Вибір технічних засобів та розробка технічної структури системи управління

Для стабільної роботи устаткування його потрібно оснащувати надійним якісним обладнанням, котре забезпечить коректне управління та регулювання. Для управління системою в якості керуючого пристрою використовується мікроконтролер, а для забезпечення оперативною інформацією і можливістю оперативного управління значень заданих параметрів впливів використовується комп'ютер.

Управління верстатом холодної прокатки пропонується здійснювати програмованим логічним контролером фірми Advantech ADAM-5510. Для узгодження сигналів від датчиків і виконавчих механізмів виберемо відповідні модулі узгодження з комплекту, пропонованого фірмою Advantech.

Мікроконтролер ADAM 5510 має модульну конструкцію, отже можна варіювати модулями, що в свою чергу дозволить легко модернізувати технічне обладнання.

Інтелектуальні компактні пристрої серії ADAM - 5000 розроблені для надійного автономного функціонування в промислових умовах. Виконані на базі мікропроцесора Intel x86, мікроконтролери ADAM - 5510 мають вбудовану операційну систему Datalight ROM-DOS. Наявність статичного ОЗУ з батарейним живленням дає змогу використовувати мікроконтролери для вирішення завдань, пов'язаних з накопиченням і тривалим зберіганням даних, технічні характеристики наведені в додатку [А].

Як видно зі схеми автоматизації (розділ 8), контролер повинен мати 16 аналогових входів і 12 аналогових виходів. Тому необхідно до контролера підключити 2 8-канальних модуля аналогового вводу ADAM-5017 і 3 4-канальних модуля аналогового виводу ADAM-5024, технічні характеристики наведені в додатку [А].

Методи контролю товщини смуги

При виробництві металопрокату контроль товщини - обов'язковий технологічний етап. Для вирішення цього завдання застосовують різні товщиноміри, які виробляють моментальні вимірювання при односторонньому доступі до об'єкта контролю. Відпадає необхідність розрізати виріб для вимірювання його товщини. На сьогоднішній день виробники пропонують товщиноміри п'яти видів: магнітні, вихорострумові, ультразвукові, рентгенівські і радіоізотопні. Принциповою відмінністю є фізичний ефект, на якому заснована робота товщиноміра. Види товщиномірів:

1) Магнітні товщиноміри. Принцип дії приладу заснований на ефекті Холла, тобто при приміщенні об'єкта контролю в магнітне поле, в ньому виникає різниця потенціалів. Магнітні товщиноміри (наприклад, Magna-Mike 8500) призначені для вимірювання товщини неферомагнітних матеріалів: пластикових, скляних, алюмінієвих ємностей, композитних деталей, пакувальних матеріалів, автомобільних панелей та ін.. Також, прилади використовуються і для вимірювання товщини немагнітних покриттів. Магнітні товщиноміри можна розділити на магнітоотривні і індукційні. Робота магнітоотривних товщиномірів заснована на вимірюванні сили відриву магніту від об'єкта контролю. Індукційні товщиноміри визначають зміна магнітного опору. Переваги магнітних товщиномірів - широкий діапазон вимірювань, низька похибка вимірів (2-3%), висока продуктивність контролю (час одного виміру 2-3 сек).

2) Вихорострумові товщиноміри. Призначені для вимірювання товщини діелектричних матеріалів, тобто тих, які не проводять електричний струм. З їх допомогою можна контролювати товщину пластмаси, гуми, скла, різних покриттів, нанесених на металеву основу (наприклад, товщиномірами серії ТМ). Принцип дії вихорострумових товщиномірів заснований на методі вихрових струмів, що полягає в порушенні вихрових струмів в об'єкті контролю та реєстрації змін поля вихрових струмів, обумовлених зміною товщини. Перевагою таких товщиномірів є виключно малий вплив шорсткості виробу на результати вимірювання.

