Автоматизация. Пример - 1 КР автоматизация. Автоматизация производства
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
Введение Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства. До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации. В качестве характеристики измерения может выступать понятие уровня (степени) автоматизации. Описание объекта исследования 1.1 Краткая характеристика завода ОМК — одна из крупнейших отечественных трубных компаний, которая традиционно использует высококачественный подкат в виде горячекатаных рулонов, поставляемых с металлургических комбинатов. Зависимость от поставщика нередко создавала проблемы, в связи с чем в 2005 г. Было принято решение о строительстве ЛПК и заключен контракт на поставку основного и вспомогательного оборудования, возведение корпусов и др. Литейно-прокатный комплекс ОМК — первое в России за последние 25 лет крупномасштабное металлургическое предприятие, возведенное на новой площадке. ЛПК занимает площадь 150 га и состоит из 64 объектов. Нынешнее место представляется довольно удачным: рядом расположены объекты энергетики, на расстоянии 1 км проходит газопровод, до железной дороги всего 400 м. Выксунский металлургический завод — основнойпотребитель проката, выпущенного на ЛПК, — находится на расстоянии 5 км. Литейно-прокатный комплекс состоит из двух основных цехов: электросталеплавильного (ЭСПЦ) и листопрокатного (ЛПЦ). В составе комплекса, помимо основного технологического оборудования, имеется вспомогательное: цех по производству извести, кислородная, компрессорная станции, котельная, несколько площадок по переработке лома. ЛПК, оснащенное высокоэффективным сталеплавильным и прокатным оборудованием поставки фирма «Даниели» (Италия), обеспечивает решение задачи улучшения качественных показателей трубного металла путем внедрения современных технологических схем производства: в единой технологической линии осуществляется выплавка, внепечная обработка, непрерывная разливка стали в тонкие слябы и последующая прокатка их в заданном режиме с получением горячекатаных полос требуемого сечения в виде рулонов. Необходимо отметить, что персонал комплекса прошел обучение в Италии, Германии, Швеции, Финляндии. Весь персонал ЛПК имеет достаточный опыт работы: в сталеплавильном производстве заняты специалисты, прошедшие школу Молдавского металлургического завода, прокатчики — ЧерМК и ММК; непрерывщики — Челябинского меткомбината. Назначение прокатного стана 1950 Стан 1950 в составе литейно – прокатного комплекса, предназначен для производства горячекатаного рулонного проката по ГОСТ 19903 и EN 10025 – 1:2004, следующих размеров: толщиной, мм – от 0,8 до 12,7; шириной, мм – от 800 до 1800. Для производства полос на стане 1950 используют слябы из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных, качественных и других марок сталей, удовлетворяющих требованиям соответствующей нормативной документации по химическому составу, размерам и качеству поверхности. Каждая плавка, поступающая с МНЛЗ на стан горячей прокатки, отображается в автоматизированной информационной системе и сопровождается следующей информацией: номер плавки, марка стали, химический состав, номер сляба, количество и размер слябов. Технические характеристики стана 1950 Производственная мощность стана 1,2 млн. тн в год. В состав стана входят: Широкополосный непрерывный стан горячей прокатки, в составе которого две черновых и шесть чистовых клетей; Агрегат продольной резки (толщина полосы: 1,0 – 12,7 мм; ширина порезанных полос: 30 – 1750 мм); Агрегат поперечной резки (толщина полосы: 1,0 – 12,7 мм; ширина порезанных листов: 750 – 1750 мм)  Рисунок 1 - Схема расположения оборудования стана 1950 1.4 Постановка задачи автоматизации Продукция литейно – прокатного комплекса горячекатаный рулонный прокат выпускается и производится в соответствии со стандартами качества, а именно: в Российской федерации – это ГОСТ 19903 – Прокат листовой горячекатанный; в Европе – это EN 10025 : 2004 – Европейский стандарт на изделия горячекатаные из конструкционных сталей. Данные стандарты предусматривают ограничения, так называемые допуски по различным параметрам листового горячекатаного проката, в том числе и толщина проката. Контроль соблюдения толщины готовой продукции в рамках непрерывного прокатного стана, для производства, в том числе и проката повышенной точности, требует высокого уровня автоматизации. Нужно конкретнее написать: целью работы является разработка функциональной схемы системы автоматического регулирования толщины (и профиля) горячекатаной полосы. 2 Описание САУ 2.1 Регулировка раствора валков Толщина полосы определяется раствором валков каждой клети, которой в свою очередь определяется соответствующим гидроприводным цилиндром приложения усилия на валки (HGC). Цилиндр в целом управляется контуром регулировки положения. Система гидроприводной регулировки раствора является функцией регулировки замкнутого контура управления, обеспечивающей быструю и точную установку рабочих валков в требуемое положение. Регулятор положения подает задание на гидроприводной клапан капсул и получает сигнал обратной связи по положению от датчиков считывания положения. Каждая капсула имеет свой независимый регулятор положения. Необходимо также выполнять ручную регулировку наклона (или выравнивания) 2.2 Автоматическая регулировка толщины полосы Для обеспечения толщины полосы на выходе из чистовой группы в соответствии с заданной величиной будет предусмотрена система автоматической регулировки толщины полосы. Толщина проката горячекатаных листов на стане 1950 ЛПК, контролируется САРТ. Система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ) – одно из ключевых звеньев в АСУ ТП непрерывного широкополосного стана. Её назначение – обеспечение минимальной продольной разнотолщинности готовой полосы. Основным критерием оценки САРТ является точность регулирования, обеспечиваемая совершенной аппаратурой управления и быстродействующими приводами изменения раствора валков. Не взирая на то, что система гидроприводной регулировки раствора валков (HGC) может поддерживать положение цилиндра приложения усилия на постоянном уровне, толщина полосы меняется по различным причинам, например, при изменении толщины поступающей заготовки и/или при изменении твердости материала (например, по причине изменения температуры материала). Основанная главным образом на модели измерения толщины при деформации клети, система автоматического регулировки толщины полосы (AGC) прогнозирует для клети и положения гидравлического цилиндра, и замыкает контур, посылая корректировку на опорное значение положения системы гидроприводной регулировки раствора валков (HGC). 2.2.1 Межклетьевая система автоматического регулирования толщины AGC (измеритель толщины) Толщина межклетьевого проката не может измеряться напрямую, в этой связи она должна рассчитываться по возможности как можно точнее с учетом всех факторов, воздействующих на положение валков, когда клеть работает под нагрузкой и осуществляет прокатку: толщина жидкостного трения на роликоподшипниковых опорных валков; натяжение полосы в клети; прогиб валков; тепловое расширение рабочего валка; износ рабочего валка. Измеритель толщины измеряет полосу прокатываемого материала на основании значения раствора валков, протяженности стана и измеренного разделяющего усилия. Регулировка измерителя толщины полосы направлена на обеспечение постоянной толщины материала на выходе путем компенсации изменений растяжения стана по причине динамических изменений в усилии прокатки. Измеряя разделяющее усилие мы таким образом, получаем непрямое измерение толщины материала на выходе. Зная его, мы можем попытаться скомпенсировать изменения для обеспечения согласованной ширины материала на выходе. Для компенсации мы просто регулируем положение цилиндра на соответствующее значение.  Рисунок 2 – Принципиальная схема регулировки измерителя толщины Точнее, видимо, будет так: Функциональная схема регулятора толщины полосы Position reference – опорное значение положения Position feedback – сигнал обратной связи по положению Mill stand stretch – растяжение клети стана Mill stand stretch curve – кривая растяжения клети стана Controller – контроллер Mill stand separating – разделяющее усилие клети стана Tank – бак Roll load cylinder – цилиндр давления на валки Load cell – месс – доза Развиваемое усилие может измеряться с помощью месс – доз или с помощью датчиков давления цилиндров, поскольку усилие может рассчитываться на основании площади цилиндра и его давлений. Объем растяжения под воздействием усилия, прилагаемого на стан, может калиброваться путем поступательного расширения цилиндров с целью приложения усилия на стан. Практически используется автоматическая процедура (калибровка растяжения стана) для измерения растяжения, заносящая в память компьютера системы управления кривую, составляемую на основании такого измерения. Используемая корректировка, рассчитанная из измеренного усилия, зачастую относится к абсолютному измерителя толщины, поскольку он задает регулировку прокатки материала до требуемой абсолютной толщины. Абсолютный измеритель толщины выдаст требуемую толщину для прокатываемого пропуска. Альтернативным способом регулировки может стать использованием замкнутого измерителя толщины. При использовании замкнутого измерителя толщины раствора валков задается на требуемый показатель толщины до поступления материала в клеть. Когда материал поступает в валки, фактически толщина материала может отличаться от требуемой, если фактические характеристики материала не соответствует прогнозируемым. Измеритель толщины связывает опорное значение толщины с состоянием переднего конца полосы и затем проверяет соответствие этой новой рабочей точке, после чего прокатывает материал с согласованной толщиной, которая может отличаться от требуемой. 2.2.2 Принцип действия САРТ (AGC) Рентгеновский толщиномер преобразует измеренную толщину полосы по принципу радиации в электрический сигнал. Результат посылается на компьютер для контроля и учета качества толщины проката, выходящего из прокатной клети в соответствии с требуемым значением. Для этого используется сигнал обратной связи, пропорциональный толщине, который поступает с рентгеновского датчика, установленного на выходе прокатного стана: сигнал ошибки корректирует значение, а специальный алгоритм определяет, как распределить величину между (противоизгиб, зазор) прокатными клетями. Упрощенная схема регулировки профиля и толщины полосы представлена на рисунке 2.  1 – рентгеновский измеритель профиля непрерывного действия; 2 – диспетчер профиля; 3 – регулировка межвалкового зазора и прогиба Рисунок 2 - Упрощенная схема регулировки профиля и толщины полосы Система уменьшает ошибки и погрешности, возникающие, как правило, из-за износа и теплового расширения валков. Другой сигнал толщины формируется в случае значительных колебаний толщины для поддержания её постоянной вдоль всей длины проката. Запаздывание по времени между рентгеновским датчиком и прокатной клетью, для которой применяется коррекция, рассчитывается так, чтобы проверить результаты коррекции толщины, перед принятием решения о введении новой коррекции. Если погрешность оказывается значительной, функция регулирования может действовать в двух направлениях: Она попытается получить заданную толщину, несмотря на определенную потерю материала, которая свидетельствует об уменьшении погрешности Она обеспечивает поддержание толщины на постоянном уровне, при этом толщина не обязательно будет равна заданному значению. Непрерывное измерение профиля выходящей полосы предназначено для задания корректировки рабочих параметров на первых клетях (прогиб рабочих валков): оно представляет собой долгосрочное действие обратной связи, направленное на корректировку крупных погрешностей профиля. 3 Приборы и методы контроля Толщиномер (неправ. толщинометр) — это измерительный прибор, позволяющий с высокой точностью измерить толщину материала или слоя покрытия материала (такого как краска, лак, грунт, шпаклёвка, ржавчина, толщину основной стенки металла, пластмасс, стекла, а также других неметаллических соединений, покрывающих металл). Современные приборы позволяют измерить толщину покрытия без нарушения его целостности. Таблица 1 - Методы контроля толщины полосы
Таблица 2 – Приборы для измерения
3.1 Рентгеновский толщиномер Рентгеновская толщинометрия — метод измерения, позволяющий определять толщину металлического проката с высокой точностью при изменении температуры металла от нуля до температуры, близкой к точке плавления и высоких скоростях перемещения изделия. Погрешность измерения не зависит от изменения температуры. Система измерения состоит из устройства для измерения профиля и толщины полосы расположенного на выходе из шестой клети рисунок 3.  1 – аппаратура контроля верхней поверхности полосы; 2 – проектор измерения формы полосы; 3 – камера измерителя формы полосы; 4 – аппаратура измерения толщины и профиля полосы; 5 – первая водяная завеса; 6 – пирометр. Рисунок 3 – Компоновка системы измерения толщины и формы полосы Аппаратура измерения толщины на ЛПК – рентгеновский толщиномер. Рентгеновский толщиномер, в основном, предназначен для измерения толщины металлических покрытий и деталей. Семейство толщиномеров данного типа включает в себя огромное разнообразие приборов, предназначенных для работы в различных условиях (мобильные и стационарные), с различными типами материалов, рассчитанных на различную толщину измеряемых материалов и так далее.  Рисунок 4 – Рентгеновский толщиномер ВЫВОДЫ |