Проектирование автоматизированной системы управления и контроль реза агрегата поперечной резки

МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Автоматизации и управления ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине: «Проектирование автоматизированных систем».

На тему «ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ РЕЗА АГРЕГАТА ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ»

АВТОР КУРСОВОГО ПРОЕКТА БЛИНОВА Е.А. ГРУППА ЗАП-51

Череповец

2012 г.

Содержание Введение

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологического процесса реза в агрегате поперечной резки Структурная схема агрегата поперечного реза № 4

Спецификация Летучие ножнины барабанного типа Спецификация

2. Специальная часть

2.1 Описание функциональной схемы обеспечивающей решение задачи контроля рассматриваемого технологического процесса Функциональная схема агрегата поперечного реза № 4

Спецификация

2.2 Выбор технических средств автоматизации

2.3 Функции АСУ ТП агрегата продольной резки

2.4 Разработка модуля расчета момента времени срабатывания ножниц

2.5 Разработка алгоритма

3. Расчет структуры и состав службы КИПиА Заключение Список используемой литературы

Введение

Современные тенденции развития производства предусматривают введение в состав производственных участков и цехов систем автоматического контроля и управления качеством металлопродукции. С этой целью была внедрена автоматизированная система управления прокатом в листовой группе. Обработка металла прокаткой занимает важное место в металлургическом производстве.

Прокатный стан это устройство, состоящее из большого количества механизмов, объединенных одним технологическим процессом, обеспечивающие непрерывность технологического процесса.

Целью данного курсового проекта является изучения работы мерного реза прокатного стана и выбор технических средств автоматизации для данного объекта.

Задача:

1. Разработка контроля мерного реза для оптимизации работы стана;

2. Разработка модуля расчета момента времени срабатывания ножниц.

рез стан ножницы автоматизация

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологического реза в агрегате поперечной резки Агрегаты поперечной резки (АПР) [4.1,4.7] предназначены для резки полос поперек горячекатаных стальных полос, смотанных в рулоны, на листы мерной длины и укладки их в пакеты. Рулоны полосы в холодном состоянии подаются мостовым краном со склада на приемный конвейер в вертикальном положении, а затем поштучно подаются к кантователю, кантуются в горизонтальное положение, центрируются по оси агрегата, устанавливаются на разматыватель. Отцентрированная полоса роликами № 1,№ 2,№ 3 задается в листоправильную машину (ЛПМ — 5 роликов правки) № 1 и после предварительной правки поступает к ножницам, на которых обрезается передний и задний конец полосы, с целью обеспечения правильной задачи ее в последующие машины агрегата. Для сброса обрезков полосы ножницы оборудованы откидными столами, сбрасываются в короб, установленный несамоходной тележке. Далее полоса через петлевой стол поступает в дисковые и кромкокрошительные ножницы для обрезки боковых кромок (на более «узкие», с нечетным количеством). Полоса с обрезанными кромками маркируется клеймителем и/или маркировщиком и через второй петлевой стол подается в ЛПМ (11 роликов правки) № 2. После правки полосы измеряется ее толщина, и полоса поступает в летучие ножницы, где разрезается на листы мерной длины, которые по рольгангу транспортируются к ЛПМ № 3. Электромагнитный листоукладчик состоит из 3-х секций: 1-я секция — для некондиционных листов, 2-я и 3-я секции — для годных листов. Листоукладчик производит сортировку и укладку листов в пакеты. При подходе листов к заданной секции листоукладчика они укладываются на подъемный стол секции. По мере набора пакета стол опускается и после набора заданного числа листов он становится в крайнее нижнее положение. Пакет ложится на транспортер и транспортируется к весам и далее на рольганг, с которого его убирают краном. Отличие агрегатов резки — от толщина полосы в рулоне. На АПР № 1 — 1,2−8,0 (мм); АПР № 2 — 3,0−12,0 (мм);АПР № 3 — 1,2−3,9 (мм); АПР № 4 -3,0−16,0 (мм).

2. Специальная часть

2.1 Описание функциональной схемы обеспечивающей решение задачи контроля рассматриваемого технологического процесса Система автоматического мерного реза предназначена для автоматического мерного раскроя проката [4.1,4.2]. Работает в условиях широкого диапазона температур окружающей среды, повышенной влажности, воздействия воды, масел и эмульсии. В автоматическом режиме, задавая необходимые параметры и установки на панели оператора, можно реализовать циклическую работу всей системы. Порядок работы системы в автоматическом режиме: разматыватель рулона, ножниц синхронно разгоняются до рабочей скорости, и происходит рез металла. Синхронизация скоростей поддерживается постоянной автоматически за счет изменения петли в петлевой яме с помощью использования энкодеров. Нужная ширина полос металла обеспечиваются с помощью дисковых и кромкокрошительных ножей. При достижении конца ленты агрегат останавливается — программируемые контроллеры (промышленный контроллер и функциональный).