3) Найбільш широке поширення набула ультразвукова товщинометрія. Принцип дії полягає в поширенні ультразвукових хвиль в об'єкті контролю. Ультразвукові товщиноміри вирішують найбільш широкий спектр завдань: вони використовуються для контролю товщини стінок труб, металопрокату, гуми, лакофарбових покриттів і пр. Сучасні ультразвукові товщиноміри (такі як MG2: XT, MG2: DL), дозволяють одночасно контролювати як товщину основного металу, так і покриття. Товщиноміри мають широкий діапазон вимірювань: від декількох міліметрів до десятка сантиметрів; вони компактні і високопродуктивні (час контролю 2-3 сек.). При виборі товщиноміра, підприємства найчастіше зупиняються саме на ультразвуковий товщиномір. Це пов'язано з невисокою вартістю, широким спектром вирішуваних завдань, низькою похибкою вимірювань при високій продуктивності.

4) Рентгенівські товщиноміри. Застосовуються в промисловості для вимірювання товщини від 0,3 мм і вище. Принцип дії заснований на тому, що при проходженні випромінювання через вимірюваний матеріал відбувається часткове поглинання променів. Ступінь поглинання залежить від товщини і властивостей матеріалу (його хімічного складу).

5) Радіоізотопні товщиноміри. Принцип дії такий же як і у рентгенівських товщиномірів, використовуються джерело і приймач радіоізотопного випромінювання. Вимірювачі з г-джерелами мають менші габарити, невисоку відносну вартість і простіше в експлуатації.

Контроль товщини, прокатуваної стрічки здійснюється рентгенівськими вимірювачами на робочій швидкості. Для цього використовується комплекс Radiometrie RM 110CC. Ця система вимірювання профілю товщини в поперечному напрямку смуги - стандартний товщиномір з відповідним співвідношенням ціна / якість для точних вимірювань таких матеріалів як сталевий лист та фольга. Точне безконтактне вимірювання товщини поперечного перерізу смуги. Різні варіанти конфігурацій монтажних рам дозволяють вимірювати товщину полотна в одній / декількох точках або сканувати полотно по всій ширині.

Контроль міжклітьових натягів.

До останнього часу на станах холодної прокатки для вимірювання міжклітьових натягів застосовували сельсинні датчики. Принцип дії сельсинного датчика заснований на зміні кута повороту ротора, встановленого під вимірювальним роликом, при цьому кут повороту ротора сельсина пропорційний переміщенню пружних опор (ресор) ролика під дією міжклітьових натягів смуги. Застосування таких датчиків призводить до значних похибок вимірювання (до 10-15%) внаслідок зміни висоти відхилення смуги 8 при деформації ресори, на якій встановлюється вимірювальний ролик, а також в результаті тертя в механізмі. Крім того, внаслідок частих поломок вузла перетворення поступального руху ролика в обертальний рух ротора сельсина і порушення ізоляції його обмоток сельсину датчики в експлуатації ненадійні.

Набагато більш високу точність забезпечує застосування магнітоанізотропний датчик (МД). Принцип дії таких датчиків заснований на зміні магнітної проникності феромагнітних матеріалів під дією внутрішніх механічних напруг. Цей ефект найбільшою мірою проявляється тоді, коли напрями векторів магнітної індукції і механічної напруги збігаються. При цьому під дією розтягуючого зусилля магнітна проникність зменшується, а під дією стискаючого зусилля - збільшується. На безперервних станах холодної прокатки для вимірювання міжклітьових натягів смуги використовують магнітоанізотропні датчики зусилля МАД-7681.

МД встановлюють у спеціальних пластинчастих пружинних стійках з гніздами під підшипниками кочення, на яких покоїться вимірювальний ролик. У конструкціях вимірювачів натягу з МД недоліки, відмічені для системи з сельсинними датчиками, практично відсутні: жорсткість конструкції вимірювача натягу з МД вище в кілька разів, їх експлуатація набагато простіше, а точність вимірювання натягу смуги з використанням МД підвищується.

