Система управления технологического процесса на основе программируемых логических контроллеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Автоматика и системы управления»

Отчет по преддипломной практике по теме:

«Система управления технологического процесса на основе программируемых логических контроллеров»

Омск 2017

Цель работы: изучить технологический процесс прокатного стана, его составляющие, разновидности и способы управления.

Прокатный стан

Оборудование, на котором прокатывается металл, называется прокатным станом. Одна из схем прокатного стана (без вспомогательных машин и механизмов) приведена на рисунке 1, а. Прокатные валки 6 монтируются в подшипниках, находящихся в стойках станины. Комплект валков вместе со станиной 7 называется рабочей клетью. Рабочие валки 6 получают вращение от двигателя 1 через редуктор 2 (имеющий маховик 3), передающий вращательное движение через шестеренную клеть 4 и шпиндели 5. Если стан состоит из нескольких рабочих клетей 7, 9, 10, то движение от шестеренной клетки 4 через рабочие валки 6 с помощью шпинделей 8 будет передаваться на рабочие валки клетей 9 и 10.

К прокатному стану относятся также вспомогательные машины и механизмы, выполняющие подсобные операции по резке, отделке и транспортировке прокатываемого металла. На рисунке 1, б приведен общий вид обжимного стана. Прокатные станы классифицируются по трем основным признакам: числу и расположению валков в каждой рабочей клети, взаимному расположению рабочих клетей, роду выпускаемой продукции.

Рисунок 1 - Прокатный стан и обжимной стан: а-схема прокатного стана; б-общий вид обжимного стана; 1-слитковоз; 2-поворотный стол; 3-рольганг; 4-пост управления; 5-манипуляторы; 6-рабочая клеть; 7-шестеренчатая клеть; 8-двигатель; 9-рольганг

По первому признаку различают следующие группы станов: дуо-станы -- с двумя валками в каждой клети (рисунок 2, а), имеющие либо постоянное направление вращения (нереверсивные станы), либо направление вращения, которое можно менять и, следовательно, пропускать обрабатываемый металл в обе стороны (реверсивные станы); трио-станы -- с тремя валками в каждой рабочей клети (рисунок 2, б); двойные дуо-станы (рисунок 2, в) -- с двумя парами валков в клети; многовалковые станы -- с четырьмя, с шестью и более валками (рисунок 2, г); универсальные станы, имеющие не только горизонтальные, но и вертикальные валки (рисунок 2, д); станы с косо расположенными валками -- двух- и трехвалковые. Иногда вертикальные валки располагают между шейками горизонтальных (рисунок 2, е).

Рисунок 2 - Варианты расположения валков

На реверсивных дуо-станах прокатывают крупные профили и толстые листы, на нереверсивных -- разного рода заготовки и сортовой металл, которые идут в одном направлении из клети в клеть. Нереверсивные дуо-станы применяют также для горячей прокатки тонких листов и холодной прокатки листов и ленты. После пропуска заготовки между валками ее возвращают на сторону подачи через верхний валок холостым ходом.

На трио-станах прокатываемая заготовка идет в одну сторону между средним и нижним валками, а в обратную сторону -- между средним и верхним валками. Так как средний валок постоянно участвует в работе, он изнашивается быстрее, чем верхний и нижний. Разновидностью трио-стана являются станы с плавающим валком меньшего диаметра.

Чтобы избежать неравномерного изнашивания рабочих валков, применяют двойные дуо-станы. На них прокатка ведется также в обе стороны, между тем точность профилей получается более высокой.

В многовалковых станах валки малого диаметра являются рабочими валками, а валки больших диаметров -- опорными, предохраняющими рабочие валки от изгиба; этим обеспечивается равномерная толщина проката листа по ширине.

По взаиморасположению рабочих клетей станы различают линейные, ступенчатые с двумя и большим числом ступеней, станы непрерывной и полунепрерывной прокатки.

Линейные станы с расположением рабочих клетей в одну линию (рисунок 3, а) применяются у рельсобалочных и крупносортовых станов.

