Помощь студентам в учебе
Разработка автоматизированной системы синхронизации скоростей выходной клети, отводящего рольганга и моталок листопрокатного стана 1700 ПАО «ЧМК»
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИСТОПРОКАТНЫЙ СТАН 2300/1700 КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 7
1.1 Технологический процесс стана 2300/1700 7
1.2 Сортамент продукции стана 2300/1700 9
1.3 Технические характеристики оборудования стана 1700 10
1.4 Технологический процесс на участке смотки полос в рулоны 13
1.5 Существующий уровень автоматизации 17
1.6 Описание дефектов 17
1.7 Выбор проекта для снижения количества дефектов 19
1.8 Постановка цели и задач выпускной квалификационной работы 24
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ 26
2.1 Требования к автоматизированной системе 26
2.2 Алгоритмическое обеспечение автоматизированной системы 34
2.3 Выбор оборудования 37
2.4 Описание комплекса технических средств 57
2.5 Разработка принципиальных электрических схем 64
2.6 Разработка компоновки шкафа ПЛК 66
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 72
3.1 Разработка прикладного программного обеспечения 72
3.2 Разработка пользовательского программного обеспечения 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
ПРИЛОЖЕНИЕ А СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Б СГЕНЕРИРОВАННЫЕ ОТЧЕТЫ В EPLAN 102
ПРИЛОЖЕНИЕ В КОМПОНОВКА ШКАФА ПЛК 122
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИСТОПРОКАТНЫЙ СТАН 2300/1700 КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 7
1.1 Технологический процесс стана 2300/1700 7
1.2 Сортамент продукции стана 2300/1700 9
1.3 Технические характеристики оборудования стана 1700 10
1.4 Технологический процесс на участке смотки полос в рулоны 13
1.5 Существующий уровень автоматизации 17
1.6 Описание дефектов 17
1.7 Выбор проекта для снижения количества дефектов 19
1.8 Постановка цели и задач выпускной квалификационной работы 24
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ 26
2.1 Требования к автоматизированной системе 26
2.2 Алгоритмическое обеспечение автоматизированной системы 34
2.3 Выбор оборудования 37
2.4 Описание комплекса технических средств 57
2.5 Разработка принципиальных электрических схем 64
2.6 Разработка компоновки шкафа ПЛК 66
3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 72
3.1 Разработка прикладного программного обеспечения 72
3.2 Разработка пользовательского программного обеспечения 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 85
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 87
ПРИЛОЖЕНИЕ А СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Б СГЕНЕРИРОВАННЫЕ ОТЧЕТЫ В EPLAN 102
ПРИЛОЖЕНИЕ В КОМПОНОВКА ШКАФА ПЛК 122
Публичное акционерное общество «Челябинский металлургический комбинат» - одно из крупнейших в России предприятий полного металлургического цикла по выпуску качественных и высококачественных сталей. ЧМК - одно из немногих предприятий страны, которому дано право присваивать продукции собственный индекс - ЧС (Челябинская Сталь). Комбинат также является одним из крупнейших производителей нержавеющей стали в России [20].
ЧМК выпускает широкий сортамент продукции металлургического производства: чушковый чугун, полуфабрикаты стальные для дальнейшего передела, сортовой и листовой металлопрокат из углеродистых, конструкционных, инструментальных и коррозионностойких марок стали, фасонный прокат и рельсовую продукцию.
Атомная энергетика, тяжелое, химическое, энергетическое, автомобильное и сельскохозяйственное машиностроение, подшипниковые и трубопрокатные заводы, строительство, медицинское оборудование и инструмент - вот далеко не полный перечень применения продукции ЧМК.
Потребление нержавеющей стали в России составляет 500 тысяч тонн в год, а производство всего 80 тысяч тонн, остальные 420 тысяч тонн - импорт. Это связано с низким качеством отечественного проката, которое не устраивает потребителей.
Нержавеющий прокат является самой высокомаржинальной продукцией для ПАО «ЧМК», поэтому задачи обеспечения высокого качества этой продукции являются одними из самых актуальных.
В ходе выпускной квалификационной работы выявлено, что наиболее частым дефектом поверхности листа (48%) при прокате на стане 1700 является дефект «продир», коренной причиной возникновения «продира» определена несогласованность скоростей выходной клети, отводящего рольганга и моталок.
Для снижения количества дефектов «продир» и повышения качества выпускаемой продукции и соответственно прибыли компании было предложено несколько вариантов достижения цели. Наиболее эффективным вариантом был признан: разработка и внедрение автоматизированной системы синхронизации скоростей.