Мінімальні втрати на тертя в вимірниках з МД досягаються тим, що всі переміщення відбуваються в межах пружних деформацій пружини і датчиків. Підвішування ролика на пластинчастих пружинах дозволяє усунути вплив горизонтальної складової натягу на датчик, причому частка вертикальної складової натягу, витрачається на деформацію пружини, не змінюється в часі і становить не більше 5% від вимірюваного зусилля.
Максимальна величина вертикальної складової натягу, вимірювана датчиками МАД-7681, складає 20 кН, нелінійність характеристик не більше ± 0,5%, вихідна напруга при повному зусиллі на датчик одно 3 В, а вихідна потужність одного датчика складає 4 мВт, гістерезис відсутня.
Основною деталлю датчика є чутливий елемент, що представляє собою монолітний магнітопровід з залізохромоалюмініевого сплаву. Первинна обмотка розміщена під кутом 45 ° до кожної з вторинних обмоток. Первинну обмотку підключають до генератора синусоїдальної напруги (5 В, 400 Гц), а з вторинних обмоток знімають напругу, яка наводиться внаслідок прояву анізотропії магнітних властивостей в результаті додатка зусилля до магнітопроводу. За відсутності магнітної та механічної анізотропії силові лінії магнітного поля, створеного первинною обмоткою, не охоплюють вторинні обмотки, і ЕРС на виході датчика дорівнює нулю. Коли на магнітопровід датчика діє стискуюче зусилля, магнітна проникність в певному напрямку збільшується, а силові лінії магнітного поля деформуються і перетинають вторинну обмотку, в результаті чого встановлюється магнітна зв'язок первинної обмотки з вторинними обмотками датчика, в яких наводиться е.д.с. На виході датчика е.д.с. буде зростати в міру збільшення механічної напруги в муздрамтеатрі. Слід зазначити, що магнітоанізотропні властивості матеріалів проявляються лише до певної межі механічної напруги, після перевищення якої настає стан насичення.
Для захисту від механічних пошкоджень і дії агресивних середовищ чутливий елемент встановлюють у корпусі і заливають еластичним компаундом. Крім того, для виключення випадків перевантаження датчиків, а також для забезпечення можливості регулювання в них початкових механічних напружень в пружини вимірювального ролика поруч з датчиками встановлюють гвинтові домкрати.

Для вирішення завдання вимірювання зусиль натягу смуги в умовах металопрокатного виробництва пропонується застосовувати двоканальний вимірювально-обчислювальний комплекс (ВОК) ІНД-7681 виробництва ВАТ «Казчерметавтоматіка». Комплекс використовує інформацію, отриману від спеціально розроблених магнітоанізотропних датчиків МАД-7681.

Переміщення ГНП.

Датчик переміщення - це прилад, призначений для визначення величини лінійного або кутового механічного переміщення якого об'єкта. Слід відразу зазначити, що всі датчики переміщення можна розділити на дві основні категорії - датчики лінійного переміщення і датчики кутового переміщення (енкодери). Основна увага буде приділена саме датчикам лінійного переміщення.

За принципом дії датчики переміщення можуть бути:

- ємнісними;

- оптичними;

- індуктивними;

- вихрострумовими;

- ультразвуковими;

- магніторезистивними;

- потенціометричними;

- магнітострикційними;

- на основі ефекту Холла;

В основі роботи ємнісних датчиків лежить взаємозв'язок ємності конденсатора з його геометричною конфігурацією. У найпростішому випадку мова йде про зміну відстані між пластинами внаслідок зовнішнього фізичного впливу. Оскільки ємність конденсатора змінюється обернено пропорційно величині зазору між пластинами, визначення ємності за інших відомих параметрах дозволяє судити про відстань між пластинами. Зміна ємності можна зафіксувати різними способами, однак у кожному разі конденсатор необхідно включити в електричний ланцюг.

Існує безліч варіацій схем датчиків переміщення, заснованих на різних оптичних ефектах. Мабуть, найбільш популярною є схема оптичної тріангуляції - датчик положення є, по суті, далекоміром, який визначає відстань до об'єкта, що цікавить, фіксуючи розсіяне поверхнею об'єкта випромінювання і визначаючи кут відбиття, що дає можливість визначити довжину відстань до об'єкта. Важливим достоїнством більшості оптичних датчиків є можливість виробляти безконтактні вимірювання, крім того такі датчики зазвичай досить точні і мають високу швидкодію.

В індуктивних датчиках переміщення чутливим елементом є трансформатор з рухомим осердям. Переміщення зовнішнього об'єкта призводить до переміщення сердечника, що викликає зміну потокозчеплення між первинною і вторинною обмотками трансформатора. За величиною амплітуди вторинної обмотки можна судити про становище сердечника, а значить і про становище зовнішнього об'єкта.

Вихорострумові датчики переміщення містять генератор магнітного поля і реєстратор, за допомогою якого визначається величина індукції вторинних магнітних полів. Поблизу об'єкта, що цікавить генератор створює магнітне поле, яке, пронизуючи матеріал об'єкта, породжує в його обсязі вихрові струми (струми Фуко), які, у свою чергу, створюють вторинне магнітне поле. Параметри вторинного поля визначаються реєстратором, і на їх підставі обчислюється відстань до об'єкта, тому що чим об'єкт ближче, тим більший магнітний потік буде пронизувати його обсяг, що посилить вихрові струми і індукцію вторинного магнітного поля.

У ультразвукових датчиках реалізований принцип радара - фіксуються відбиті від об'єкта ультразвукові хвилі, тому структурна схема зазвичай представлена ​​джерелом ультразвукових хвиль і реєстратором, які зазвичай укладені в компактний корпус. Визначення тимчасової затримки між моментами відправлення та прийому ультразвукового імпульсу дозволяє вимірювати відстань до об'єкта з точністю, яка доходить до десятих часток міліметра. Поряд з оптичними, ультразвукові датчики на сьогоднішній день є, мабуть, найбільш універсальним і технологічним безконтактним засобом вимірювання.

У магніторезистивних датчиках переміщення використовується залежність електричного опору магніторезистивних платівок від напрямку та величини індукції зовнішнього магнітного поля. Датчик, як правило, складається з постійного магніту і електричної схеми, що містить включені за мостовою схемою магніторезистивні платівки і джерело постійної напруги. Об'єкт що складається з феромагнітного матеріалу, переміщаючись в магнітному полі, змінює його конфігурацію, внаслідок чого змінюється опір платівок, і бруківка схема реєструє неузгодженість, за величиною якого можна судити про становище об'єкта.

Датчики на основі ефекту Холла мають конструкцію подібну конструкції магніторезистивних датчиків, проте в основу їх роботи покладено ефект Холла - проходження струму через провідник, на який впливає зовнішнє магнітне поле, призводить до виникнення різниці потенціалів в поперечному перерізі провідника.

Як правило, магнітострикційний датчик являє собою протяжний канал - хвилевід, вздовж якого може вільно переміщатися постійний кільцевої магніт. Усередині хвилеводу міститься провідник, здатний при подачі на нього електричних імпульсів створювати магнітне поле вздовж всієї своєї довжини. Отримане магнітне поле складається з полем постійного магніту, і результуюче поле створює момент обертання каналу, що містить хвилевід (ефект Вайдеман). Імпульси обертання поширюються по каналу в обидві сторони зі швидкістю звуку матеріалу каналу. Реєстрація тимчасової затримки між відправленням електричного імпульсу і прийому імпульсу обертання дозволяє визначити відстань до постійного магніту, тобто визначити його положення. Канал може мати досить велику довжину (до декількох метрів), а положення магніту може бути визначено з точністю до декількох мікрометрів. Магнітострикційні датчики мають відмінну повторюваністю, дозволом, стійкістю до несприятливих умов і низькою чутливістю до температурних змін.

Потенціометричні датчики переміщення у своїй основі має електричний контур, що містить потенціометр. Лінійне переміщення об'єкта призводить до зміни опору потенціометра. Якщо через потенціометр пропускати постійний струм, то падіння напруги на ньому буде пропорційно величині опору, і, отже, величиною лінійного переміщення об'єкта, що цікавить.

Для вимірювання переміщення ГНП оберемо магніторезистивні датчики переміщення SJ-700A Sony Magnescale по 2 штуки на кліть [А]. Цифрова магнітна шкала складається з стрічкового магнітного диска і голівки, що зчитує з магнітнорезісторним елементом який генерує сильний і стабільний сигнал навіть при найменших змінах магнітного потоку. Вихідний сигнал голівки, що зчитує обробляється електронним дільником і конвертується в цифровий формат. Цей принцип забезпечує набагато більш високий дозвіл, аналогічне дільнику полюсів змінного магнітного поля, і тому він може бути використаний для вимірювання та контролю.

Вимірювання швидкості обертання вала електродвигуна.

Тахометр — прилад, призначений для вимірювання числа обертів деталей механізмів, що обертаються, в одиницю часу або лінійної швидкості. Вимірювання може бути контактним або безконтактним залежно від типу датчика швидкості обертання (енкодер).

Підрахунок здійснюється шляхом реєстрації кількості імпульсів, що надійшли від датчика, тривалості паузи між імпульсами, а також порядку надходження імпульсів від датчиків. Крім того, тахометр може бути використаний в якості лічильника імпульсів, наприклад, при підрахунку продукції на конвеєрі, витрат сировини, матеріалів, часу напрацювання устаткування, машин і механізмів при випробуваннях та обкатці. Підрахунок/вимір здійснюється в прямому, зворотному або в обох напрямках. Виміряна величина може бути заздалегідь програмно масштабована в реальні одиниці виміру (години, хвилини, метри, штуки, пакунки тощо).

Тахометр ОВЕН ТХ-01 призначений для вимірювання частоти обертання вала електродвигунів валків для контролю швидкості прокатки, натягів і товщини, його характеристики наведені у додатку [А].

Регулювання швидкості двигунів.

До електроприводу валків, розмотувача і моталки безперервного стану пред'являються такі вимоги:

1) Забезпечення діапазону регулювання швидкості двигунів,

2) Підтримка заданого співвідношення швидкостей валків у всіх режимах роботи, включаючи прискорення і уповільнення стана, з метою забезпечення сталості міжклітьових натяжений.

3) Заданий прискорення і уповільнення за мінімальний час.

4) Можливість незалежної зміни швидкості двигуна будь кліті при збереженні встановленого для двигуна цієї кліті темпу прискорення і уповільнення

5) Припинення прискорення і уповільнення стана в будь-який момент розгону і гальмування.

6) Пом'якшення механічної характеристики двигунів при заправці з можливістю регулювання жорсткості механічної характеристики вальцювальником.

7) Швидкодія головного приводу по керуючому впливу, що необхідно для успішної роботи системи автоматичного регулювання товщини і натягу.

8) Можливість спільної толчковой роботи головних приводів «вперед» при включених, а також відключених приводах намотувальних пристроїв; індивідуальний поштовх в обох напрямках.

9) Автоматична зупинка при спрацьовуванні захисту будь-якого приводу кліті або намотувального пристрою з форсованим темпом уповільнення із збереженням заданого натягу.

10) Обмеження якірного струму, потоку і швидкості електроприводу на максимально допустимому рівні.

Для верстата холодної прокатки обираємо електродвигуни постійного струму серії 4ПФ, призначені для регульованих електроприводів різних механізмів, включаючи електроприводи металорізальних верстатів.

4ПФМ 112М має потужність 9кВт та регульовану частоту обертання 132/6000 хв^-1 ,живлення електродвигунів може здійснюватися як від генераторів постійного струму, так і від випрямних пристроїв.[А]

Розглянуто середовища, з якими взаємодіють засоби автоматизації та обслуговуючий персонал, були обрані технічні засоби збору інформації технологічного процесу на підставі переліку параметрів, що підлягають виміру, контролю, реєстрації, діапазонів їх вимірювання, вимогою їх точності і швидкодією. Тобто були обрані датчики: натягу, переміщення, товщини, швидкості обертання, виконавчі механізми, регулюючі органи, а також контролер з блоками узгодження і ПК.

Поиск по сайту: