Автоматизация устройства абразивной зачистки

Размещено на http://www.allbest.ru

РЕФЕРАТ

Настоящая выпускная квалификационная работа посвящена модернизации автоматического управления станком на устройстве абразивной зачистки крупносортного цеха ОАО “ЕВРАЗ НТМК”. Актуальность проекта обусловлена необходимостью повышения надёжности работы данного устройства, стремлением к уменьшению простоев и снижением затрат на ремонты.

В выпускной квалификационной работе спроектирована принципиальная схема системы управления, подобрано необходимое оборудование, модули ПЛК. Также написана управляющая программа на языке Step7. Произведено исследование работоспособности написанной программы, соответствие её выполнения технологическому процессу. Рассмотрен вопрос обмена данными между контроллерами и исполнительными механизмами и выбрано необходимое для этого оборудование, а также сделан расчёт экономической целесообразности предлагаемого внедрения.

Выпускная квалификационная работа содержит пояснительную записку на 111 листах, приложения на 23 листах и включает в себя:

56 рисунков, 6 таблиц.

Графическая часть проекта выполнена на 6 листах формата А1.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

КСЦ - Крупносортный цех

УАЗ - устройство абразивной зачистки

НТМК - Нижнетагильский металлургический комбинат

ВКР - выпускная квалификационная работа

ОТК - отделение технологического контроля

РКС - релейно-контакторные схемы

ПЛК - программируемый логический контроллер

ПО - программное обеспечение

ТП - технологический процесс

FC - Function Block

OB - Organization Block

DB - Data Block

SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition

WinCC - Windows Control Center

PC - personal computer

HMI - human machine interface (человеко-машинный интерфейс)

CPU - процессор ПЛК

MMC - micro memory card

НТП - нормирующий термопреобразователь

ПЭВМ - промышленная электронно-вычислительная машина

ВВЕДЕНИЕ

ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» одно из крупнейших металлургических предприятий мира с полным технологическим циклом. НТМК первым в СССР построил конвертерный цех, освоил выплавку чугуна из ванадийсодержащего сырья, разработал оригинальную технологию термообработки рельс, построил первую машину непрерывного литья заготовок, самый крупный универсально-балочный стан.

В конце 80-х годов ХХ века НТМК достиг наивысших показателей по производству продукции. При этом комбинат уступал другим российским и мировым производителям по уровню технологии (преобладал мартеновский способ выплавки стали, незначителен объем стали, разливаемой на установках непрерывного литья и т.д.).

После получения полной хозяйственной самостоятельности в 1992 году прежде всего была разработана программа технического перевооружения. За этот период введены в эксплуатацию две доменных печи, четыре машины непрерывного литья заготовок, комплекс внепечной обработки стали, вакуммирования и десульфурации, новая нагревательная печь с шагающим подом, несколько слиткоразрезных станков Вагнера, новые линии прессования в огнеупорном производстве, новая производственная линия в колёсопрокатном стане и т.д. Общая сумма капитальных вложений составила превысила $ 3 миллиарда.

Реконструкция позволила вывести из эксплуатации ряд устаревших производственных мощностей, улучшить производственные и финансово-экономические показатели работы комбината.

ОАО «НТМК» занимает пятое место в России по выпуску продукции чёрной металлургии. Основной вид деятельности - производство и реализация металлопроката. ОАО «НТМК» производит около 10 % общего выпуска проката в России.

Основной задачей ОАО «НТМК» является увеличение массы продукции, повышение эффективности, качества и уменьшение потерь металла и энергии.

Именно для решения основных задач ОАО «НТМК» принято решение руководством крупносортного цеха и электротехнической лаборатории о модернизации станка УАЗ. Модернизация позволит избавиться от значительных простоев на данном участке, повысить выпуск продукции, так как решается вопрос об «узком месте» на данном участке. Частые ремонты, технические обслуживания установки нарушают нормальную работу цеха. Также это приводит к дополнительным затратам. Принятое решение о модернизации вызовет капитальные затраты на закупку и монтаж нового оборудования, но срок окупаемости составит около 1-2 лет, что является очень выгодным для предприятия.

Модернизация направлена на применении программируемых логических контроллеров, взамен старым установленным релейно-контакторных схем. ПЛК имеет явное преимущество по надёжности и современности перед РКС. Аналогичные модернизации проводятся по множеству электрооборудования в разных цехах комбината. В настоящее время РКС в состоянии морального износа. А также, установленные РКС на данном устройстве физически очень изношены.

Всеми этими факторами обусловлена актуальность и относительная новизна темы данной ВКР.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Станок обдирочно-шлифовальный предназначен для зачистки круглого проката. В настоящее время станок автоматизирован на уровне релейно-контакторного управления, что имеет ряд недостатков при современных условиях производства. Низкая надёжность реле и сложность поиска причин отказов, ограниченный срок службы, связанный с «подгоранием» контактов.

До существующей релейно-контакторной схемы управление осуществлялось вручную операторами. В дипломном проекте будет разработано управление станком с помощью программируемых логических контроллеров.

Различают три вида автоматизации:

1. Ручное управление

При ручном управлении человек непосредственно воздействует на органы управления, наблюдая за ходом технологического процесса;

2. Автоматизированное управление

При автоматизированном управлении находят широкое применение автоматические устройства, но процесс управления протекает при активном участии человека, как на этапе анализа состояния объекта , так и при реализации управляющих воздействий;

3. Автоматическое управление

При автоматическом управлении заданное состояние объекта поддерживается с помощью специальных автоматических устройств, а человек выполняет функции наладчика или ремонтника. Функцию управления человек берёт на себя только в аварийных ситуациях.