В ходе выпускной квалификационной работы необходимо разработать автоматизированную систему синхронизации, способную синхронизировать скорости механизмов: выходной клети, отводящего рольганга и моталок стана 1700, в процессе производства листа. Внедрение автоматизированной системы позволит сократить количество дефектов на поверхности листа, снизит время переналадки механизмов и снизит зависимость качества смотки рулона от квалификации персонала.
Цель ВКР - разработать автоматизированную систему синхронизации скоростей выходной клети, отводящего рольганга и моталок листопрокатного стана 1700 ПАО «ЧМК».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1) Провести анализ объекта автоматизации:
- провести анализ технологического процесса;
- провести анализ проблематики вопроса образования дефектов.
2) Сформировать требования к автоматизированной системе.
3) Разработать алгоритмическое и техническое обеспечение
автоматизированной системы:
- разработать алгоритм;
- разработать принципиальные схемы;
- выбрать оборудование;
- разработать компоновку шкафа ПЛК.
4) Разработать программное обеспечение:
- разработать прикладное программное обеспечение;
- разработать пользовательское программное обеспечение.
ЧМК выпускает широкий сортамент продукции металлургического производства: чушковый чугун, полуфабрикаты стальные для дальнейшего передела, сортовой и листовой металлопрокат из углеродистых, конструкционных, инструментальных и коррозионностойких марок стали, фасонный прокат и рельсовую продукцию.
Атомная энергетика, тяжелое, химическое, энергетическое, автомобильное и сельскохозяйственное машиностроение, подшипниковые и трубопрокатные заводы, строительство, медицинское оборудование и инструмент - вот далеко не полный перечень применения продукции ЧМК.
Потребление нержавеющей стали в России составляет 500 тысяч тонн в год, а производство всего 80 тысяч тонн, остальные 420 тысяч тонн - импорт. Это связано с низким качеством отечественного проката, которое не устраивает потребителей.
Нержавеющий прокат является самой высокомаржинальной продукцией для ПАО «ЧМК», поэтому задачи обеспечения высокого качества этой продукции являются одними из самых актуальных.
В ходе выпускной квалификационной работы выявлено, что наиболее частым дефектом поверхности листа (48%) при прокате на стане 1700 является дефект «продир», коренной причиной возникновения «продира» определена несогласованность скоростей выходной клети, отводящего рольганга и моталок.
Для снижения количества дефектов «продир» и повышения качества выпускаемой продукции и соответственно прибыли компании было предложено несколько вариантов достижения цели. Наиболее эффективным вариантом был признан: разработка и внедрение автоматизированной системы синхронизации скоростей.
В ходе выпускной квалификационной работы необходимо разработать автоматизированную систему синхронизации, способную синхронизировать скорости механизмов: выходной клети, отводящего рольганга и моталок стана 1700, в процессе производства листа. Внедрение автоматизированной системы позволит сократить количество дефектов на поверхности листа, снизит время переналадки механизмов и снизит зависимость качества смотки рулона от квалификации персонала.
Цель ВКР - разработать автоматизированную систему синхронизации скоростей выходной клети, отводящего рольганга и моталок листопрокатного стана 1700 ПАО «ЧМК».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1) Провести анализ объекта автоматизации:
- провести анализ технологического процесса;
- провести анализ проблематики вопроса образования дефектов.
2) Сформировать требования к автоматизированной системе.
3) Разработать алгоритмическое и техническое обеспечение
автоматизированной системы:
- разработать алгоритм;
- разработать принципиальные схемы;
- выбрать оборудование;
- разработать компоновку шкафа ПЛК.
4) Разработать программное обеспечение:
- разработать прикладное программное обеспечение;
- разработать пользовательское программное обеспечение.
В ходе выпускной квалификационной работы была проведен анализ участка смотки полос в рулоны на стане 1700 Прокатного цеха №4 ПАО «ЧМК». Проведен анализ существующего уровня автоматизации объекта Изучена проблематика образования дефекта - «продир» и рассчитаны финансовые потери от образования дефектов. Проведена оценка альтернативных вариантов проектов для достижения требуемых результатов. Наиболее эффективным признан проект по разработке и внедрению автоматизированной системы синхронизации скоростей выходной клети (клети №8), отводящего рольганга и моталок листопрокатного стана 1700.
Для решения задач выпускной квалификационной работы был разработан алгоритм процесса синхронизации скоростей выходной клети (клети №8), отводящего рольганга и моталок, разработан комплекс технических средств. Основным производителем оборудования комплекса технических средств выбран Siemens. Выбраны модели ПЛК, станций распределенного ввода вывода, частотных преобразователей, абсолютных энкодеров с интерфейсов profibus, датчиков наличия металла и прочего оборудования.
В среде Eplan education разработаны принципиальные электрические схемы, сгенерированы перечень элементов, обзор карт ПЛК, таблица сигналов ПЛК, групповая спецификация изделий, таблица внешних проводок, спецификация клеммников, таблица соединений. С помощью инструмента Propanel программного продукта Eplan education разработана 3D компоновка электрошкафа, чертеж электрошкафа и расположения элементов на монтажной панели, автоматически проведена трассировка проводов, рассчитана длинна монтажного провода и сгенерирована спецификация оборудования и материалов.
В программной среде TIA portal разработано прикладное программное обеспечение, с возможностью встраивания в систему АСУТП Прокатного цеха №4 и в АСУП ПАО «ЧМК». Программное обеспечение позволяет автоматически синхронизировать скорости выходной клети №8, отводящего рольганга и моталок, устраняя коренную причину образования дефекта - «продир», определяет скорости и зазоры(растворы) механизмов моталок, в зависимости от сортамента производимой продукции, определяет начало и конец процесса смотки полосы в рулон.
В программной среде TIA portal разработано пользовательское программное обеспечение, которое позволяет контролировать текущие данные работы механизмов, в том числе линейные скорости, запоминать текущие параметры оборудования с последующим вызовом (создавать рецепты), получать данные к хронологии работы оборудования (исторические тренды и протоколы).
Реализация мероприятий, предусмотренных выпускной квалификационной работы позволит снизить количество дефектов поверхности - «продир» и увеличить маржинальную прибыль с произведенной продукции на стане 1700 на 50 миллионов рублей ежегодно. Дополнительно будет сокращено время переналадки механизмов после планово-предупредительных ремонтов и смены сортамента производимой продукции. Так же внедрение автоматизированной системы синхронизации скоростей снизит зависимость качества смотки рулона от квалификации технологического персонала.
Для решения задач выпускной квалификационной работы был разработан алгоритм процесса синхронизации скоростей выходной клети (клети №8), отводящего рольганга и моталок, разработан комплекс технических средств. Основным производителем оборудования комплекса технических средств выбран Siemens. Выбраны модели ПЛК, станций распределенного ввода вывода, частотных преобразователей, абсолютных энкодеров с интерфейсов profibus, датчиков наличия металла и прочего оборудования.
В среде Eplan education разработаны принципиальные электрические схемы, сгенерированы перечень элементов, обзор карт ПЛК, таблица сигналов ПЛК, групповая спецификация изделий, таблица внешних проводок, спецификация клеммников, таблица соединений. С помощью инструмента Propanel программного продукта Eplan education разработана 3D компоновка электрошкафа, чертеж электрошкафа и расположения элементов на монтажной панели, автоматически проведена трассировка проводов, рассчитана длинна монтажного провода и сгенерирована спецификация оборудования и материалов.
В программной среде TIA portal разработано прикладное программное обеспечение, с возможностью встраивания в систему АСУТП Прокатного цеха №4 и в АСУП ПАО «ЧМК». Программное обеспечение позволяет автоматически синхронизировать скорости выходной клети №8, отводящего рольганга и моталок, устраняя коренную причину образования дефекта - «продир», определяет скорости и зазоры(растворы) механизмов моталок, в зависимости от сортамента производимой продукции, определяет начало и конец процесса смотки полосы в рулон.
В программной среде TIA portal разработано пользовательское программное обеспечение, которое позволяет контролировать текущие данные работы механизмов, в том числе линейные скорости, запоминать текущие параметры оборудования с последующим вызовом (создавать рецепты), получать данные к хронологии работы оборудования (исторические тренды и протоколы).
Реализация мероприятий, предусмотренных выпускной квалификационной работы позволит снизить количество дефектов поверхности - «продир» и увеличить маржинальную прибыль с произведенной продукции на стане 1700 на 50 миллионов рублей ежегодно. Дополнительно будет сокращено время переналадки механизмов после планово-предупредительных ремонтов и смены сортамента производимой продукции. Так же внедрение автоматизированной системы синхронизации скоростей снизит зависимость качества смотки рулона от квалификации технологического персонала.