраны датчики технологических координат, контроллер. Далее будет разработана система управления узла подачи картонных заготовок и математическое моделирование в среде Mathlab основных режимов работы. Для проверки правильности выбрана оборудования и проверки соответствия технологическим требованиям, представленных в 1 главе ВКР.
В 3 главе представлен экономическое обоснование реконструкции привода узла подачи картонных заготовок картонажной машины «Breeze». Рассчитывается срок окупаемости реконструкции, приводится сводная таблица техникоэкономических показателей. По данной таблице можно сказать о целесообразности вводимой реконструкции.
В дальнейшем может быть рассмотрена полная реконструкция картонажной машины.
Данное решение выдвигается в следствии того, что данную аппаратуру заказывают у сторонней организации под ключ. Первоначальная наладка производится сторонними специалистами, и запасное оборудование в следствии поломки не обходимо заказывать так же у стороннего производителя.
Предлагаемое решение заключается в том, что будет реконструирована вся система.
Данное решение позволит решать проблему настройки и выбора производителя уже исходя не из унификации оборудования, а из технических и аппаратно-программных требований представленных системой картонажа пакетированной продукции.
Его можно так же будет проверить в математической среде Mathlab. И объединить управление некоторых узлов картонажной машины, что приведет к упрощенному слежению за технологически процессом, а так же позволит экономить на оборудовании, в следствии его не надобности. Что позволит перераспределить ресурсы предприятия
Данная проблема и её решение будут рассматриваться в магистерской выпускной квалификационно работе.
В данной ВКР будет рассматриваться исключительно реконструкция привода узла подачи картонных заготовок, картонажной машины «Breeze», преимущества которой были описаны ранее.
Проведя анализ технологического процесса работы картонажной машины «Breeze» были выявлены следующие проблемы: большой простой всей линии производства из-за узла подачи картонных заготовок, а именно задержка происходит из-за медленной работы двигателя на роторном питателе. В качестве решение было предложено модернизировать узел подачи картонных заготовок, а именно замена двигатель и сопутствующего оборудования для его управления и контроля состояния.
Был произведен анализ работы привода, узла подачи картонных заготовок в картонажной машине «Breeze». Сформулированы требования к его технологическому процессу работы. Рассчитана тахограмма и нагрузочная диаграмма и по ней был выбран двигатель MRSH130A-030L-7D3S мощностью 2.2 кВт. Были проведены проверки выбранного двигателя по перегреву и по перегрузочной способности. Для управления двигателя выбран частотный преобразователь Lenze 8400. Который позволяет интегрировать моделирование данного узла, без проблем в уже существующую систему автоматического управления.
Построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер Lenze 300, протоколы соединения уровней между собой, а также абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP. Данное оборудование полностью подходит для модернизации узла подачи картонных заготовок. Контроллер поддерживает нужный интерфейс, имеет достаточное количеств сигнальных входов и выходов. Также персонал уже имеет опыт работы и необходимое программное обеспечение, что является весовым аргументом в пользу выбора этого контроллера. Данный энкодер поддерживает Ethernet и обладает необходимой точностью.
В среде Matlab была построена математическая модель системы управления привода, узла подачи картонных заготовок. Приведена структурная схема самого тяжелого режима работы.
Посчитаны регулятор скорости и регулятор положения, а так же был обоснован выбор их структур. Структура регулятора скорости выбрана пропорциональной, так как нет требований по точности регулирования скорости. Регулятор положения был выбран нелинейным так, как данный регулятор обеспечивает быстроту действия и в то же время необходимую точность позиционирования.
В Matlab промоделированы основные режимы работы привода рассматриваемой системы. В результате моделирования полученные переходные процессы полностью удовлетворяют предъявляемым ранее требованиям.
Реконструкция узла подачи картонажной машины «Breeze» увеличила производительность линии с 8923 т/год до10261 т/год.
Капитальные вложения в реконструкцию составили 1114919 рублей, прибыль полученная с реконструкции составляет 21055572 рубля, и окупаемость проекта составляет 2 года и 10 месяцев.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.
Был произведен анализ работы привода, узла подачи картонных заготовок в картонажной машине «Breeze». Сформулированы требования к его технологическому процессу работы. Рассчитана тахограмма и нагрузочная диаграмма и по ней был выбран двигатель MRSH130A-030L-7D3S мощностью 2.2 кВт. Были проведены проверки выбранного двигателя по перегреву и по перегрузочной способности. Для управления двигателя выбран частотный преобразователь Lenze 8400. Который позволяет интегрировать моделирование данного узла, без проблем в уже существующую систему автоматического управления.
Построена архитектура системы автоматизации. Выбраны контроллер Lenze 300, протоколы соединения уровней между собой, а также абсолютный энкодер AFS/AFM60 EtheNet/IP. Данное оборудование полностью подходит для модернизации узла подачи картонных заготовок. Контроллер поддерживает нужный интерфейс, имеет достаточное количеств сигнальных входов и выходов. Также персонал уже имеет опыт работы и необходимое программное обеспечение, что является весовым аргументом в пользу выбора этого контроллера. Данный энкодер поддерживает Ethernet и обладает необходимой точностью.
В среде Matlab была построена математическая модель системы управления привода, узла подачи картонных заготовок. Приведена структурная схема самого тяжелого режима работы.
Посчитаны регулятор скорости и регулятор положения, а так же был обоснован выбор их структур. Структура регулятора скорости выбрана пропорциональной, так как нет требований по точности регулирования скорости. Регулятор положения был выбран нелинейным так, как данный регулятор обеспечивает быстроту действия и в то же время необходимую точность позиционирования.
В Matlab промоделированы основные режимы работы привода рассматриваемой системы. В результате моделирования полученные переходные процессы полностью удовлетворяют предъявляемым ранее требованиям.
Реконструкция узла подачи картонажной машины «Breeze» увеличила производительность линии с 8923 т/год до10261 т/год.
Капитальные вложения в реконструкцию составили 1114919 рублей, прибыль полученная с реконструкции составляет 21055572 рубля, и окупаемость проекта составляет 2 года и 10 месяцев.
Результаты технико-экономических расчетов подтверждают экономическую эффективность предлагаемой реконструкции.