На привод размотки загружается бобина со сталью. Скорость размотки автоматически регулируется с помощью инкрементного датчика углового положения, исходя из условия обеспечения оптимального прогиба стальной полосы установленного на валу. С помощью фотодатчиков, происходит контроль разматывания т. е. датчик сигнализирует об окончание полосы. Расположены на металлических штативах, на уровне, чтоб охватывало ширину прокатки, для точного контроля. С помощью петлевых ям, выравнивается скорость полосы. Перед маркировщиком, полоса проходит под установкой для автоматизированного и автоматического УЗК листового или рулонного проката, производимое компанией, предназначенного для ультразвукового контроля полосы. Она установлена по месту, по рольгангам проходит лента и проходя под нее датчик как бы сканирует, выдавая отчет о качестве и ширине полосы. Радиоизотопный толщиномер предназначен для измерения толщины горячекатаной полосы в холодном состоянии по оси агрегатов и сигнализацией выхода толщины полосы за пределы допусков, это предпоследний контроль качества полосы, перед 11-роликовой правилки. Привод двигателя проката с датчиком углового положения прокатывает полосу на необходимую длину под ножницы. Индукционные датчики, определяют наличие металла под ножницами. После проката заданное расстояние осуществляется отрез. После отреза листа фотодатчик считывает количество листов с помощью транспортера перемещается на укладчик, до достижения определенного числа листов. Управление двигателями транспортера и укладчика осуществляется с помощью дискретных выходов модуля. Для контроля технологических переменных используются датчики: натяжения полосы, скорости движения полосы и частоты вращения валов и ножей, положения ножей. Система управления натяжением и скоростью движения полотна выполнены, как двухконтурные с регуляторами токов и соответственно с регулятором натяжения и регулятором скорости. В режиме заправки полотна временно включается система управления частотой вращения.

На постах операторов установлены персональные компьютеры и мониторы и панели задается количество заготовок, длина одной заготовки в автоматической режиме работы, отображается количество уже отрезанных заготовок, а так же реализованы различные режимы наладки и индикации аварий. Коммутационные устройства сети налаживают связь с коммуникационный процессор и оптические коммутирующие модули и концентратор.

2.2 Выбор технических средств автоматизации Оборудование не задействованного, в разработки системы контроля мерного реза:

1. Контроль качества поверхности Компания «Нординкрафт» [4.7] - ведущий разработчик и производитель оборудования автоматизированного ультразвукового контроля металлопроката и труб. «Север-6−08−1850» — общее название оборудования для автоматизированного и автоматического УЗК листового или рулонного проката, производимое компанией «Нординкрафт», предназначенного для ультразвукового контроля полосы. Среди задач НК промышленного оборудования все более актуальной становится задача определения характеристик обнаружения несплошностей. Порядок дальнейшей эксплуатации, решения задач продления ресурса оборудования однозначно связано со сведениями о таких параметрах несплошностей, как размер, тип, местоположение. Когерентными называются методы обработки ультразвуковых данных. Учитывающие не только амплитудные значения эхо-сигналов, но и закономерности их пространственно-фазовых распределений. С этой точки зрения наиболее перспективным методами является когерентные вычислительные методы формирования 3-х изображений несплошностей. Основная проблема заключалась в том, что использование контактной жидкости средствами контроля качества металла существенно ограничивало и скорость перемещения и поэтому снижало интенсивность процесса. С этой точки зрения наиболее перспективным тип преобразователя является бесконтактным, встраиваемый в основной технологический рольганг, оснащенный электромагнитно-акустическими преобразователями (ЭМАП), для которых жидкая среда не нужна. ЭМАП с системой индивидуального подмагничивания особенностью которой является механическое отключение магнитного поля после завершения рабочего цикла. Установка «Север-6» обладает наилучшими на сегодняшний день техническими и эксплуатационными характеристиками. В типовой состав оборудования установок ультразвукового контроля серии «Север» входят:

Ш Многоканальный измерительный модуль с комплектом блоков ЭМАП;

Ш Оборудование дефектоскопической электроники;

Ш Оборудование управляющего вычислительного комплекса, размещаемое в помещении поста управления;

Ш Оборудование автоматики и электропитания;

Ш Вспомогательное оборудование (устройства позиционирования листа на рольганге, устройства геометрии и температуры листов, система телевизионного наблюдения, дефектоотметчики и т. д.).

2. Контроль толщины Толщиномер [4.7] основан на принципе прямого измерения поглощенного излучения радиоактивного элемента («источник излучения» -Cs- 137 «цезий-137») при прохождении через измеряемый материал. Обработку информации производить микропроцессорной системой, управление которой осуществляется с кнопочной панели. Выход результатов измерений и заданных параметров производить на многоразрядном буквенно-цифровом индикаторе.

Радиоизотопные приборы (РИП) уже несколько десятилетий являются неотъемлемым элементом многих систем технологического контроля и автоматизации. Несмотря на часто встречающееся сейчас негативное отношение к применению ионизирующего излучения, многим методам, основанным на нем, сегодня не найдена альтернатива. Ярким подтверждением этого являются радиоизотопные толщиномеры материала (РТМ).

Радиоизотопные толщиномеры F 1000 обладают большей шириной диапазона измеряемых толщин, в то время как рабочий диапазон рентгеновских толщиномеров лежит в середине рабочего диапазона радиоизотопных. Кроме того, в рентгеновских толщиномерах необходимо применять специальные схемы стабилизации напряжения и тока рентгеновской трубки. В радиоизотопных толщиномерах, напротив, радиоактивный распад идет постоянно и никакие схемы стабилизации не требуются, за исключением введения поправки на снижение активности источника со временем. РТМ используется в металлургии, например в системах автоматического регулирования толщины (САРТ) металла на прокатных станах.