Токарный станок, у которого оператор может индивидуально осуществлять выполнение всех линейных перемещений салазок и задней бабки, используя элементы ручного управления.

- эти перемещения могут быть остановлены как по команде самого оператора, так и посредством установленного упора с ручной регулировкой;

- оператор может запускать и прекращать вращение шпинделя;

- изменение частоты вращения шпинделя может выполняться с помощью ручного управления.

Ручное управление - неавтоматический режим работы станка, при котором оператор управляет станком без использования предварительно запрограммированных числовых данных, например, с помощью кнопочного выключателя или джойстика;

Работа станка в ручном режиме: (manual modes of operation): Работа станка, управляемого оператором вручную, без последовательности, определенной заранее введенной программой.

Станок может выполнять следующий автоматический цикл: постоянство окружной скорости.

2. Релейно-контакторные схемы

Переключательные элементы, позже получившие название "реле", появились в начале прошлого века, истоки же их - аналогичные элементы неэлектрической природы - создавались еще ранее.

В середине 30-х годов начала зарождаться т е о р и я релейно-контактных схем, т. е. схем, состоящих из нескольких релейных элементов. В нашей стране слово в этой области было сказано В. И. Шестаковым, в диссертации которого - она называлась "Некоторые математические методы конструирования и упрощения двухполюсных схем класса А" (1938 г.) - для анализа и расчета релейно-контактных схем были использованы методы алгебры логики. Работы Шестакова, по-видимому, опередили аналогичные исследования, выполненные известным специалистом по информатике и кибернетике Клодом Шенноном.

Для автоматического управления работой станков широко применяют электрические релейно-контактные схемы, состоящие из электрических контактов, соединенных в определенной последовательности, и регулирующих устройств, на которые эти контакты воздействуют.

Структурная схема автоматизированного управления насосных агрегатов, являясь замкнутой цепью воздействия отдельных элементов, должна включать:

- измерительные датчики и реле, реагирующие на изменение неэлектрических величин;

- преобразователи импульса изменения неэлектрической величины в электрическую;

- усилители, увеличивающие мощность преобразованной величины для приведения в действие исполнительного механизма;

- исполнительный механизм, выполняющий необходимые операции для поддержания в заданном режиме параметра, на который настроено автоматизированное управление.

Все указанные элементы, независимо от места их установки, связаны одной общей схемой, которая составляется в соответствии с технологическим заданием и должна обеспечить определенную последовательность выполнения операций рабочими механизмами, а также необходимые блокировки.

Основным принципом работы релейно-контактной схемы является последовательность действия отдельных ее элементов. Все элементы, входящие в релейно-контактную схему, можно разделить на три основные группы: приемные, промежуточные и исполнительные. Каждая релейно-контактная схема состоит из схемы цепи главного тока и схемы цепи управления. Кроме того, релейно-контактные схемы подразделяют на принципиально свернутые и принципиально развернутые. В принципиально свернутых схемах каждый аппарат показан как единое целое (при этом сохраняется конструктивное единство каждого аппарата). В принципиально развернутых схемах каждый аппарат условно разделяется на составные части (обмотки, контакты), которые размещаются в разных местах схемы по признаку включения в отдельные электрические цепи.

Интеллектуальное реле

Системы автоматики и управления старого образца (релейно-контакторные) не отличались особой надежностью и ремонтопригодностью. Состоящие из десятков, а то и сотен элементов, исполнительных узлов и сигнальных ламп, соединенные километрами проводов, такие системы требовали очень точной и длительной настройки, периодических планово-ремонтных мероприятий, постоянной замены вышедших из строя реле, контакторов, клемников и т.д.

За последние годы в области электроавтоматики и КИПиА произошла революция, перевернувшая представления людей о понятии автоматизация. Появились очень надежные, дешевые и многофункциональные электронные блоки, заменяющие собой целые шкафы релейно-контакторных схем. Эти новые блоки, так называемые интеллектуальные реле, способны воплотить в себе, практически, любую задачу. Основной их особенностью является простота монтажа, наладки и настройки. Вся схема исполнительной автоматики программируется внутрь блока при помощи обычного компьютера, без всякого дополнительного оборудования. Делается это быстро и оперативно, что дает возможность изменить любой параметр в уже работающей системе. Благодаря совместимости с компьютером и малому числу составных частей (сам блок является основной исполнительной единицей), новые системы автоматики становятся максимально гибкими, надежными, малогабаритными, и, самое главное, несоизмеримо дешевыми, по сравнению со старыми аналогами.

Программируемое (интеллектуальное) реле -- разновидность программируемых логических контроллеров (ПЛК). Обычно программа создается на языкерелейной логики (LD) или FBD при помощи компьютера или при помощи клавиш на лицевой панели ПЛК. Предназначаются в качестве средств автоматизации локальных контуров, отдельных агрегатов и для бытового применения.

Обычно имеют ограниченное число аналоговых и дискретных каналов ввода-вывода. Коммуникационные возможности зачастую ограничены каким-либо одним интерфейсом для загрузки программы или связи с АСУ верхнего уровня. Для некоторых моделей есть возможность наращивать коммуникационные возможности с помощью модулей расширения. Основные типы интерфейсов: RS-485 и IndustrialEthernet. Программируемые реле отличаются от полноценных ПЛК малым числом каналов ввода-вывода, малым объемом памяти программ, невозможностью исполнения сложных математических операций, зачастую моноблочной конструкцией.

При правильном проектировании, монтаже и сервисе подобные системы снижают затраты на ремонт и обслуживание оборудования на 25-30%, а экономия электроэнергии возрастает на 10-15%.

4. Программируемый логический контроллер (ПЛК)

ПЛК (англ.Programmable Logic Controller, PLC)-- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека. Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ).

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее. Первый в мире ПЛК -- MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кб, произведен в 1968 году.

В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (LadderlogicDiagram). Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются «свободно программируемыми».

В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

Областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия. ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый 'машинный' ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.). ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

1. Виды, классификация ПЛК

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) уже давно и прочно заняли свою нишу на рынке средств автоматизации. Развитие полупроводниковой элементной базы, разработка новых средств информационного обмена, развитие алгоритмов управления способствует тому, что линейка ПЛК непрерывно расширяется.

Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:

- наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов; 

- малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов; 

- средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов; 

- большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов; 

- сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов. 

Важно отметить, что с ростом мощности контроллера растёт его цена. Причем при переходе разница по цене между различными классами контроллеров очень значительна. Одна из задач при разработке системы управления - это чётко зафиксировать число входных и выходных сигналов объекта управления, чтобы избежать лишних затрат при выборе контроллера.

Область применения - один из наиболее важных признаков классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Специализированный контроллер обычно является минимальный по мощности контроллер, программа действия которого заранее прошита в его памяти, а изменению при эксплуатации подлежат только параметры программы. Число и набор модулей ввода/вывода определяется реализуемыми в нем функциями. Часто такие контроллеры реализуют различные варианты функций регулирования. Основные области применения: локальное управление какой-либо малой технологической установкой или механизмом.

Также все контроллеры можно разделить на два класса: PC-совместимые и PC-несовместимые. Каждый из этих классов имеет свои достоинства и недостатки.

PC-совместимые контроллеры можно охарактеризовать следующими особенностями:

- они имеют классическую открытую архитектуру IBM PC; 

- в них используется элементная база, та же, что и у обычных PC; 

- они работают под управлением тех же операционных систем, которые широко используются в персональных компьютерах, например Windows, Unix, Linux, QNX; 

- программируются они теми же языками, которые используются для разработки ПО для PC; 

- на них, как правило, возможна работа программного обеспечения, разработанного для персональных компьютеров, при наличии требуемых для ПО аппаратных ресурсов.

PC-несовместимые контроллеры можно охарактеризовать так:

- архитектура контроллеров закрыта, она, как правило, является ноу-хау разработчика; 

- элементная база, на которой строятся контроллеры, существенно отличается от используемой в PC; 

- операционные системы, под управлением которых работают контроллеры, совершенно другие, нежели те, которые используются в РС, они часто разрабатываются самими производителями именно для данного типа или линейки контроллеров; 

- так как в таких контроллерах практически не используются стандарты, предлагаемые разработчиками распространённых операционных систем для PC, то работа PC-программ на этих контроллерах оказывается невозможной.

Из рассмотренных выше характеристик можно сделать вывод о сравнительных достоинствах и недостатках РС-совместимых и несовместимых контроллеров. РС-совместимые контроллеры по сравнению с РС- несовместимыми контроллерами в целом обладают большей мощностью, легче стыкуются с различными SCADA, MES, ERP системами, системами управления базами данных, открыты для большинства стандартов в областях коммуникаций и программирования, они в среднем дешевле, проще обслуживаются и ремонтируются.

В то же время РС-несовместимые контроллеры лучше учитывают требования промышленной автоматики; их операционные системы гарантируют отклик контроллера на внешнее событие через заданное время (операционные системы реального времени). Они в целом более надежны, так как больше используют наработанные в промышленности способы диагностики и горячего резервирования, обеспечивающие отказоустойчивость системы в целом. В них шире используются возможности связи с различными полевыми шинами.

Достоинства и недостатки каждого из этих видов контроллеров определяют их области использования. РС-несовместимые контроллеры целесообразно применять на нижних уровнях автоматизации, «поближе» к технологическому объекту. Здесь необходимы связь с периферийными устройствами по полевым шинам, исполнение в реальном времени (с гарантированным временем отклика на внешние воздействия) и надёжность. А открытость контроллера для связи со SCADA, MES или СУБД, как правило, не требуется. РС-совместимые же контроллеры целесообразнее применять на верхних уровнях автоматизации, где требования к реальному времени и связи по полевым шинам отсутствуют, зато становятся строже требования по информационной совместимости контроллеров с корпоративными сетями.

По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить на несколько групп, мы их условно назовем так:

- встраиваемые; 

- размещаемые в общий конструктив; 

- модульного типа.

Интерфейсы ПЛК

ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами -- специальным устройством или устройствами на базе более современных технологий -- персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением (например, SIMATIC STEP 7 в случае ПЛК SIMATIC S7-300 или SIMATIC S7-400). В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (например, операторскими панелями) или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть.

Датчики и исполнительные устройства подключаются к ПЛК:

централизованно: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода. Датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи согласовательных модулей, к входам/выходам сигнальных модулей;

или по методу распределённой периферии, когда удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи и, возможно, корзин-расширителей с использованием связей типа «ведущий-ведомый» (англ.Master-Slave).

