Модернизация электроприводов станов тонкого волочения

Модернизированная система управления станом тонкого волочения создается в строгом соответствии с техническим заданием и с использованием современных аппаратных и программных средств.

В качестве управляющего устройства используются различные программируемые логический контроллеры (ПЛК), например, серии FX1N (FX2N), в качестве электроприводов – преобразователи частоты серии FR-A500, сервоприводы серии MR-J2S производства компании Mitsubishi Electric (Япония) или аналоги на Siemens.

Структура системы управления станком тонкого волочения

Содержание

• 1 Назначение ПЛК:
• 2 Назначение панели оператора
• 3 Метод управления системой поддержания постоянного натяжения.
• 4 Применяемое оборудование
• 5 Модернизация механизма укладки
• 6 Измеряемые параметры
• 7 Контроль обрыва проволоки
• 8 Контроль за температурой эмульсии в ванной.
• 9 Визуализация параметра скольжения проволоки на чистовом барабане.
• 10 Главный привод
• 11 Привод намотки
• 12 Привод укладчика
• 13 Описание предлагаемого программного обеспечения
• 14 Спецификация оборудования (перечень основных комплектующих) системы управления стана тонкого волочения

Назначение ПЛК:

• связь с системой верхнего уровня по сети Ethernet;
• связь с элементами электроавтоматики (датчики, реле, кнопки и т.п.) через входные и выходные модули;
• выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы в соответствии с программой, отражающей заданный алгоритм управления станом;
• моделирование технологического процесса с возможностью гибкого изменения его параметров;
• передача заданных параметров состояния технологического процесса и элементов системы управления на панель оператора и в систему верхнего уровня;
• оперативная отработка аварийных ситуаций.

Назначение панели оператора

Панель оператора с тактильным цветным экраном служит для визуального отображения параметров техпроцесса, диагностических, аварийных сообщений и ввода заданных параметров техпроцесса. Все вводимые и отображаемые на панели оператора параметры обозначены в требованиях ТЗ и могут быть дополнены по требованию Заказчика.

Метод управления системой поддержания постоянного натяжения.

Качество намотки проволоки на катушку определяется ее оптимальным натяжением и качественной укладкой. Сила натяжения определяется весом груза, установленным на рычаг балерины. Оптимальное натяжение обеспечивается соответствующим положением балерины и весом груза. Положение балерины достаточно точно контролируется датчиком положения.

Метод управления реализуется аналогично существующему, используя двойное назначение балерины: как механизма натяжения, так и демпфера.

Учитывая, что балерина эффективно осуществляет натяжение проволоки, достаточно обеспечить ее заданное положение изменением скорости намотки с использованием сигнала от датчика положения балерины. В то же время использование преобразовтеля частоты серии FR-A с двигателем, оборудованым встроенным энкодером, позволяет переводить привод намотки в режим регулирования момента, что может быть необходимов определенных режимах работы стана тонкого волочения.

Датчик положения балерины формирует сигнал обратной связи по натяжению, который поступает в контроллер, где на основании заданного значения натяжения и сигнала обратной связи формируется задание скорости на привод намотки. Одновременно датчик положения балерины вместе с концевым выключателем успокоителя после чистовой волоки контролирует обрыв проволоки.

Таким образом, система регулировки натяжения представляет собой замкнутую систему регулирования скорости вращения двигателя с ПИД-регулятором скорости. ПИ-регулирование позволяет плавно, без перерегулирования (рывков) изменять скорость намотки и, соответственно, натяжение, обеспечивая заданное положение балерины. Данное решение позволяет эффективно регулировать натяжение, одновременно не усложняя систему управления.

Качество намотки обеспечивается существующим механизмом укладки с применением сервопривода.

Управление по моменту было бы возможно только в начальный момент намотки, так как при увеличении массы катушки за счет намотанной проволоки момент, определяемый натяжением, будет ничтожно мал по сравнению с моментом, необходимым на ее вращение.

Применяемое оборудование

Предлагаемая система управления реализуется с использованием следующего оборудования:

• программируемый контроллер, панель оператора, частотные преобразователи, сервопривод в комплекте с электродвигателем производства фирмы Mitsubishi Electric (Япония) или Siemens (Германия);
• электромонтажные изделия производства фирмы Weidmuller (Германия);
• электродвигатель главного привода асинхронный короткозамкнутый производства Владимирского электромеханического завода мощностью 45 кВт, специального исполнения с независимым охлаждением;
• электродвигатель привода намотки асинхронный короткозамкнутый производства Владимирского электромеханического завода мощностью 4 кВт, специального исполнения с независимым охлаждением;
• комплектный сервопривод переменного тока серии MR-J2S мощностью 400Вт c диапазоном регулирования 1:10000;
• частотно-регулируемые привода с векторным управлением серии FR-A540 для управления электродвигателями главного привода и привода намотки;
• элементы электроавтоматики, включая пуско-защитную аппаратуру, датчики с необходимыми техническими характеристиками согласно.

Модернизация механизма укладки

Механизм укладки применен существующий с установкой сервопривода переменного тока в качестве привода механизма. Встроенный в серводвигатель импульсный датчик угловых перемещений позволяет использовать его в качестве датчика обратной связи по положению и скорости механизма в системе регулирования приводом укладчика.

Использование в качестве привода механизма укладки сервопривод переменного тока с высокими динамическими характеристиками позволяет синхронизировать его работу с приводом намотки и сформировать с высокой точностью заданную скорость и направление вращения, обеспечив качественную намотку. По сравнению с существующей системой реверса на электромагнитных муфтах использование сервопривода позволит сократить время реверса на порядок, сохранив плавность регулирования. Используемый сервопривод позволяет с высокой точностью регулировать и поддерживать заданную скорость в диапазоне от шагового режима до ускоренных подач.

Измеряемые параметры

Система управления позволяет осуществлять измерение и вывод на экран панели оператора таких параметров техпроцесса, как скорость намотки, длину намотанной проволоки, величину скольжения, температуры эмульсии и др.

Кроме того формирует и передает на панель оператора диагностические сигналы состояния оборудования.

Контроль обрыва проволоки

Контроль обрыва проволоки осуществляется:

• концевым выключателем успокоителя после чистовой волоки;
• датчиком слежения за крайним положением балерины (абсолютный датчик положения балерины);
• программным путем при оценке отклонения скорости вращения наматывающей катушки от расчетного при существующем диаметре намота, оценке отклонения скорости вращения мерного ролика и скорости вращения промежуточного ролика между балериной и раскладчиком.

Контроль за температурой эмульсии в ванной.

Осуществляется датчиком температуры, установленным на выходе из ванн. Информация выводится на панель оператора.

Визуализация параметра скольжения проволоки на чистовом барабане.

Информация о величине скольжения проволоки на чистовом барабане выводится на панель оператора и вычисляется программным путем на основании измеренных значениях скорости чистового барабана и мерного ролика.

Главный привод

Асинхронный двигатель Владимирского завода мощностью 45 кВт, специальное исполнение с независимым охлаждением и максимальной частотой питания 100 Гц.

Управление осуществляется частотно-регулируемым приводом с векторным управлением серии FR-A540.

Привод намотки

Асинхронный двигатель Владимирского завода мощностью 4 кВт, специальное исполнение с независимым охлаждением, датчиком обратной связи и максимальной частотой питания 100Гц.

Управление осуществляется частотно-регулируемым приводом с векторным управлением серии FR-A540.

Привод укладчика

Реализован на комплектном сервоприводе переменного тока серии MR-J2S мощностью 400Вт c диапазоном регулирования 1:5000. Мощность выбрана для осуществления реверса с минимальным временем.

Описание предлагаемого программного обеспечения

VFD-Setup-Software (программное обеспечение для программирования, мониторинга и диагностики преобразователей частоты Mitsubishi Electric);

MRZJW3-Setup (программное обеспечение для программирования, мониторинга и диагностики сервоприводов компании Mitsubishi Electric);

GT Designer (программное обеспечение для программирования, мониторинга и диагностики панелей оператора серии GOT компании Mitsubishi Electric);

GX DEVELOPER (программное обеспечение для программирования, мониторинга и диагностики программируемых логических контроллеров компании Mitsubishi Electric);

Melsoft FX TRAINING – Программа обучения программированию контроллеров FX.

Предлагаемые программные пакеты позволяют в удобной для работы форме осуществить обучение обслуживающего персонала, скофигурировать систему на базе контроллера в любом сочетании модулей, написать программу, отредактировать ее и осуществить ее наладку.

Язык программирования полностью соответствует требованиям структурного программирования, соответствуя IEC 1131.3

Все предлагаемые программные продукты работают в среде Windows и не требуют специальных программаторов и операционных систем.

Спецификация оборудования (перечень основных комплектующих) системы управления стана тонкого волочения

Спецификация оборудования представлена в таблице:

№

Наименование

Краткое описание

Кол-во

1 FR-A540-45 K-EC Инвертор, P = 55 кВт

1

2 FR-A5CBL 2,5 Кабель, для FR-A 500, 2,5 m

1

3 FR-BAL-B-45 K Сетевой дроссель, 3-х., 400В, для 45 кВт

1

4 5A200L4 Асинхронный электродвигатель, 45кВт, 380В, со встроенным термодатчиком и независимой вентиляцией, 1500 об/мин, IM1081, IP54

1

5 FR-A540-3,7 K-EC Инвертор, P = 4,0 кВт

1

6 FR-A5AP Плата обратной связи

1

7 FR-A5CBL 2,5 Кабель, для FR-A 500, 2,5 m

1

8 FR-BAL-B-4,0 K Сетевой дроссель, 3-х., 400В, для 4,0 кВт

1

9 АИР100L2 Асинхронный электродвигатель, 5,5кВт, 380В, со встроенным импульсным энкодером (датчик угла поворота), термодатчиком и независимой вентиляцией, 3000 об/мин, IM1081, IP54

1

10 MR-J2S-40A Сервоусилитель P=400Вт, S=0,9 кВА; 1 x 230 V/3 x 200 V-230 V, 50/60 Hz

1

11 HC-MFS43 Серводвигатель 400 Вт; Mн=1,3 Нм, Mмакс=3,8 Нм

1

12 MR-JCCBL5M-L Кабель энкодерный, для HC-KFS, HC-MFS и HC-PQ-UE, 5 m

1

13 MR-J2CN1 Разъем сигнальный для MR-J2S и MR-C (2 шт.)

1

14 MR-PWCNK1 Разъем силовой для HC-MFS/ KFS motors

1

15 FX1N-14MT-ESS/UL ПЛК, базовый модуль AC 100-240 V; 8 входов DC 24 V; 6 транзисторных выходов

1

16 FX2N-16EX-ES/UL Модуль расширения; 16 входов DC 24 V

2

17 FX2N-16EYT-ESS/UL Модуль расширения; 16 транзисторных выходов

2

18 FX2N-8EX-ES/UL Модуль расширения; 8 входов DC 24 V

1

19 FX2N-8AD Модуль аналоговых входов; 16 бит ; 8 аналоговых входов для тока, напряжения или термопар

1

20 FX2N-2DA Модуль аналоговых выходов; 12 бит ; 2 аналоговых выходов для тока или напряжения

1

 21 COM-ET10-T Модуль коммуникационный Ethernet 10BaseT; RJ45, TCP/IP: ARP, UDP, ICMP

1

 22 F940GOT-SWD-E Графическая панель оператора, тактильная; 5.7″ ; STN-дисплей 320×240 точек; 8 цветов; IP65; 24VDC

1

23 FX-232-CAB-1 Кабель подключения F-/A-900GOT к ПК, RS232C, 3м

1

24 FX-50DU-CAB0/EN Кабель подключения CPU (MELSEC FX0S/FX0N/FX2N/FX2NC) к панели оператора; 3м

1

25 ПЗА Комплект пускозащитной аппаратуры (автоматические выключатели, магнитные пускатели, реле, светосигнальная арматура, источники питания, клеммы проходные, клеммы с предохранителями для защиты выходных цепей контроллера, кнопочные посты).

1

26 Датчики Комплект датчиков (индуктивные датчики, путевые выключатели, термосопротивления) пр-ва Balluff и др.

1

27 Монтажный комплект Электромонтажный комплект (провода, кабели, наконечники, кабельные вводы, разъемы, маркировка, наклейки)

1