Однако в металлургии преобладает использование именно радиационных методов, и это объясняется следующими их преимуществами:

Ш Точность и надёжность;

Ш Унификация приборов, то есть возможность применения одной базовой разработки для различных применений (уровень, плотность, толщина);

Ш Измерение толщины проводится бесконтактным путем, что позволяет работать в широком диапазоне температур металла, вплоть до температуры плавления;

Ш Возможно измерение толщины по всей ширине контролируемого проката;

Показания толщиномера не зависят от меняющейся при прокатке структуры металла, магнитных свойств и наличия примесей, не приводящих к существенному изменению плотности металла;

Срок эксплуатации большинства действующих на отечественных предприятиях радиоизотопных толщиномеров составляет около двадцати лет.

Предел основной погрешности со временных толщиномеров составляет обычно не более 0,3″ 0,5%, что позволяет с достаточным запасом обеспечить требуемую действующими стандартами на листовой прокат точность измерения.

Основной недостаток — возможные негативные экологические последствия от неправильной эксплуатации и бесхозяйственного отношения к источнику радиоактивного излучения и стоимость современных импортных толщиномеров составляет порядка 100 тыс. долларов США и выше.

3. Контроль качества поверхности (серповидность)

При создании модуля визуализации для ПУ используется камеры высокого расширения и быстрой съемки с оригинальным пакетом программ, работающий в реальном времени, предназначенный для встраиваемых систем и представляющий собой библиотеку графического интерфейса пользователя[4.7]. К этой библиотеке для привязки к конкретному объекту подключались текстовые конфигурационные файлы, описывающие количество, иерархию, содержание, размеры, цвета и другие параметры меню и окон, и предназначенная для этого объекта библиотека графических образов в формате PCX (заставки, обои, пиктограммы, образы для анимации, в данном случае это были изображения шероховатостей). Основной причиной возникновения дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка, плены, расслоения и др.) является плохое качество металла исходной горячекатаной заготовки.

4. Выбор оборудования визуализации и контроля техническими параметрами Зная функциональную часть постов можно подобрать сигнальную аппаратуру и контролирующие органы. Посты укомплектованы компьютерами[4.7]. ПУ2 — пост управления летучими ножницами и ПУ3 — пост управления листоукладчиком могут быть установлены компьютеры почти любой фирмы т.к. они находятся в невзрывоопасной зоне и степень защиты может быть минимальна. Основным преимуществом TFT мониторов является их очень компактные размеры, поэтому вытесняет CRT-мониторы. Нет излучений, не подвержены воздействию внешних электромагнитных полей. Однако и недостатки есть, во-первых, это низкая контрастность, во-вторых небольшой угол обзора.

5. Выбор датчиков контроля движения, подсчета и обнаружения В промышленной измерительной технике требуются очень точные методы определения расхода и скорости потока. При этом допустимые погрешности не должны превышать одного процента, а иногда и одной десятой процента оптоэлектронные измерители расхода и скорости, работающие па оптическом эффекте Допплера, которые используют особый вид рассеяния света.

Применяется также ультразвуковой датчик скорости, излучающий ультразвуковой сигнал, который при отражении от частиц, движущихся с разной скоростью, дает широкополосный отраженный сигнал, который принимается датчиком. Анализ спектра этого сигнала позволяет рассчитать осредненную скорость потока с учетом неравномерного распределения скоростей по поперечному профилю сечения.

Датчик скорости по принципу эффекта Холла и предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, пропорциональных скорости движения автомобиля, или преобразования количества оборотов приводного вала в количество электрических импульсов, пропорциональных пройденному пути автомобиля, а также для систем управления впрыском топлива.

Бесконтактные магнитные устройства реагируют на движущиеся тела из токопроводящих материалов. Применение этих датчиков особенно удобно для контроля транспортных механизмов (типа норий, транспортеров и т. п.), которые перемещают продукт диэлектрической природы. В этом случае можно исключить влияние продукта на срабатывание датчика. Достаточно большая рабочая зона датчика позволяет не изготавливать специальные крыльчатки и другие дополнительные приспособления для контроля скорости движущихся механизмов, а использовать уже имеющиеся в конструкциях механизмов движущиеся металлические детали (спицы колес, болты крепления на колесах, лентах и т. п.). Эти элементы конструкции периодически проходя через зону чувствительности датчика, вызывают его срабатывание, что позволяет контролировать скорость этих механизмов при помощи устройств с функцией контроля скорости.

Емкостные датчики, также как и индуктивные, питаются переменным напряжением (обычно повышенной частоты — до десятков мегагерц). В качестве измерительных схем обычно применяют мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. В последнем случае, как правило, используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура, т. е. датчик имеет частотный выход. Достоинства емкостных датчиков — простота, высокая чувствительность и малая инерционность. Недостатки — влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

Емкостные датчики применяют для измерения угловых перемещений, очень малых линейных перемещений, вибраций, скорости движения и т. д., а также для воспроизведения заданных функций (гармонических, пилообразных, прямоугольных и т. п.).

Для преобразования непрерывно изменяющейся величины в дискретные электрические импульсы широко применяются индуктивные и оптические датчики.

Пожалуй, фотоэлектрические датчики наиболее разнообразны по своим характеристикам и сфере применения, однако их принцип работы одинаков. Излучаемый датчиком свет рассеивается, отражается или поглощается объектом, и эти изменения воспринимаются фотоприемником. Благодаря тому что в последних моделях фотоэлектрических датчиков применяется микропроцессорная обработка сигнала, удалось воплотить новые функции приборов, среди которых — автоматическое обучение в процессе работы.

Фотоэлектрические датчики [4.3] широко используются во многих промышленных сферах в составе электронных схем управления производственных линий для подсчета, обнаружения, позиционирования объектов. Комплексный учет ключевых факторов, обусловленных в равной степени как в отрицательным влиянием окружающей среды (влажность, температура, запыленность, взрывоопасная газовая атмосфера, вибрация и др.) так и инженерных требований (габариты датчика, рабочее расстояние и тип выходного сигнала).

Из предложенных датчиков выбирает фотоэлектрический по причинам:

Ш универсальный величина удобно передавать на расстояние с высокой скорость;

Ш датчик осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Приборы для измерения длины проката условно можно классифицировать, но трем основным признакам:

Ш По направлению измерения относительно движения изделия — измерение перпендикулярно оси измерения (обычно в поперечном потоке перед сортировкой продукции по длине). Небольшая скорость измерения ограничивает применение данного способа в случае больших скоростей прокатки. В связи с этим большинство измерителей длины проката разработано для работы в продольном потоке;

Ш По виду преобразователя, устанавливаемого на линии движения проката — в зависимости от вида преобразователя, устанавливаемого на линии движения проката, измерители длины можно разбить на два больших класса: электромеханические измерители длины (контактные) и фотоимпульсные измерители длины (бесконтактные), а также приборы с магнитными и тепловыми метками, а также приборы, основанные на эффекте Доплера;

Ш По наличию или отсутствию контакта измерителя с измеряемым изделием.

Решающим фактором при выборе типа датчика является длина волны оптического излучения. Датчики, работающие в инфракрасном диапазоне, более надёжно работают в условиях запыленности и менее чувствительны к засорению оптики.

Датчики работающие в видимом диапазоне могут распознавать цветовые характеристики объектов, поскольку их многокомпонентное излучение белого цвета позволяет получить спектральные характеристики близкие к человеческому зрению.

В качестве источника излучения используются как хорошо видимый красный свет, так и инфракрасный свет. Лазерная версия со сверхмалым цветовым пятном расширяет сферу применения датчика, позволяя использовать его для обнаружения объектов малых размеров и при решении задач с высокими требованиям к точности.

При выборе надо учитывать следующие технические характеристики датчиков:

дальность действия;

характеристика объекта обнаружения (наличие, отсутствие, цвет, размер, материал);

Ш скорость отклика;

Ш тип соединения (кабель, разъем);

Ш параметры окружающей среды (влажность, пыль, агрессивная среда);

Ш питание (12−24 В или универсальное напряжение);

Ш схема подключения (NPN, PNP).

Следовательно используем датчики инфракрасного излучения, бесконтактные и параллельного и работа на затемнения измерения.

Серия W9−2 многообразна, как прочем и сами задачи автоматизации. Стандартный компактный корпус позволяет использовать этот датчик в условиях ограниченного пространства. Предлагается широкий спектр с различными источниками излучения, принципами работы и возможностью подключения.

По этим параметрам подходит фотодатчики ф. Omron в таб. № 1 Критерии технических характеристик и таб. № 2 Технические характеристики

Таб. № 1 Критерии технических характеристик датчиков

Таб. № 2 Технические характеристики

Основными преимуществами данного типа датчиков (отражения от рефлектора) является большой диапазон работы, надежное обнаружение объектов в пыльных и влажных помещениях, обнаружение объектов с высокой отражательной способностью, а также обнаружение небольших объектов. Недостатками являются большая стоимость, чем датчиков диффузное отражение, большие трудности при инсталляции, а также настройке датчиков из-за наличия двух компонентов, поэтому мы выбираем E3Z-LR86 — датчик со стандартным режимом времени реакции с выходом PNP и разъемом М8, т.к. точная длина провода устанавливается при монтаже.

6. Выбор датчика контроля скорости Ранее рассматривались датчики скорости и для данной задачи выбираем индуктивный датчик. В таких датчиках линейное или угловое перемещение X (входная величина) преобразуется в изменение индуктивности (L) датчика. Применяются для измерения угловых и линейных перемещений, деформаций, контроля размеров и т. д. Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы. Индуктивный датчик является бесконтактным, не требует механического воздействия, работает бесконтактно за счет изменения электромагнитного поля.

Преимущества:

Ш нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием

контактов;

Ш отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания;

Ш высокая частота переключений до 3000 Hz;

Ш устойчив к механическим воздействиям.

Недостатки — сравнительно малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты питающего напряжения, значительное обратное воздействие датчика на измеряемую величину (за счет притяжения якоря к сердечнику).

Датчик угла поворота, также называемый энкодер — устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Датчики угла поворота широко применяются в промышленности, станкостроительных заводах, робототехнических комплексах, системах технологического и промышленного контроля, а так же во всевозможных измерительных устройствах, требующих высокоточной регистрации угловых перемещений объекта. Преобразователи угол-код практически полностью вытеснили широко применявшиеся ранее сельсины и дифференциальные трансформаторы угла поворота.

Инкрементальные датчики вращения и датчики угла при вращении формируют импульсы, по которым принимающее устройство определяет текущее положение координаты путем подсчета числа импульсов счётчиком. Для привязки системы отсчета инкрементальные датчики имеют референтную метку («маркер»), одну на оборот, через которую нужно пройти после включения оборудования.

Магнитные энкодеры регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.

Фотоэлектрические энкодеры используют фотоэлектрический эффект. Во время работы фотоэлектрического энкодера происходит непрерывное преобразование света в электрический сигнал. Синонимы — оптоэлектронный, оптронный и оптический энкодер. По сравнению с приборами на другом физическом принципе действия, фотоэлектрические энкодеры более требовательны к технологии производства, условиям эксплуатации, размерам конструкции и т. д., однако обладют большим потенциалом по точности и разрешению.

Абсолютный энкодер относится к классу абсолютных датчиков положения. На его выходах появляется цифровой код, определяющий текущее положение объекта (текущее значение угла). Как правило, оптическая схема и электронная обработка сигналов в абсолютных энкодерах сложнее, чем, например, в инкрементальных энкодерах. Однако абсолютные энкодеры выдают код положенния (текущее значение угла), а это свойство часто является обязательным для работы системы.

Для унификации оборудования подходят угловые энкодэры ф. Omron в таб. № 3 Критерии технических характеристик датчиков и таб. № 4 Технические характеристики Таб. № 3 Критерии технических характеристик датчиков

Таб. № 4 Технические характеристики

Двигатель разматывателя и летучие ножницы синхронно разгоняются до рабочей скорости, и происходит рез металла. Синхронизация скоростей поддерживается постоянной автоматически за счет изменения петли в петлевой яме с помощью использования инкрементных энкодеров код заказа E6C2-CWZ6C с водозащитным исполнением, защищая от брызг и масла конструкции со степенью защиты IP64f или IP65f. Для стандартной установки с источник напряжения на фотодатчик и энкодер с 5…24В= с NPN — выход с открытым коллектором. При расчете двигателя, узнаем точное количество оборотов (от 10 до 2000).

7. Выбор датчиков определения наличия металла Обойтись без индуктивных датчиков сегодня в промышленности практически невозможно. По сравнению с механическими выключателями они обладают практически идеальными характеристиками: бесконтактный способ работы, отсутствие механического износа, высокие частоты переключений и высокая точность срабатывания. Вибрация, пыль и высокая влажность не оказывают влияния на эти датчики. Индуктивные датчики представляют из себя миниатюрные металлодетекторы, позволяют определить наличие любого металла.

При необходимости определять положение неметаллических предметов выбираются емкостные, ультразвуковые или фотоэлектрические датчики. Емкостные датчики реагируют на изменения в электростатическом поле. Такие изменения вызывает практически любой предмет — будь то твердое вещество или жидкость. Однако расстояние, на котором работают емкостные датчики, невелико и составляет максимум 80 мм. Для измерения на больших расстояниях используются ультразвуковые датчики, измеряющих время, за которое ультразвук проходит расстояние от датчика до объекта и обратно.

Например, для того чтобы перенастроить датчики контрастных иногда необходимости останавливать технологическую линию, как это делалось ранее. Перенастройка прибора происходит в процессе работы. С другой стороны, многие функции датчиков, ранее доступные только для дорогих моделей, в настоящее время стали функционировать и в более дешевых изделиях.

Датчик Е2FM [4.3] специальная модель состоящая из металлической поверхностью, для реза металла. Основные свойства — невосприимчивость к алюминиевой и железной стружки, налипающая на рабочую поверхность.

8. Выбор устройства запуска и остановки двигателя Коммутационные электрические аппараты предназначенные для пуска, остановки и защиты трехфазных асинхронных их множества начиная от магнитных, электромагнитных пускателя до бесконтактных.

Пускатели [4.9] главным образом предназначены для применения в стационарных установках дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных синхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при напряжении до 380 и 660 В переменного тока частотой 50Гц. При наличии тепловых реле пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузки недопустимой продолжительности. Пускатели с ограничителями перенапряжений пригодны для работы в системах управления с применением полупроводниковой техники.

Бесконтактный реверсивный пускатель (ПБР-3А) предназначен для бесконтактного управления электрическими исполнительными механизмами по ГОСТ 7192, в приводе которых использованы трехфазные электродвигатели. По функциональным возможностям пускатель имеет два исполнения: ПБР-3А2.1 и ПБР-3А2.2. Пускатель ПБР-3А2.1 обеспечивает пуск и реверс (синхронного и асинхронного электродвигателя), защиту трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором от перегрузки. Пускатель ПБР-3А2.2 обеспечивает пуск и реверс трехфазного синхронного двигателя. Входное сопротивление пускателя (750±100)Щ.

Электрическое питание пускателя — переменный трехфазный ток с напряжением 220/380, 260/400 или 240/415V при отклонении от -15 до +10% и частотой 50Hz или 60 Hz при отклонении от -1 до +1Hz и максимальный коммутируемый ток-3А. Нессиметрия трехфазной системы — не более 5% и другие характеристики:

Ш Норма средней наработки на отказ с учетом технического обслуживания, регламентируемого настоящим описанием 100 000 часов.

Ш Полный средний срок службы пускателя 10 лет.

Ш Масса пускателя не более 2 кг.

Магнитные пускатели серии ПМE

Пускатели электромагнитные предназначены для применения в стационарных установках для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором переменного напряжения 660 В частоты 50 и 60 Гц. При наличии трехполюсных тепловых реле серий РТТ и РТЛ пускатели осуществляют защиту управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз. Пускатели пригодны для работы в системах управления с применением микропроцессорной техники при шунтировании включающей катушки помехоподавляющим устройством или при тиристорном управлении. Предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети и отключения трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Дополнительные функции: реверсивные, с тепловым реле — защита от перегрузок.

Параметры теплового реле от 21до 25 и нам не подходят т.к. ставка по тепловому реле нам нужна больше.

Из ходя из условий работы двигателя переменного тока, для размотки и намотки нам необходим ПБР 3А2.1

8. Обработка данных Мощный программируемый контроллер [4.8] применяется для построения систем управления средней и высокой степени сложности. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, простота создания распределенных систем управления и удобство обслуживании.

8.1 SIMATIC S7−200 — экономичный микро-ПЛК:

Ш производство серийных машин;

Ш применение для одиночных проектов;

Ш компактный дизайн, модульно расширяемый;

Ш входы и выходы интегрированы в ЦПУ;

Ш работа в реальном времени;

Ш высокоскоростные счетчики, входы для тревог и прерываний;

Ш легкое в обучении инжиниринговое ПО;

Ш многочисленные коммуникационные возможности;

Ш До 128/120 вх/вых цифровых и 28/14 аналоговых каналов до 24 КБ памяти программ.

8.2 SIMATIC S7−300 — для системных решений в дискретных технологических процессах:

Ш для универсального использования;

Ш большой выбор модулей и ЦПУ;

Ш высокая производительность;

Ш компактный дизайн;

Ш не требует обслуживания благодаря использованию микрокарт памяти для хранения данных и программ;

Ш до 65 536 цифровых и 4 096 аналоговых каналов, до 1,4 МБ памяти программ.

8.3 SIMATIC S7−400 — мощный ПЛК для системных решений в дискретных и непрерывных технологических процессах:

Чрезвычайно высокая скорость обработки и мощные коммуникационные возможности Ш время выполнения команд сложения или умножения с фиксированной точкой всего лишь 0.03 мкс;

Ш быстрый отклик, детерминизм;

Ш вертикальная интеграция;

Ш изменение конфигурации распределенного ввода/вывода во время работы позволяет избежать остановки процесса;

Ш изохронный режим для PROFIBUS для управления высокоскоростными машинами;

Ш до 131 072 цифровых и 8 192 аналоговых каналов, до 30 МБ памяти программ.

Ш IMATIC S7−400 с микропроцессором CPU-416 идеальным средством для решения практически любых задач автоматизации. Код заказа 6ES7 416−2XK02−0AB0 и его техническое описание — SIMATIC S7−400, CPU 416−2, центральный процессор: рабочая память объемом 1.6 Мбайт (0.8 Мбайт для программ, 0.8 Мбайт для данных); интерфейсы: MPI/ PROFIBUS-DP + PROFIBUS-DP, до 12 Мбит/с.карта памяти заказываться отдельно. Масса 0,94 кг. Но только не как минус, т.к. по характеристикам лучше не найдешь 600 т.р.

9. Выбор датчика регулирования скорости асинхронного электродвигателя Основными недостатками асинхронных электродвигателей до недавнего времени оставались сложность и неэкономичность регулирования их частоты вращения, а плавное регулирование двигателей с короткозамкнутым ротором было практически невозможно. В то же время необходимость регулирования частоты вращения была особенно важна для привода механизмов, применяемых для изменения расходов и работающих с переменной нагрузкой.

Тахогенератор — это устройство, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение. Такие машины используются в автоматических системах управления и регулирования для измерения частоты вращения, для дифференцирования, для обратной связи по скорости и других операций. В качестве тахогенераторов применяются генераторы постоянного и переменного токов, в том числе синхронные и асинхронные генераторы. Обычно мощность таких машин менее 50 кВт. Они имеют ряд недостатков: сложность конструкции, высокую стоимость, нестабильность выходной характеристики из-за наличия скользящего контакта; пульсации выходного напряжения и радиопомехи, возникающие в результате коммутации тока щетками.

Преобразователь частоты (автоматический регулятор частоты или инвертор) — это устройство, преобразующее входное напряжение 220 В/380 В частотой 50 Гц, в выходное импульсное напряжение посредством ШИМ (широкоимпульсной модуляции), которое формирует в обмотках двигателя синусоидальный ток частотой от 0 Гц до 400 Гц или даже до 1600 Гц. Таким образом, плавно увеличивая частоту и амплитуду напряжения подаваемого на обмотки асинхронного электродвигателя можно обеспечить плавное регулирование скорости вращения вала электродвигателя.

Частотные преобразователи сочетают в себе уникальные качества, высокий технический уровень, надёжность и невысокую цену. На базе преобразователей можно создавать гибкие системы электропривода и регулирования технологических параметров. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова управляемого технологического процесса, легко модифицируются и адаптируются в соответствии со всеми аспектами их применения.

Широкий диапазон мощностей и различные варианты систем управления позволяют подобрать решения для многих задач управления. Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, что значительно упрощает управляемую механическую (технологическую) систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы.

Зная мощность двигателя летучие ножницы и разматывателя 11кВт., подберем частотный преобразователь. На рынке у нас большой выбор оборудования различного производителя, то мы выбираем исходя цены (средняя рыночная) — Micromaster 440.

Micromaster 440 имеет модульную конструкцию. Пульт управления и коммутационные модуль могут быть заменены без применения какого-либо инструмента.

Основные параметры:

Ш простой ввод в эксплуатацию;

Ш особо гибкая конфигурация благодаря модульной конструкции;

Ш шесть свободно параметрируемых, потенциально развязанных цифровых входа;

Ш два аналоговых входа (от 0 до 10 V, 0 mA до 20mA), могут быть использованы в качестве 7-го и 8-го цифровых выходов;

Ш два параметрируемых аналоговых выхода (от 0 mA до 20 mA);

Ш три параметрируемых релейных выхода;

Ш бесшумная работа двигателя благодаря высокой частоте импульсов;

Ш защита двигателя и преобразователя;

2.3 Функции АСУ ТП агрегата продольной резки Функции АСУ ТП агрегата продольной резки включает себя:

— получение информации из общецеховой системы планирования и управления производством о металле (паспорт рулона, программа раскроя) поступающем на агрегат, вывод информации на терминалы постов управления и обеспечение возможности ее квитирования или изменения технологическим персоналом;

— передача в АСУ маркировщика данных о рулоне для осуществления маркировки;

— получение от УЗК сигнала отбраковки листа по качеству поверхности, отбраковка листа и сохранение признака брака в базе данных о листах;

— получение от измерителя толщины полосы сигнала о превышении допустимых отклонений по толщине, определение листа, в котором будет присутствовать участок металла с дефектом по толщине, отбраковка листа и сохранение признака брака в базе данных о листах;

— обрезка переднего конца полосы;

— выполнение мерного реза листов разной длины по заданной программе или осуществление мерного реза одной заданной длины. Во время реза оператор имеет возможность оперативно переключиться на мерный рез, выбрав одну из двух заранее заданных длин, при этом осуществляется контроль за возможностью выполнения текущего реза с новой заданной длиной;

— пропуск последнего реза, если длина остатка полосы, в случае совершения реза, получается менее заданной;

— измерение длины отрезанных листов;

— отбраковка листов по качеству поверхности, длине и толщине в 1-секцию листоукладчика;

— определение наполненности формируемых пакетов листов;

— управление подъемными столами при формировании пакетов;

— визуализация на постах управления технологических параметров в графической форме (в виде мнемосхем) с отображением заданных и фактических значений, состояния оборудования и текущего положения механизмов;

— диагностика технических средств системы;

автоматизированный сбор, обработка и представление информации о количестве и качестве продукции;

— архивирование информации о порезанном металле и его качестве.

2.4 Разработка модуля расчета момента времени срабатывания ножниц Зная скорость полосы 1,5−5м/с, мы можем рассчитать через какое время полоса будут проходить позиционные датчики. Для обеспечения заданной скорости листа индуктор включается по сигналу от датчика через промежуток времени, необходимый для преодоления между соседними датчиками с заданной скорость. Если скорость превысит заданную и лист достигнет датчика раньше заданного промежутка времени, то индуктор не включиться до его достижения или достижении ниже заданной. Лист притормаживается.

Скорость полосы 1,5−5м/с, т. к мы незнаем какой металл, тем тоньше, тем быстрее режется следовательно за среднюю скорость 3м/с Расстояние между Д1 и Д2, S₁ = 4 м Расстояние между Д2 и Д3, S₂ = 8 м Расстояние между Д3 и Д4, S₃ = 5 м Пусть датчик первый Д1 срабатывает в t, то по формуле t =S /х Д2 сработает через t₁ =S₁ /х = 1,3с.

Д3 сработает через t ₂=S₂ /х = 2,6с.

Д4 сработает через t₃ =S₃ /х = 1,6с.

Для расчета мерного реза нам известна скорость ножей при резки. Она меняется в зависимости от длины,

длина 2000;2500 мм — 1,0м/с длина 2500−3000 мм — 1,1м/с длина 3000−3500 мм — 1,2м/с свыше 3500 мм — 1,5м/с следовательно за среднюю скорость 1м/с Расчет реза:

Дано:

Т = от 3 до 16 мм;

Ш = 1860 мм;

Угол наклона до 3⁰

а = 8,5 см

Р = 36 000 кг = 36 т Расчет:

Усилене прижима листа при резании принимается равным 5% от Р т. е.

Q_p = 1.8т При числе ходов ножниц n = 13 в минуту время одного оборота:

t_ц = Т/n, (1)

где t_ц — время одного оборота, с Т — период полного оборота, с

n — число оборотов

t_ц = 60/13 = 4,6с Пути ножа по вертикали под нагрузкой при резании:

h = Т+Ш*tgл, (2)

где h — путь ножа, мм Ш — ширина полосы, мм Т — толщина полосы, мм

tgл — угол наклона верхнего ножа, ⁰

h = 16+1860*tg3 = 98 мм Время резания:

t_p~ t_ц / 2*h/2a, (3)

где t_p — время резания, с

t_ц — время одного оборота, с

h — пути ножа по вертикали при резании, мм

t_p~ t_ц / 2*h/2a = 1,4с Скорость резания:

х = h/ t_p, (4)

где х — скорость резания, м/с

h — пути ножа по вертикали при резании, мм

t_p — время резания, с х = h/ t_p = 70мм/с Пусть число оборотов будет равный 2000 и заданный рез на1200 мм, то

L_скор._p = L₃*2000 — L_н

L_скор._p = 1200*2000 — 98

т.е. для реза на счетчик подается 2 400 000 импульсов для рабочей длины (1200мм) и чтоб нож точно резал, с его инерционность еще 196 000 импульсов. По истечение 2 596 000 импульсов, происходит рез. Когда полоса заканчивается, счетчик сбрасывает значения.