Коммуникации

RS-232

RS-485

ProfiBus

DeviceNet

ControlNet

CAN

AS-Interface

Промышленный Ethernet

1.1 Языки программирования ПЛК

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3

Языки программирования (графические):

LD -- Язык релейных схем -- самый распространённый язык для PLC;

FBD -- Язык функциональных блоков -- 2-й по распространённости язык для PLC;

SFC -- Язык диаграмм состояний -- используется для программирования автоматов;

CFC -- Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD.

Языки программирования (текстовые):

IL -- Ассемблер;

ST -- Паскале-подобный язык.

В некоторых случаях для программирования ПЛК используются нестандартные языки, например:

Блок-схемы алгоритмов;

Си-ориентированная среда разработки программ для ПЛК;

HiGraph 7 -- язык управления на основе графа состояний системы.

Инструменты программирования ПЛК на языках МЭК 61131-3 могут быть специализированными для отдельного семейства ПЛК (например, STEP 7 для контроллеров SIMATIC S7-300/400) или универсальными, работающими с несколькими (но далеко не всеми) типами контроллеров:

CoDeSys

ISaGRAF

ИСР "КРУГОЛ"

Beremiz

KLogic

Структуры систем управления

Централизованные, (малые системы)

Распределенные, DCS (большие системы)

Обзор средств ПЛК Siemens

Коммуникационные модули

Дальнейшее расширение возможно при использовании встроенного интерфейса PPI / MPI. При организации сети PPI может быть использовано до 32 станций.

Рис. 1.1. Общий вид коммуникацонного модуля

SIMATIC S7-200

При этом все контроллеры S7-200 могут выступать как равноправные устройства генерирующие запросы и отвечающие на них.

При работе в сети типа MPI (для организации взаимодействия с ПЛК типа S7-300 или S7-400) ПЛК S-200 будет выступать как ведомое устройство.

Имеются центральные ПЛК с питанием +24В, ~120~230В.

Также имеются модули типа SIPLUS S7-200 работающие в расширенном температурном диапазоне и высокой влажности.

Взаимодействие с пользователем

В системах на базе S7-200 HMI интерфейс (взаимодействие с пользователем) может быть реализован следующим образом:

Панели текстовые и графические

Панели подключаются по интерфейсу PPI

HMI интерфейс на PC: реализуется средствами программ Protool или WinCC.

Монтаж ПЛК с модулями осуществляется на стандартную профильную 35мм DIN рейку.

В качестве альтернативного крепления на модуле предусмотрены крепления на щит в виде «ушек» по болты. Сочленение модулей расширения с ПЛК и остальными модулями происходит при помощи гибкого кабеля на боковой стороне каждого модуля (расположены под пластиковой заглушкой).

Программирование всегда ведется из программы STEP 7 MicroWin, отличаются только способы загрузки программы в ПЛК.

Через кабель PC / PPI

Через Industrial Ethernet при наличии в системе коммуникационного модуля CP243-1.

Через модемную связь при наличии в системе коммуникационного модуля CP241.

При программировании используется программа STEP7 MicroWin на языках LAD, STL или FBD. Также в MicroWin осуществляется настройка панелей оператора TD200 и TD400, а также коммуникационных модулей.

Пакет STEP 7 MicroWin имеет множество встроенных библиотек и мастеров настройки модулей.

Необходимо отметить, что на данный момент SIEMENS рекомендует для замены ПЛК SIMATIC S7-200 ПЛК SIMATIC S7-1200. S7-1200 обладают большими возможностями. К ним можно отнести: меньший размер корпусов, больший размер памяти, большее число поддерживаемых входов в системе и меньшую цену.

Для написания программы используется пакет STEP 7 BASIC, в которой интегрированы средства написания и отладки программ для ПЛК, а также пакет WinCCBasic для создания HMI на базе панелей KT и KTP.

Также STEP 7 BASIC не поддерживает язык программирования STL.

SIEMENS S7-300

Рис. 1.2. Общий вид ПЛК Siemens S-300

Модульные программируемые контроллеры для решения задач автоматизации среднего уровня сложности. Являются наиболее яркими и наверное самыми востребованными представителями ПЛК фирмы SIEMENS. Существенные возможности для расширения до 32 модулей (4 ряда по 8 модулей в каждом) позволяют обслуживать огромное количество сигналов (до 8200 дискретных и 512 аналоговых). Набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или длительности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим.

Монтаж осуществляется на профильную шину S7-300. Фиксация в рабочих положениях осуществляется винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса.

SIMATIC S7-400.

Модульный программируемый контроллер для решения сложных задач автоматического управления.

В системах S7-400 возможна замена модулей расширения без выключения контроллера за счет расположения шины непосредственно в стойке. Также на ПЛК S7-400 возможно построение так называемых H - систем (систем двойного резервирования) имеющих два CPU программа в которых выполняется параллельно и переключение между управляющими контроллерами происходит без прерывания технологического процесса.

Программирование и настройка также как и S7-300 осуществляется из пакета STEP 7.

SIMATIC S7-1500 новое решение от SIEMENS.

Просто неограниченные возможности за счет увеличенного быстродействия и огромного количества памяти. Время выполнения логической операции 1 нс. Скорость обмена по внутренней шине до 400 Мб/с. Также изменилась качество программой поддержки ПЛК. Теперь в программе хранятся и символьные имена и комментарии, поддержка 64-битных данных.

Монтаж осуществляется либо с помощью шинных соединителей как S7-300 либо на активную встроенную шину.

Модули

Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули блока питания, CPU и коммуникационного модуля. Наличие съемных соединителей позволяет производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощают выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Возможна установка в систему так называемых Dummy модулей для резервирования места в системе под дальнейшее расширение. Эти модули не выполняют никаких функций кроме обеспечения целостности шины системы.

HMI может быть реализован как на базе панелей оператора так и на базе PC программами Protool или WinCC. Программирование осуществляется из среды STEP7 Professional (на данный момент интегрирована со средой разработки HMI WinCC). Запись и отладка программы возможна через любой доступный в системе интерфейс.

Рис. 1.3. Расположение модулей ПЛК Siemens

1.2 Удаленное управление и мониторинг

SCADA (аббр. от англ.supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) -- программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например, на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.

Задачи для SCADA:

Обмен данными с «устройствами связи с объектом», то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

Обработка информации в реальном времени.

Логическое управление.

Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.

Основные производители ПЛК (по сериям):

LS Industrial Systems -- Glofa-GM, XGT, XGB GM4, GM6, GM7U, XEC, XBC, XGI;

Siemens -- SIMATIC S5 и S7;

Omron CJ1, CJ2, CS1;

SchneiderElectric -- PLCTwido и более функциональная серия Modicon: M340, M258, TSX Premium, TSX Quantum, TSX Atrium;

Beckhoff

Rockwell Automation -- ControlLogix L6x и L7x;

ABB -- 800xA Industrial IT;

Segnetics -- Pixel 2511 и SMH 2Gi;

Mitsubishi -- серия Melsec (FX, Q);

ОВЕН -- серия ПЛК

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Техническое описание технологического процесса цеха

Общая характеристика прокатных цехов

На металлургическом заводе 85 % выплавляемой стали идет на прокатку. Прокаткой называют деформацию металла между вращающимися валками. Деформация металла в процессе его прокатки на стане определяется величинами обжатий, вытяжки и уширения от пропуска к пропуску. Обжатием называется разность между высотой сечения прокатываемого профиля до и после прокатки, уширением - соответственно разность ширины сечения, а вытяжкой принято называть отношение длины полосы после прокатки к длине до прокатки. Прокаткой получают изделия самых разнообразных размеров и профилей, которые находят широкое применение в разных отраслях промышленности.

На металлургическом заводе обычно имеется несколько прокатных цехов. В прокатном цехе установлено один или несколько прокатных станов. Каждый прокатный стан оборудован рядом машин, механизмов и нагревательных устройств. Оборудование, предназначенное непосредственно для прокатки: клети с валками, приводные двигатели валков с редукторами или шестеренными клетями называются основные. Все остальное оборудование для осуществления технологического процесса прокатки называется вспомогательным.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги, слябинги), заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листовые и специальные. Все станы, кроме листовых и специальных, принято также называть по диаметру бочки прокатных валков в мм: стан 1150, стан 650 и т.д.; для листовых станов это название взята по длине бочки валка также в мм - стан 2800 и др.

ПУ (пост управления) №1 и ПУ №2 предназначены для приема оператором и визуального контроля контролером ОТК заготовок, предназначенных для проката, выдаваемых обжимным цехом или МНЛЗ (машиной непрерывного литья заготовок). Металл (блюмы и слябы) подается магнитными кранами поочередно на загрузку 1, 2 и 3. Далее толкателями загрузки подается на подводящий рольганг методических печей.

Оператор ПУ №4 совместно с контролером ОТК поочередно заталкивают толкателями заготовки в печи №1, 2, 3.

При подаче с передней стороны штуки (заготовки) получается проталкивание всего ряда металла, соответственно с выхода печи выпадает штука, которую принимает оператор ПУ №5 и контролер ОТК.

Контролер ОТК ПУ №4 и №5 ведут учет последовательности и номеров плавок. Металл перед прокаткой на крупносортном стане нагревают до 1250 - 1280 оС в методических печах.

Далее технологический процесс на передельных станах протекает в основном одинаково.

Оператор ПУ №5 передает слиток на стан 800, где происходит обжатие слитка в зависимости от профиля на 5 - 9 пропусков. Передвижение штуки (слитка) из калибра в калибр осуществляется правыми и левыми линейками манипуляторов. Через некоторое время после окончания прокатки в обжимной клети, которое определяется ритмом прокатки для любого профиля, в обжимную клеть подается следующая заготовка.

После проката заготовки на обжимных реверсивных клетях, заготовка с температурой 1140 - 1190о С передаются на стан 650, который состоит из 3-х прокатных клетей: 2 чистовые (имеют привод от одного двигателя) и отделочная (имеет привод от другого двигателя). Прокат на чистовых клетях осуществляется от 5-ти до 7-ми пропусков. В первой чистовой клети делается 3 - 4 пропуска и штука передается ко второй чистовой клети, где прокатка производится в 1 - 3 пропуска. Передача штуки из калибра в калибр чистовых клетей и отделочной клети осуществляется цепными шлепперами. Клети трио оборудованы подъемно-качающимися столами.

Далее делается один пропуск в отделочной клети и на этом процесс прокатки заканчивается.

По отводящим рольгангам штука передвигается на участок пил горячей резки, где с помощью дисковых пил режется в зависимости от заказа на мерные заготовки (штуки) и поступают на участок холодильника, где за счет естественной циркуляции воздуха происходит их охлаждение.

Управление работой участка пил горячей резки осуществляется ПУ №13.

После холодильника заготовки передаются на отделку, где происходит их окончательная обработка, увязка и отгрузка в железнодорожные вагоны. Отделка балок, швеллеров и др. фасонных профилей включает операции: правку на РПМ (ролико-правильной машине) и на горизонтальных прессах, маркировку, осмотр и сортировку. Отделку балок производят на участке отделки балок. Обработка круглой и квадратной заготовки предусматриваем осмотр поверхности металла, удаление дефектов вырубкой их в основном пневматическими молотками, маркировку и приемку металла.

2.2 Описание модернизируемой установки, технологическая схема

Станок обдирочно-шлифовальный предназначен для зачистки круглого проката D 90…160мм, длиной 5500…12000мм. Основная конструкционная деталь шлифовального станка - абразивный вращающийся инструмент. С его помощью с обрабатываемой поверхности может сниматься тонкий слой, делая текстуру гладкой и ровной. Перемещая элемент по столу устройства, можно настраивать чистоту ее обработки.

Станок используется на адъюстажных участках металлургических заводов, производящих высококачественные и легированные стали, с целью удаления поверхностных дефектов.

На станке можно производить следующие операции:

- сплошную зачистку поверхности

- выборочную зачистку поверхности (вышлифовку местных дефектов)

- зачистка змейкой

В станке предусмотрены 2 режима:

- работа

- наладка

Класс точности станка Н по ГОСТ 8-82.

Станок изготовлен в климатическом исполнении УХЛ4 по ГОСТ15150-69.

Описание кинематической схемы

Привод вращения шлифовального круга осуществляется от электродвигателя поз. 1, на валу I которого закреплен шкив поз.2, передающий вращение при помощи узких клиновых ремней поз.З на шкив поз.4, закрепленный на валу шпинделя II, на противоположенном конце которого закреплен шлифовальный круг поз.5. Шкив поз.4 является сменным и предназначен для перехода с работы на минимальной скорости шлифования 60 м /с на номинальную скорость шлифования 80 м /с поз.46. Все это закреплено на головке шлифовальной, которая качается в опорах шлифовальной бабки при помощи гидроцилиндра прижима шлифовального круга поз. 6, осуществляя вертикальное перемещение шлифовального круга.

Поперечная подача шлифовального круга осуществляется при помощи гидроцилиндра перемещения шлифовальной бабки поз.7.

На шлифовальной бабке установлен датчик подхвата шлифовального круга, в расточках которого на валу III на одном конце закреплен барабан поз. 14, в центре установлена на шпонке муфта поз. 10, которая под воздействием пружины поз. 12 стремится передать вращение рычагу поз.11 с лепестком, воздействующим на конечный выключатель. Муфта перемещается рычагом поз.9 воздействием электромагнита поз.8, барабан получает вращательное движение канатом поз. 13, который одним концом закреплен на кронштейне головки шлифовальной и через систему роликов поз. 15 находится в натянутом состоянии под воздействием противовеса поз.16, находящихся на валуV. Натяжение узких клиновых ремней подмоторной плиты с установленным электродвигателем.

Головка шлифовальная фиксируется относительно бабки шлифовальной при замене круга фиксатором поз. 19.

Бабка шлифовальная перемещается колесами поз.20 по рельсам станины бабки шлифовальной. Левый задний ролик имеет эксцентричную ось IV для выставления по рельсам.

В качества привода перемещения стола применен гидромотор поз.35. Гидромотор соединяется с быстроходным валом IIIV редуктора поз.37 при помощи втулочно- пальцевой муфты поз.36.

Тихоходный конец вала IX редуктора поз.37 при помощи зубчатой муфты поз.38 соединяется с валом X барабана поз.39, на который наматывается трос поз. 44. Одна из ветвей троса проходит через ролик натяжной поз.30,находящийся на противоположном от барабана конце пути рельсового. Ролик поз.30 вращается на оси XIII. На этой же оси находятся опорные рамки поз.З1, движущиеся по направляющим . Перемещением ролика поз.30 достигается натяжение троса поз.44 . К оси XIII крепится вилка, соединяемая со штоком гидроцилиндра натяжения троса поз.32, осуществляющего перемещение ролика поз.30. Ветвь троса, сходящая с ролика натяжного поз.30 идет к одному торцу стола, ветвь, сходящая с барабана поз.39 к другому торцу стола. На столе ветви крепятся через тарельчатые пружины поз.34 , являющиеся амортизаторами.

На столе установлены ролики приводные, на которые укладывается заготовка. Заготовка при выборочной зачистке зажимается механизмами зажима. При вращении заготовки механизмы зажима разжимаются, а вращение осуществляется oт электродвигателя поз.25 через редуктор поз.26 на вал XYI роликов приводных, на котором установлена шестерня поз. 21, соединенная с шестернями поз.22, на одном валу с которыми расположены ролики поз. 23. Электродвигатель поз.25 привода вращения роликов снабжен тормозом для мгновенной остановки вращения привода роликов при повороте заготовки на необходимый угол.

Перемещение стола осуществляется на колесах поз.33, которые установлены на эксцентриковых осях XI и осях XII.

Подвод питания к столу осуществляется от колодки, установленной на шпалах пути рельсового рукавами, охватывающими барабан поз.42, закрепленный на планках тележки, перемещающейся на колесах поз.43 по направляющим. Спереди и сзади относительно барабана закреплены два ролика поз.28, вокруг которых пропущен канат поз.40, имеющий натяжение по торцам стола при помощи винтов поз.41.

Укладка заготовки производится отсекателями поз.29, установленными на валах XVIII, XIX, XX, XXI, соединенными между собой зубчатыми муфтами. На концах валов закреплены штоки гидроцилиндров поз. 45. Перемещением штоков гидроцилиндров производится поворот отсекателей, которые высекая одну заготовку подают её на рычаги загрузки поз.24. Гидроцииндр поз.27 выставил рычаги поз.24 в среднее положение. Рычаги поз.24 опускаясь, укладывают заготовку на ролики поз.23. После обработки заготовки стол перемешается в зону выгрузки. Гидроцилиндром поз.27 производится поворот вала XVII и рычаги поз.24 сбрасывают заготовку на промежуточный стеллаж.

Общая компоновка станка

План-схема расположения узлов и агрегатов:

Станок состоит из ряда узлов, объединенных для выполнения определенных задач, а именно:

Узлы, предназначенные для загрузки и разгрузки заготовок «Механизм загрузки», «Гидроцилиндр механизма загрузки»-2шт., «Механизм сброса», «Гидроцилиндр сброса» - 4шт., « Стеллаж промежуточный».

Узлы, предназначенные для перемещения, зажима и вращения заготовки - «Путь рельсовый», «Стол», «Привод», «Ролик натяжной», «Гидроцилиндр натяжения», «Подвод питания к столу», « Ролик приводной»-8шт., «Механизм зажима» - 8шт., «Привод роликов» и др., входящие в комплекс «Стол».

Узлы, обеспечивающие зачистку заготовки и перемещение шлифовальной бабки - «Станина бабки шлифовальной», «Бабка шлифованная», «Головка шлифовальная», « Шпиндель», «Гидроцилиндр прижима круга», «Гидроцилиндр перемещения бабки шлифованной», «Кожух круга шлифовального» и др. узлы, входящие в комплекс «Привод инструмента».

Узлы, обеспечивающие работу оператора на станке - «Кабина», «Кресло оператора», «Пульт управления» и ряд других узлов.

Дополнительные узлы, предназначенные для обеспечения работы станка или создания удобств обслуживания. Это гидроагрегаты, гидро- и электрооборудование, «Механизм замены круга», подогреватель в кабине оператора и ряд других узлов.

Компоновка станка

Стол станка перемещается по рельсовому пути. Перпендикулярно движению

стола перемещается бабка шлифовальная по основанию.

С другой стороны против бабки шлифовальной расположена кабина оператора.

На передней части шлифованной бабки в опоре качается шлифовальная головка в передней части которой, в расточке, установлен шпиндель с шлифовальным крутом.

Слева от оператора установлен стеллаж промежуточный, а с другой стороны рельсового пути механизм загрузки. За путем рельсовым, слева от оператора установлены буфера и ролик натяжной, который перемещается от гидроцилиндра натяжения, обеспечивая постоянное натяжение троса при его вытяжке.

За путем рельсовым справа от оператора установлен привод с барабаном, на который наматывается или сматывается при движении стола соответствующие ветви каната.

Управление станком осуществляется из кабины оператора с помощью пульта управления. Пульт управления включает в себя две панели с кнопками управления, переключателями, сигнальными лампами, регуляторами температуры, амперметром и вольтметрами. Функциональные назначения нанесены на панелях пульта около аппаратов.

Конструктивные особенности отдельных узлов

Путь рельсовый.

Путь рельсовый предназначен для перемещения по нему стола, на котором производится абразивная зачистка заготовки. Путь рельсовый представляет собой крановые рельсы, закрепленные при помощи болтов и планок на шпалах, выполнены из швеллеров. Каждая шпала крепится фундаментными болтами и подлита бетоном.

Стол.

Стол предназначен для установки на нем заготовки, вращения её и зажима в процессе обработки и сброса после обработки. Стол представляет собой сварную конструкцию из швеллеров и листов, выполненную в виде рамы. Сверху на столе крепятся узлы привода роликов, ролики приводные, механизм зажима, механизм сброса, трубопровод , гидроагрегат стола, гидроцилиндры сброса , а также гидро- и электроаппаратура. С боку стола крепится кронштейн токоподвода. Стол установлен на колесах, которые перемещаются по рельсовому пути.

Механизм сброса.

Механизм сброса установлен на столе и представляет собой ваз установленный на опорах и поворачивающийся от гидроцилиндров. На вазу закреплены рычаги сброса, которые выполняют функции загрузки и выгрузки. Стол при этом находится в зоне загрузки - выгрузки.

Ролики приводные.

Ролики приводные установлены на столе и представляют собой сварной корпус, внутри которого расположена центральная шестерня, передающая вращение на две связанные с ней шестерни на одном вату с роликами. Все приводные ролики соединены между собой валами, которые получают вращение от привода роликов.

Привод роликов.

Привод роликов установлен в правой части стола и служит для передачи вращения через приводные ролики на заготовку. В приводе роликов установлены редуктор и электродвигатель со встроенным тормозом, который служит для мгновенной остановки при провороте её на угол.

Механизм зажима.

Механизм зажима предназначен для зажима заготовки во время выборочной зачистки и сплошной зачистки строчками и устанавливается на узле «Ролики приводные». Механизм зажима представляет собой основание, на котором крепится гидроцилиндр. Шток гидроцилиндра закреплен на основании и в корпусе роликов приводных. Для различных диаметров заготовок предусмотрены сменные губки.

Подвод питания к столу.

Подвод питания к столу предназначен для подвода электроэнергии к гидроагрегату стола, приводу роликов и представляет собой тележку на 4-х колесах, в средней части которой закреплена ось, на которой вращается барабан. В передней и задней части тележки установлены ролики для канатов.

Барабан перемещается по направляющим. На шпалах пути рельсового

установлена плита с коробкой, в которой закреплены кабели, которые обходя барабан, закреплены вторым концом на колодке, закрепленной на задней стенке стола, кроме этого вокруг роликов на тележке проходят канаты, которые одними концами закреплены на столе, другими на шпале пути рельсового. При перемещении стола канаты сообщают перемещение тележке с барабаном. Натяжение канатов осуществляется тягой, установленной на кронштейне стола.

Станина бабки шлифовальной.

Станина бабки шлифовальной представляет собой сварную конструкцию коробчатой формы, выполненную из листов. Сверху на станину устанавливаются рельсы, по которым перемещается бабка шлифовальная. На верхней поверхности станины установлен на кронштейне гидроцилиндр перемещения бабки шлифовальной. В верхней части установлен сварной пылестружкоприемник для обеспечения направления факела шлифовального круга при работе. В проём боковой стенки станины вкатывается тележка с бункером для сбора металлоабразивных отходов.

Бабка шлифовальная.

Бабка шлифовальная выполнена сварной конструкции, коробчатой формы, установленной на колесах, на которых перемещается по рельсам станины. Сверху, в расточках на оси, устанавливается головка шлифовальная и гидроцилиндр прижима шлифовального круга. Сбоку, на верхней поверхности, устанавливается датчик подхвата шлифовального круга и кронштейн фиксатора шлифовальной головки.

Головка шлифовальная.

Головка шлифовальная выполнена литой конструкции и представляет собой приклон, который устанавливается на бабку шлифовальную. Передняя часть корпуса шлифовальной головки сделана разъемная. В разъеме устанавливается шпиндель. Сверху, на приклон, монтируется на подмоторной плите электродвигатель привода шлифовального круга Натяжение ремней осуществляется при помощи винта. На торце корпуса шлифовальной головки закреплен кронштейн, шарнирно связанный с гидроцилиндром прижима шлифовального круга. На корпусе шлифовальной головки монтируется кожух шлифовального круга и кожух ременной передачи.

Шпиндель.

Шпиндель смонтирован в гильзе на двух роликоподшипниках и одном упорно-радиальном подшипнике. Шлифовальный круг на планшайбе устанавливается на переднем, а шкив узкой клиноремённой передачи на заднем конических концах шпинделя. Гильза шпинделя крепится в корпусе шлифовальной головки крышкой и фиксируется в осевом направлении своими буртами. Смазка опор осуществляется консистентной смазкой ВНИИП-228ГОСТ12330-77 или Старт ТУ3810/986-84. Контроль нагрева опор производится термопарами.

Механизм установки хода бабки шлифовальной.

Механизм установки хода бабки шлифовальной, определяющий крайние положения бабки шлифовальной, представляет собой сварной корпус, установленный на боковой стенке станины бабки шлифовальный, внутри которого находятся конечники, на которые воздействуют лепестки, закрепленные на одной оси с подпружиненными рычагами. При перемещении шлифовальной бабки кулаки, расположенные на штанге, поочередно воздействуют на соответствующий рычаг, который, поворачиваясь на оси, дает команду на остановку бабки шлифовальной.

Привод стола.

Привод стола представляет собой основание, на котором на кронштейне установлен гидромотор, связанный втулочно-пальцевой муфтой с редуктором, тихоходный зал которого зубчатой муфтой соединен с барабаном, на котором выполнена винтовая нарезка определенного профиля, в которую укладывается при наматывании приводной канат, перемещающий стол.

Механизм загрузки.

Механизм загрузки служит для выдачи на стол только одной заготовки. Механизм состоит из сварных стоек, связанных между собой швеллерами. На стойках сверху закреплены направляющие, на которые укладываются заготовки. Спереди на стойках крепится вал, на котором устанавливаются отсекатели. Отсекатель имеет две лопасти, каждая из которых предназначена для своего диапазона обрабатываемых заготовок. На концах валов установлены рычаги, которые связаны со штоками гидроцилиндров загрузки. Для переналадки на обработку соответствующих диаметров необходимо вынуть шпонку связывающую рычаг с диском, провернуть диски до совпадения очередного шпоночного паза с рычагом и закрепить шпонку. Для обеспечения нахождения торцев укладываемых заготовок в одной плоскости на механизме загрузки предусмотрен боковой щит.

Стеллаж промежуточный.

Стеллаж промежуточный состоит из сварных стоек связанных между собой швеллерами. На стойках сверху закреплены направляющие, по которым катятся до упора обработанные заготовки. На крайнюю правую стойку крепятся конечники узла «Установка конечных выключателей стола».

Кабина.

Кабина является рабочим местом оператора. Своими остекленными частями кабина обращена к рабочей зоне и зоне загрузки. Одно из окон может открываться для выполнения рабочим осмотра заготовки. Кабина выполнена из отдельных щитов скрепленных между собой. Каждый щит имеет двойные звукоизолирующие стенки. В кабине расположен пульт управления с рукоятками управления. Оператор находится в кресле, которое имеет возможность перемещаться по кабине.