Замена системы Г-Д на ТП-Д главного привода РПМ ОДП

 

Открытое акционерное  общество «Западносибирский металлургический комбинат»

 

 

«51» научно-техническая конференция

молодых специалистов ОАО  «ЗСМК»

 

Секция электротехническая

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА

 

 

Замена системы  Г-Д на ТП-Д

главного привода  РПМ ОДП

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ:

Инженер

__________________ Каплин К.А.

 

 

 

 

РУКОВОДИТЕЛЬ:

Инженер 1 категории 

__________________ Перин А.Г.

 

 

 

 

Новокузнецк – 2012

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Общая часть 5

1.1 Описание существующей системы управления и оборудования, и проблемы связанные с её использованием. 5

1.2 Выбор электропривода 7

1.3 Силовая часть и резервирование 8

1.4 Схемы управления 11

Цифровые ввода преобразователя 13

1.5 Выбор контроллера описание 14

1.6 Разработка проекта на STEP 7 15

1.7 Алгоритм программы 17

1.8 Операторская панель. 19

1.9 Разработка проекта на Simatic ProTool 20

2 Предварительный расчёт экономического эффекта. 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

Список используемых источников 25

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

На данный момент на участке  длинномерного производства РБЦ  находятся две роликоправильные машины, служащие для черновой правки рельсов поступающих с горячих стеллажей стана для дальнейшей обработки на других участках цеха.

В качестве электропривода используется устаревшая система Генератор  – Двигатель (Г-Д) состоящая из машин постоянного тока с независимым возбуждением, приводимая в движение синхронными двигателями. Данная система управления в свою очередь требует повышенных расходов на обслуживание и ремонт, имеет низкий КПД в сравнении с современными тиристорными электроприводами, а также значительно менее отказоустойчива.

В хоте текущей реконструкции, во время простоя прокатного стана  РБЦ, предлагается внести следующие  изменения:

Взамен существующей системы  Г-Д использовать тиристорные преобразователи фирмы Siemens.

Преобразователь типа Simoreg  6RA7093-4KV62-0, с номининальным током 1500 А, выполняет разгон до заданной скорости, стабилизацию заданной скорости и торможение с заданным ускорением с ограничение «рывка» при пуске и торможении, а также функции защиты привода.

Привод должен работать ослабление поля возбуждения двигателя, на скорости выше номинальной, поэтому системы  регулирования будет выполнена  с обратной связью по скорости.

Управление приводами  будет производиться от программируемого промышленного контроллера Simatic S7-300 6ES7-314-6CG03-0AB0 по сети последовательного интерфейса PROFIBUS-DP. Информация о состоянии преобразователей и другого оборудования предаётся в контроллер через PROFIBUS-DP и через модули ввода дискретных сигналов.

Силовые цепи будут спроектированы таким образом, чтобы каждый преобразователь  мог работать на любую РПМ.

С помощью HMI панели Simatic OP7 визуализировать рабочие режимы машин, текущие значения процесса, и неисправности контроллера, приводов и другого оборудования. 

1. Общая часть

 

1.  Описание существующей системы управления и оборудования, и проблемы связанные с её использованием.

 

На данный момент на роликоправильных машинах участка длинномерного производства используются следующее оборудование:

Электродвигатель: тип П161-8К; P_н = 320 кВт; U_н = 220В; I_н = 1580А; n_н = 500/1000 об/мин; возбуждение независимое: U_в.н =220В; I_в.н =18,9А; ХЭМЗ; зав.№ 650967; выпуск 1965 г.   2шт

Генератор:  тип П142-12К; P_н = 400 кВт; U_н = 230В; I_н = 1740А; n_н = 1000 об/мин; к.п.д.= 92,6%; возбуждение независимое: U_в.н. =  220В;  I_в.н. = 8,2А. ХЗЭТМ; №5044;  выпуск 1965 г. 2шт

Синхронный двигатель: тип СДЗ 13-34-6; № 6419; n_н = 1000 об/мин; cos φ = 09; к.п.д.= 93,8%. статор:  Y;  U_н = 6000В; I_н = 57А; 500кВт; ротор :U_в.н. = 37,8 В;  I_в.н. = 155,5 А.  2шт

 

Используемая на их основе система  Г-Д является уже не актуальной, она требует повышенных затрат на обслуживание и ремонт, потрабляет больше электроэнергии чем современные электропривода, а так же является меннее надёжной.

