АННОТАЦИЯ

Автоматизация стана холодной прокатки труб ХПТ 55 с разработкой подсистемы жидкой смазки на ОАО «СинТЗ».

Цель работы разработка проекта по автоматизации действующей системы автоматического управления.

Итогом работы создан проект системы автоматического управления на безе контроллера S-400 фирмы SIEMENS.

Проект является реальным и реализуемым на производстве.

Содержание

Введение……………………………………………………………………....5

1. Обоснование автоматизации стана ХПТ 55…………………………..….7

1.1 Характеристика стана ХПТ 55…………………………………………7

1.2 Анализ путей автоматизации стана……………………………………12

1.3 Функционально-стоимостной анализ базового варианта……………13

1.4 Разработка технического задания……………………………………..22

2. Проектирование конструирование и моделирование основных технических средств…………………………………………………………….26

2.1 Декомпозиционный анализ задачи модернизации системы управления и разработка декомпозиционной схемы……………………………………….26

2.2 Разработка структурной схемы системы управления…………………36

2.3 Выбор основных технических средств СУ……………………………40

2.4 Разработка схемы электрической соединений системы управления………………………………………………………………………49

2.5 Разработка шкафа управления……………………………………….…52

2.6 Разработка схемы электрической монтажной шкафа управления……53

2.7 Разработка подсистемы жидкой смазки……………………………….54

3. Информационное и программное обеспечение системы управления………………………………………………………………….…..58

3.1 Разработка блок-схемы алгоритма управления станом……………….….58

3.2 Разработка мнемосхемы программного обеспечения……………….……62

4. Эксплуатационная документация…………………………………….……..67

4.1 Инструкция по эксплуатации СУ…………………………………….……67

5. Функционально-стоимостной и экономический анализ системы управления…………………………………………………………………...…..75

5.1 Функционально-стоимостной анализ проектируемой системы управления……………………………………………………………………….75

5.2 Расчет периода окупаемости и экономическая оценка проекта……...…83

6. Безопасность и экологичность проекта……………………………….….88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………105

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………….…..106

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………109

Введение

Несмотря на бурное развитие производства сварных труб во второй половине 20 века производство горячекатаных труб продолжает успешно развиваться и совершенствоваться. Горячей прокаткой производят трубы диаметром от 16 до 1220 мм из углеродистых, легированных и специальных сталей, а также биметаллические и многослойные. По сравнению со сварными горячекатаные трубы имеют следующие преимущества:

• значительно более широкие возможности использования разнообразных марок стали, цветных и тугоплавких сплавов;

• возможность производить трубы практически любых диаметров и толщины стенки, не только круглого, но и разной конфигурации поперечного сечения, в том числе и изменяющегося по длине;

• более низкая в ряде случаев стоимость исходных заготовок (слитков, блюмов) по сравнению со стоимостью листовых заготовок для производства стальных труб.

Применение непрерывнолитых заготовок вместо катаных в сочетании с внепечной обработкой стали позволяет улучшить качество бесшовных труб, сократить ряд переделов металла, снизить затраты на производство и повысить конкурентоспособность бесшовных труб на рынке.

В западных странах и в Японии до 95% бесшовных труб производят из непрерывнолитых заготовок. В России подавляющее количество горячедеформированных труб производят из катаной заготовки и слитков, что приводит к значительно большему расходу металла (порядка 100 кг на 1т готовых труб).

Круглая заготовка ближе по поперечному сечению к готовой трубе, легко подвергается прошивке на станах винтовой прокатки. Квадратная заготовка имеет свои преимущества: катаный блюм значительно дешевле, чем круглая заготовка; поверхность квадратной заготовки легче зачищать; качество металла литой квадратной заготовки выше, чем литой заготовки круглого сечения. При использовании непрерывнолитой заготовки круглого сечения наблюдается образование плен на внутренней поверхности труб. Поэтому часто предпочитают отливать заготовки квадратного сечения, которые для уплотнения сердцевины подвергают пресс-валковой или прессовой прошивке, иногда с предварительной прокаткой. Непрерывнолитые заготовки квадратного сечения получают на радиальных МНЛЗ с большой скоростью литья, их стоимость на 20-30% меньше, чем заготовок круглого сечения. Такие заготовки используются в Италии, Японии, Франции, на Волжском Трубном Заводе. Однако на одном из новых трубных заводов, построенном западными фирмами в Китае, используют заготовки с диаметром сечения 210-310 мм, отливаемые в четыре ручья из стали, выплавленной в электродуговой печи.

При использовании для производства бесшовных труб непрерывнолитой заготовки сквозной коэффициент расхода металла равен примерно 1,35, тогда как при применении прокатанных из слитков заготовок он равен в среднем 1,85. Кроме того, на создание оборудования, производящего непрерывнолитые заготовки, требуются меньшие капиталовложения, чем на оборудование по производству катаных заготовок.

Трубная промышленность характеризуется высокой конкуренцией среди производителей. Одним из главных факторов обеспечивающих преимущество на рынке становится качество выпускаемой продукции. Проблему получения качественных труб можно решать двумя способами. Совершенствование технологической стороны процесса и повышения качества исходной заготовки. На сегодняшней день российские производители НЛЗ добились высокой точности химического состава продукции, однако проблема получения однородной структуры слитка еще не решена. Это подталкивает производителей трубной продукции на исследования в области совершенствования производства непрерывнолитых заготовок и труб из НЛЗ.

1. Обоснование автоматизации стана хпт 55

1.1 Характеристика стана хпт 55

Стан холодной прокатки труб ХПТ 55-3 предназначен для производства бесшовных, холоднокатаных, высококачественных труб с наружным диаметром от 25 мм до 55 мм из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей с пределом прочности в исходном состоянии до 1000 МПа.

Технические характеристики

Заготовка:

наружный диаметр, мм 38..76

толщина стенки, мм 1,75..12

длина, м 1,5...5,0

внутренний диаметр, мм 25..69

Готовая труба:

наружный диаметр, мм 25..55

толщина стенки, мм 0,5..10

Число двойных ходов клети в минуту, не более 130

Угол поворота трубы и оправки за

двойной ход клети, градусы 51

Подача за двойной ход клети, мм (2..10)х2

Ход валков, .ой клети, мм 625

Диаметр кольцевого калибра, мм 304..315

Диаметр ведущей шестерни, мм 264, 276, 288

Ширина кольцевого калибра, мм, не более 160

Стан ХПТ 55-З состоит из следующих частей:

• оборудование клети рабочей,

• клеть рабочая,

• устройства защитные клети,

• механизм подачи и поворота,

-устройство для подачи смазки через стержень,

• комплект электрооборудования,

• переходные детали для установки моторов переменного тока вместо моторов постоянного тока и заменяемых датчиков по стану,

• приспособления,

• оборудования систем смазки, гидравлики и СОЖ,

• инструмент технологический,

• комплект запасных частей и сменного оборудования

• и другое оборудование.

Боковая загрузка стана ХПТ-55-З остается без изменения: при перезарядке клеть останавливается и оправка извлекается из очага деформации. Прокатка осуществляется в возвратно-поступательно перемещающихся кольцевых калибрах с ручьями переменного сечения на конусной или криволинейной оправке, неподвижной в осевом направлении.

Оборудование клети рабочей устанавливается в существующую станину стана ХПТ 55-3, состоит из литой плиты, несущей опорные рельсы и нижнюю рейку, рамы с откидывающейся верхней рейкой и механизмом фиксации, двух шатунов и клети рабочей.

Нижняя и верхняя рейки имеют механизмы продольной и поперечной настройки положений. Продольным смещением реек осуществляется разворот валков при регулировке взаимной симметричности ручьев калибров относительно оси прокатки, поперечным - выполняют настройку положений реек относительно шестерен рабочих валков в зависимости от установленной шестерни и диаметра бочки калибра в связи с изменением маршрута прокатки.

Клеть рабочая состоит из литого корпуса, двух съемных направляющих, двух рабочих валков, нажимного механизма, клинового механизма распора. Рабочие валки установлены вертикально в подушках и связаны траверсами. Рабочий валок содержит вал, два сферических двухрядных подшипника, кольцевой калибр с ручьем переменного профиля, шестерню и другие детали.

Клеть центрируется по оси прокатки направляющими и совершает возвратно-поступательное движение от шатунов приводного механизма, при этом шестерни валков перекатываясь по стационарным рейкам, сообщают калибрам качательное движение, которые осуществляют холодную деформацию трубы по диаметру и стенке.

Устройства защитные клети Устройства защитные клети выполнены из сварных металлоконструкций, включают следующие основные части: две стенки, привариваемые к существующей станине, две опоры под откидной кожух, кожух, вентиляционный воздухосборник и два гидроцилиндра подъема откидного кожуха. Гидроцилиндр крепится на фундаментной стойке, гидроцилиндр крепится на приварной стенке. Устройства защитные клети предохраняют обслуживающий персонал от контакта с перемещающимися деталями механизмов, изолируют зону деформации от окружающей среды, снижают риски в аварийных ситуациях.

Механизм подачи и поворота устанавливается на существующей плите на посадочные места демонтируемого механизма. Гидропривода и коллектор смазки механизма запитываются от существующих систем.

Механизм подачи и поворота осуществляет преобразование непрерывного вращения от существующей трансмиссии в прерывистое импульсное вращение винта подачи патрона заготовки и трансмиссии, поворачивающей стержень и шпинделя патронов промежуточного и переднего в крайних положениях клети (во время открытия зева валков). Механизм подачи и поворота состоит из:

-редуктора с приводным валом

-разъемного корпуса, в котором размещены планетарно кривошипный преобразователь, валы сменных шестерен, вал поворота нижний, вал поворота верхний, промежуточные валы, вал подачи с гайкой, вал ускоренного перемещения, вал датчика винта подачи,

-привода ускоренного перемещения - используется существующий от стана XТП 55-3 с заменой двигателя на электропривод переменного тока.

Эпициклический преобразователь подключен через приводной вал редуктора к существующему редуктору РЦД-850 главного привода стана, а выходным валом через комплекс зубчатых передач к нижнему и верхнему валам поворота и через сменные шестерни к гайке винта подачи.

Планетарно - кривошипный преобразователь позволяет иметь стабильную величину подачи и угла поворота трансмиссии, независимо от числа ходов клети и положения винта относительно гайки.

Управление перемещением винта подачи с закрепленным на нем патроном заготовки осуществляется с помощью кодового многооборотного датчика AMG-11 вала датчика, связанного с гайкой.

В комплект механизма подачи входит набор сменных шестерен, обеспечивающих изменения величины подачи в соответствии с таблицей подач. При необходимости могут быть использованы сменные шестерни с другими передаточными отношениями.

Устройство для подачи смазки через стержень устанавливают на боковую поверхность станины механизма фиксации стержня. Оно снабжено смазочной головкой и двумя гидроприводами, осуществляющими подвод - отвод смазочной головки к хвостовику стержня и откидывание ее с оси прокатки для беспрепятственного перемещения стержня при перезарядке. Три датчика ВБИ обеспечивают управление гидроприводами и их взаимодействие с другими механизмами стана.

Электрооборудование стана ХПТ-55 предусматривает перевод стана на управление логическим контроллером. Главный привод, привода ускоренного перемещения патрона стержня и патрона гильзы заменены на электроприводы переменного тока. Стан оснащен распределительными шкафами, новым пультом и панелью управления, а также необходимым программным обеспечением. Стан оснащен датчиком обнаружения стыка между заготовками, сигнал от которого поступает в систему управления работой оборудования. При этом в автоматическом режиме при прохождении стыка заготовок через рабочую зону клети выполняются следующие операции: изменение режимов при прокатке стыка, открытие патрона переднего для пропуска стыка через кулачки и его закрытие при заходе следующей трубы, а также управление работой летучей пилы и тянущих роликов (выдача остатка трубы немерной длины). Датчик установлен в районе патрона промежуточного.

Система поддерживает автоматическое и ручное управление.

Стенд с индукционной установкой используют для нагрева калибров с целью их монтажа и демонтажа.

Стенд для валковой сборки используют для хранения валковых сборок и осевой настройки положения калибров.

Для оборудования системы технологической смазки СОЖ Т1 поставляется новая станция с баком емкостью до 5 мЗ (устанавливается в маслоподвале) с насосной установкой, обеспечивающей объем подачи до 250 л/мин, давление до 0,6 МПа. Станция оснащена фильтрами, системой поддержания рабочей температуры, состоящей из теплообменника и аппаратуры подогрева, а также необходимыми датчиками.

Для оборудования системы технологической смазки СОЖ Т2 поставляется новая станция высокого давления с баком, с насосной установкой, обеспечивающей регулируемый объем подачи. Производительность насосной установки 2,8 л/мин, давление до 3,5МПа. Станция оснащена системой поддержания рабочей температуры до 50°С.