Рисунок 3 - Прокатный стан: а -- трехклетьевой линейный; 1 -- рабочая клеть; 2 -- шестеренная клеть; 3 -- двигатель; б -- ступенчатый; в и г -- непрерывной прокатки

Ступенчатые станы с расположением рабочих клетей в нескольких линиях (рисунок 3, б) применяют у сортовых станов.

В непрерывных станах прокатываемый металл движется прямолинейно и деформируется одновременно в нескольких клетях. Число рабочих клетей у них берется равным требуемому числу проходов. Они бывают с групповым приводом (рисунок 3, б) и с индивидуальным (рисунок 3, г). Скорость прокатки в каждой последующей клети выше скорости предыдущей. Эти станы применяются для прокатки заготовок, листов, лент, а также мелкосортных профилей. Непрерывные станы обеспечивают высокую производительность.

Полунепрерывными станами, как правило, являются мелкосортные. В полунепрерывных станах черновые группы клетей работают как непрерывные, а чистовые -- расположены в линию.

Все прокатные станы характеризуются размером диаметра рабочего валка последней клети. Например, рельсобалочный стан с диаметром валков 800 мм называется рельсобалочным станом 800. Исключение имеют листопрокатные станы, которые характеризуются длиной бочки рабочего валка; стан с длиной бочки 2800 мм называется стан 2800.

По роду выпускаемой продукции прокатные станы делятся на обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, листовые, трубопрокатные и станы специального назначения.

Обжимные станы предназначены для обжатия стальных слитков весом до 25 т в крупные заготовки (блюмы и слябы). К обжимным станам относятся блюминги и слябинги. На блюмингах получают квадратную заготовку -- блюм, подвергаемую дальнейшей прокатке для получения сортовых профилей. На слябингах производят прямоугольный прокат -- слябы, представляющие собой заготовки для листа (см. рис. 113, 1 и 5). Блюминг представляет собой мощный реверсивный дуо-стан, а слябинг -- мощный универсальный реверсивный двухклетьевой стан (первая клеть имеет вертикальные валки, а второй -- горизонтальные).

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов и слябов в сортовую квадратную заготовку сечением до 200X200 и плоскую заготовку -- сутунку сечением меньшим, чем слябы, предназначаемую для последующей прокатки в мелкие листы и ленты. Современные заготовочные станы являются станами непрерывной прокатки.

Рельсобалочные станы предназначены для прокатки из блюмов рельсов широкой колеи, крупных балок, швеллеров и других профилей. Рельсобалочные станы бывают двух типов:

рельсобалочные станы ступенчатого типа, состоящие из двух или большего числа линий;

рельсобалочные станы последовательно возвратного типа.

Наибольшим распространением пользуются рельсобалочные станы первого типа.

Сортовые станы предназначены для получения сортового проката: круглой и квадратной стали от 8 до 150 мм, балок и швеллеров высотой от 50 ч 200 мм, угловой стали от 20X20 до 200X200 мм др. Эти станы делятся на крупно-, средне- и мелкосортные.

Проволочные станы предназначены для прокатки проволоки диаметром 5 -- 10 мм. Меньше диаметра проволока получается волочением. Проволочные станы бывают ступенчатые, полунепрерывные и непрерывные.

Листопрокатныe станы делятся на толстолистовые и тонколистовые. Толстые листы катают из слябов, тонкие -- из легких слябов, или сутунки. Листопрокатные станы для горячей прокатки листов чаще всего бывают следующих трех типов:

толстолистовые станы, предназначенные для прокатки листов толщиной от 4 мм и более, шириной от 1000 до 5000 мм; они бывают одноклетьевые, двухклетьевые и иногда многоклетьевые;

листовые широкополосовые непрерывные или полунепрерывные станы, служащие для прокатки листов в виде длинных широких полос шириной от 500 до 2500 мм и более, толщиной от 1,5 до 10 мм и более;

листовые широкополосовые с моталками, расположенными в нагревательных печах, служащие так же, как и станы предыдущего типа, для прокатки листов в виде длинных полос толщиной от 1,5 до 6 мм.

Трубопрокатные станы применяются для производства; бесшовных и сварных труб. Процесс прокатки бесшовных труб делится на две стадии: получение пустотелой гильзы из слитка или круглого проката и получение из пустотелой гильзы готовой трубы. Пустотелые гильзы получаются чаще на прошивном стане (рисунок 4, а). Для труб большого диаметра полую заготовку можно получить центробежным литьем.

Рисунок 4 -  Схемы: а -- прошивного стана; б -- процесса получения полой гильзы; в -- процесса получения трубы на периодическом нереверсивном дуо-стане

Прошивной стан состоит из двух косорасположенных рабочие валков 2 и 4, вращающихся в одном направлении, а заготовка 3 в другом. Для удержания заготовки между валками предусматривают специальные устройства. Рабочие валки имеют конусы прошивки и раскатки, а в середине -- калибровочный пояс. Между валками на пути движения получающейся полой гильзы устанавливается оправка 1. При расположении рабочих валков под некоторым углом между их осями достигается вращение заготовки относительно своей оси и одновременно ее поступательное движение, благодаря чему заготовка надвигается на оправку 1 и прошивается.

Процесс получения полой гильзы на прошивном стане характерен для поперечно-винтовой прокатки, которая обусловлена тенденцией к образованию полости в заготовке. Рабочее положение валков показано на рисунке 4, б.

После прошивки заготовку передают на периодический нереверсивный дуо-стан (рисунок 4, в). Заготовка 3, надетая на оправку 1, подается в фасонный калибр переменного сечения (I). Работа на этом стане осуществляется прерывно-периодически. В момент, когда валки 2 и 4 образуют калибр максимального диаметра, закготовка подается в валки, а затем подвергается деформированию с выдвижением ее в направлении, обратном подаче (рисунок 4, II). В следующий момент, когда калибр опять будет максимального диаметра (рисунок 4, III), заготовка снова подается в валки на такую длину, чтобы в дальнейшем рабочий участок калибра захватил новый необжатый участок заготовки. Так постепенно происходит обжатие заготовки в трубу. Прямой (подача заготовки) и обратный ход (момент обжатия) чередуются с поворачиванием заготовки вокруг оси.

После раскатки трубы обрабатываются на специальной машине для устранения овальности и разностенности и затем подвергаются прокатке на калибровочном стане для получения окончательных размеров. Для производства труб существуют непрерывные трубопрокатные станы, характеризующиеся высокой производительностью.

При производстве сварных труб исходным материалом служит плоская прокатанная заготовка, называемая штрипсом, в виде полосы, чаще свернутой в рулон.

Процесс изготовления сварной трубы состоит из следующих основных операций: свертывания заготовки, сварки свернутой заготовки, отделки трубы. Для сварки применяют печную, электрическую и автогенную сварки.

Трубы из малоуглеродистой стали производят чаще с применением печной сварки с помощью непрерывного стана (рисунок 5). По этой схеме трубная заготовка в виде рулона сначала разматывается, затем правится на правильной машине, а потом передний конец заготовки отрезается и в сварочном аппарате сваривается с концом предыдущей заготовки, который предварительно был также обрезан ножницами, и далее заготовка в виде ленты поступаете длинную (до 40 м) газовую печь. Нагретая в печи лента до температуры ~ 1350°, направляется в непрерывный трубный стан, имеющий шесть пар валков с соответствующими калибрами, при помощи которых лента постепенно свертывается в трубу, а затем путем нажатия одной кромки на другую осуществляется сварка кромок ленты. Непрерывно выходящие из стана трубы разрезают пилой, а затем нарезанные длиной по 6 -- 8 м калибруют на калибровочном стане.

Рисунок 5 - Схема процесса изготовления сварных труб с применением печной сварки: 1 -- разматыватель; 2 -- роликовая машина; 3 -- ножницы; 4 -- сварочный аппарат; 5-- печь; 6 -- трубный стан; 7 -- пила; 8 -- калибровочный стан

Применение электросварки позволяет получать трубы с более тонкой стенкой, а также трубы из стали с повышенным содержанием углерода и даже из легированных сталей.

На специальных станах методом прокатки получают отдельные детали и всевозможные заготовки. На рисунке 6, а приведена схема бандажепрокатного стана. Близкую к этой cxeмe имеют станы для получения железнодорожных колес, колец дли крупных шарикоподшипников и венцов для зубчатых колес. Во всех перечисленных случаях исходной, заготовкой служит плоская предварительно прошитая заготовка. Валки 1 и 2 такого стана перед раскаткой отводятся.

Рисунок 6 - Схема специального стана: а -- бандажепрокатного; б -- поперечновинтовой прокатки шаров и в -- периодических профилей

На рисунке 6, б приведена схема стана поперечно-винтовой прокатки шаров. Ручьи валков сделаны по винтовой линии. Заготовка при прокатке получает как вращательное, так и поступательное движение; от вылета из валков она предохраняется центрирующими упорами. Этот метод производительнее штамповки даже на высадочных автоматах.

На рисунке 6, в приведена схема для поперечной прокатки периодических профилей. Этот стан имеет следящее устройство: щуп 1, который скользит по копировальной линейке 2, жестко связанной с кареткой 3 натяжного устройства. В зависимости от профиля контрольной линейки 2 рабочие валки 4 по мере ее движения сближаются или расходятся, изменяя соответственно диаметр обрабатываемой продукции. Ценность такой прокатки в том, что в получаемой заготовке металл распределяется по длине в соответствии с определенными требованиями.

В прокатном производстве для привода рабочих валков клетей большинство станов используют ДПТ, получающих питание от ТП.

Условие работы электропривода (ЭП) прокатных станов особенно реверсивных, предъявляют высокие требования к электрическим машинам. Для получения наилучших динамических показателей при заданной установленной мощности требуемой машины с предыдущим характером, высоким КПД и максимальной надежностью в эксплуатации. Для привода валков клетей использующих двигатель на мощности от 10 до 1000 кВт с большим диапазоном скоростей. В установках до 200 кВт используются в основном серийные двигатели, а для установок большой мощности разрабатываются специальные двигатели. При проектировании больших электрических машин исходят из предельной мощности по коммутации, причём, чем больше радиус якоря, тем выше эти показатели. Однако увеличение радиуса якоря приводит к увеличению момента инерции, что приводит к использованию 2-х якорного ЭД на многих механизмах прокатных станов.

Реверсивные станы горячей прокатки предназначены для предварительного обжатия горячего слитка. В основном это обжимные и рельсобалочные станы, имеющие одну рабочую клеть, которая обеспечивает многопрокатное обжатие заготовки по требуемому размеру. Кроме того реверсивные двигатели могут входить в состав крупносортовых, полунепрерывных сортовых, листовых станов. Основной особенностью ЭП рабочих валков клетей - попеременное вращение двигателя в обе стороны для осуществления прокатки стана за несколько пропусков.

Комплекс реверсивного стана горячей прокатки кроме рабочей клети входят нагревательные колодцы, слитковозы, рольганги, поворотный стол, ножницы и др. механически объединенные одной механической линией.

Производство реверсивных станов во многом зависит от времени протекания п/п главного привода валков и вспомогательных ЭП. Общее время прокатки состоит из машинного времени, когда металл находится валках и времени пауз, определяется продолжительностью работы вспомогательных механизмов для подготовки к очередному пропуску. Средняя продолжительность пауз между отдельными пропусками составляет 1.5ч1.6 сек. Средняя скорость захвата и выброса металла от 1 до 4.5 рад/сек. Отсюда следует, что реверс главного привода после выхода слитков из валков и достижении скорости захвата за среднее время паузы равного 1.5 сек. происходит со средним ускорением и замедлением 4-7 рад/сек.2

Максимальное значение динамического момента на современных станах выбирается примерно равным Mном двигателя, что позволяет большую часть перегрузки момента двигателя используется на преодоление станом сопротивления возникающего при обжатии металла.

В процессе разгона рекомендуется равноускоренный или равнозамедлённый режим управления, интенсивность которого может изменяться автоматически при перегрузке электродвигателя (ЭД). Исходя из технологического процесса прокатки на реверсивных станах система электрооборудования главного ЭП предъявляет следующие основные требования:

1. Минимальное время переходного процесса при заданном значении динамического тока;

2. Большая частота подключений ЭД(более 1000 в час);

3. Диапазон регулирования скорости 1:10;

4. Высокая перегрузочная способность приводного двигателя по току и моменту;

5. Высокая степень надежности;

6. Система ЭП и система надежности(система должна обеспечивать падение напряжения не более 10%);

В соответствии с этими требованиями для главных приводов клетей и реверсивных станов применяются ДПТ с 2-х зонным регулированием, т.е. идет регулирование по току и по напряжению якоря, затем ток возбуждения, когда скорость достигает номинальной величины.

В зависимости от длины прокатываемой заготовки характерны различные графики изменения скорости валков (рисунок 7).

Треугольный график характерен для 1-ых пропусков, когда слиток короткий и скорость двигателя при прокатке на выходе достигает номинального значения.

Рисунок 7 - Графики изменения скорости валков в зависимости от длины прокатываемой заготовки

Трапециидальная зависимость характерна для прокатки средней по лине заготовок, установленное значение скорости обычно равно номинальному значению напряжения. В последних пропусках, когда заготовка достигает значительной длинны, для уменьшения времени прокатки целесообразно снижения магнитного потока двигателя.

Рассмотрим технологическую линию блюминга (рисунок 8).

прокатный стан сварка блюминг

Рисунок 8 - Схема технологической линии блюминга

Нагрев до t 1000-1250 °С слиток 1 из нагревательных колодцев 2 транспортируется специальными тележками, слитковозами 3 к приемному рольгангу 4, откуда посредством подвода 5 и удлинителя 6 рольгангов доставляются на рабочий рольганг 7. Перед подачей слитков в клеть 9 оператор устанавливает с помощью нажимного устройства необходимый раствор валков. Затем включает привод переднего рабочего рольганга 7 и двигатель рабочих валков таким образом, чтобы в момент входа металла в валки их скорость соответствовала нормальным условиям захвата. Как правило эта скорость ниже скорости прокатки, поэтому после захвата металла происходит дальнейшее его увеличение скорости к валку и двигатель в это время преодолевает момент статического сопротивления и инерцию движущих масс. В конце пропуска двигатель включается на торможение с таким расчетом, чтобы скорость выброса металла из валков не была слишком большой, и слиток далеко не уходил от рабочей клети. Обычно скорости захвата и выброса металла приблизительно равны. После выхода слитков из валков включается нажимное устройство для получения нужного раствора. Затем двигатель главного привода включается в обратном направлении для дальнейшего пропуска.

Для уменьшения времени нагрузки необходимо, чтобы перемещение нажимного устройства и реверс рольганга и рабочих валков производился одновременно и за минимальное время. После 2-го, 4-го и других четных пропусков заготовки попадал на передний рабочий рольганг 7 и здесь, если это необходимо, она контролируется на 90° при помощи контователя или перемещается при помощи линейного манипулятора 8. Общее количество пропусков при прокатке одного слитка составляет от 3 до 19, в зависимости от стана и размера заготовки. После окончания прокатки металл транспортируется рольгангом 10 и подается к ножницам 11, где отрезаются имеющие неправильную форму передние и задние концы проката и осуществляется порез на ровные длины.

Основная особенность непрерывного процесса прокатки - движение прокатываемого металла в одном направлении и нахождение его в валках нескольких клетей одновременно. Такая группа клетей называется непрерывной. В каждой клети непрерывной группы обжатие заготовки происходит один раз, поэтому для получения нужного сечения используется несколько клетей расположенных последовательно. Благодаря высокой скорости прокатки температура не успевает снизиться и прокатка обеспечивает высокое качество готовой продукции.

Рассмотрим схему расположения оборудования непрерывного широкополотного тонколистового стана горячей прокатки (рисунок 9). Из нагревательных печей одинаковые слябы на рольганг 6 к черновому окалиноломателю 2, представляющему собой двух валковую клеть, в которой происходит небольшое (5%) обжатие металла для разрушения слоя окалины. Затем прокатываемый металл в черновой группе, состоит из четырех клетей 3, расположенных между собой на таком расстоянии, что заготовка может одновременно находиться только в одной клети. После каждой черновой группы рольганг попадает на промежуточный рольганг 7. Затем в чистовую группу клетей, состоящих из летучих ножниц 8, обрезающих передние и задние концы полосы чистового окалиноломателя 9 и шести-семи рабочих клетей 10, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.

Рисунок 9 - Схема расположения оборудования непрерывного широкополотного тонколистового стана горячей прокатки

В чистовой группе металл может одновременно находиться во всех клетях, что накладывает особые требования к системе ЭП. Валки окалиноламателя и прокатных клетей, приводящих во вращение от двигателя 4 через редуктор 5. После прокатки в чистовой группе металл поступает к молоткам сворачивающих его в рулоны.

Технологический процесс любой непрерывной группы клетей связан с двумя особенностями прокатки: 1. Одновременное нахождение металла в двух и более клетях; 2. Ударное приложение нагрузки при захвате металла на полной скорости прокатки.

Одновременное нахождение металла в нескольких клетях требует выполнения основного условия непрерывной прокатки. Это соблюдение постоянства секундного объема металла по клети.

Рассмотрим принципиальную схему системы управления электроприводом клети стана непрерывной горячей прокатки (рисунок 10).

Рисунок 10 - Принципиальная схема системы управления электроприводом клети стана непрерывной горячей прокатки

Рабочие валки приводятся во вращение двухъякорным двигателем постоянного тока, питающимся от двух комплектов статического нереверсивного преобразователя. Для улучшения энергетических показателей, в процессе регулирования скорости, первичные обмотки трансформаторов включены по схемам треугольник и звезда, с автоматическим переключением отпаяк. Для питания обмотки возбуждения используют статический преобразователь. В схеме управления статический преобразователь UZ1, UZ2 предусмотрены пропорциональный регулятор скорости РС с блоком ограничения выходной величины и ПИ-регулятор тока РТ, которые совместно обеспечивают требуемые качества статических и динамических характеристик. Для разгона стана в схеме предусмотрен задатчик интенсивности ЗИ, получающий питание от источника постоянного напряжения. В схеме предусмотрена возможность шунтирование задатчика интенсивности в момент вхождения металла в валки контактами реле РЗИ. Это необходимо для того, чтобы оператор мог быстро вмешаться в работу привода, воздействуя на изменение скорости ручкой командоаппарата тонкой регулировки КАТ, минуя задатчик интенсивности в случае возникновения аварийной ситуации. Датчик тонкой регулировки КАТ, настроен таким образом, что максимальная величина броска тока в цепи двигателя при максимальном перемещении рукоятки КАТ не превышает номинальной величины. Скорость в больших пределах изменяется командоаппаратом грубой регулировки КАТ. Схема регулирования полем двигателя содержит контур регулирования тока с ПИ-регуляторов РТВ, который служит для компенсации влияния постоянной времени обмотки возбуждения. И контур ЭДС с И-регулятором ЭДС РЭ. Блок ограничения БОТВ определяет максимальный уровень потока равный номинальному значению. В случае работы двигателя со скоростью выше номинальной перегрузочная способность двигателя снижается, что учитывается изменением уставки блока ограничения тока БОТ. В схеме задатчика предусмотрены защиты от токов перегрузки двигателя, от превышения напряжения, от чрезмерного снижения потока и всевозможные технологические защиты. При подаче сигнала от источника постоянного напряжения на вход зататчика интенсивности, двигатель разгоняется с требуемым ускорением. Обычно величина динамического тока ровна половине номинального в связи с тем, что пускают двигатель чистовой клети редко(1-2 раза в смену), и быстрый разгон не обусловлен технологической необходимостью. В процессе разгона двигателя, сначала работает схема регулирования напряжением, и при достижении скорости близкой к номинальной, вступает в действие система регулированием возбуждением. После разгона двигателей всех клетей металл поступает на стан и последовательно входит в каждую из клетей. Переходные процессы при захвате металла и статические характеристики формируются настройкой регуляторов. После выхода полосы из рабочих валков, скорость восстанавливается до скорости холостого хода, и клеть готова принять следующую заготовку. В случае перехода на прокатку другого профиля необходимо изменить скорость валков, что достигается изменением сигнала постоянного напряжения. При остановке стана на профилактику или в случае аварии, используется динамическое торможение.

Вывод

В ходе прохождения преддипломной практики был изучен технологический процесс прокатного стана, рассмотрены различные виды и способы управления ими.

Размещено на Allbest.ru