 

2.  Выбор электропривода

 

В качестве Электропривода будем использовать 6RA70 SIMOREG DC MASTER

Преобразователи серии 6RA70 SIMOREG DC MASTER являются полностью цифровыми  компактными модулями с трехфазным питанием, предназначенными для питания якоря и обмотки возбуждения двигателей постоянного тока с регулируемой скоростью и с номинальным током якоря в диапазоне от 15A до 2000A. Компактные преобразователи могут включаться параллельно для обеспечения тока до 10000A. Максимальное значение тока для питания цепи возбуждения равно 40A (уровни токов зависят от номинального тока якоря).

 

Заказной номер: 6RA7093-4KV62-0

Входные величины

Номинальное напряжение питания  якоря: 3AC 690В

Номинальный входной ток  якоря: 1244 А

Номинальное напряжение возбуждения: 2AC 400 В

Номинальная  частота: 45..65Гц

Выходные велечины

Номинальное постоянное напряжение: 725 В

Номинальный постоянный ток: 1500 А

Перегрузочная способность: 150% от ном.

Номинальная выходная мощность:1088 кВт

Номинальное пост. напряж. возбуждения: 375В

Номинальный постоянный ток  возбуждения: 40 А

 

3.  Силовая часть и резервирование

Схема подключения преобразователя:

 

 Схема вентиляции шкафа:

Каждый из преобразователей сможет работать с любой роликоправильной машиной. При выходе одного электропривода из строя, оставшийся сможет работать с любой РМП. Силовая часть будет выполнена таким образом, что с помощью рубильников можно будет произвести резервирование.

Цепи управления будут резервироваться  на программном уровне

 

 

 

 

 

Схематическое подключение оборудования

 

 

4.  Схемы управления

Цепи управления служат лишь для  сбора сигналов с кнопок и переключателей с поста оператора и заведение  на дискретные ввода контроллера

 

 

                  Аналоговые вывода               Дискретны ввода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Дискретные ввода                             Дискретные вывода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цифровые ввода преобразователя

 

5.  Выбор контроллера описание

Для автоматизации процесса контроля и управления будем использовать программируемый логический контроллер (PLC) Simatic S7-300 CPU314C-2DP  6ES7-314-6CG03-0AB0

Основные задачи:

• Обеспечение надежности системы. Система основывается на оборудование фирмы SIEMENS.

• Непрерывный контроль над дискретными параметрами, характеризующими состояние электрооборудования и технологического процесса в целом. Для максимально эффективного и быстрого «слежения» за состоянием сигналов используется процессор 300-й серии контроллеров SIEMENS. В системе применены модули дискретных входов сигналов уровня 24В постоянного тока.
• Управление электрооборудованием осуществляется при помощи выходных дискретных сигналов 24В постоянного тока, а так же посредством сети Profibus.

 

6.  Разработка проекта на STEP 7

Помимо технических средств, при  работе с АСУ требуется программный  пакет STEP7, включающий в свой состав необходимый спектр инструментальных средств для программирования и эксплуатации систем управления, построенных на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7.

 

 

Основные задачи:

• Конфигурирование оборудования. Пакет STEP7 позволяет сконфигурировать оборудование среднего уровня в соответствии с выбором серии контроллеров SIEMENS и заданной структурой аппаратных средств.
• Конфигурирование сетевых средств. В пакете производиться установка сетей MPI, PROFIBUS DP, ETERNET и наглядное графическое формирование структуры сетевых средств.
• Создание управляющей программы. Пакет STEP 7 предоставляет широкий спектр возможностей при создании программы управления и диагностики.
• Быстрая загрузка изменений в аппаратной конфигурации, программ и данных в PLC посредством заданного интерфейса.
• Комплексная система диагностики оборудования путем предоставления информации о состоянии CPU, коммуникационных модулей и модулей ввода вывода.

 

7.  Алгоритм программы

 

 

 

8. Операторская панель.

В проекте предусмотрена панель оператора. Панель оператора обеспечивает интерфейс общения между оператором и техническим оборудованием  среднего уровня.

Основные задачи:

• Отображение аварийных и предупредительных сообщений.
• Хранение аварийных и предупредительных сообщений с возможностью просмотра истории сообщений.

 

Будет использовать HMI панель фирмы SIEMENS, Simatic OP7.

Панель будет располагаться  на шкафу контроллера.

 

9.  Разработка проекта на Simatic ProTool

Для программирование панели HMI потребуется программный продукт фирмы SIEMENS ProTool/Pro CS.

Функциональные возможности конфигурационного  ПО ProTool/Pro CS. Так как ПО времени исполнения может работать на любом PC с Windows, функции, с которыми пользователь знаком, можно объединить в соответствии с индивидуальными требованиями и использовать на одной аппаратной платформе.

 

 

SIMATIC ProTool/Pro CS предоставляет широкий  спектр функций, основанных на современных стандартах операционных систем:

• Создание экранных форм значительно  упрощается за счет новых элементы для их конструирования. Простые объекты векторной графики можно создавать и динамически изменять непосредственно в ProTool/Pro CS. В проектах можно использовать графические объекты, созданные в других приложениях. Графический интерфейс пользователя может быть выполнен в стиле Windows, с которым знакомы многие пользователи.

• Архивация позволяет осуществлять долговременное хранение таких данных процесса, как теги и сообщения. Объем архива определяется размерами жесткого диска.

• Расширение возможностей ProTool/Pro RT: скрипты Visual Basic (VB скрипты) позволяют вводить собственные функции.

• Оптимизированные объекты экранных форм позволяют работать с сенсорной панелью, не прибегая к использованию клавиатуры.

 

2. Предварительный расчёт экономического эффекта.

Эффект рассчитан при годовом  плане производства 1200 тыс.т. проката  рельсовой заготовки.

Сравнительная оценка количества потребляемой энергии при питании двигателя РПМ ОДП РБЦ от тиристорного и электромашинного преобразовательных агрегатов.

 

3.1. Электромашинный преобразователь.

3.1.1 Номинальная мощность, потребляемая обмоткой возбуждения генератора

Р_{н. овг} = U_в.н × _Iв.н = 220(В)×8,2(А) =1804 Вт.

Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения  генератора при 20-часовой работе в  смену за  300 рабочих дней, составляет:

Р_{н. овг} ×20×300 =1804(Вт) ×6000 =10824 кВт*час.

 

3.1.2 Номинальная мощность, потребляемая обмоткой возбуждения синхронного двигателя

Р_{н. овсд} = U_{в.н. сд} × I_{в.н. сд} = 37,8(В)×155,5(А) =5878 Вт.

Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения  синхронного двигателя при 24-часовой работе в смену за 350 рабочих дней, составляет:

Р_{н. овсд} ×24×350 =5878 (Вт) ×8400 = 49375 кВт*час.

 

3.1.3  Мощность, потребляемая двигателем, с учётом  к.п.д.  генератора и синхронного двигателя, при работе от генератора:

 Р_{н. дв.(ген)} = Р_{н. дв} ×100% / 86,86% =320(кВт)×1,151 = 368,409кВт.

Мощность, потребляемая двигателем, с  учётом к.п.д. генератора и синхронного двигателя, при работе от генератора при 20-часовой работе в смену за  300 рабочих дней:

Р_{н. дв.(ген)} ×20×300 =368,409(кВт)×20×300 = 2210453 кВт/час.

3.1.4 Мощность потребляемая двигателем  вентилятора синхронной машины  при 24-часовой работе в смену за 350 рабочих дней, составляет:

Р_{н. вент} ×24×350 =4,5 (кВт) ×8400 = 37800 кВт*час.

 

3.1.5  Суммарная мощность электромашинного преобразователя, с учётом возбуждения, составляет:

Р_эл.маш.  =  Р_{н. овг}  + Р_{н. овсд} + Р_{н. дв.(ген)} + Р_{н. вент};