2.5 Разработка алгоритма

3. Расчет структуры и состав службы КИПиА Для обеспечения надёжной работы измерительной техники, средств контроля и регулирования необходимо обеспечить их высококвалифицированную эксплуатацию. С этой целью на крупных предприятиях создаются службы эксплуатации контрольно-измерительных приборов и средств автоматики.

Порядок расчета: Для обеспечения надёжной работы измерительной техники, средств контроля и регулирования необходимо обеспечить их высококвалифицированную эксплуатацию. С этой целью на крупных предприятиях создаются службы эксплуатации контрольно-измерительных приборов и средств автоматики

1. Укрепленная ведомость парка приборов и средств автоматизации (Таб.№ 5).

Таб. № 5 Укрепленная ведомость парка приборов и средств автоматизации

2. Ориентировочная численность персонала службы КИПиА определяется по числу приведённых приборов

(5)

где N_i — число приборов одного типа или наименования, шт.;

k_отi — коэффициент относительной трудоёмкости прибора наименования;

n — количество наименований (однотипных групп) приборов укрупнённой ведомости парка приборов.

На комплексах с парком приборов, требующих для обслуживания 4 — 15 человек.

3. Расчёт численности электромехаников отделения эксплуатации КИПиА выполняется по формуле:

(6)

где А_я — явочная численность дежурных электромехаников;

— суммарные затраты времени на ежедневное обслуживание всего парка приборов (человек-мин), рассчитанные в таб. № 6;

k_з = 1,1 — коэффициент запаса, учитывающий выполнение непредвиденных работ, не предусмотренных нормами времени;

Т_см — продолжительность рабочей смены.

Принимаем Т_см = 480 минут.

Тогда Ая=1,1*99/480 = 0,22

Списочная численность персонала, учитывающая все случаи невыхода на работу, предусмотренные законом, определяется по формуле:

(7)

где K_c — переходный коэффициент, или коэффициент списочного штата рабочих. Он определяется делением номинального фонда рабочего времени (Н) на эффективный фонд рабочего времени (Э) одного работника в год.

(8)

При 41-часовой рабочей неделе эти показатели равны: Н = 2075 часов, Э = 1832 часа (при 15-дневном очередном отпуске).

Таб. № 6 Нормы времени и разряд работ

Таб. № 7 Сводная таблица затрат на обслуживание

4. Расчёт численности электромехаников отделения ремонта КИПиА выполняется по формуле:

(9)

где — суммарные затраты времени на текущий и капитальный ремонты, пуск и наладку, снятие и установку, поверку (таб. № 7).

Списочная численность персонала службы КИПиА Принимаем пять электромехаников по отделению ремонта.

Для определения квалификации персонала необходимо подсчитать суммарные затраты времени на выполнением работ по разрядам.

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по I разряду определяем по табл.6:

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по III разряду определяем по табл.6:

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по IV разряду определяем по табл.6:

Так, по отделению эксплуатации суммарные затраты времени на выполнение работ по V разряду определяем по табл.6:

Определим численность персонала отделения эксплуатации, работающего по III и IV разрядам По III разряду:

Принимаем одного электромехаников III разряда.

По IV разряду:

Следовательно, по отделению эксплуатации можно принять на работу двух электромехаников, из них одного электромеханика IV разряда и III разряда.

По отделению ремонта суммарные затраты времени на выполнение работ по техническому обслуживанию КИПиА определяются по I, II, III, IV, V, разрядам из таб. № 7.

По I разряду:

По III разряду:

По IV разряду:

По V разряду:

Определяем численность персонала отделения ремонта, работающего по соответствующим разрядам:

По I разряду:

По III разряду:

По IV разряду:

По V разряду:

Так как по отделению ремонта можно принять на работу одного электромеханика III разряда.

5. Определение службы КИПиА Определим общее число электромехаников:

(10)

где Э — число электромехаников отделения эксплуатации; Р — число электромехаников отделения ремонта.

Структура службы КИПиА имеет вид, показанный на рис. 1

6. Составление графика планово-предупредительных ремонтов и профилактических мероприятий.

График ремонтных работ и поверок приборов и средств автоматизации составляем, пользуясь таб. № 7

Заключение

Холоднокатаный листовой прокат относится к категории высококачественной металлопродукции. В ходе работы было изучено производство, выбор датчиков с требованиями производства. Рассмотрены задачи по улучшению реза, что позволило повысить качество реза и разнодлинности.

Использование его в различных отраслях промышленности чрезвычайно эффективно. Это является стимулом интенсивного научно-технического прогресса в области производства холоднокатаных листов. Идет непрерывное совершенствование существующих технологий, предлагаются принципиально новые технические решения. В связи с постоянным ужесточением требований продолжаются работы по совершенствованию всей системы контроля агрегата поперечной резки.