Транспортно-технологический комплекс подачи нагретых слитков к приемному рольгангу обжимного прокатного стана

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РАПС

отчет

по практическому заданию

по дисциплине «Автоматизация технологических комплексов и систем»

Вариант №3

Студент гр. 7403

Самаркин С.С.

Санкт-Петербург 2021



Оглавление

Краткое описание исследуемого комплекса

Задание

1. Расчет скоростной диаграммы

2. Расчет нагрузочных диаграмм

3. Проверка выбора электродвигателя

4. Расчет и выбор тормозного устройства

5. Выбор комплектного преобразователя частоты (КПЧ)

6. Выбор программируемого технологического контроллера, пульта оператора, датчиков, сетевых средств

6.1. Выбор программируемого технологического контроллера

6.2Выбор путевых и концевых датчиков

6.3 Выбор пульта оператора

6.4 Информационная связь

Заключение

Список литературы



Краткое описание исследуемого комплекса

Транспортно - технологический комплекс обеспечивает подачу нагретых слитков к приемному рольгангу обжимного прокатного стана.На рис. 1 функциональная схема системы управления комплексом.

Рис. 1. - Функциональная схема системы управления

Задание

Варианты данных для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1. - Исходные данные.

№	Параметр	Вариант 3
1	Масса слитковоза (без двигателя), т	25
2	Масс слитка, т	4,5
3	Число поездок в час	31
4	Число пар ходовых колес слитковоза, шт	2
5	Число пар ведущих колес, шт	1
6	Диаметр колеса, мм	850
7	Диаметр цапфы колеса, мм	140
8	Передаточное устройство редуктора от двигателя к ведущим колесам (предварительное)	7,8
9	Число групп нагревательных колодцев	5
10	Расстояние между осями групп колодцев, м	17
11	Расстояние от приемной части рольганга до первой оси групп, м	48
12	Расстояние от последней группы колодцев до конечной части пути, м	-
13	Радиус закругления пути, м	-
14	Время погрузки слитка на слитковоз, с	9
15	Время выгрузки слитка на рольганг, с	8,5
16	Максимальная скорость движения, м/с	5,3
17	«Средняя» скорость при подходе к рольгангу и на закруглениях пути, м/с	1,75
18	Значение ползучей скорости, м/с	0,35
19	КПД механической передачи, %	93



1. Расчет скоростной диаграммы

Расчет скоростной диаграммы . Время цикла работы слитковоза, необходимое для обеспечения заданной производительности, определяется исходя из максимального числа поездок за слитками. Для возвратно-поступательной системы , где - число поездок за слитками вчас.

Значение допустимого ускорения (замедления) слитковоза при построении скоростной диаграммы определяется по условию отсутствия пробуксовки колес о рельсы. Максимально возможное (критическое) значение этого ускорения (замедления) может быть определено из выражения:

где = 0,14 - коэффициент сцепления (трения) колес с рельсами;

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;

n - число ведущих колес;

N - общее число колес.

Принимают значение допустимого ускорения в пределах:

м/с2

Для возвратно - поступательной слиткоподачи при движении слитковоза от рольганга расчет производят по следующим формулам:

0-1. Разгон

1-2. Движение на максимальной скорости будет рассчитано после участка 5-6 диаграммы (рис. 3).

2-3. Замедление до минимальной скорости

3-4. Движение на ползучей скорости

4-5. Торможение до полной остановки

5-6. Загрузка слитка на слитковоз

Теперь рассчитаем время движения на максимальной скорости через длину пройденного пути :

6-7. Реверсивный разгон

7-8. Движение на максимальной реверсивной скорости будет рассчитано после участка 12-13 диаграммы (рис. 2).

8-9. Снижение скорости до "средней"

9-10. Движение на "средней" скорости

10-11. Замедление до ползучей скорости

11-12. Движение на ползучей скорости

12-13. Торможение до полной остановки

13-14. Выгрузка слитка на рольганг

Время покоя слитковоза :

Графически зависимости скорости от времени и пройденного расстояния показаны на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Скоростная диаграмма

Рис. 3. Зависимость скорости от пути



2. Расчет нагрузочных диаграмм

Расчет нагрузочных диаграмм M=.

Расчет мощности, для выбора двигателя

где - масса груженого слитковоза;

= 1,8 - коэффициент допустимой перегрузки по моменту;

b - коэффициент, характеризующий механические свойства двигателя;

= 0,001 - коэффициент сопротивления движению в установившемся режиме;

d = 1,2 ? коэффициент, учитывающий моменты инерции вращающихся частей механизма, при их приведении к поступательному движению;

- КПД механической передачи.

Необходимая частота вращения двигателя, обеспечивающая заданную скорость слитковоза, может быть определена из соотношения:

,

Где ip-ориентировочное значение передаточного числа редуктора

Dk- диаметр колеса слитковоза.

Исходя из полученных результатов, был выбран асинхронный двигатель 4A280S6, параметры асинхронного двигателя приведены в таблице 2.



Табл. 2. - заводские параметры двигателя 4А280S6.

	Мощность, кВт	Скольжение, %	КПД, %	Соs
1000	75	2	92	0,89	2	1,9	1	6,2

Расчет передаточного числа редуктора с целью согласования максимальной скорости движения слитковоза.

Значения статических моментов сопротивлений, приведенных к валу двигателя, определяются по выражению:

где k = 2,5 ? коэффициент, учитывающий боковое трение ребер колес о рельсы;

G ? масса слитковоза с грузом;

= 0,02 ?коэффициент трения в подшипниках цапф;

- радиус цапфы колеса;

f = 0,001 ? коэффициент трения качения колес о рельсы.

Динамические моменты при разгоне и торможении слитковоза определяются по формуле:

где = + + + ? суммарный момент инерции слитковоза, приведенный к валу двигателя, равный сумме моментов инерции двигателей Jд, редуктора Jp, тормоза Jт и поступательно движущихся масс слитковоза.

- момент инерции двигателя из паспортных данных.

Тогда: = +

Суммарный вращающий момент на валу электродвигателя cнагрузкой при разгоне иторможении определяется соответственно выражениями:

Моменты ненагруженного (порожнего) слитковоза:

Рис. 4. Нагрузочная характеристика

Рис. 5. Скоростная и нагрузочная диаграммы



3. Проверка выбора электродвигателя

где ? вращающие моменты двигателя и продолжительности каждого из участков нагрузочной диаграммы; - общее время, затраченное на работу (один цикл).

Расчетная относительная продолжительность включения ПВ%р равна:

Полученные значения приводятся к стандартной продолжительности включения по известному соотношению:

Полученные значения эквивалентного стандартного момента и мощности сравниваются с номинальными данными двигателя , , соответствующими стандартной продолжительности включения :

Выбранный двигатель необходимо проверить по перегрузочной способности:

где ? максимальный момент из графика нагрузки; - коэффициент допустимой перегрузки по каталогу.

технологический электродвигатель подача



4.Расчет и выбор тормозного устройства

Тормозные устройства действуют при срабатывании датчиков точной остановки для осуществления расчетной остановки слитковоза у рольганга и у групп нагревательных колодцев, а также при отключении питания двигателей в аварийных случаях. Как правило, используются колодочные пружинные тормоза типа ТКП с коротко ходовыми электромагнитами постоянного тока типа МП или электромагнитами однофазного переменного тока клапанного типа МО.

Тормозной момент, обеспечивающий остановку слитковоза без проскальзывания колес по рельсам:

Исходя из полученного значения тормозного момента, был выбран тормоз ТКП 200 (Табл. 5).

Табл. 3. - параметры INTORQ BFK458-20-N

№ п/п	Параметры	Значение
1	Мин. момент торможения, Нм	80
2	Номинальный момент, Нм	260
3	Макс. момент, Нм	400
4	Макс. скорость, об/мин	3600
5	Время наложения, мс	340
6	Время снятия, мс	165
7	Момент инерции, кг м2	0,073
8	Сила тяги, Н	1350
9	Диаметр шкива, мм	254
10	Ширина, мм	114,6
11	Вес, кг	19,3

Расчетный ход h либо тяговое усилие Fэ электромагнита определяется из соотношения:

Расчетный ход h либо тяговое усилие электромагнита определяется из соотношения:

где ? радиальный отход колодок тормоза; - коэффициент трения колодок и тормозного шкива; ? коэффициент использования хода якоря электромагнита; ? КПД тормоза.



5. Выбор комплектного преобразователя частоты (КПЧ)

КПЧ включает в себя собственно преобразователь частоты (ПЧ) с системой управления, а также дополнительные компоненты в виде коммутационно-защитных аппаратов, дросселей, сетевых фильтров и др. Вместе с электродвигателем КПЧ образуют комплектный электропривод (КЭП).

Для электропривода слитковоза следует использовать реверсивные КПЧ с устройством управления тормозным электромагнитом и электрическим торможением и с системой автоматического регулирования скорости двигателя. Номинальные значения частоты, напряжения и тока КПЧ должны соответствовать номинальным данным двигателей электропривода перемещения слитковоза, а номинальный рабочий ток двигателя не должен превышать допустимой токовой перегрузки КПЧ.

- номинальный ток преобразователя частоты

- номинальная мощность двигателя в кВт

- КПД двигателя в %

- номинальное фазное напряжение двигателя.

Был выбран КПЧ NXP 0072 5A 2H 0 SSS фирмы Vacon. Параметры данного КПЧ представлены в таблице 4.



Табл. 4. - параметры КПЧ NXP 0140 2A 2H 0 SSS.

Тип ПЧ	Номинальный длительный ток, А	Ток перегрузки, А	Напряжение питания, В	Мощность на двигателе, кВТ	Габариты, мм
NXP 0072 5A 2H 0 SSS	87	96	400	75	237·591·257



6.Выбор программируемого технологического контроллера, пульта оператора, датчиков, сетевых средств

6.1 Выбор программируемого технологического контроллера

Из каталога продукции компании Mitsubishielectric был выбран ПЛКFX3G-40 MR/ES, характеристики которого показаны в таблице 5.

Табл. 5. - параметры ПЛК FX3S-30 MR/ES.

Семейство	FX3G
Тип	Компактные
Макс. количество дискретных входов/выходов	30
Память программ	4000 шагов
Время обработки команд	Основные: 0,21 мкс Прикладные: 0,5мкс
Возможности связи	Ethernet/modbus

Рис. 6. - FX3S-30 MR/ES.

6.2 Выбор путевых и концевых датчиков

Датчики следует выбирать исходя из условий эксплуатации. Исходя из необходимых требований, был выбран датчик фирмыschneiderelectricXCKP2145P16.

Табл. 6. - параметры механического датчика XCKP2145P16.

Табл. 7. - параметры механического датчика XCKP2145P16.

Рис. 7. - механический датчик XCKP2145P16.

Для контроля загрузки слитковоза на производстве обычно используется лазерный датчик. Его можно расположить на некотором удалении от слитковоза. Подключается датчик к ПЛК. Выбран датчик фирмы OmronE3Z-LL815M(Рис.8).

Табл. 8 - параметры лазерного датчика E3Z-LL815M.

Рис. 8. - лазерный датчик E3AS-F1000IMD 2M.

6.3 Выбор пульта оператора

Для удобства управления был использован промышленный компьютер, клавиатура и монитор.

В качестве промышленного компьютера был выбран промышленный компьютер настольного типа FRONT Deskwall 337.081 (рис.9), основные технические характеристики которого представлены в Табл.9.

Рис. 9 - промышленный компьютер



Табл. 9 - Характеристики промышленного компьютера

Процессор	Intel Core i5-4570S, 3.1 ГГц
Тип оперативной памяти	DDR3
Объем оперативной памяти	4Гб
Тип ОЗУ	HDD, 500 Гб
Интерфейсы ввода- вывода	VGA, 2xRS-232, 4xUSB2.0, 4xPCI, VGA, 2 x PCIe х1, 1 x PCIe х16, 2xGbE

В качестве монитора был выбран промышленный монитор «IDP31-215WP25HIB2» (Рис. 10).

Характеристики монитора представлены в Таблице 11.

Табл. 10 - Характеристики промышленного монитора

Рис. 11 - промышленный монитор

В качестве устройства ввода информации будем использовать промышленную клавиатуру TKF-085c-TOUCH-MGEH-

USB (Рис.8). Характеристики клавиатуры представлены в Таблице 11.

Табл. 11 - Характеристики клавиатуры

Рис. 12 - промышленная клавиатура

В качестве пульта управления используется сенсорная операторская панель «GT1595-XTBD» производства компании MitsubishiElectric(Рис.13). Характеристики клавиатуры представлены в Таблице 12.

Рис. 13 - сенсорная операторская панель

Табл. 12 - Характеристики промышленного монитора

6.4 Информационная связь

Как было отмечено ранее монитор подключается с помощью VGA, клавиатура с помощью USB, пульт станка и пульт обучения по RS-485.

Поэтому нам потребуется конвертер- переходник RS-485\RS-232.



Заключение

В результате проделанной работы были рассчитаны основные параметры элементов системы управления и выбрано оборудование, которое необходимо для управления комплексом слитковоза. Исходя из исходных данных была рассчитана скоростная и нагрузочная диаграмма. Также, из полученных результатов были выбраны асинхронный двигатель и тормозное устройство. Далее, для грамотной работы установки был выбран комплектный преобразователь частоты. Из каталогов были выбраны технологический контроллер, датчики и сетевые средства. Для удобства управления были выбраны промышленный монитор и клавиатура.



Список литературы

1. Новиков В. А., Савва С. В., Татаринцев Н. И. Электропривод в современных технологиях. Учебник для вузов. - М.: Издательский центр ?Академия?, 2014. - 400 с.

2. Проектирование электротехнических устройств: учеб. для студентов вузов / А. Е. Козярук, В. А. Новиков, М. П. Белов, Л. П. Козлова, Н. И. Татаринцев; под ред. В. А. Новикова. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015.330 с.

3. Белов М. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н. Автоматизированныйэлектропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. Учебник для вузов. - М.: Издательский центр ?Академия?. Первое издание, 2004; третье издание, 2007. - 576 с.

4. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации: Учебное пособие для вузов / [М.П.Белов, О.И.Зементов, А.Е.Козярук и др.] Под редакцией В.А.Новикова, Л.М.Чернигова- М: Издательский центр “Академия”, 2006. - 368 с.

5. Белов М. П., Новиков В. А. Оптимизация интегрированных электроприводных систем механизмов, агрегатов, машин и комплексов. Монография. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru/