Проектирование АСУ входными параметрами стана непрерывной холодной прокатки на стане-1700 ЛПЦ2 ОАО "Северсталь"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Понятие прокатного производства

1.2 Технологический процесс производства холоднокатаного листа

1.3 Технические характеристики стана 1700

1.4 Описание технологического процесса четырехклетьевого стана холодной прокатки 1700

1.5 Анализ существующей системы регулирования натяжения

1.6 Методы регулирования натяжения

1.7 Техническое задание

2. Специальная часть

2.1 Обоснование необходимости разработки АСУ входными параметрами стана непрерывной холодной прокатки на стане 1700 ЛПЦ2 ОАО “Северсталь”

2.2 Разработка функциональной схемы АСУ

2.3 Выбор оборудования

3. Компоновка аппаратуры (ТСА)

4. Расчет структуры и состава службы КИПиА

Заключение

Список литературы



Введение

Прокатку металлов осуществляют преимущественно при высоких температурах, используя при этом снижение сопротивления деформации. Вместе с тем необходима прокатка и в холодном состоянии, которая целесообразна при малой толщине прокатываемого продукта, когда из-за большого отношения поверхности к объему быстрое охлаждение металла не дает возможность обеспечить высокую температуру в деформационной зоне (прокатка тонких листов). Холодная прокатка придает изделиям высокие точность размеров и качество поверхности, что невозможно при горячей прокатке, а также особые физические, в частности магнитные свойства.

В последние годы производство холоднокатаного листа, жести и ленты все более увеличивается. Это связано с тем, что во многих отраслях народного хозяйства постоянно растет потребность в тонколистовой стали с высокими механическими свойствами, точными размерами, хорошим качеством поверхности. Холодная прокатка в сочетании с термической обработкой дает возможность изготовлять тонколистовую сталь, удовлетворяющую этим требованиям.

Современным способом холодной прокатки листовой стали является рулонный, при котором металл в виде длинных полос сматывается в рулоны большой массы. Для прокатки тонколистовой стали в рулонах применяются главным образом непрерывные станы, а при небольшом объеме производства одноклетевые реверсивные станы с четырехвалковой клетью и многовалковые.

В курсовой работе рассмотрим непрерывный четырехклетьевой «Стан 1700» холодной прокатки.



1. Технологическая часть

1.1 Понятие прокатного производства

Прокатное производство - получение путём прокатки из стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). В промышленных странах прокатке подвергается больше ⁴/₅ выплавляемой стали.

Прокатка металлов - способ обработки металлов и металлических сплавов давлением, состоящий в обжатии их между вращающимися валками прокатных станов.

Прокатный стан - машина для обработки давлением металла и др. материалов между вращающимися валками, т. е. для осуществления процесса прокатки; в более широком значении прокатный стан -- автоматическая система или линия машин (агрегат), выполняющая не только прокатку, но и вспомогательные операции: транспортирование исходной заготовки со склада к нагревательным печам и к валкам стана, передачу прокатываемого материала от одного калибра к другому, кантовку, транспортирование металла после прокатки, резку на части, маркировку или клеймение, правку, упаковку, передачу на склад готовой продукции и др.

Прокатка - это наиболее распространенный способ обработки металла пластическим деформированием. Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.

Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину, незначительно в ширину. Форма поперечного сечения полосы металла называется профилем.

Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила N и касательная сила трения T (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 Расстановка сил, действующих при прокатке

По назначению выпускаемой продукции станы можно разделить на группы: обжимные, заготовочные, трубозаготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, толстолистовые, тонколистовые, холодной, периодической прокатки и др. Среди станов холодной прокатки выделяют листовые, лентопрокатные, плющильные, фольгопрокатные. Рабочие клети станов в зависимости от конструкции и способа приведения валков во вращение делят на шесть групп: дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные, специальной конструкции.

В зависимости от направления прокатки различают реверсивные и нереверсивные станы. Первые допускают прокатку металла в двух направлениях, вторые имеют постоянное направление вращения валков.

По взаимному расположению клетей разделяет станы на одноклетьевые, линейные, последовательные, непрерывные и полунепрерывные.

Для холодной прокатки листовой стали широкого сортамента наибольшее применение получили непрерывные четырех-, пяти- и шестиклетьевые станы. При прокатке на непрерывных станах металл находится одновременно во всех или в нескольких клетях. По сравнению со станами других типов непрерывные станы характеризуются более высокими скоростями прокатки, а также большой производительностью.

Для обеспечения бесконечности процесса прокатки в головной части стана установлены машина для стыковой электросварки концов полос предыдущего рулона с последующим и петлевой накопитель (аккумулятор) полосы, за счет которого процесс прокатки не прекращается во время сварки концов полос. Рулоны горячекатаной протравленной полосы цепным транспортером подаются к стану и устанавливаются на барабаны двух разматывателей, поочередно подающих передние концы полос в роликоправильную машину. В стыкосварочной машине концы полос обрезаются, свариваются встык и сварной шов (грат) зачищается. Далее полоса поступает в подземный петлевой накопитель и при помощи натяжных роликовых устройств направляется в валки первой клети стана. По выходе из последней клети стана непрерывно движущаяся полоса разрезается летучими ножницами и двумя моталками (поочередно) сматывается в рулоны требуемого веса. Рулоны снимаются с барабанов моталок снимателями, обвязываются полоской по окружности, взвешиваются на весах и подаются на два цепных транспортера.

При порулонной прокатке концы полос не свариваются между собой в стыкосварочной машине; петлевой накопитель полос и летучие ножницы перед моталками не используются. Рулоны горячекатаной полосы устанавливаются в этом случае на разматыватель перед первой клетью стана. Для обрезки передних концов полосы при порулонной и бесконечной прокатке перед первой клетью стана установлены гильотинные ножницы.

Способ бесконечной холодной прокатки применяется на стане 1700 цеха ПХЛ ОАО «Северсталь».

1.2 Технологический процесс производства холоднокатаного листа

Необходимость холодной прокатки металла обусловлена в первую очередь тем, что при горячей прокатке невозможно получить лист хорошего качества толщиной менее одного миллиметра. Этому препятствует образующаяся при горячей прокатке окалина, толщина которой соизмерима с толщиной самого прокатываемого металла. Лишь при холодной прокатке удаётся получить тонкий лист блестящей поверхности, равномерный по толщине, с механическими свойствами, необходимыми при дальнейшей его обработке.

Технический процесс производства холоднокатаного листа включает обычно следующие операции:

- очистку поверхности полосы, поступающей на стан холодной прокатки от окалины и ржавчины;

- холодную прокатку металла;

- термическую обработку холоднокатаного металла для придания ему заданных свойств;

- дополнительную холодную прокатку после отжига с небольшим обжатием (дрессировка);

- окончательную отделку.

Очистка полосы от окалины и ржавчины производится травлением в кислотных ваннах. Такая очистка нужна для того, чтобы окалина не вдавливалась в полосу и не портила валки станов холодной прокатки. Основным способом очистки поверхности металла от окалины является травление в различных кислотах и щелочах. В цехе травления металла ОАО «Северсталь» удаление окалины производится с помощью серной кислоты. Данный цех состоит из трех непрерывных травильных агрегатов. Механическое удаление окалины производят в окалиноломателе и в специальных установках, называемых станками абразивной зачистки. Зачистку ведут выборочно, удаляя местные дефекты. При подготовке металла к холодной прокатке механические способы удаления окалины обычно применяют как предварительные для улучшения процесса травления.

После отчистки полосы от окалины и её промасливания в цехе травления, металл поступает на склад травленых рулонов в цехе прокатки и отжига (ЦПиО). Здесь производится холодная прокатка полосы металла, отчистка полосы от масла и её термическая и механическая обработка.

Технологическое оборудование цеха прокатки и отжига состоит из: двух станов холодной прокатки - непрерывного четырехклетевого стана 1700 и непрерывного пятиклетевого стана бесконечной прокатки 1700; дрессировочных станов 1 и 2; четырех блоков колпаковых печей, два из которых работают под водородной защитной атмосферой и два блока под азотной защитной атмосферой.

Четырехклетевой стан, допускающий за один проход суммарное обжатие полосы 70-80%, предназначен для прокатки углеродистой, главным образом автолистовой стали до конечной толщины 0,5-0,3 мм.

Пятиклетевой стан позволяет получить за один проход суммарное обжатие 90%, его применяют для производства листовой стали толщиной до 0,18 мм.

Для современных станов холодной прокатки характерен рулонный способ производства, обеспечивающий высокие производительность и качество готового листа. Особое внимание при холодной прокатке уделяют качеству смазки с точки зрения уменьшение коэффициента трения, охлаждения валков, а также возможности надежного удаления ее с поверхности листа перед термической обработкой.

Холодная прокатка позволяет обеспечивать хорошие технологические качества листов по штампуемости и другим пластическим и прочностным характеристикам и получать заданные электротехнические свойства, что позволило обеспечить выход холоднокатаного проката на мировой рынок.

Завершающая термическая обработка обязательна для всех видов холодного проката. Помимо снятия наклепа, она служит для получения однородной, мелкозернистой структуры и обеспечивает глубокую вытяжку для штампуемых сталей. Рекристаллизационный светлый отжиг холоднокатаных полос в рулонах осуществляется в одностопных колпаковых печах с газовым отоплением. Два блока водородных колпаковых печей в Цехе прокатки и отжига поставлены и смонтированы западногерманской фирмой «LOI Essen». Эти печи используются для высококачественного отжига специальных марок сталей, а также продукции, идущей на экспорт. Два блока отечественных колпаковых печей, использующих в качестве защитной атмосферы азот, поставлены фирмой «Стальпроект» (Москва). Они предназначены для отжига стали обыкновенного качества.

Большое значение для качества холоднокатаного металла имеет состав защитного газа. В качестве защитной атмосферы в колпаковых печах применяют водород и азот, полученные на участок подготовки защитных газов.

После термической обработки металла производят его дрессировку на двух дрессировочных станах 1 и 2.

Дрессировочные станы 1700 предназначены для дрессировки холоднокатаных отожженных полос из низкоуглеродистой качественной, углеродистой низколегированной и электротехнической изотропной стали с содержанием кремния до 1,8% и пределом прочности до 65 кгс/мм2, свернутых в рулоны, на сухих валках или с применением эмульсии.

Дрессировкой называют прокатку с малыми обжатиями до 8% легированного и горячекатаного металла. В этом случае дрессировку проводят для получения полос с требуемой планшетностью и необходимым качеством поверхности. Таким образом, в зависимости от назначения дрессированного металла и марки стали, к нему предъявляются различные требования, характеризующие штампуемость, механические свойства, планшетность и качество поверхности. Эти требования оговорены соответствующими ГОСТами и техническими условиями.

После обработки в колпаковых печах и на дрессировочных станах, металл в рулонах обвязывают бумагой и мягким стальным листом и отгружают потребителю.

Для поддержания основного технологического процесса производства холоднокатаного листа в состав ЦПиО входят:

- масло-эмульсионное отделение (МЭО), где готовится охлаждающая эмульсия для прокатных станов,

- ремонтно-механический цех для изготовления необходимых узлов и деталей;

- участок подготовки производства (УПП), где готовятся в работу опорные и рабочие валки с необходимой рабочей поверхностью бочки.

Подавляющая часть холоднокатаного листа получается при рулонном способе производства, основным преимуществом которого является возможность осуществления непрерывности потока металла в цехе.

1.3 Технические характеристики стана-1700

В таблице 1.1 представлены технические характеристики стана-1700.

Таблица 1.1

Технические характеристики НСХП-1700

Размеры подката, мм:
толщина	1,8-5,5
ширина	890-1520
Размеры готовых полос, мм:
толщина	0,4-3,2
ширина	900-1500
Масса рулона, т	до 30
Скорость прокатки, м/с:
заправочная	0,75
максимальная	25
Диаметры бочки валков, мм;
рабочих	500
опорных	1300
Длина бочки валков, мм	1700
Максимальная сила прокатки, МН	15
Годовое производство, тыс.т	1200
Диаметр рулона, мм
внутренний	600
наружный	до 2200
Расстояние по осям станин, мм	2660
Давление металла на валки при прокатке, тс	до 1800

1.4 Описание технологического процесса четырехклетьевого стана холодной прокатки 1700

Технология прокатки листа на стане 1700

Четырехклетьевой стан холодной прокатки 1700 введен в эксплуатацию в 1963 г. и предназначен для холодной прокатки полос из сталей марок -- углеродистой обыкновенного качества, конструкционной и низколегированной, электротехнической.

Конструктивная схема

Головная часть стана оборудована участком загрузки рулонов, участком размотки с двумя разматывателями, правильно-тянущей машиной, высечными ножницами, стыкосварочной машиной, тянущей станцией, многоярусным петлевым устройством горизонтального типа для накопления около 800 м полосы, натяжными станциями НУ1 и НУ2 и роликом-компенсатором натяжения. Все операции по транспортировке рулонов, отгибке, задаче, стыковке и транспортировке полосы механизированы и автоматизированы.

Четыре рабочие клети «кварто» серединной части стана (в каждой клети по 4 валка: два опорных валка и между ними два рабочих валка) оснащены гидравлическими нажимными устройствами (ГНУ), механизмами установки валков на уровень прокатки, механизмами перевалки опорных и рабочих валков, устройствами противогиба и дополнительного изгиба рабочих валков.

Хвостовая часть стана состоит из летучих ножниц, участка намотки с двумя моталками, участка выгрузки рулонов.

Рулоны электромостовым краном поочередно устанавливаются на шаговые конвейеры разматывателей №1 и №2.

Шаговым конвейером №1 или №2 рулоны подаются на вилку приемного стола разматывателя №1 или №2 соответственно. Отцентрированный по высоте рулон одевается на сложенный барабан разматывателя, при этом производится медленное вращение барабана в сторону размотки. При остановке приемного стола откидная опора опускается, отгибатель и прижимной ролик подводятся к рулону, разматыватель устанавливается по оси стана. Вилка приемного стола опускается в нижнее положение, барабан разматывателя расклинивается, приемный стол возвращается в исходное положение. Рулон разворачивается в положение, удобное для отгибки переднего конца полосы.

Включается привод вращения барабана разматывателя в сторону размотки, происходит отгибание и подача переднего конца полосы в правильно-тянущую машину для выравнивания полосы по оси стана. Прижимной ролик и отгибатель отводятся в исходное положение.

Далее конец полосы подается к высечным ножницам. При сварке двух рулонов стыкуется передний конец одного и задний конец другого рулонов, а они, как известно, имеют разную толщину в силу температурного клина, разности натяжений и других факторов, действующих на стан. Если конец полосы содержит дефекты, они вырезаются. Если предыдущая полоса имеет меньшую ширину, чем данная, то передний конец данной полосы режется по ширине до ширины предыдущей полосы. После этого оба конца транспортируются в стыкосварочную машину, где происходит их сварка.

Стыкосварочная машина

Машина для стыковой сварки полос предназначена для соединения концов полос и обеспечения непрерывности процесса в 4-х клетьевом стане 1700 бесконечной прокатки ПХЛ. Стыкосварочная машина установлена в головной части стана перед петлевой ямой.

Машина обеспечивает автоматическую установку концов полос в позицию сварки с одновременным совмещением их продольных осей, пробивку контрольного отверстия, стыковую контактную сварку непрерывным оплавлением этих концов, зачистку и термообработку сварных швов.

Привод каждого зажимного устройства осуществляется от четырех гидроцилиндров.

На неподвижной станине установлены ножницы, они служат для обрезки концов полос перед сваркой и пробивки контрольного отверстия.

Петлевой накопитель

Для обеспечения непрерывной обработки металла на стане непрерывной прокатки используются петлевые накопители, в которых создается запас длины полосы, расходуемый во время сварки концов рулонов. На рис. 1.3 изображена конструкция головной части стана на участке от НУ1 (поз. 3) до центрирующего ролика (поз. 4), включающая в себя и петлевое устройство горизонтального типа (поз. 2).

Рисунок 1.2 Конструкция петлевого устройства

Где: 1 - привод петлевого устройства;

2 - петлевой устройство;

3 - НУ1;

4 - центрирующий ролик.

Накопитель полосы с организованной натянутой петлей из восьми ветвей имеет запас полосы до 800 м. Накопитель заполняется полосой, поступающей поочередно с рулонов на разматывателях №1 и №2. При остановке полосы на время сварки прокатка осуществляется при расходовании полосы из накопителя. После завершения сварки скорость полосы на входе накопителя устанавливается выше скорости на входе в стан, и осуществляется заполнение накопителя. Прокатанная полоса сматывается в рулон поочередно на моталку №1 или №2.

На входе полосы в петлевое устройство установлена входная приводная станция, обеспечивающая расчетное натяжение полосы в петлевом устройстве. От входной приводной станции полоса поступает вниз к петлеобразующим тележкам, расположенным одна под другой. Поочередно огибая барабаны тележек и барабаны центрирующих устройств, полоса образует четыре горизонтальных петли, длина которых изменяется при перемещении тележек по рельсам, закрепленным на металлоконструкциях. На выходе петлевого устройства установлена выходная приводная станция. Перемещение тележек в одну сторону осуществляется канатным приводом, включающим в себя электропривод, канатные барабаны, и блоки, в другую сторону - за счет разности линейных скоростей выходной и входной приводных станций. При заполнении петлевого устройства тележки входят в зону синхронизации скоростей входной и головной части стана. При отсутствии запаса полосы в петлевом устройстве средняя часть стана будет вынужденно простаивать. В связи с этим, информация о длине полосы металла в петлевом устройстве является необходимым параметром для эффективной работы технологов и системы слежения стана непрерывной прокатки.



Таблица 1.2

Характеристики петлевого устройства

Характеристика устройства	Диапазон изменения технологического параметра	Единицы измерения
Скорость движения полосы в головной части стана	не более 15	м/с
Скорость движения полосы перед первой клетью	0,5-8,0	м/с
Длина полосы в ПУ	208-800	м

Натяжная станция №2

Натяжные станции №1 и №2, предназначенные для поддержания и управления натяжения в головной части стана, одинаковы по конструкции и принципу действия.

Требуемое натяжение перед первой клетью создается натяжной станцией НУ-2.

Натяжная станция №2 состоит из 2 роликов натяжных, расположенных за петленакопителем на входе и напротив ролика-компенсатора натяжения.

Во время заправки полосы, натяжная станция №2 работает в режиме автоматического контроля натяжения для балансировки натяжения полосы до первой клети.

Каждый ролик оборудован электродвигателем, устанавливаемый через электромагнитную муфту. Кроме того, каждый ролик оснащен пневматическими управляемыми дисковыми тормозами, управляемыми через электромагнитный клапан.

Рабочая клеть

Прокатка полосы в рабочих клетях осуществляется непрерывно на постоянной рабочей скорости (средняя скорость по пятой клети около 8 м/с). Снижение скорости происходит при прокатке сварных и травильных швов или участков полосы с дефектами травления или горячей прокатки. Дефекты фиксируются кнопкой на центральном посту управления станом (ЦПУС) в момент прохождения дефекта на участке разматыватель - натяжное устройство №1 (НУ1). Швы и дефекты сопровождаются через петлевое устройство и клети стана с автоматическим снижением скорости (до 3,5 м/с).

Основным рабочим органом (инструментом) каждого прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях. Рабочую линию клети составляют рабочие валки, управляемые электродвигателем через промежуточные, передаточные механизмы и устройства. Они обеспечивают вращение валков, а также изменение усилий и крутящих моментов при обжатии металла.

Оборудование, входящее в рабочую линию, можно разделить на три основные группы: рабочую клеть, передаточные механизмы, главный электродвигатель.

Рабочая клеть представляет собой две массивные стальные литые станины, установленные на плитовины, прикрепленные к фундаменту анкерными болтами. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками, а также устройства для перемещения рабочего валка.

Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки - деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемой формы поперечного сечения. В процессе деформации металла, вращающиеся валки давление, возникающее при прокатке передают на подшипники.

Обжатие полосы осуществляется в клетях рабочими валками диаметром 600 мм, длиной бочки 1700 мм. Усилие прокатки создается гидронажимными устройствами (ГНУ) и передается на рабочие валки через опорные валки диаметром 1500 мм. Максимальное усилие при прокатке 22 кН.

Настройка клетей по обжатиям (толщинам) обеспечивается изменением соотношения скоростей вращения рабочих валков между предыдущей и последующей клетями.

Имеется несколько фиксированных заданий скоростей прокатки, достигаемых по соответствующим командам: заправочная скорость, скорость прокатки шва, скорость прокатки при минимальном запасе полосы в накопителе, скорость при резе полосы летучими ножницами, рабочая скорость. Темп разгона стана переменный, увеличивающийся пропорционально скорости, темп торможения постоянный, имеет два значения - темп нормального торможения и темп форсированного торможения (задаются по соответствующей команде). По команде оператора «так держать» прерывается процесс разгона или торможения и прокатка может происходить на любой промежуточной скорости.

Вышедший из последней клети стана на заправочной скорости передний конец полосы закрепляется на барабане моталки при помощи захлестывателя, который отводится затем от барабана моталки.

Стан, предварительно настроенный на заданный режим обжатий полосы и на соответствующий скоростной режим работы каждой клети, после того как установлено натяжение полосы между разматывателем и первой клетью, между рабочими клетями, последней клетью, и моталкой, постепенно разгоняют до рабочей скорости.

Во избежание петлеобразования или излишнего натяжения полосы, которое может привести к ее обрыву, разгон и замедление главных двигателей стана, двигателей разматывателя и моталки до заданной скорости проводят одновременно.

Окончательная подстройка стана предусматривает прокатку полосы с заданными режимами обжатий, скоростей и натяжения полосы при рабочей скорости.

Каждая клеть стана оборудована пультами управления для регулировки и фиксирования нагрузки на становый двигатель, скорости прокатки, величины раствора правого и левого нажимных винтов, натяжения полосы между клетями, а также управления проводковым столом последующей клети.

Правильная задача полосы по оси стана - поддержание ее переднего конца при заправке в клеть и создание натяжения полосы при прокатке заднего конца рулона, - осуществляются с помощью проводкового стола. Прокатку задних концов полос осуществляют с прижатыми пресс - проводками во избежание захлестывания конца полосы, которое может привести к образованию наваров и вмятин на валках, а также для создания натяжения полосы. После прокатки пяти - восьми рулонов пресс - проводки промывают струей эмульсии или воды.

При прокатке осуществляется охлаждение валков (с момента начала прокатки до остановки стана). При этом должна быть обеспечена температура валка не выше 80єС.

Для более полного использования бочки валков при наличии в сортаменте стана полосы разной ширины прокатку начинают после перевалки валков с полосы наибольшей ширины с последующим переходом на более узкие размеры.

Валковая система и нажимные устройства

Валковая система, включающая рабочие и опорные валки с подушками и подшипниками, а также нажимные устройства с системой привода являются основными элементами прокатной клети, определяющими качество прокатываемой полосы.

Важнейшим эксплуатационным показателем является стойкость валков (число перевалок), так как от нее в значительной степени зависит производительность стана и себестоимость продукции.

На четырехклетьевом стане холодной прокатки используются гидронажимные устройства, которые предназначены для создания усилий для холодного обжатия полосы.

Гидронажимное устройство (ГНУ) клети представляет собой два гидроцилиндра, расположенные между верхним опорным валком и подпятниками верхней опорной поверхностью станины клети. Гидроцилиндры установлены на подушках верхнего опорного валка. При подаче в поршневые полости гидроцилиндров под рабочим давлением потока масла происходит перемещение штоков цилиндров ГНУ, что приводит к созданию механического усилия на систему прокатных валков и пластической деформации полосы.

Корпус цилиндра, поршень и крышка выполнены из специальной кованной стали, уплотнения и направляющие поршня и штока - из политетрафторэтилена. Шток твердо хромирован. Со стороны штока имеется незначительное избыточное давление, предотвращающее попадание загрязнений и воздуха в сервоконтур. Утечки масла, попадающие за уплотнение штока, отводятся. С помощью управления ГНУ можно изменять усилие прокатки.

Привод рабочей клети

Главный электродвигатель прокатного стана является двигателем типа МПС640-700 с воздушным продувным охлаждением. Привод каждого рабочего валка индивидуальный, от двух электродвигателей постоянного тока.

Летучие ножницы

На стане непрерывного проката 1700 установлены летучие ножницы барабанного типа. Летучими ножницами называют ножницы, служащие для поперечного реза движущегося материала.

По окончании намотки полосы на одну из моталок скорость стана снижается до скорости прохождения сварного шва. Когда сварной шов доходит до барабанных ножниц, происходит рез полосы. Передний конец полосы передается на свободную моталку, где с помощью ременного захлестывателя начинается намотка нового рулона. После намотки 3-4 витков захлестыватель отводится в исходное положение, и стан вновь разгоняется до рабочей скорости.

Хвостовая часть стана

Прокатанные рулоны снимаются с барабанов моталок и передаются на отводящий транспортер, где взвешиваются на весах тензометрического типа и обвязываются вручную обвязочной лентой.

С отводящего конвейера рулоны снимаются мостовым краном для дальнейшего прохождения металла по технологическому потоку.

Для контроля технологического процесса прокатки перед первой клетью, в межклетьевых промежутках и за последней клетью, расположены изотопные толщиномеры, в межклетьевых промежутках установлены измерители натяжения; за 4-й клетью установлен измеритель зонных натяжений полосы (ролик планшетности).

С транспортера рулоны протравленного горячекатаного подката поступают в карман приемного стола, откуда они извлекаются при помощи гидравлического приемного стола, который вместе с рулоном может перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Подъемный стол, перемещаясь горизонтально, подает рулон к головкам разматывателя и устанавливает его по оси головок. На головках разматывателя рулон центрируется по оси стана и в результате вращения этих головок устанавливается в положение, удобное для отгибания.

Задача конца рулона в стан осуществляется при одновременном вращении головок разматывателя. Перед началом прокатки настройка валков рабочих клетей осуществляется с пониженной скоростью, которая называется заправочной.

Настройка валков заключается в том, что после перевалки их верхний опорный валок при помощи нажимного приспособления опускается на расстояние примерно 30 мм между верхним рабочим и опорным валками, после чего осуществляется гидравлическое уравновешивание рабочего валка. При сближении валков до зазора 1-2 мм стан включается в работу и на вращающиеся валки обильно подается эмульсия. Если передний обжатый конец полосы выходит из клети точно по оси прокатки (его не уводит в сторону), значит валки не перекошены. Перекос валков устраняется регулированием положения правого и левого нажимных винтов.

1.5 Анализ существующей системы регулирования натяжения

Прокатка на стане 1700 осуществляется с натяжением полосы на входе в стан (между натяжным устройством НУ2 и первой клетью), между клетями, на выходе из стана с контролем межклетевых натяжений и толщин датчиками натяжений и толщиномерами, установленными на входе, выходе стана и между клетями.

Настройка межклетевых натяжений осуществляется положением гидронажимных устройств. В процессе прокатки соотношения скоростей и положения ГНУ автоматически корректируются от САРТиН с целью поддержания толщин после клетей и межклетевых натяжений взаданных пределах.

Для настройки натяжения полосы перед первой клетью используется ролик-компенсатор, также называемый «танцующий» ролик (рисунок 1.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.3 Форма заправки полосы на участке между НУ2 и центрирующим роликом

Ролик-компенсатор сглаживает возникающие рывки на участке между НУ2 и первой клетью за счет включенных в его конструкцию 2 демпферных устройств и 8 пружин, установленных параллельно. Пружины предназначены для смягчения вибраций и толчков, а демпферы - для погашения возникших в системе колебаний. Принцип его работы состоит в следующем.

При изменении натяжения полосы валик отклоняется от нулевой позиции, компенсируя отклонение натяжения. Измерение отклонения (позиции) валика позволяет, скорректировав параметры привода валков, нормализовать величину натяжения. Диапазон изменения угла при радиальном перемещении ролика составляет от 0 до 19,5°, при этом меняя натяжение полосы от 0 до 200 кН. Статическая характеристика ролика, рассчитанная заводом производителем ОАО «Уралмашзавод», отражает зависимость угла поворота рычага с роликом от натяжения полосы (рис. 1.5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.4 График зависимости угла поворота рычага с роликом от натяжения полосы

Где ц° - угол поворота рычага с роликом,

Т - натяжение полосы на сбегающей ветви.

1.6 Методы регулирования натяжения

Различают два способа измерения натяжения:

1) прямой (по регулируемому параметру), когда натяжение измеряется с помощью измерителя натяжения, выходное напряжение которого, поступающего на вход замкнутой системы управления, сравнивается с заданным значением;

2) по косвенно определенному значению натяжения, т. е. по одной из величин или по их комбинации, меняющейся в функции Т, чаще всего по вертикальной составляющей усилия натяжения Р, которая действует на измерительный ролик, отклоняя полосу от линии прокатки (рис. 1.6).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.5 Определение натяжения полосы с помощью измерительного ролика

1.7 Техническое задание

Оптимизация натяжения и скорости полосы является обязательным условием нормального протекания технологического процесса на непрерывных станах холодной прокатки. При ослаблении натяжения ниже определенного предела нарушается равномерность вытяжки полосы, и появляются дефекты в виде «коробоватости» профиля или «волны».

Существенное ослабление натяжения, близкое к полному его исчезновению, приводит к неустойчивости полосы в валках, что, как правило, сопровождается обрывом полосы проката. К такому же результату приводит и чрезмерное увеличение натяжения. А натяжение, в свою очередь, зависит от скорости движения полосы

Таким образом, одним из главных технологических требований при непрерывной прокатке металлической полосы является обеспечение заданных значений натяжения и скорости между НУ2 и первой клетью, как в переходных, так и в установившихся режимах прокатки. Этому во многом способствует стабилизация скоростного режима и технологических параметров прокатки в головной части стана.

Исходя из обозначенной выше проблемы, были сформулированы цель и задачи.

Цель - Проектирование АСУ входными параметрами стана непрерывной холодной прокатки на стане-1700 ЛПЦ2 ОАО “Северсталь”

Задачи:

1. Исследование влияния натяжения и скорости стана на технологический процесс;

2. Разработка функциональной схемы системы автоматического управления натяжения и скорости стана, и подбор оборудования для нее

3. Разработка щита и схемы внешних подключений

4. Расчет службы КИПиА

технологический холоднокатанный автоматизированный стан



2. Специальная часть

2.1 Обоснование необходимости разработки АСУ входными параметрами стана непрерывной холодной прокатки на стане 1700 ЛПЦ2 ОАО “Северсталь”

Необходимость данной системы регулирования обуславливается тем, что при отклонении входных параметров(скорость, натяжения, толщина) полосы от нормальных значений, появляются дефекты полосы такие как "коробоватость", "волнистость". Или вовсе может произойти обрыв полосы проката. Это приводит к снижению качества изготавливаемой продукции и уменьшению производительности стана. Поэтому в головной части стана необходима автоматическая система учета и регулирования входных параметров.

2.2 Разработка функциональной схемы АСУ

Разработанная система содержит 8 контуров:

1) Регулирование толщины полосы проката перед первой клетью и после него. Измерение толщины осуществляется датчиками (1а-1 и 1а-2), являющимися двойной конфигурацией единой системы измерения толщины полосы. Показания датчиков суммируются и отправляются на контроллер (6), который уже выдает управляющее воздействие на ГНУ первой клети, являющимся регулирующим органом. Для управления перемещением ГНУ используется исполнительный механизм (1е) - электродвигатель 5AM-250S-10.

2) Регулирование скорости вращения вала первой клети. Измерение скорости осуществляется датчиком скорости (2а) и подается на контроллер (6), который при отклонении задания от нормального, посылает управляющее воздействие на электропривод первой клети (2д), для изменения скорости вала.

3) Регулирование скорости вращения вала натяжного устройства. Измерение скорости осуществляется датчиком скорости (3а) и подается на контроллер (6), который при отклонении задания от нормального, посылает управляющее воздействие на исполнительное устройство (3д) - электродвигатель.

4) Измерение скорости вращения ролика-компенсатора. Измерение осуществляется с помощью датчика скорости (4а). Значение подается на контроллер (6).

5) Регулирование натяжения полосы проката между первой и второй клетями. Измерение осуществляется датчиком натяжения (5а). Показания датчика отправляются на контроллер (6), который уже выдает управляющее воздействие на ГНУ первой клети, являющимся регулирующим органом. Для управления перемещением ГНУ используется исполнительный механизм (1е) - электродвигатель 5AM-250S-10.

6) Контур управления скоростью разматывалеля 1.

7) Контур управления скоростью разматывателя 2.

8) Контур управления скоростью правильно-тянущей машины.

Функциональная схема и спецификация к ней представлены на странице 34-35 ПЗ. Разработанная система содержит 3 контура:

1) Контур управления скоростью ножниц

2) Контур управления скоростью моталки 1

3) Контур управления скоростью моталки 2Функциональная схема и спецификация к ней представлены на странице 37-38 ПЗ.

2.3 Выбор оборудования

Выбор датчика натяжения

Датчик натяжения ленты HAEHNE BZV-K

Датчики натяжения ленты серии BZV-K отличаются компактной конструкцией, а также разнообразными возможностями применения. Они устанавливаются между опорным подшипником или измерительным валком и привалочной поверхностью машины.

Приборы BZV регистрируют вертикальную компоненту силы натяжения ленты. Питание датчиков и обработка сигналов измерений производятся при помощи измерительного усилителя из HAEHNE программы, подключенного после них.

Выходной сигнал измерительного усилителя пропорционален силе натяжения и служит для индикации и использования в качестве действительного значения в подключенном контуре регулирования.

Особые признаки:

· Номинальное усилие от 5 до 100 кН

· Компактная блочная конструкция

· Легко настраивается под различные типы подшипников

· Высокая защита от перегрузок вследствие механических ударов

· Крутильно-жёсткий измерительный элемент из нержавеющей стали

Рисунок 2.1 Датчик натяжения ленты HAEHNE BZV-K

Технические характеристики представлены в таблице 2.1



Таблица 2.1

Технические характеристики датчика натяжения

Техническая характеристика	Величина относ. к номинальной силе,%
Диапазоны измерения (кН)	5; 10; 20; 50; 100
Макс. рабочее усилие	160%
Макс предельное усилие	1000%
Номинальное значение [м В/В]	1,0 mV / V
Kласс точности	0,5%
Воспроизводимость	max. ± 0,1%
Нелинейность	max. ± 0,3%
Гистерезис	max. ± 0,3%
Дрейф нуля [промиль /°С]	max. 50 ppm / °С
Номинальный диапазон температур	+10...+60°С
Рабочий температурный диапазон	-10...+75°С
Номинальное сопротивление мостика	700 ?
макс. питающее напряжение [В DС]	10 VD
Стандартный тип защиты	IP 67
Веc типоразмера 01, 02 в кг	25; 33

Выбор датчика измерения толщины проката

Системы измерения толщины полосы Thermo Scientific RM 200 EM

Системы измерения толщины RM 200 EM обеспечивают точное, высокоскоростное, бесконтактное измерение толщины полосы во многих сферах применения.

Системы оснащены измерительными головками с использованием гамма-излучения для выполнения экономичного и надежного измерения толщины по осевой линии полосы. Может поставляться опциональный сканирующий комплект для измерения поперечного профиля полосы.

RM 200 EM предназначен для эксплуатации с минимальным обслуживанием в самых тяжелых условиях. Также он доступен в двойной конфигурации, что делает систему очень экономичным решением при установке на реверсивных станах холодной прокатки или на производственных линиях с двойными разматывателями.



Рисунок 2.2 Система измерения толщины полосы Thermo Scientific RM 200 EM

Технические характеристики системы представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2

Технические характеристики системы измерения толщины полосы

Техническая характеристика	Величина
Тип источника	1 x Am 241 (37 ГБк или 111 ГБк)
Материал, подлежащие измерению	Стальная полоса
Диапазон измерения толщины	От 0,1 до 6,0 мм
Число измерительных головок	1 (измерение в одной точке); 2 (двойная конфигурация)
Тип детектора	Ионизационная камера (камеры)
Воздушный зазор С-образной рамы	Стандарт 200 мм -- или альтернативно 100 мм и 300 м
Глубина С-образной ямы	Стандарт 2 300 мм
Максимальная ширина полосы	1 600 мм

Выбор датчика скорости

Инкрементный энкодер СКБ ИС ЛИР-250

Инкрементные угловые фотоэлектрические датчики (инкрементные энкодеры) СКБ ИС широко применяются в продукции станкостроительных заводов, робототехнических комплексах, системах технологического и промышленного контроля, а так же во всевозможных измерительных устройствах, работающих в жестких условиях эксплуатации и требующих высокоточной регистрации угловых перемещений объекта (наклон, поворот, вращение). Ниже перечислены примеры применения инкрементных угловых фотоэлектрических датчиков (инкрементных энкодеров)

Модернизация станков:

При модернизации станков для замены импортных энкодеров (угловых датчиков), осуществляющих высокоточную регистрацию углового перемещения вала.

Системы автоматического регулирования:

1) В системах автоматического регулирования в цепях обратной связи по скорости в качестве импульсного датчика скорости вращения вала.

2) В системах автоматического регулирования в цепях обратной связи по частоте в качестве импульсного датчика частоты вращения вала.

3) В системах автоматического регулирования в цепях обратной связи по положению в качестве импульсного датчика положения вала.

Рисунок 2.3 Инкрементный энкодер СКБ ИС ЛИР-250

Рисунок 2.4 Габаритный чертеж



Таблица 2.3

Технические характеристики энкодера

Техническая характеристика	Величина
Разрешающая способность преобразователя	до 320000 дискрет/оборот
Диаметр корпуса, мм	50
Особенность конструкции	Полый вал
Модификация преобразователя	А
Напряжение питания, В	+5 или от +10 до +30
Ток потребления не более, мА	120
Выходной сигнал	СН (~1 В), ПИ (TTL), ПИ (НTL)
Количество штрихов на измерительном лимбе	100; 250; 360; 500; 512; 600; 900 ; 1000 ; 1024 ; 1500; 2000; 2048; 2430; 2500; 3200 ; 3600; 5000
Коэффициенты интерполяции	1 2 3 4 5 8 10 12 16
Интервал рабочих температур °С	от 0 до +70 от -40 до +100
Класс точности	6 класс ±30" 7 класс ±75" 8 класс ±150"
Степень защиты от внешних воздействий	IP64
Масса (без кабеля)	0,25 кг
Вибрационное ускорение в диапазоне частот (55...2000) Гц	? 100 м/с2
Момент трогания ротора (20°C)	? 0,01 Н·м
Ударное ускорение	? 300 м/с2
Момент инерции ротора	1,4х10-6 кг·мІ

Выбор исполнительного устройства

Асинхронный электродвигатель ERMAN 5AM-250S-10

Трехфазные общепромышленные асинхронные электродвигатели серии 5АМ предназначены для продолжительного режима работы от сети переменного тока.

Электродвигатели предназначены для работы в составе привода различных механизмов от сети переменного тока: вентиляторов, насосов, дымососов, мельниц, дробилок, станков и других установок для нужд различных отраслей промышленности: нефтегазового хозяйства, ЖКХ, электростанций различного типа, сельского хозяйства и др. Электродвигатели изготавливаются для различных климатических зон, в т.ч. тропиков и севера.

Электродвигатели имеют множество модификаций по способу монтажа, категории размещения, климатическому исполнению, электрическим и другим характеристикам, кроме того, по требованию заказчика, предприятие проводит доработку выпускаемых изделий до любых стандартных и нестандартных форм исполнения, в т.ч. по ТЗ заказчика.

Электродвигатели соответствуют: ТУ 3322-003-00212707-99, ТУ ОБН.513.108.

Рисунок 2.5 Асинхронный электродвигатель ERMAN 5AM-250S-10

Таблица 2.4

Технические характеристики двигателя

Техническая характеристика	Величина
Тип двигателя	5AM-250S-10
Мощность, кВт	30
Напряжение, В	220/380
Частота тока, Гц	50
Ток, A	114/65
КПД,%	89
Частота вращения, об./мин.	600
Масса, кг	550
Степень защиты	IP44

Выбор пускателя

Бесконтактный реверсивный пускатель БиСТАРТ-Р БСТ-60Р/380-00

БиСТАРТ-Р - реверсивные устройства плавного пуска, динамического торможения и защиты асинхронных двигателей.

Назначение

· Бесконтактное реверсивное управление трехфазными электродвигателями (прямое и обратное вращение);

· Прямой безударный пуск или плавный пуск с ограничением тока;

· Динамическое торможение постоянным током;

· Защита и диагностика электродвигателя: обрыв/перекос фаз, электронная тепловая защита электродвигателя, максимально-токовая защита.

· Защита и диагностика технологического оборудования: перегрузка, заклинивание, неправильное чередование фаз сети.

Область применения:

· Краны, кран-балки, тельферы, лебедки, тележки и др.;

· Станочное оборудование;

· Дробилки, транспортеры, конвейеры;

· Деревообрабатывающее оборудование;

· Шиберы, прессы, рольганги, ножницы и др.;

Рисунок 2.6 Пускатель БиСТАРТ-Р

Таблица 2.5

Технические характеристики пускателя

Техническая характеристика	Величина
Модель	БСТ-60Р/380-00
Номинальный ток, А	60
Мощность электродвигателя, кВт	22..30
Габариты (IP20), ВхШхГ, мм	325x130x192
Цена без НДС, руб	22 300

Выбор блока ручного управления

Блок ручного управления БРУ-42

Применяется во всех видах и типах автоматизированных систем управления любыми разновидностями технологических процессов (АСУТП). Кроме того их применяют для переключения и управления цепями, управляющими исполнительными (рабочими) устройствами, для индикации положения в цепях.

- Оснащён устройствами для ручного или переключения дистанционным вариантом с автоматического способа управления на вид ручного режима, и наоборот;

- Имеет управление при помощи кнопок интегрирующими исполнительными (рабочими) механизмами;

- Оснащен световой индикацией режимов любого управления, и выходным сигналом регулирующего устройства, имеющего импульсный выходной сигнал;

- Функция определения положений регулирующих органов.

Характеристики:

Габариты: 80х40х150 мм

Масса: 0,8 кг

Потребляемая мощность ?2,5 Вт

Рисунок 2.7 БРУ-42



Выбор программируемого контроллера

Контроллер Siemens SIMATIC S7-400

Simatic S7-400 - это мощный программируемый контроллер для решения задач автоматизации средней и высокой сложности. S7-400 находит применение в машиностроении, автомобильной промышленности, в складском хозяйстве, в технологических установках, системах измерения и сбора данных, в текстильной промышленности, на химических производствах и т.д.

Рисунок 2.8 Контроллер Siemens SIMATIC S7-400

Особенности:

* Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.

* Использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации.

* "Горячая” замена модулей.

* Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

* Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления.

* Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры S7-400 включают в свой состав:

* Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых задач в программируемом контроллере могут использоваться различные типы центральных процессоров. При необходимости можно использовать мультипроцессорные конфигурации, включающие до 4 центральных процессоров.

* Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов.

* Коммуникационные процессоры (CP) для организации сетевого обмена данными через Industrial Ethernet, PROFINET, PROFIBUS или PtP интерфейс.

* Функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули для решения задач скоростного счета, позиционирования, автоматического регулирования и других.

* Интерфейсные модули (IM) для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера

* Блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

* Все модули устанавливаются в монтажные стойки и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется через внутреннюю шину монтажных стоек. К одному б...