Разработка электропривода наклона лотка бесконусного загрузочного устройства доменной печи ОАО 'ММК'

Реферат

В представленном дипломном проекте рассматривается разработка электропривода наклона лотка бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) доменной печи ОАО «ММК».

В первом разделе рассматриваются технологический процесс работы доменного цеха в целом и электропривода наклона лотка БЗУ в частности, выясняется роль и задача загрузочного устройства и его влияние на работу цеха в целом. Формулируются требования к электроприводу наклона. Производится выбор основного электрооборудования и разработка основных защит электропривода.

Во втором разделе с учетом требований, сформулированных в первом разделе, производится разработка системы автоматического регулирования положением лотка на основе цифрового преобразователя Simovert. Моделируются переходные процессы в электроприводе и проводится их анализ.

В третьем разделе рассматриваются и рассчитываются экономические показатели проекта.

В четвертом разделе производится оценка условий труда работающего персонала цеха, влияние производства на окружающую среду, а так же разрабатываются мероприятия по предотвращению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

В пояснительной записке страниц, графиков, таблиц.

Графический материал состоит из листов

Содержание

доменный цех лоток загрузочное устройство

Введение

. Общая часть

.1 Характеристика и технологический процесс доменного производства

.2 Назначение, состав и техническая характеристика электропривода наклона лотка бесконусного загрузочного устройства

.3 Требования, предъявляемые к электроприводу наклона лотка

.4 Расчёт статического момента

.5 Предварительный выбор двигателя

.6 Расчёт и построение тахограммы и нагрузочной диаграммы

.7 Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности

.8 Выбор и характеристика основного силового электрооборудования

.8.1 Расчёт и выбор преобразователя частоты

.8.2 Выбор силового токоограничивающего реактора

.8.3 Расчёт параметров сетевого фильтра

.8.4 Выбор блока торможения

.9 Защита электропривода

.9.1 Максимально токовая защита

.9.2 Тепловая защита

.9.3 Другие виды защит преобразователя частоты

. Специальная часть

.1 Принцип построения системы управления электроприводом

.2 Выбор и разработка функциональной схемы САР электропривода

.2.1 Применение технологической платы Т300

.2.2 Функциональная схема САР положения

.2.3 Структурная схема САР и выбор параметров регуляторов

.2.4 Расчет параметров объекта регулирования

.2.5 Расчет параметров регуляторов

.3 Реализация системы автоматического регулирования

.3.1 Задатчик интенсивности скорости

.3.2 Регулятор скорости

.3.3 Ограничение тока

.3.4 Регулятор тока

.3.5 Настройка параметров преобразователей Simovert Masterdrives

.4 Анализ динамических процессов

. Анализ технико-экономических показателей и обоснование целесообразности принятых в проекте решений

.1 Юридический статус ОАО «ММК»

.1.1 Правовое положение ОАО «ММК»

.1.2 Уставной капитал общества

.2 Анализ рынков сбыта ОАО «ММК»

.3 Анализ технико-экономических показателей цеха

.4 Расчёт производственной программы цеха

.5 Расчёт сметы капитальных затрат

.5.1 Расчёт стоимости приобретённого оборудования (О)

.5.2 Расчёт затрат на монтаж оборудования (М)

.5.3 Расчёт величины транспортных расходов (Тр), заготовительно-складских расходов (Зс), затрат на запасные части (Зч) и расходов на комплектацию оборудования (Зк)

.5.4 Капитальные затраты

.6 Расчёт затрат на эксплуатацию системы электропривода

.6.1 Расчёт потерь электроэнергии (Э)

.6.2 Расчёт амортизационных отчислений (A)

.6.3 Расчёт затрат на ремонты и обслуживание электрооборудования

.7 Расчёт показателей прибыли предприятия

.8 Организация и планирование ремонтов электрооборудования

.8.1 Расчёт трудоёмкости ремонтных работ

.8.2 Расчёт численности ремонтного и дежурного персонала

.9 Расчёт налогов на фонд оплаты труда по цеху

.10 Сводная экономическая характеристика проектируемой системы электропривода

. Безопасность и экологичность

.1 Анализ опасных и вредных факторов в доменном цехе ОАО ММК

.1.1 Характеристика электромашинного помещения

.1.2 Категория помещений по пожарной опасности. Требования, предъявляемые к оборудованию, размещённому в помещениях данной категории

.1.3 Анализ опасности поражения электрическим током

.2 Защитное заземление

.3 Оценка влияния доменного производства на окружающую среду

.4 Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций

Заключение

Список использованных источников

Введение

Доменный цех - один из основных цехов Магнитогорского металлургического комбината. Чугун, выплавляемый в этом цехе, служит для производства стали, из которой изготавливают прокатные изделия, что завершает металлургический цикл комбината. Производство чугуна состоит из двух основных этапов: подготовки шихтовых материалов к доменной плавке и собственно выплавки чугуна в доменном цехе. Выпускаемый сортамент и марки чугуна в значительной степени предопределяют технологический процесс последующих цехов.

Среди черных металлов сталь обладает наиболее высокими механическими свойствами и пригодна для передела в прокат, в то время как чугун из-за большого количества углерода и других примесей является хрупким металлом, не пригодным для обработки давлением. Получение стали непосредственно из железной руды (способом прямого восстановления железа), несмотря на многочисленные попытки, в ближайшее время не сможет стать конкурентом способу получения стали из чугуна. Поэтому чугун, получаемый в доменных печах, является в настоящее время основным продуктом сталеплавильной промышленности, а также металлом, широко используемым в машиностроении [1].

Электропривод постоянного тока, обладающий хорошими регулировочными свойствами, находит применение в агрегатах и установках доменного производства, где требуется широкое и плавное регулирование скорости. Однако использование двигателей постоянного тока связано с необходимостью установки дорогих и сложных преобразователей (выпрямителей). Кроме того, сам двигатель постоянного тока сложен в конструктивном отношении и уходе, что объясняется в основном наличием коллектора. Поэтому согласно Правилам устройства электроустановок электродвигатели постоянного тока допускается применять лишь в случаях, когда условия работы электропривода не позволяют применить электродвигатели переменного тока либо из-за необходимости обеспечения требуемой работы механизма, либо из соображений экономичности.

В связи с необходимостью повышения производительности технологических агрегатов все большее распространение получают регулируемые электроприводы переменного тока различных производственных механизмов.

Частотные преобразователи имеют малую мощность управления, высокий КПД и большую надежность. Они являются универсальным средством преобразования переменного напряжения одних параметров в регулируемое переменное напряжение с необходимыми характеристиками.

В настоящее время в доменном цеху комбината проводиться замена двухконусного загрузочного устройства домны на компактное однотрактное бесконусное загрузочное устройство.

В данном дипломном проекте рассматривается электропривод наклона лотка бесконусного загрузочного устройства доменных печей ОАО «ММК».

1. Общая часть

1.1 Характеристика и технологический процесс доменного производства

По первоначальному проекту производственная мощность доменного цеха была установлена 2,5 млн тонн чугуна в год со строительством четырех доменных печей. Первые печи строились по проектам американской фирмы «Мак-Ки».

Закладка первой доменной печи была произведена 1 июля 1930 года, а уже в январе 1932 года был получен первый чугун.

Первые доменные печи строились небывалыми темпами и к концу 1933 года в доменном цехе работали четыре действующие доменные печи.

Производительность цеха в 1937 году была 1566 тыс. тонн чугуна в год.

В годы Великой Отечественной войны были построены доменные печи №5 и №6. В результате выпуск металла на комбинате вырос на 66%, что явилось важным фактором победы в войне.

В годы послевоенных пятилеток с 46 по 59 годы в доменном цехе были введены в строй еще две доменные печи. В результате этого выпуск чугуна к концу 50-х годов возрос до 5850 тыс. т.

В 1963-1966 годах внимание всего коллектива строителей и доменщиков было сосредоточено на строительстве мощных доменных печей №9 и №10, каждая объемом 2000 куб. м. К концу 70-х началу 80-х годов выпуск чугуна достиг 11,5-11,8 млн. т в год. Это были рекордные показатели доменного цеха.

Доменный цех ”ММК” до 1992 г состоял из 10 доменных печей общим объемом 14160 м³.

В 1976-1984 гг. была проведена реконструкция доменных печей 2,4,5,6,7,8. Реконструкция проводилась в следующей последовательности:

ДП №2 в ноябре 1976 г;

ДП №5 в ноябре1979 г;

ДП №6 в августе 1981 г;

ДП №4 в декабре 1984 г;

ДП №8 в декабре 1987 г.

Реконструкции ДП №2 и ДП №4 были проведены с увеличением полезного объема до 1370 м³ и устройством 2-х чугунных леток с 2-мя литейными дворами.

Доменные печи №5,6,7,8 на реконструкциях были оборудованы 2-мя чугунными летками на один литейный двор.

На реконструкции 1984 г. на ДП №4 было увеличено количество фурм с 16 до 20. По сравнению с печами такого же объема на ДП №4 был увеличен диаметр горна до 8,2 м. На ДП №2 в 1976 году количество фурм оставалось равным 16, как и до реконструкции, диаметр горна был увеличен с 7,62 м до 8,2 м.

декабря 1991 года была остановлена на реконструкцию ДП №1 и пущена только 10 апреля 1998 г. Реконструкция проведена по проектам Гипростали (Харьков) и Магнитогорского Гипромеза. Реконструкция ДП №1 осуществлена с увеличением полезного объема с 1180 м³ до 1370м³, устройством 2-х чугунных леток с двумя литейными дворами, новым блоком воздухонагревателей принципиально иной конструкции по сравнению с другими печами. На печи изменена конструкция горна с увеличением его высоты до 4м, диаметра до 8,4м, количество фурм доведено до 20. Применена иная схема шихтоподачи с частичным отсевом мелочи из агломерата и т.д.

В 1983 г ДП №9 модернизировали с установкой 25 воздушных фурм вместо 20.

В 1988г ДП №10 модернизировали с установкой 25 воздушных фурм вместо 20.

7 марта 1996 года выведена из эксплуатации ДП №2. В дальнейшем это решение было изменено, в результате чего на печи вторично была проведена реконструкция без увеличения объема, но с изменением конструкции горна, лещади и литейных дворов по типу ДП №1. Задута ДП №2 в июле 2000 г.

Расположение доменных печей на ОАО ”ММК” блочное. Длина цеха по осям печей 1 и 10 составляет 1200 м.

Блочное расположение печей является недостатком цеха, так как создает трудности при обеспечении графика выпусков, особенно во время ремонтов доменных печей и воздухонагревателей.

Доменный цех “ОАО ММК” не имеет своего рудного двора. Железорудное сырье поступает непосредственно в бункера печей с аглофабрик, фабрик окомкования ССГОК, склада привозных руд. Кокс с коксохимического производства подается в бункера доменного цеха транспортерами.

В настоящее время цех состоит из 8 работающих доменных печей №1,2,4,6,7,8,9 и 10.

ДП №3 выведена из эксплуатации в 1992 г, ДП №5 остановлена в апреле 1994 г.

ДП №6 в октябре 2002 года остановлена на капремонт 1 разряда.

Доменное производство служит для получения чугуна из железной руды. Отделение кислорода и других примесей от железа происходит в процессе горения при температуре порядка 1500°с. Выплавляемый чугун необходим для производства стали, из которой изготовляют прокатные изделия, что завершает металлургический цикл завода. Выпускаемый сорт и марка чугуна в значительной степени предопределяет технологический процесс последующих цехов.

Все загружаемые материалы, называемые шихтой, подаются к верхней части доменной печи на высоту 52 м от уровня земли с помощью двух скипов объемом 10 м³ (для доменной печи № 2 ОАО «ММК», полезным объемом 1370 м³).

Для успешного хода технологического процесса необходимо обеспечивать быструю “нагонку” печи после проседания шихты. Это возможно только в том случае, если производительность системы загрузки превышает максимальную потребность печи не менее чем в одну целую и три десятых раза. Исходя из этого, время от начала подъема одного скипа до начала подъема следующего не должно превышать 50с.

Скипы доменного подъемника перемещаются по наклонному мосту с помощью каната, навиваемого на барабан лебедки. Рельсовый путь, уложенный на мосту, имеет наклон порядка 60°, а в конце пути рельсы, на которые опираются передние и задние колеса скипа разведены и согнуты под разными углами. Благодаря специальной форме рельсового пути скип в верхней части моста резко наклоняется и высыпает материал в приемную воронку засыпного устройства.

Дозировка материала по весу и погрузка в скипы согласно заданной программе осуществляется автоматически группой механизмов, расположенных ниже уровня железнодорожных подъездных путей в так называемой скиповой яме. Кокс, подготовленный для погрузки в скипы, предварительно набирают в весовые воронки. Воронки наполняют с помощью грохотов, расположенных у входных отверстий коксовых бункеров. Количество кокса контролируется по весу и по объему. Затворы коксовых воронок открываются после того, как скип остановится под коксовой воронкой и сработает программное устройство.

Руду, агломерат и флюсы подают в рудные воронки при помощи пластинчатых конвейеров и ленточных транспортеров, где материал предварительно взвешивается и высыпается в скип при помощи рудных затворов.

Во время работы грохотов мелкие куски кокса отсеиваются в бункере, из которых при помощи подъемника коксовой мелочи перегружаются в специальные бункера.

Пропуск шихты в доменную печь и контроль уровня шихты производится рядом механизмов, расположенных у верхней части печи, но управляемых дистанционно, от лебедок, установленных в машинном зале и связанных при помощи канатов.

При опрокидывании скипа в верхней части моста материал попадает в приемную воронку, закрытую снизу двумя шихтовыми затворами. При открытии затвора шихта попадает в распределительный лоток.

Современные доменные печи работают при повышенном давлении на колошнике, поэтому открывание каждого затвора возможно только после открывания уравнительных клапанов.

Открывание затвора производится после того, как с помощью зондов будет установлено, что шихта в печи опустилась ниже контрольного уровня. Зонды работают в режиме непрерывного замера, при котором они постоянно лежат на шихте. После осыпания материала затворы и уравнительные клапана закрываются. Распределение шихты по площади производиться поворотом вокруг вертикальной оси, а также наклоном лотка.

Кроме сырых материалов, в нижнюю часть доменной печи подают из воздухонагревателей горячий воздух (дутье с температурой до 850-900 °С) - чтобы обеспечить ускоренный восстановительные процесс (а также с целью снижения расхода дорогостоящего и дефицитного кокса).

Для интенсификации процесса и уменьшения расхода кокса дутье обогащают кислородом, вдувают в горн печи природный газ, угольную пыль, мазут, а также добиваются повышенного давления газа под колошником печи.

Продукты доменной плавки - чугун и шлак выпускают по желобам (леткам), расположенным на рабочей площадке литейного двора, в чугуновозные и шлаковозные ковши. Жидкий литейный чугун поступает к миксеру и частично в разливочное отделение доменного цеха на разливочную машину, где чугун разливают по фурмам, в которых он, застывая, превращается в чушковый чугун.

Разделение чугуна и шлака происходит в расширенной части главного желоба, откуда шлак (верхний слой) по желобу направляют на шлаковую сторону литейного двора, а чугун - по другому желобу - для заливки в чугуновозные ковши. Для вскрытия чугунной летки служит сверлильная машина, а для забивки - пушка.

В связи с повышением требований к качеству, построены установки внепечной десульфурации чугуна, позволившие значительно снизить содержание серы в чугуне без уменьшения производительности доменных печей. С разливочной машины чугун доставляют на склад холодного (чушкового) чугуна.

Передельный чугун поступает для переработки в сталеплавильный цех. Жидкий шлак в шлаковозных ковшах отвозят либо в отвал, либо выливают в грануляционный бассейн и затем используют в качестве строительного материала.

Колошниковый газ выходит из доменной печи вместе с пылью, для удаления которой предусмотрена система газоочистки. Он отводится из печи газопроводами, затем, пройдя пылеуловители, поступает в устройства для тонкой очистки. Пыль из пылеуловителей выпускают на платформы и по железнодорожному пути, проложенному под пылеуловителями, вывозится из доменного цеха.

Очищенный газ используется для нагрева различных агрегатов, а пыль, содержащую все элементы шихты, используется в производстве агломерата или окатышей.

На ММК впервые в стране была осуществлена транспортерная подача материалов к скиповому подъемнику. Такой способ подачи материалов к скипу позволяет полностью автоматизировать работу этого важного участка системы загрузки доменной печи.

Доменный цех среди других цехов ММК занимает ведущее место, так как он дает исходный материал - чугун для сталеплавильных цехов, а также доменный газ для обслуживания кислородных конвертеров, колодцев прокатных станов, коксовых печей.

Работа доменного цеха характеризуется непрерывной поточностью движения материалов, массовостью производства, высокой степенью механизации и автоматизации доменного процесса.

1.2 Назначение, состав и техническая характеристика электропривода наклона лотка бесконусного загрузочного устройства

Загрузочное устройство обеспечивает равномерное распределение материалов в доменной печи и предотвращает выхлопы доменных газов в атмосферу. Конусное загрузочное устройство (установленное на доменных печах до реконструкции) состоит из двух конусов (малого и большого), плотно прилегаемых к малой и большой загрузочным воронкам соответственно. Плотное закрытие и прижимание конуса к своей чаше обеспечивается балансиром, к которому с одной стороны присоединяется тяга с конусом, с другой контргруз (рисунок 1.1). Момент противовеса должен превосходить момент от веса конуса и находящегося на нем максимального количества материала.

Рисунок 1.1 Кинематическая схема конусного загрузочного устройства

Конусами маневрируют с помощью комбинированной двухбарабанной лебедки (рисунок 1.2). Электрический двигатель 7 через муфту 8, служащей одновременно тормозным шкивом и двухступенчатый цилиндрический редуктор 4 вращает шестерню 5. Эта шестерня сцеплена с зубчатым колесом 2, укрепленным шпонкой на валу. К колесу прикреплены с двух сторон кулаки. На валу с обеих сторон колеса свободно сидят два барабана для малого конуса 1 и большого конуса 3. К барабанам прикрепляются пластинчатые цепи, соединенные канатами с балансирами.

Рисунок 1.2 Кинематическая схема электропривода двухбарабанной лебёдки

В исходном положении, когда оба конуса закрыты, барабаны неподвижны и момент на их валу и на валу приводного двигателя равен нулю. При вращении шевронного колеса в одну сторону, допустим по часовой стрелке, его кулак подходит и нажимая на выступ барабана проворачивает барабан примерно на 320˚, цепь вращающегося барабана переходит из нулевого в касательное положение, натягивая канат и открывая МК. Когда конус полностью откроется, двигатель электрически тормозится и останавливается с помощью коротко ходового электромагнитного тормоза типа ТКП-600. При обратном вращении и закрытии конуса цепь разматывается с барабана и благодаря натяжению каната противовесом конуса барабан, останавливается в нулевом исходном положении. Колесо, поворачиваясь еще на некоторый угол, образует зазор между кулаком и выступом. После чего двигатель останавливается в нулевом для лебедки положении. При этом барабан был неподвижен, т.к. от его выступа кулак был удален. При вращении колеса против часовой стрелки от нулевого положения лебедки кулак МК остается на месте, а кулак БК подходит и нажимает на выступ на барабане БК, последний поворачивается на 320˚, наматывая цепь и открывая БК. Таким образом, открывание МК и закрытие БК происходит при вращении лебедки в одну сторону, а закрытие МК и открывание БК при противоположном вращении. Одновременное открывание обоих конусов комбинированной лебедкой выполнить невозможно, если не применять поочередное зачаливание барабанов канатами. У каждого барабана на раме устанавливаются рычажные конечные выключатели для защиты конусов от перехода за допустимый предел. Командоаппарат связан через редуктор с грузовым валом, отключает электродвигатель при повороте барабана на 320˚.

При закрытии конусов вследствие попадания куска материала между конусом и чашей может произойти ослабление натяжения каната. При последующем выпадении или раздавливании куска материала конус закроется с резким ударом по чаше. В результате этого может оторваться контр груз или тяга от балансира, или может произойти поломка чаши. Поэтому в схему управления ЛК предусматриваются выключатели предельного натяжения и слабины канатов, представляющие собой ромбы из стальных стержней.

Лебедка конусов является подъемным механизмом со сложными режимами управления его электроприводом. При открывании конуса подъемом контр груза двигатель работает в двигательном режиме, при закрытии конуса опусканием контр груза двигатель работает в тормозных режимах. Такая работа обеспечивает равномерный спуск контр груза и закрытие конуса без ударов о чашу.

В настоящее время происходит замена конусного загрузочного устройства на бесконусные устройства загрузки.

Общий вид бесконусного загрузочного устройства представлен на рисунке 1.3. БЗУ состоит из двух скиповых приёмников 1, плотно прилегаемых к механизму очковой задвижки 2. Шихта из скипов попадает в скиповые приёмники. Очковая задвижка служит для предотвращения выбросов раскаленных газов из приёмной воронки 3, что в итоге предотвращает появление пыли и выброса шихты из скиповых приемников. Привод заслонок осуществляется от электродвигателей переменного тока. Для выравнивания давления в приёмной воронке предусмотрена система уравнительных клапанов.

При открытии заслонок очковой задвижки шихта ссыпается в приёмную воронку. Снизу приёмная воронка закрыта нижним шихтовым затвором 4.

Наличие сразу двух приёмников 1 и большой приёмной воронки 3 обеспечивает равномерное и бесперебойное засыпание шихты в колошник домны. Объём всех этих приёмников обеспечивает снабжение колошника шихтой при поломке скипового подъемника до 1,5 часов.

Шихтовый затвор обеспечивает дозированную подачу в колошник доменной печи. Также он служит для предотвращения потери газа из доменной печи и выброса последнего под большим давлением. Привод затвора осуществляется от электродвигателя переменного тока. Для выравнивания давления в приёмной воронке и в колошниковом пространстве предусмотрена система уравнительных клапанов.

Постоянство уровня засыпания шихты является очень важным условием правильной работы доменной печи. Для контроля уровня шихты на колошнике применяют устройство, состоящее из системы зондов 8, опирающихся на шихту. Каждый из них связан с канатом с барабаном приводной лебедки. Устройство снабжено регистрирующей аппаратурой и указателем.

Рисунок 1.3 Общий вид бесконусного загрузочного устройства

Открывание шихтового затвора производится после того, как с помощью зондов будет установлено, что шихта в печи опустилась ниже контрольного уровня. Зонды работают в режиме непрерывного замера, при котором они постоянно лежат на шихте и поднимаются только перед открытием затвора.

Равномерное распределение шихты по поверхности внутри печи осуществляется распределительным устройством 5. Распределительное устройство состоит из планетарного редуктора с отверстием для прохождения шихты, высыпаемой из воронки. Снизу под отверстием на оси 7 крепиться распределительный лоток 6. Планетарный редуктор вращается вокруг вертикальной оси с постоянной скоростью. Этим достигается равномерное распределение шихты по окружности колошника.

Наклоном лотка 6 достигается распределение шихты от центра к краям колошника. Кинематическая схема электропривода наклона распределительного лотка представлена на рисунке 1.4. Электрический двигатель 1 через цилиндрический редуктор 2 вращает ось, на валу которой крепиться собственно лоток 3. Фиксация и удержание в заданном положении лотка осуществляется электрическим тормозом 4.

Объём и масса шихты, проходимой в единицу времени через лоток, условно постоянны. Ссыпание шихты во время изменения угла наклона не происходит. Это обусловлено необходимостью точного распределения шихты по радиусу колошника, а также наклон лотка наполненного шихтой приведёт к увеличению мощности электропривода наклона.

С изменением угла наклона лотка изменяется положение центра тяжести лотка. Что приводит к изменению вращающегося момента лотка.

Угол наклона лотка контролируется энкодером, соединенным с валом электродвигателя. Ограничение максимальных значений наклонов производиться с помощью концевых выключателей и механических ограничителей.

Механизмы распределителя защищены от теплового воздействия колошниковых газов теплозащитными экранами. Кольцевые зазоры между неподвижными и вращающимися элементами распределителя со стороны печного пространства герметизированы за счёт лабиринтных уплотнений, которые позволяют значительно сократить подачу в теплозащитный корпус охлаждающего азота или газа под давлением, превышающим давление газа на колошнике доменной печи, или вовсе обходиться без него.

Рисунок 1.4 Кинематическая схема электропривода наклона лотка БЗУ

Схема работы лотка представлена на рисунке 1.5. Максимальный угол наклона лотка составляет 48,6є. Всего лоток имеет 11 рабочих положений. При первом положении лоток наклонён на 15,9є от вертикальной оси, и ссыпание шихты происходит в центр колошника.

В положении №11 лоток расположен под углом 48,6є, и ссыпание шихты происходит у края колошника. Значение углов наклона во всех других положениях приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Углы наклона лотка в зависимости от номера положения

№ положения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Угол наклона лотка, є	15,9	24,3	28,5	31,9	34,7	37,2	39,6	41,8	44,0	46,2	48,6

Рисунок 1.5 Схема работы распределительного лотка

Технические данные электропривода наклона лотка приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 Технические данные бесконусного загрузочного устройства доменной печи

Параметр	Ед. изм.	Значение
Масса лотка, m Длина лотка, L Расстояние от края лотка до оси вращения, l Количество рабочих положений лотка Максимальный рабочий угол наклона лотка, б11 Максимально механически возможный угол наклона лотка, бmax Скорость вращения лотка, щл Угловое ускорение (замедление), е КПД механизма, з Передаточное число двухступенчатого редуктора, i Момент инерции вращающихся частей механизма, приведённый к валу электродвигателя, Jмех Среднее время пауз между включением привода, tпауз	кг м м - є є с-1 с-2 % -  кг·м2 с	500 3,305 3,0 11 48,6 50 0,97 8 98 158  0,05 4

1.3 Требования, предъявляемые к электроприводу наклона лотка

Непрерывный характер работы доменной печи, повышение температуры горячего дутья, обогащение его топливными компонентами и кислородом и ряд других мероприятий, повышающий рост выплавки чугуна, а также потребность в шихтовых материалах - всё это определяет высокие требования к электроприводу БЗУ.

Одним из основных требований, предъявляемых к электроприводу наклона лотка, является простота и надежность, для обеспечения бесперебойной работы доменной печи.

К электроприводу предъявляются следующие основные требования:

точность наклона не более 0,5є;

высокая надежность и безотказность работы механизма в условиях повышенной температуры и повышенной запыленности;

реверсивный повторно-кратковременный режим работы привода;

необходимо предусмотреть ограничения максимальных перемещений лотка (для исключения замятия как лотка, так и повреждения футеровки печи);

экономичность.

1.4 Расчёт статического момента

Необходимо рассчитать статический момент при движении лотка. Момент на валу двигателя носит активный характер при подъёме лотка, и реактивный при опускании. Так как масса лотка не меняется, то статический момент зависит только от угла наклона, так как расстояние между осью вращения лотка и центром тяжести меняется с изменением угла наклона. Максимальный статический момент будет при нахождении в 11 положении.

Статический момент, приведённый к валу двигателя для 11 положения:

где g - ускорение свободного падения, м/с².

Значения моментов при остальных положениях рассчитываются аналогично и представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 Моменты статические электродвигателя в зависимости от номера положения

№ положения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Угол наклона лотка, є	15,9	24,3	28,5	31,9	34,7	37,2	39,6	41,8	44,0	46,2	48,6
Крутящий момент распределительного лотка, Н∙м	2016	3028	3511	3888	4188	4448	4690	4904	5111	5310	5519
Статический момент на электродвигателе, Н∙м	13,0	19,6	22,7	25,1	27,1	28,7	30,3	31,7	33,0	34,3	35,6

Необходимая угловая скорость вращения двигателя при повороте лотка:

Частота вращения вала двигателя:

Необходимая максимальная мощность двигателя составит величину:

1.5 Предварительный выбор двигателя

Необходимо выбрать электродвигатель с номинальной скоростью вращения n_н ≥ n_дв и мощностью Р_н > Р_необх. Для привода механизма наклона распределительного лотка выбирается электродвигатель переменного тока фирмы Siemens типа 1LA7131-4АА. Технические данные двигателя приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 Технические данные электродвигателя 1LA7131-4АА

Параметр и обозначение	Ед. изм.	Значение
Номинальная мощность, Рн Номинальный момент, Мн Соединение обмоток Номинальная частота питающей сети, f Номинальное напряжение электродвигателя, Uн Номинальный ток электродвигателя, Iн Номинальная частота вращения электродвигателя, nн Коэффициент активной мощности, cosц Относительный пусковой ток Iп/Iн Относительный пусковой момент Mп/Mн Относительный момент опрокидывания Mк/Mн Число полюсов, 2р Параметры Г-образной схемы замещения: - главное индуктивное сопротивление, Хµ - активное сопротивление рассеяния обмотки статора, R'1 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, Х'1 - активное сопротивление рассеяния обмотки ротора, R''2 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, Х''2 Момент инерции ротора, Jр Масса двигателя, mр	кВт Н∙м - Гц В А об/мин - - - - -  отн. ед. отн. ед. отн. ед. отн. ед. отн. ед. кг·м2 кг	7,5 36,1 Y/∆ 50 380 11,4 1470 0,81 6,3 2,5 3,1 4  9,8 0,174 0,219 0,120 0,45 0,018 42,5

1.6 Расчёт и построение тахограммы и нагрузочной диаграммы

Для проверки выбранного двигателя по перегрузке и перегреву необходимо рассчитать и построить нагрузочную диаграмму и тахограмму работы электропривода механизма наклона лотка БЗУ. Цикл работы механизма прост и состоит в следующем. По команде от системы замера уровня шихты по поверхности колошника сигнал включения поступает в систему управления электроприводом механизма наклона лотка. Лоток меняет угол наклона и оказывается в необходимом положении. Самым сложным по продолжительности является переход лотка из положения №1 в положение №11.

Суммарный момент инерции электропривода:

Время разгона (торможения):

Динамический момент при пусках (торможениях):

Пусковой момент двигателя из положения №1:

Тормозной момент двигателя в положении №11:

Статический момент в начале движения (таблица 1.3) составляет 13,0 Н∙м, в конце - 35,6 Н∙м.

Время движения на установившейся скорости:

Зависимости момента электродвигателя (нагрузочная диаграмма) и тахограмма представлены на рисунке 1.6.

Время полного цикла вместе с временем средней паузой равно:

1.7 Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности

Проверка по перегреву ведётся методом эквивалентного момента. Необходимо вычислить эквивалентный момент за время работы механизма t_ц = 4,71 мин. Эквивалентный момент равен:

Так как М_э < (0,7ч0,8)·М_н = 25,3ч29 Н·м, то выбранный двигатель проходит по нагреву.

Так как максимальный момент за весь цикл работы механизма, приходящийся на двигатель М_{max ц} = 86,8 Н·м не превосходит критического момента электродвигателя (М_к = 3,1∙М_н = 3,1∙36,1 = = 112 Н∙м), то двигатель проходит и по перегрузке.

Рисунок 1.6 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы механизма наклона лотка БЗУ при смене положения из №1 в №11

Рисунок 1.6 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы механизма наклона лотка БЗУ при смене положения из №1 в №11

1.8 Выбор и характеристика основного силового электрооборудования

 

1.8.1 Расчёт и выбор преобразователя частоты

Выбранный двигатель получают питание от преобразователя частоты. Преобразователь частоты состоит из выпрямителя и инвертора напряжения. Рассчитывается мощность инвертора. Индуктивное сопротивление обмоток асинхронного двигателя [3]:

Относительное действующее значение полного тока при номинальной нагрузке:

Номинальная длительно-допустимая мощность инвертора:

Кратковременная мощность определится следующим образом:

Максимальная мощность коммутации, которая должна быть достаточной для протекания максимального мгновенного значения тока инвертора, равна:

Номинальный ток преобразователя частоты:

где л_пч - перегрузочная способность преобразователя частоты (реалезация будет происходит на базе преобразователей частоты Simovert), в течение 5 с.

Рассчитываются параметры выпрямителя на входе инвертора.

Максимальное выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя:

где U_с - линейное напряжение питающей сети;

m - число фаз питающей сети.

Так как, напряжение U_d0 = 513В обеспечивает требуемое напряжение на входе инвертора, поэтому, окончательно оно принимается за напряжение в цепи выпрямленного тока.

Средний ток, потребляемый инвертором определится:

где I₁ - модуль первой гармоники фазного тока двигателя.

Средний ток через ключ автономного инвертора равен:

Средний ток через обратный диод автономного инвертора равен:

Активная мощность на выходе инвертора определится:

Активная мощность на входе инвертора равна:

где з_и - принятый КПД инвертора.

Выпрямленный ток источника напряжения определится из выражения:

Выбор преобразователя частоты осуществляется исходя из следующих соображений:

Исходя из рассчитанных параметров выбирается трёхфазный преобразователь частоты фирмы Simovert Masterdrives Vector Control типа 6SE7023-4EP60, технические данные которого представлены в таблице 1.5. Исполнение закрытого типа класса защиты IP20.

Преобразователь Simovert Masterdrives может использоваться для решения многочисленных задач, требующих применения приводов с изменяемыми скоростями вращения. Он представляет собой идеально оптимизированный по цене частотный преобразователь. Особенно отличается благодаря высокой производительности и комфортабельному использованию.

Силовая часть ПЧ представлена на рисунке 1.7. В состав силовой части электропривода 6SE7022-1EP60 входят следующие основные элементы [6]:

главный выключатель Q1 на стороне питания для защиты кабелей и полупроводниковых приборов;

главный контактор КМ1 со стороны питания;

сетевой фильтр F1;

- сетевой коммутационный дроссель L1 с напряжением короткого замыкания U_к=2%;

выпрямительный блок, представляющий собой трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель, обеспечивающий передачу энергии от питающей сети к сети постоянного тока;

индуктивно-емкостный фильтр L₀C₀ звена постоянного тока с блоком предварительной зарядки конденсаторов;

узел сброса энергии торможения, состоящий из балластного резистора R_ext и ключевого элемента VT7 на IGBT-транзисторе с быстродействующим обратным диодом VD14;

трехфазный мостовой инвертор напряжения, выполненный на базе шестиключевого IGBT-модуля, управляемого по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ);

выходной дроссель L2;

выходной фильтр F2 (du/dt-фильтр).

Для осуществления обмена реактивной энергией между двигателем и звеном постоянного тока на входе АИН имеется конденсатор С₀ , а также обратные диоды VD, включенные параллельно силовым транзисторам. Через эти диоды протекает ток в момент возврата реактивной энергии от двигателя в емкость С₀.

Фильтр L₀C₀ обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения с выхода выпрямителя.

Питание преобразователя осуществляется от сети переменного тока напряжением 380В.

Таблица 1.5 Техническая характеристика преобразователя частоты Simovert

Параметр	Ед. изм.
Номинальная выходная активная мощность, Рвых н Номинальный выходной ток, Iвых н Номинальный входной ток, Iвх н Максимальный выходной ток Iвых max Максимальный входной ток Iвх max Номинальное напряжение питающей сети, Uc Номинальная частота питающей сети, fс Число фаз на входе и выходе, m Диапазон изменения напряжения на выходе, Umin…Umax Диапазон изменения выходной частоты, fmin…fmax КПД в номинальном режиме, з Коэффициент мощности, cosц Длительность изменения скорости, tзис Пусковой момент в течение 1 мин Пусковой момент в течение 0,5 с Перегрузка по моменту	кВт А А А А В Гц - В Гц - - С % % %	15 34 30,9 54,4 37,4 380 50 (60) 3 0…400 0,2…650 0,97 0,7 0,02-3600 160 180 160

Рисунок 1.7 Принципиальная силовая схема преобразователя частоты

1.8.2 Выбор силового токоограничивающего реактора

Преобразователь частоты подключается к сети переменного тока 380 кВ через токоограничивающий реактор. Необходимо выбрать реактор на 380 В и ток I > I_{вх н} = 30,9 А.

Этим условиям удовлетворяет реактор производства Siemens типа 4EP36 00-4DS на номинальный фазный ток 31,5А, напряжение 380 В. Номинальная индуктивность фазы реактора составляет L_ф = 0,445 мГн.

Индуктивное сопротивление фазы реактора:

1.8.3 Расчёт параметров сетевого фильтра

В комплект ПЧ входит сетевой помехоподавляющий фильтр типа 6SE6400-2FA00-6AD0, обеспечивающий снижение уровня радиопомех до значений, соответствующих классу А1. Класс А - это оборудование, которое пригодно для использования во всех областях, кроме бытовой сферы; группа 1 - оборудование, которое вырабатывает только наведенную высокочастотную энергию в результате внутренних функций (т.е. ШИМ в ПЧ).

Неоспоримые достоинства транзисторных IGBT-инверторов напряжения с ШИМ в регулируемом асинхронном электроприводе сочетаются, однако, с рядом проблем, одной из которых является проблема «длинного кабеля», соединяющего обмотки двигателя (АД) с выходом АИН.

Выходное напряжение АИН с ШИМ представляет собой высокочастотную последовательность прямоугольных импульсов различной полярности и длительности с одинаковой амплитудой U_d - величины постоянного напряжения на входе АИН. Крутизна фронта импульсов напряжения определяется скоростью переключения силовых ключей АИН и при использовании транзисторов IGBT составляет 0,05…0,1 мкс.

Прохождение импульсного сигнала с крутым фронтом вызывает волновые процессы в кабеле, приводящие к появлению перенапряжений на зажимах двигателя. Таким образом, от длины волны l зависит критическая длина кабеля l_кр: кабель, длина которого соизмерима с длиной волны, считается «длинным кабелем». Критической считается длина кабеля, равная половине длины волны, при которой к обмоткам АД прикладываются импульсы напряжения, по величине близкие к двойному напряжению U_d . В электроприводах на напряжение 0,4 кВ перенапряжение может достигать 1000 В.

Известны два основных способа ограничения волновых перенапряжений на зажимах АД [7]: установка последовательного силового LC-фильтра на выходе АИН уменьшения крутизны фронта импульсов его выходного напряжения; установка параллельного RC-фильтра (слаботочного) непосредственно у зажимов АД для согласования волнового сопротивления кабеля.

В электроприводах Simovert Masterdrives проблема «длинного кабеля» решается установкой на выходе ПЧ du/dt-фильтра (фильтр F2 на рисунке 1.7). В комплект выбранного ПЧ входит фильтр типа 6SE6400-2FA00-6AD0.

Выходной дроссель L2 с железным сердечником, установленный на выходе ПЧ, ограничивает токи заряда/разряда кабелей, соединяющих ПЧ и АД, таким образом, возможна работа при более больших расстояниях между преобразователем и двигателем (длина кабеля от 50 до 1000 м). В комплект выбранного ПЧ входит дроссель типа 6SE6400-3CC02-2СD0.

1.8.4 Выбор блока торможения

Торможение двигателя осуществляется отключением ПЧ от сети 380 В и подключением его к блоку торможения на постоянном токе (рисунок 1.8). Блоки торможения фирмы Siemens характеризуются следующими показателями [6]:

P_DB - продолжительная мощность;₂₀ = 4·P_DB

мощность, допустимая в течение 20 с для времени цикла 90 с;

₃ = 6·P_DB

мощность, допустимая в течение 3 с для времени цикла 90 с.

Таким образом, для правильного выбора блока торможения и внешнего тормозного резистора необходимо определить максимальную мощность торможения. Активная мощность на валу двигателя при торможении равна:

где М_т - момент на валу двигателя при торможении;

щ_h - угловая скорость двигателя при работе.

Максимальное значение активной мощности, передаваемой в звено постоянного тока

где з_дв - КПД двигателя;

з_пч - КПД преобразователя частоты.

Поскольку длительность торможения составляет не более 1 с, причем торможение с выделением значительной энергии происходит только при обратном ходе, необходимо предусмотреть запас по мощности при выборе тормозного блока.

По каталогу [6] выбираем блок тормозной резистор 4BD26-5CA0:

продолжительная мощность 7500 Вт;

мощность, допустимая в течение 12 с - 13000 Вт;

сопротивление 156 Ом.

Рисунок 1.8 Функциональная схема торможения

1.9 Защита электропривода

1.9.1 Максимально токовая защита

Двигатель защищён от токов короткого замыкания автоматическим трёхполюсным выключателем Q4. На рисунке 1.7 показан автоматический трёхполюсный выключатель Q1 типа 3RT13 16 фирмы Siemens на напряжение 380 В, номинальный ток 15 А уставкой по току расцепителя 30 А.

Со стороны питающей сети преобразователь частоты защищён автоматическим выключателем Q1 трёхполюсного исполнения типа 3RT13 16 на напряжение 380В, номинальный ток 30 А и уставкой по току расцепителя 82,5 А.

1.9.2 Тепловая защита

От перегрева двигатель защищён электротепловым реле встроенным в выключатель на номинальный ток 22 А. На рисунке 1.7 тепловое реле имеет обозначение КК1.

1.9.3 Другие виды защит преобразователя частоты

В преобразователе частоты также имеются собственные защиты:

а) отключение и запрещение включения электродвигателя при напряжении питающей сети выше или ниже заданных значений;

б) электронная тепловая защита электродвигателя от перегрузки;

в) предотвращение сброса защит, изменения режимов работы, включения/отключения защит и изменения уставок без ввода индивидуального пароля;

г) контроль обрыва фаз питающей сети;

д) защита от обрыва фазы двигателя;

е) контроль активной мощности на электродвигателе, на предмет её снижения, вызванного обрывом муфты;

ж) защита ПЧ от короткого замыкания и замыкания на землю;

з) постоянный контроль напряжения промежуточных схем и схем управления. Если эти напряжения оказываются слишком высокими или низкими, то происходит отключение преобразователя;

и) при отключении питающей сети, преобразователь частоты осуществляет регулируемое торможение;

к) все силовые полупроводниковые приборы внутри ПЧ имеют собственную защиту плавкими предохранителями.

2. Специальная часть

2.1 Принцип построения системы управления электроприводом

В электроприводе применена система с векторным управлением Vector Control. Система векторного управления асинхронного электропривода в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента АД. Момент АД можно определить из выражения:

В то же время для обобщенного вектора потокосцепления ротора можно записать:

Из этих уравнений видно, что формирование момента АД возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений, токов и фазовых сдвигов между ними. При этом роль тока возбуждения выполняет составляющая тока статора I_1x, определяет потокосцепление y_m АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I_1у является моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).

Следует отметить, что от того, какие вектора выбраны в качестве регулируемых, будет зависеть принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.

Таким образом, система векторного управления с опорным вектором по потокосцеплению y_m должна иметь два канала управления: канал управления модулем y_m и канал управления угловой скоростью ротора или момента АД. По аналогии с ДПТ канал управления скоростью должен содержать внутренний контур управления составляющей тока статора I_1у, эквивалентной току якоря ДПТ, и внешний контур управления угловой скоростью ротора. Канал управления модулем потокосцепления y_m должен содержать контур управления составляющей тока статора I_1x, эквивалентной току возбуждения ДПТ. Хотя по своей функции этот канал и подобен каналу управления магнитным потоком ДПТ, он более сложен, поскольку взаимосвязь модуля y_m, и составляющих тока и напряжения статора по оси Х характеризуется дифференциальными уравнениями второго порядка. На этот канал оказывает влияние и составляющая тока статора I_1у в виде трансформаторных ЭДС, пропорциональных рассеяниям статора и ротора.

Следует отметить, что из-за отсутствия датчиков магнитного поля в воздушном зазоре АД, информация о векторах потокосцеплений получается косвенным путем на основе математической модели используемого АД. Сама модель двигателя реализована на основе микропроцессорной техники.

2.2 Выбор и разработка функциональной схемы САР электропривода

2.2.1 Применение технологической платы Т300

В соответствии с требованиями к электроприводу, необходимо обеспечить точность остановки лотка ±0,5є. Данное требование выполнимо при реализации системы регулирования положения. На базе электроприводов Simovert Masterdrives систему регулирования положения можно легко реализовать при подключении дополнительной технологической платы Т300. На рисунке 2.1 представлена схема клеммных соединений платы Т300.

Т300 позволяет использовать дополнительные технологические функции (например, замкнутые системы по положению и натяжению, синхронные привода, привода моталок, летучих ножниц, подъемные механизмы) [6]. Дополнительные технические задачи, часто встречающиеся в промышленности, запрограммированы в специализированные программные модули. Двунаправленный порт обеспечивает быстрый обмен данными между платой управления CUVC и T300. Последовательный интерфейс может быть подсоединен прямо к клеммам на плате Т300. Все остальные внешние сигналы могут быть подсоединены к внешнему блоку SE300. На SE300 есть питание 15В/ 100мА для импульсных датчиков. Для управления двоичными входами/выходами необходимо подключить внешнее питание DC 24В. Плата управления также может служить источником 24В до тех пор, пока ток через клеммы Х101.13, 23 не превышает 150мА. Параметрирование Т300 может осуществляться с помощью: Drive ES или SIMOVIS PC, панели оператора PMU, комфортной панели оператора OP1S, интерфейсных плат (CBP, SCB1, SCB2), при помощи интерфейса Т300 и стартовой программы. Измененные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти EEPROM.

Стандартные конфигурации доступны на модулях памяти для часто встречающихся применений. Стандартная конфигурация готова к работе, если модуль памяти встроен в T300. Стандартную конфигурацию можно настроить согласно требованиям заказчика. Компоненты и возможности стандартных конфигураций:

. Соединение Peer-to-Peer (последовательность цифровых заданий).

. T300 со стандартной конфигурацией можно использовать без или вместе с платами связи (CBx, SCB1 или SCB2). Платы связи, однако, позволяют:

а) задавать команды управления и задания для T300 посредством коммуникации (например, PROFIBUS-DP) или соединения от точки к точке;

б) записывать и читать реальные значения и слова состояния, также как технологические параметры.

. Сохранение важных данных.

. Входы и выходы, также как данные процесса можно ввести в DPRAM, таким образом, имеется доступ ко всем важным данным из ПЧ. Это делает наладку гибкой.

. Сброс всех параметров на заводские установки.

. Описание и инструкция по вводу в эксплуатацию.

. Загрузка и сохранение параметров с помощью программного обеспечения SIMOVIS.

Рисунок 2.1 Схема технологической платы Т300

В наличии есть следующие стандартные конфигурации:

многодвигательный привод;

моталка;

синхронизация углов;

регулирование положения.

Стандартная конфигурация для регулирования положения с Т300

Применение:

Регулирование положения в замкнутой системе с высокими требованиями по точности перемещения, например, краны-штабелеры, погрузочное и разгрузочное оборудование, обрабатывающие машины, загрузка и разгрузка материала для печей, портальные краны и т. д. Можно использовать для времени цикла больше 100мс.

Возможности:

используется для линейных перемещений и для вращательного движения также как для простых приводов опускания валков или для реализации бесконечных круговых осей;

точное позиционирование без перерегулирования посредством предварительного регулятора скорости;

с помощью логических сигналов или слова управления можно выбрать 6 наборов данных для оптимизации регулятора, компенсации люфта, скорости и времени реверса, максимальной скорости;

можно заложить в память 100 заданий на положение и вызывать их с помощью логических сигналов или слова управления;

автоматическое возвращение к реперной точке с учетом возможного люфта;

возможно абсолютное позиционирование относительно реперной точки и фактического положения;

толчковый режим с регулированием скорости и положения;

быстрое задание нужных рабочих точек как данных процесса (например заданий на положение, максимальных скоростей) с помощью последовательного интерфейса;

Для регулирования положения датчик ставиться либо на двигатель, либо непосредственно на тот орган, положение которого надо регулировать. Можно подключить многовитковый абсолютный датчик с инкрементальным последовательным интерфейсом (ISI).

2.2.2 Функциональная схема САР положения

Система векторного управления асинхронным электроприводом в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя [5].

Формирование момента АД возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений Y1, Ym , Y2 , токов I1, I2 и фазовых сдвигов между ними. От того, какие векторы выбраны в качестве регулируемых, зависит принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.

При стабилизации потокосцепления ротора (при Y2 =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения. Поскольку теория и технические решения замкнутых систем управления электроприводом с ДПТ независимого возбуждения достаточно апробированы, то понятна привлекательность применения систем векторного управления с управлением по потоку ротора.

Установка датчиков магнитного поля в воздушном зазоре АД в системах прямого управления векторами его потокосцеплений требует дополнительных изменений в конструктивных решениях серийно выпускаемых АД и сопровождается снижением надежности электропривода. Поэтому в современных и наиболее совершенных частотно-регулируемых электроприводах, где системы программного управления реализованы на основе микропроцессорной техники, информация о векторах потокосцеплений электрической машины получается косвенным путем на основе ее математических моделей.

На рисунке 2.2 представлена функциональная схема системы автоматического регулирования положения электропривода серии Simovert Masterdrives с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора [6].

Система имеет два основных канала управления - положением лотка и модулем потокосцепления ротора çY₂ ç АД. Канал регулирования положения в свою очередь имеет внутренний контур регулирования угловой скорости АД с подчиненным ему контуром регулирования тока I_1у. Канал регулирования модуля потокосцепления имеет внутренний подчиненный контур регулирования тока I_1x. Токи I_1x и I_1у являются составляющими тока статора в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью w_0эл магнитного поля двигателя.

Сигнал задания положения u_зп поступает на сумматор å₁, где он сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи по положению u_п. Сигнал обратной связи по положению получен с выхода цифрового интегратора А13, где происходит преобразование последовательности импульсов с выхода импульсного датчика BV в сигнал, пропорциональный углу наклона лотка.

Рисунок 2.2 Функциональная схема регулирования

Для получения сигнала по действительному углу наклона лотка применяется многооборотный абсолютный энкодер фирмы STEGMANN серии ATM60. Вал энкодера соединён с помощью муфты с валом двигателя. Вращение вала двигателя с помощью энкодера преобразуется в импульсы, которые подаются на вход платы преобразования T300 (п. 2.2.1). Энкодером также фиксируется количество оборотов вала двигателя.

Сигнал рассогласования _Дu_п с выхода å₁ поступает на вход регулятора перемещения РП, имеющего нелинейную характеристику вследствие того, что лоток работает с различными углами наклона (малыми, средними, большими). Для ограничения максимальной скорости необходимо ограничивать задание на скорость, т.е. выход регулятора положения. С этой целью установлен блок ограничения БО1 на выходе РП, ограничивающий задание на скорость в зависимости от режима работы на уровне номинальной или удвоенной номинальной угловой скорости.

Сигнал задания скорости АД u_зс предварительно поступает на вход задатчика интенсивности ЗИС, формирующего на выходе сигнал задания скорости с темпом, обеспечивающим ограничение ускорений в соответствии с технологическими требованиями к электроприводу и максимально допустимыми динамическими перегрузками по току и электромагнитному моменту АД.

Сигнал рассогласования s_а на выходе сумматора å₂ сигнала управления w_з и сигнала w реальной скорости АД с выхода импульсного датчика BV, пропорциональный абсолютному скольжению АД, поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости РС. Его выходной сигнал u_рс формирует сигнал задания М_з электромагнитного момента, необходимого для полной компенсации скольжения АД.

Сигнал задания электромагнитного момента Мз ограничивается блоком БО2 на уровне задания, соответствующего выбранному максимальному значению электромагнитного момента АД. Задание этого значения определяется внешними сигналами управления М_max1 и М_max2. В зависимости от энергетических режимов работы электропривода предусмотрена коррекция по ограничению максимально допустимых моментов АД (блоки MIN и MAX). Так, при отсутствии дополнительного блока рекуперативного торможения в силовой цепи выпрямителя на входе автономного инвертора напряжения UZF для ограничения максимально допустимой рекуперируемой активной мощности Р_а.m и, соответственно, ограничения перенапряжения на емкостном фильтре выпрямителя, в режиме рекуперативного торможения АД в блоке А2 в функции от скорости АД или частоты его питания f₁ формируются сигналы М_о1 и М_о2 , уменьшающие уровень задания электромагнитного момента АД. Функциональная связь между Р_а.m , частотой f₁ с учетом ее максимального значения f_1max, качественно отраженная в блоке А2, определена их математической моделью и корректируется при автоматической идентификации параметров электропривода.

Ограничение электромагнитного момента АД связано и с выбором максимально допустимого тока статора I_1max. С этой целью в блоке А3 с учетом максимального значения напряжения питания АД U_1max и реального значения составляющей тока статора I_1x по оси x определяется вектор максимально допустимой составляющей тока статора I_1у.max. Выходной сигнал блока произведения I_1у.max на потокосцепление ротора Y₂, пропорциональный реальному максимально допустимому электромагнитному моменту АД и контролирует ограничение выходного сигнала М_.

Для постоянства задания электромагнитного момента при изменении потокосцепления ротора в соответствии с уравнениями определения момента используется блок деления БД сигнала М_з* на выходе БО2 на сигнал, пропорциональный Y₂ . Выход БД формирует сигнал задания I_1уз составляющей тока статора по оси у.

Для коррекции по динамической составляющей момента на валу АД в структуре управления электроприводом предусмотрена возможность подключения на вход сумматора å₃ сигнала отрицательной обратной связи, пропорционального производной по скорости АД (устройство А1).

Входом РID является выходной сигнал сумматора å₄, где сравниваются сигналы, пропорциональные текущему U_d.ist и установленному максимально допустимому U_d.max напряжениям на выходе выпрямителя UZF. Рассматриваемый узел способствует управлению моментом АД во время кратковременных отключений или возможных уменьшений напряжения питающей сети преобразователя частоты. При кратковременных отключениях сети управление может быть продолжено за счет рекуперации кинетической энергии вращающегося вала АД в цепь выпрямителя UZF.

Сигнал задания потокосцепления ротора y_2з формируется в блоке А5. Функциональная связь между реальной частотой f₁ выходного напряжения преобразователя и потокосцеплением ротора АД определяет постоянство y_2з на уровне задания номинального потокосцепления ротора y_2ном при f₁ £ f_1max @ f_1.ном.

Сигнал f_1max , корректирующий допустимую максимальную частоту выходного напряжения преобразователя UZF, формируется расчетным путем по модели АД в блоке А4 в зависимости от заданного максимально допустимого напряжения питания статора U_1max . Значение U_1max определяется напряжением U_dc на выходе силового фильтра выпрямителя UZF с коррекцией по сигналу, пропорционального максимально возможной глубине модуляции выходного напряжения UZF.

Сигнал y_2з задания потокосцепления ротора с выхода блока А5 в результате перемножения на выходной сигнал блока А7 преобразуется в сигнал y*_2з, изменяющийся во времени с темпом, определяющим время возбуждения АД. Лишь по истечению этого времени, когда возбуждение АД достигнет установившегося значения, в системе управления преобразователем частоты появляется логический сигнал на разрешение управления преобразователем со стороны сигнала u_зс управления электроприводом. Значение времени возбуждения АД может быть задано как внешним сигналом t_в блока А7, так и определено при автоматической идентификации параметров АД.

В структуре управления предусмотрена возможность адаптации потока ротора к нагрузке АД, способствующая снижению суммарных магнитных потерь в машине при уменьшении нагрузки. С этой целью сигнал I_1уз задания составляющей тока статора по оси у поступает на блок А8, где при заданном минимально допустимом значении потока ротора y_2min и заданном коэффициенте адаптации к_а формируется сигнал, определяющий поток ротора в зависимости от нагрузки АД.

При включенном контуре адаптации потока ротора блок А9 выделяет минимальное значение сигнала задания y*_2з

В соответствии с уравнением [5]:

и заданием потокосцепления ротора в блоке А6 по математической модели АД определяется сигнал задания составляющей тока статора I_1x. Каждая из составляющих I_1у и I_1x тока статора сравнивается на å₆ и å₇ со своими текущими значениями I_1у.ist и I_1x.ist, которые выделяются в блоке UVF векторного преобразования токов I_1А и I_1С в цепи обмоток фаз А и С статора АД. Угол j_0.эл поворота осей координат х и у, вращающихся со скоростью электромагнитного поля АД, формируется в блоке А11 согласно частоте f₁.

Сигналы рассогласования задающих и реальных значений составляющих тока статора поступают на входы их соответствующих регуляторов РТ_х и РТ_у. Выходные сигналы регуляторов после суммирования на å₈ и å₉ с сигналами компенсации составляющих и учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, сформированными в блоке А12, поступают на координатный преобразователь К/Р. В зависимости от его входных сигналов, пропорциональных заданию составляющих выходного напряжения преобразователя в осях х, у на выходе К/Р формируются сигналы u_1з и j, определяющие соответственно амплитуду и фазу вектора напряжения в двухфазной системе координат a, b, неподвижной относительно статора АД. Регулятор напряжения РН, на входе которого сравниваются сигналы задания u_1з и реального значения напряжения u_1ist на выходе выпрямителя UZF, обеспечивает стабилизацию его выходных напряжений. Сигналы задания выходного напряжения преобразователя u₁ и j совместно с сигналом f₁, определяющим частоту выходного напряжения преобразователя частоты, трансформируются в преобразователе координат ПК в эквивалентные сигналы u_1А , u_1В , u_1С трехфазной системы координат, определяющие выходные напряжения UZF.

Формирование сигнала f₁ задания частоты выходных напряжений UZF обеспечивается суммированием на å₁₀ и å₁₁ сигнала w реального значения скорости АД, поступающего с импульсного датчика BV, и сигналов f_sI , f_sЭ, определяющих частоту скольжения АД соответственно в функции тока и ЭДС двигателя. Вычисление f_sI осуществляется в блоке IM математической модели двигателя по току, на вход которого совместно с текущими значениями I_1у.ist и I_1x.ist составляющих тока статора в осях х, у подается сигнал R2 , пропорциональный сопротивлению ротора АД.

В блоке ЭМФ математической модели АД, на вход которого кроме текущих значений I_{1у ist} и I_{1x ist} составляющих тока статора поступает сигнал R1, пропорциональный результирующему сопротивлению цепи статора, формируются два выходных сигнала: y₂ - определяющий потокосцепление ротора, и Е₁ - пропорциональный ЭДС двигателя.

Реализована логика управления, обеспечивающая раздельное подключение сигналов f_sI и f_sЭ на вход å₁₀ и å₁₁ в зависимости от заданной частоты выходного напряжения UZF. При малых частотах действует контур коррекции по току, обеспечивая компенсацию падения напряжения на сопротивлении статора; при больших частотах - по ЭДС двигателя, обеспечивая коррекцию скорости АД. Выбор частоты, при которой переключаются контуры коррекции, определяется экспериментально. Максимально допустимая частота выходного напряжения UZF ограничивается сигналом f_огр блока БО3.

Значения сигналов R1 и R2 формируются в блоке А10 тепловой модели АД, куда поступает совокупность сигналов р_å , включающих в себя информацию о сопротивлениях цепи статора и ротора, определенных при автоматической идентификации параметров двигателя, степени влияния на них температуры собственно двигателя и окружающей среды, условий охлаждения двигателя, о наличии выходных фильтров преобразователя.

2.2.3 Структурная схема САР и выбор параметров регуляторов

Принцип векторного управления асинхронным двигателем основан на преобразовании измеренных в неподвижной системе a, b координат двигателя (напряжений, токов, потокосцеплений и т.п.) к вращающейся системе координат x, y. В результате такого преобразования выделяются составляющие соответствующих обобщенных векторов во вращающейся системе координат, которые будут иметь постоянные в установившемся режиме значения. Регулирование их позволяет осуществить раздельное управление скоростью и потокосцеплением АД [8].

В структурной схеме АД имеются перекрестные обратные связи, которые необходимо компенсировать системой управления. Использование в системе управления связей, компенсирующих основные нелинейности АД, как элемента САР, позволяет получить математическое описание динамических режимов АД с системой векторного управления, которое аналогично математическому описанию подобных режимов для двигателя постоянного тока при двухзонном регулировании скорости. Указанное позволяет применить для асинхронного электропривода разработанные для приводов постоянного тока принципы подчиненного регулирования.

В системе координат x, y, связанной с вектором потокосцепления ротора, электромагнитный момент АД определяется:

 (2.1)

где 2p - число пар полюсов АД;

k_т - коэффициент электромагнитной связи ротора;

Ш₂ - вектор потокосцепления ротора;

I_1y - составляющая тока статора по оси y.

Таким образом, следует, что, осуществив стабилизацию потокосцепления ротора │Ш₂│, управление электромагнитным моментом можно свести к управлению составляющей тока I_1y, аналогично управлению двигателем постоянного тока с неизменным током возбуждения.

Вектор обобщенного потокосцепления ротора определяется

 (2.2)

где L_m - взаимная индуктивность обмоток статора и ротора;

Т₂ - постоянная времени контура ротора.

Из выражения (2.2) следует, что стабилизацию или регулирование потокосцепления ротора можно осуществить посредством стабилизации или управления проекцией тока I_1х.

Опираясь на систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в АД, и на структурную схему АД, как объекта регулирования, и руководствуясь принципами построения систем подчиненного регулирования, можно представить структурную схему системы векторного управления АД (рисунок 2.3), позволяющую осуществить регулирование положения лотка и потокосцепления ротора.

Рисунок 2.3 Структурная схема системы векторного управления АД

2.2.4 Расчет параметров объекта регулирования

На рисунке 2.4 представлена упрощенная структурная схема объекта регулирования [8]. Далее приведен расчет основных его параметров.

Рисунок 2.4 Структурная схема объекта регулирования

Индуктивность рассеяния статорной обмотки двигателя

где щ_он - угловая скорость холостого хода:

f_1н - номинальная частота напряжения питания двигателя;

p - число пар полюсов АД.

Взаимная индуктивность обмоток статора и ротора:

Полная индуктивность обмотки статора:

Индуктивность рассеяния роторной обмотки двигателя:

где x″₂        - индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора.

Полная индуктивность обмотки ротора:

Коэффициент электромагнитной связи ротора:

Электромагнитная постоянная времени статорной цепи:

Электромагнитная постоянная времени роторной цепи:

Динамические свойства преобразователя частоты с блоками измерения и преобразования координат могут быть упрощенно представлены передаточной функцией инерционного звена.

,

где k_пч - коэффициент усиления ПЧ;

Т_м - постоянная времени ПЧ, с.

Примем максимальное напряжение управления 10В. Поскольку максимальное фазное напряжение на выходе ПЧ составляет 220В, то коэффициент усиления ПЧ:

.

Некомпенсируемую постоянную времени Т_м примем равной:

где f_sw - несущая частота ШИМ, Гц.

2.2.5 Расчет параметров регуляторов

Канал регулирования потокосцепления содержит два апериодических звена с передаточными функциями

 и .

Поэтому система регулирования канала потокосцепления строится как двухконтурная система подчиненного регулирования с внутренним контуром управления по току статора I_1x и с внешним - по модулю потокосцепления ротора.

Канал управления положением содержит три контура регулирования: внутренний - по току статора I_1y, средний - по угловой скорости ротора и внешний - по положению лотка.

Следовательно, в структурной схеме системы управления образованы два независимых канала регулирования, в которых параметры регуляторов рассчитываются известными методами [8].

В соответствии с методикой расчета систем подчиненного регулирования, каждый из контуров канала потокосцепления настраивается на модульный оптимум с применением ПИ-регуляторов, компенсирующих соответствующие апериодические звенья.

Внутренний контур регулирования составляющей тока I_1x содержит ПИ-регулятор тока с передаточной функцией:

,

где T_ix = T₁; Т_и.х - постоянная времени интегрирования контура регулирования составляющей тока I_1x:

k_от - коэффициент обратной связи по току статора двигателя:

Внешний контур регулирования потокосцепления содержит ПИ-регулятор потока с передаточной функцией:

где Т_Ш = Т₂; Т_иШ - постоянная времени интегрирования контура регулирования потокосцепления ротора:

k_оШ - коэффициент обратной связи по потокосцеплению ротора:

Ш_н - номинальное значение потокосцепления:

Контур регулирования тока I_1y по каналу регулирования положением содержит одно апериодическое звено

и настраивается на модульный оптимум. Следовательно, внутренний контур регулирования составляющей тока I_1y имеет ПИ-регулятор тока с той же передаточной функцией, что и в контуре регулирования тока I_1x:

где T_iy = T_ix = T₁;

Т_и.y = Т_и.x

При составлении передаточной функции регулятора скорости необходимо учитывать то, что регулятор скорости должен обеспечивать компенсацию влияния узла произведения при формировании электромагнитного момента АД. Для этой цели по аналогии с системами двухзонного регулирования скорости двигателей постоянного тока на выходе РС должен быть включен блок деления. В этом случае передаточная функция регулятора скорости будет иметь следующий вид:

где J_∑ - суммарный момент инерции электропривода;

k_ос - коэффициент обратной связи по скорости:

Для сведения к нулю ошибки регулирования положения необходимо осуществить настройку контура регулирования скорости на симметричный оптимум, т.е. применить ПИ-регулятор скорости со следующей передаточной функцией:

Для снижения перерегулирования по заданию в контуре тока необходимо на вход регулятора скорости установить фильтр с передаточной функцией:

Кроме того, наличие фильтра позволит обеспечить ограничение скорости нарастания активной составляющей тока.

Регулятор положения представлен нелинейным звеном и состоит из трех участков. Коэффициент передачи первого участка:

где k_оп - коэффициент обратной связи по положению:

ц_max - максимальный угол наклона;

Второй участок имеет нелинейную передаточную функцию следующего вида:

где е - угловое ускорение, с^-2 (таблица 1.2);

_ДU_п - напряжение на входе регулятора положения, В.

Третий участок ограничивает выход регулятора положения на уровне, соответствующем максимальному заданию на скорость.

2.3 Реализация системы автоматического регулирования

Реализация системы автоматического регулирования электроприводом наклона лотка БЗУ на базе блоков управления Simovert Masterdrives фирмы Siemens (Германия).

В каждом блоке Simovert Masterdrives программно заложены регуляторы скорости, тока и задатчики интенсивности. Также программируются различные защиты и дополнительные корректирующие функции (эксплуатационная характеристика двигателя, компенсация трения и т. д.). В этом же шкафу расположены блоки согласования управляющих импульсов между управляющим модулем и силовыми тиристорами

Рисунок 2.4 Структурная схема объекта регулирования

Управление транзисторными ключами осуществляется с помощью микроконтроллера. Цепь управления гальванически развязана от модулей IGBT. На рисунке 2.5 представлена плата управления CUVC (Vector Control).

Клеммный разъем Х101 предназначен для задания сигналов управления двигателем из АСУ ТП верхнего уровня, последовательного интерфейса и подачи напряжения питания на всю плату. Клеммный разъем Х102 служит для подключения аналоговых сигналов обратной связи по току и скорости. Подача напряжения управления на транзисторы IGBT происходит через блок ASIC и клеммный разъем Х103. Микроконтроллер имеет так же ряд входов (Slot A, Slot B и т.д.) для подключения дополнительных (опциональных) плат для расширения числа аналоговых входов-выходов, для совместной работы с другими микроконтроллерами, для возможности работы с электроприводами, управляемыми по сложным законам и с повышенными требованиями к переходным процессам [6].

Плата управления CUVC (Vector Control) в стандартном исполнении имеет следующие функции [6]:

наборы параметров ВIСО (стандартная и резервная настройки). Логически объединяют функции управления (функции управления задания величин). Другими словами они позволяют переключаться, например между ручным и автоматическим управлением, между различными источниками задания рабочей точки (панель управления, фиксированные рабочие точки, клеммный разъем).

ввод задания. Можно использовать сумму основного и дополнительных заданий. Задание может быть как внутренним так и внешним. Внутренними могут служить фиксированные настройки, моторпотенциометр или задание рывка. Внешними служат аналоговый вход, последовательный интерфейс или дополнительная плата. Внутренние источники могут переключаться между собой с помощью команд управления с любого интерфейса.

наборы функциональных параметров FDS (наборы заданий SDS). Функции управления включают в себя 4 различных настройки каналов задания, которые могут переключаться между собой. Эти наборы включают в себя, например, 4 фиксированные точки, фильтр резонансных частот, ограничители минимальных и максимальных значений, настройки задатчика интенсивности. Это позволяет адаптировать функции управления к различным техническим требованиям. К примеру, задатчик интенсивности позволяет задавать отдельно скорости разгона и торможения, начальную и конечную S-образность.

технологический контроллер, т.е. для регулирования давления, выходной мощности и т.д.

идентификация двигателя. Параметры разомкнутых и замкнутых систем настраиваются по время параметризации преобразователя и двигателя. Вслед за этим происходит измерение без нагрузки и оптимизация параметров на основе измеренных данных. Эта функция позволяет настроить преобразователь быстро и без проблем.

автоматический перезапуск (WEA). Включает преобразователь после возвращения питания на силовые цепи, если перед этим питание неожиданно пропало. Ограничений по времени нет.

кинетическое буферирование (KIP). Компенсирует просадку напряжения в звене постоянного тока до тех пор, пока хватает запасенной кинетической энергии двигателя.

перезапуск на ходу. Позволяет Simovert Masterdrives Vector Control подключать к вращающемуся двигателю.

Так как система векторного управления в электроприводе Simovert Masterdrives реализована программно (микропроцессорное управление), то вместо элементных модулей реализованы программные блоки (например, программный задатчик интенсивности, вместо ЗИ на операционном усилителе). А значит и связи между блоками должны быть программными. Для этого и существует система BICO (система бинекторов и коннекторов).

Бинектор - свободно программируемый двоичный сигнал; обозначается как Bxxxx, где xxxx - адрес (номер) бинектора.

Рисунок 2.5 Плата управления CUVC (Vector Control)

Коннектор - свободно программируемый аналоговый сигнал. 16-ти битный коннектор обозначается Kxxxx, где xxxx - номер коннектора, 32-х битный коннектор обозначается KKxxxx.

Обозначение коннекторов и бинекторов на схемах представлено на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Обозначение коннекторов и бинекторов

На структурных схемах соединения при помощи системы BICO можно задавать графически или параметрически.

На структурных схемах электропривода применяются следующие обозначения параметров:

Pxxx - изменяемый параметр;

rxxx - неизменяемый параметр;

Параметры подразделяются на:

функциональные (PxxxF)

двигательные (PxxxM)

BICO-параметры (PxxxB)

2.3.1 Задатчик интенсивности скорости

Задатчик интенсивности определяет темп разгона и торможения привода, а также величину закругления в начале и в конце разгона (торможения). На рисунке 2.7 представлены функциональная схема ЗИ, реализованного в цифровых модулях Simovert Masterdrives.

Рисунок 2.7 Задатчик интенсивности скорости Simovert Masterdrives

В схеме предусмотрена возможность задания различных параметров для движения вперёд и назад. Настройка ЗИС устанавливается значениями параметров P467, P466, P464, P116, P477 и т.д.

2.3.2 Регулятор скорости

Разность между заданной скоростью (с ЗИС) и фактической скоростью подаётся на вход регулятора скорости (рисунок 2.8). В качестве фактической скорости используется её вычисленное значение через канал подготовки скорости [350.8].

Рисунок 2.8 Регулятор скорости

.3.3 Ограничение тока

На рисунке 2.9 представлена функциональная схема ограничителя тока двигателя.

Абсолютное ограничение тока задаётся в параметрах Р128 (в % от номинального тока двигателя).

ПИ-регулятор тока сравнивает фактический ток с заданным и выдаёт сигнал, соответствующий углу открывания вентилей IGBT инвертора. Параллельно регулятору подключен дополнительный контур «предуправления» (рисунок 2.10) для улучшения динамических свойств привода. Параметры регуляторов настраиваются автоматически при тестовом запуске.

Рисунок 2.9 Ограничение тока и момента двигателя

2.3.4 Регулятор тока

Рисунок 2.10 Регулятор тока

.3.5 Регулятор положения

Для реализации регулятора положения в систему управления программируется специальный технологический регулятор, функциональная схема которого представлена на рисунке 2.11. Панелью управления преобразователя программируется необходимый регулятор положения.

Рисунок 2.11 Регулятор положения

2.3.6 Настройка параметров преобразователей Simovert Masterdrives

Преобразователи частоты Simovert Masterdrives являются преобразователями с цифровой системой управления. Настройка преобразователей производиться путём задания уставок параметров в соответствии с функциональными схемами с помощью панели управления (PMU), расположенной на двери преобразователя.

Так как в рассматриваемом приводе система управления реализована программно, то необходимо выполнить программную настройку параметров всей системы и привода в частности. В этом пункте рассматривается так называемое подробное параметрирование системы привода. Существует также возможность быстрой параметризации, когда пользователь задает только основные характеристики системы, а привод подбирает все остальные параметры самостоятельно.

Подробное параметрирование включает в себя следующие шаги:

определение силовой части;

конфигурация платы;

установка привода;

установка функций.

Определение силовой части уже полностью произведено в состоянии поставки. Его проведение необходимо только в случае замены платы CUVC и не требуется в других случаях.

При определении конфигурации платы система управления информируется, каким путем установленные опциональные платы конфигурируются. Это производится путем выбора меню «Конфигурация платы». В этом меню устанавливаются параметры, требуемые для приспособления опциональных плат к специфическим условиям применения (например, шинный адрес, скорость передачи данных и т.д.).

Во время установки привода система управления информируется о входном напряжении питания, о подключенном двигателе и об энкодере двигателя. Дополнительно выбирается закон управления двигателем и частота ШИМ. Если требуется, необходимые параметры для модели двигателя могут быть вычислены автоматически.

Настройке подлежат параметры, обозначение которых начинается с символов «Р» и «U». параметры, начинающиеся с символов «r» и «n» являются параметрами индикации и доступны только для чтения. Для получения доступа ко всему списку параметров необходимо установить Р051=40. кроме того, ряд параметров, связанных с использованием свободных функциональных блоков, относятся к “технологическому программному обеспечению” и становятся доступными только после их разрешения путём ввода PIN-кода в параметр U997. PIN-код поставляется вместе с преобразователем (опция S00). Свободные функциональные блоки обозначены на функциональных схемах как “FB”.

Преобразователь настраиваются в следующей последовательности:

. Выбор меню «установка привода».

. Наличие выходного фильтра: Р068=2 - du/dt выходной фильтр.

. Входное линейное напряжение ПЧ, В: Р071=380.

. Тип двигателя: Р095=10 - АД IEC (международный стандарт);

5. Ввод типа управления: Р100=5 - управление положенинем с датчиком положения.

. Номинальное напряжение двигателя, В: Р101=380.

. Номинальный ток двигателя, А: Р102=0,87.

. Ток намагничивания в % от номинального: Р103=43.

. Значение коэффициента мощности (cosj): Р104=0,69.

. Номинальная частота двигателя, Гц: Р107=50.

. Номинальная скорость двигателя, об/мин: Р108=1350.

. Число пар полюсов: Р109=4.

. Номинальный момент двигателя, Нм: Р113=1,77.

. Условия для управления, связанные с процессом: Р114=6 - привода с высоким стартовым моментом.

. Вычисление модели двигателя («Автоматическое параметрирование»).

. Тип датчика скорости: Р130=16 - импульсный с нулевой и контрольной дорожкой.

. Число импульсов на оборот энкодера: Р151=1024.

. Статическая характеристика: Р330=0 - привод с постоянным моментом.

. Система модуляции фронта: Р339=4 - пространственная векторная модуляция.

. Частота ШИМ, кГц: Р340=2,5.

. Ввод максимальной скорости при движении вперед, %: Р452=100.

. Ввод максимальной скорости при движении назад, %: Р453=700.

. Максимальный выходной ток, А: Р128=2,87.

. Время разгона Р462.

. Единица измерения для времени разгона: Р463=0 - секунды.

. Время торможения: Р464.

. Единица измерения для времени торможения: Р465=0 - секунды.

. Вычисление модели двигателя без нагрузки.

. Оптимизация контроллера.

2.4 Анализ динамических процессов

На основании структурной схемы, представленной на рисунке 2.3, проводим моделирование переходных процессов электропривода с помощью программы Matlab Simulink в режиме реза заготовки. Смоделированный переходный процесс, график которого представлен на рисунке 2.14, показывает, что система четко отрабатывает заданное перемещение с нулевой ошибкой и с минимальным перерегулированием по моменту.

Исходя из этого можно сделать вывод, что спроектированная система электропривода полностью удовлетворяет главному требованию - обеспечению минимальной ошибки регулирования.

Рисунок 2.12 Переходные процессы в электроприводе

3. Анализ технико-экономических показателей и обоснование целесообразности принятых в проекте решений

3.1 Юридический статус ОАО «ММК»

3.1.1 Правовое положение ОАО «ММК»

Магнитогорский металлургический комбинат является открытым акционерным обществом, общество является юридическим лицом и имеет в собственности обособленное имущество, учитываемое на его самостоятельном балансе, может от своего имени приобретать и осуществлять имущественные и личные неимущественные права, нести обязанности, быть истцом и ответчиком в суде. Общество открывает банковские счета на территории Российской Федерации и за ее пределами. Общество имеет круглую печать, содержащую полное фирменное наименование на русском языке и указание на место его нахождения. Общество имеет штампы и бланки со своим наименованием, собственную эмблему, а также зарегистрированный в установленном порядке товарный знак и другие средства визуальной идентификации. Учредителем общества на момент образования являлся Государственный комитет Российской Федерации по управлению государственным имуществом. Общество несет ответственность по своим обязательствам всем принадлежащим ему имуществом.

Акционеры не отвечают по обязательствам общества и несут риск убытков, связанных с его деятельностью, в пределах стоимости принадлежащих им акций. Общество не отвечает по обязательствам своих акционеров. Общество является правопреемником государственного предприятия «Магнитогорский металлургический комбинат им. В.И. Ленина».

3.1.2 Уставной капитал общества

Уставной капитал составляет 8 858 518 рублей. Он разделен на 8 858 518 акций и состоит из:

привилегированных акций (типа А) в количестве 2 214 630 штук, номинальной стоимостью один рубль;

обыкновенных акций в количестве 6 643 888 штук, номинальной стоимостью один рубль.

Участники акционерного общества (акционеры) не отвечают по его обязательствам и несут риск убытков, связанных с деятельностью общества, в пределах стоимости принадлежащих им акций. Акционеры могут отчуждать принадлежащие им акции без согласия других акционеров.

Общество в праве проводить размещение акций и иных ценных бумаг посредством открытой или закрытой подписки, распределения среди акционеров. Акции «ММК» поступают в свободную продажу. Все акции общества являются именными. Держатели акций регистрируются в специальном реестре. Общество обязано обеспечить ведение и хранение реестра акционеров. Общество поручает ведение и хранение реестра акционеров специализированному регистратору. Внесение записи в реестр акционеров осуществляется в соответствии с требованиями действующего законодательства. Общество, поручившее ведение и хранение реестра акционеров специализированному регистратору, не освобождается от ответственности за его ведение и хранение. Держатель реестра акционеров общества по требованию акционера или номинального держателя акций обязан подтвердить его права на акции путем выдачи выписки из реестра акционеров общества, которая не является ценной бумагой. Выписки из системы ведения реестра, оформленные при размещении ценных бумаг, выдаются бесплатно. При повторных обращениях акционера, выписка из реестра выдается за счет средств акционера. Лицо, зарегистрированное в реестре акционеров общества, обязано своевременно информировать держателя реестра акционеров общества об изменении своих данных. В случае представления им информации об изменении своих данных общество и специализированный регистратор не несут ответственности за причиненные в связи с этим убытки. Формирование уставного капитала, порядок, формы и сроки оплаты акций при первоначальном размещении определяются в плане приватизации.

3.2 Анализ рынков сбыта ОАО «ММК»

ОАО «ММК» сегодня - это современное высокорентабельное предприятие, входящее в число 20 крупнейших сталелитейных компаний мира. Он представляет собой крупнейший в России металлургический комплекс с полным производственным циклом.

ОАО «ММК» производит самый широкий на сегодняшний день сортамент металлопродукции среди предприятий РФ и стран СНГ. Магнитка является единственным в России производителем высококачественной холоднокатаной ленты и белой жести. По объемам реализации продукции ОАО «ММК» имеет лучшие показатели среди металлургических предприятий России. «ММК» экспортирует около 45% своей продукции. За пределами страны находит сбыт продукция кислородно-конверторного цеха, сортовых станов и практически всех листовых цехов. География экспорта включает государства Юго-Восточной Азии 43%, Европы 15%, Ближнего Востока и Африки 22%, Северной Америки 20%. Крупнейшими потребителями металла «ММК» в ближнем зарубежье является Беларусь, Украина, Казахстан. Структура экспорта постоянно меняется в сторону увеличения продаж готовых видов проката.

3.3 Анализ технико-экономических показателей цеха

Если за 2004 г. план по выпуску чугуна доменным цехом был равен 9450000 тонн, то фактический выпуск чугуна составил 9864000 тонн. Таким образом, план по выпуску готовой продукции выполнен на 104,4% , что говорит о хорошей работе цеха в отчетном году. Себестоимость тонны чугуна составила 5846,22 руб. (заводская себестоимость отпускной чугуна). При этом рентабельность работы цеха находится на уровне 15,92%.

Увеличения производительности, снижения себестоимости продукции и увеличения плана можно добиться за счёт: уменьшения производственного цикла, сокращения простоев, уменьшения времени на ремонты, сокращения брака, уменьшения расходов на энергетические затраты, затрат на ремонт оборудования.

Применение современных электроприводов позволяет улучшить вышеперечисленные факторы, влияющие на производительность и качество выплавляемого чугуна. За счёт надёжности, высокого КПД современных электроприводов, возможно, улучшить технико-экономические показатели, при этом, не ухудшая качества выпускаемой продукции.

В данном разделе дипломного проекта рассматривается экономические показатели доменного цеха ОАО «ММК». Данные сведены в таблице 3.1. Данные взяты из бухгалтерской отчётности цеха за 2004 год.

Таблица 3.1 Технико-экономические показатели доменного цеха ОАО «ММК»

Показатели	План	Факт
Производство чугуна, т	9450000	9864000
Производительность т/ч	1096,5
Плановые ремонты, ч	64	62
Текущие простои, ч:	102	94

Из таблицы 3.1. видно, что фактический объём производства превысил планируемый на 414000 тонн, что вызвано уменьшением времени простоев и времени затраченного на ремонты.

Фактическая часовая производительность составляет 1143 тонн, что на 46,5 т больше запланированной. Это достигнуто за счёт более равномерного распределения работы печей по времени.

3.4 Расчёт производственной программы цеха

Расчёт производственной программы цеха начинается с составления баланса времени работы доменного цеха. При этом рассчитывается календарное, номинальное и фактическое время работы за год. Данные для расчётов принимаются из таблицы 3.1.

Календарным временем считается всё время нахождения доменных печей в эксплуатации, независимо от времени их ремонтов и простоев. Так как печи находятся в работе круглый год (366 суток в 2004 году), то в пересчёте на часы календарное время Т_кал составит 8784 ч.

Печи работают и в праздничные дни и в выходные, поэтому номинальное время работы определяется исключением времени простоев на ремонтах из календарного времени работы:

где Т_к.р. - время, затраченное на капитальные ремонты, которых в 2004 году не проводилось;

Т_т.р. - время, затраченное на текущие ремонты оборудования.

Фактическое время:

где Т_пр - текущие простои всех печей.

Средняя часовая производительность:

где W_г - годовой объём выпущенной продукции доменного цеха.

Результаты расчётов сведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Расчёт производственной программы цеха

Показатели	Величина
Календарное время, ч Планово-предупредительные ремонты, ч Капитальный ремонт, ч Номинальное время, ч Текущие простои, ч Фактическое время, ч Средняя часовая производительность, т/ч Годовая производительность цеха, т/год	8784 621 0 8722 94 8628 1143 9864000

 

.5 Расчёт сметы капитальных затрат

3.5.1 Расчёт стоимости приобретённого оборудования (О)

Перечень необходимого оборудования устанавливается на основании спецификации. Цены на основное оборудование принимаются из прейскуранта оптовых цен предоставленных производителями. Расчёт стоимости приобретённого оборудования представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 Расчёт стоимости приобретённого оборудования (О)

Наименование оборудования	Кол-во	Цена за единицу продукции, тыс. руб.	Общая стоимость, тыс. руб.
Частотный преобразователь Электродвигатель	1 1	240 82	240,00 82,00
Итого учтённое оборудование	-	-	322,00
Прочее неучтённое оборудование	-	-	64,40
Итого стоимость исходного оборудования	-	-	386,40

Стоимость неучтённого оборудования (кабели, проводка и прочее мелкое оборудование) принимается в размере 20% от стоимости учтённого оборудования.

3.5.2 Расчёт затрат на монтаж оборудования (М)

Затраты на монтаж определяются по ценнику на монтаж оборудования [10]. Расчёт затрат на монтаж оборудования представлен в таблице 3.4. Цена монтажа электрических машин определяется суммированием цен отдельных работ:

установка электрических машин;

присоединение их к электрической сети;

ревизия и сушка электрических машин.

Графы 3 - 5 таблицы 3.4 заполняются на основе [10] с использованием коэффициента инфляции к_инф = 30. Расчёт приведён только для электродвигателя, для остального оборудования рассчитывается аналогично.

Доплата по районному коэффициенту рассчитывается исходя из районного коэффициента. Для районов Среднего и Южного Урала этот коэффициент составляет 0,15. Тогда графы 6 и 7 заполняются следующим образом:

графа 6 = графа 4·к_р = 10,142·0,15 = 1,5213 тыс. руб.;

графа 7 = графе 5·к_р = 5,4633·0,15 = 0,819 тыс. руб.

Таблица 3.4 - Расчёт затрат на монтаж оборудования

Наименование монтируемого оборудования	Вид монтажной работы	Цена монтажа, тыс. руб.	Основная зарплата, тыс. руб.	Зарплата по эксплуатации оборудования, тыс. руб.	Доплата по районному коэффициенту		Доплата по прочим коэффициентам		Накладные расходы, тыс. руб.	Себестоимость монтажа, тыс. руб.	Плановые накопления, тыс. руб.	Всего затрат, тыс. руб.
					на основную зарплату, тыс. руб.	на зарплату по эксплуатации машин, тыс. руб.	на основную зарплату, тыс. руб.	на зарплату по эксплуатации машин, тыс. руб.				на единицу	на весь объём
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Электродвигатель	Установка	16,39	8,01	5,46	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	Присоединение	2,32	1,962	0,0033	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	Ревизия и сушка	0,69	0,17	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого для двигателя		19,4	10,142	5,4633	1,5213	0,819	6,592	3,55	15,882	47,7643	3,821	51,5853	51,5853
Преобразователь частотный	Установка	39,24	21,12	0,21	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	Ревизия	34,35	9,26	0,99	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	Присоединение	5,97	2,13	0,47	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого для преобразователя		79,56	32,51	1,67	4,876	0,25	21,13	1,085	50,91	157,811	12,625	170,436	170,436
Итого учтённое оборудование		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	222,021
Неучтённое оборудование		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	44,405
ИТОГО		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	266,426

Для учёта отклонения по заработной плате в связи со стеснённостью и вредностью условий работ необходимо ввести следующие коэффициенты:

а) коэффициент, равный 1,1 и учитывающий монтаж в эксплуатируемых зданиях, действующих цехах, производственных участках и т.д., где есть загромождение оборудования и движение транспорта;

б) коэффициент, учитывающий работу вблизи объектов, находящихся под высоким напряжением, равный 1,2;

в) при температуре воздуха на рабочем месте более 40°С, вводится поправочный коэффициент равный 1,25.

Итого необходимо ввести следующий дополнительный коэффициент:

к_доп = 1,1·1,2·1,25 = 1,65.

Таким образом, расчёты в графах 8 и 9 ведётся следующим образом:

графа 8 = графа 4·к_доп = 10,142·1,65 = 6,592 тыс. руб.;

графа 9 = графа 5·к_доп = 5,4633·1,65 = 3,55 тыс. руб.

Так как учитывается дополнительный коэффициент, то сумма косвенных расходов не рассчитывается.

Накладные расходы на электромонтажные работы, связанные с управлением и обслуживанием, начисляются в размере 87% от скорректированной заработной платы монтажников:

графа 10 = (графа 4 + графа 6 + графа 8)·0,87 = (10,142 + 1,5213 + 6,592)·0,87 = 15,882 тыс. руб.

В графе 11 рассчитывается себестоимость монтажа по ценнику с учётом доплат и накладных расходов:

графа 11 = графа 3 + графа 6 + графа 7 + графа 8 + графа 9 + графа 10 =

= 19,4 + 1,5213 + 0,819 + 6,592 + 3,55 + 15,882 = 47,7643 тыс. руб.

Плановые накопления образуют прибыль строительно-монтажных организаций и определяются в размере 8% от себестоимости монтажных работ:

графа 12 = графа 11·0,08 = 47,7643·0,08 = 3,821 тыс. руб.

Затраты на единицу оборудования определяются сложением себестоимости монтажа и плановых накоплений:

графа 13 = графа 11 + графа 12 = 47,7643 + 3,821 = 51,5853 тыс. руб.

Затраты на весь объём оборудования определяются с учётом количества монтируемых единиц оборудования данного типа:

графа 14 = графа 13·n = 51,5853·1 = 51,5853тыс. руб.

Затраты на монтаж учтённого оборудования определяются суммированием сумм графы 14 для всех видов оборудования:

М_учт = 51,5853+ 170,436 = 222,021 тыс. руб.

Затраты на монтаж неучтённого исходного оборудования определяются в размере 20% от затрат на монтаж учтённого оборудования:

М_неучт = 0,20·М_учт = 0,2·222,021 = 44,405 тыс. руб.

Затраты на монтаж всего исходного оборудования, включая неучтённое, определяются:

М = М_учт + М_неучт = 222,021 + 51,22 = 266,426 тыс. руб.

3.5.3 Расчёт величины транспортных расходов (Тр), заготовительно-складских расходов (Зс), затрат на запасные части (Зч) и расходов на комплектацию оборудования (Зк)

Затраты на запасные части берутся в размере (2 - 3)% от стоимости оборудования (О):

З_ч = 0,03·О = 0,03·386,4 = 11,592 тыс. руб.

Транспортные расходы берутся в размере 3,3% от стоимости оборудования и запасных частей:

Т_р = 0,033·(О + З_ч) = 0,033·(386,4 + 11,592) = 13,134 тыс. руб.

Заготовительно-складские расходы берутся в размере 1,2% от стоимости оборудования и запасных частей, включая транспортные расходы:

З_с = 0,012·(О + З_ч + Т_р) = 0,012·(386,4 + 11,592 + 13,134) = 4,934 тыс. руб.

Затраты на комплектацию оборудования берётся в размере (0,5 - 1,5)% от стоимости оборудования и запасных частей:

З_к = 0,01·(О + З_ч) = 0,01·(386,4 + 11,592) = 3,98 тыс. руб.

3.5.4 Капитальные затраты

При проектировании системы электропривода сумма капитальных затрат считается по формуле:

К = О + М + Т_р + З_с + З_ч + З_к = 386,4 + 266,426 + 11,592 + 13,134 + 3,98 = 686,465 тыс. руб.

3.6 Расчёт затрат на эксплуатацию системы электропривода

В данном разделе определяется состав и размер эксплуатационных расходов, связанных с работой электрооборудования.

Эксплуатационные расходы, связанные с работой электрооборудования, состоят, как правило, из следующих видов затрат:

а) потерь электроэнергии (Э); б) амортизационных отчислений (А); в) затрат на ремонты и обслуживание электрооборудования (Стр).

Таким образом, затраты на эксплуатацию системы электропривода (С) можно рассчитать по формуле:

С = Э + А + С_тр, (3.1)

Эксплуатационные расходы рассчитываются за год.

3.6.1 Расчёт потерь электроэнергии (Э)

Расчёт потерь электроэнергии определяется умножением себестоимости 1 кВт·ч энергии на количество теряемой энергии в течении года.

Стоимость потерь электроэнергии рассчитывается по формуле:

где Р - мощность на входе установки. Номинальная мощность установленного электропривода составляет 7,5 кВт;

з- КПД установки. Коэффициент полезного действия установки рассчитывается как произведение КПД входящего электрооборудования в эту электроустановку:

где з_тп - КПД тиристорного преобразователя; з_дв - КПД электродвигателя.

3.6.2 Расчёт амортизационных отчислений (A)

Первоначальная стоимость оборудования рассчитывается по каждому виду оборудования по формуле:

Затраты на транспортировку, складирование, запчасти и комплектацию для единицы оборудования рассчитываются аналогично п. 3.5.3. Затраты на монтаж берутся из таблицы 3.4. Результаты расчётов первоначальной стоимости оборудования представлены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 Расчёт первоначальной стоимости оборудования в тыс. руб.

Наименование оборудования	О	М	Зч	Тр	Зс	Зк	Спер
Преобразователь	240,0	170,436	7,200	8,158	3,064	2,472	431,330
Электродвигатель	82,0	51,585	2,460	2,787	1,047	0,845	140,724

Сумма амортизации определяется по следующей формуле:

,

Первоначальная стоимость неучтённого оборудования берётся в размере 20% от учтённого оборудования. Результаты расчётов сведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 Расчёт годовой суммы амортизации

Наименование оборудования	Первоначальная стоимость, тыс. руб.	Кол-во, шт.	Общая стоимость, тыс. руб.	Норма амортизации, %	Сумма амортизации, тыс. руб.
Преобразователь частотный	431,33	1	431,33	5,60	24,15
Электродвигатель	140,72	1	140,72	6,30	8,87
Прочее неучтённое оборудование	-	-	114,41	5,77	6,60
Итого	-	-	686,46	-

Амортизация по неучтённому оборудованию начисляется по средневзвешенной норме, которая рассчитывается для исходного оборудования по формуле:

где С_oj - общая стоимость каждого вида оборудования (таблица 3.6);- номер вида оборудования;

n - количество учтённого оборудования.

3.6.3 Расчёт затрат на ремонты и обслуживание электрооборудования

Величина затрат на ремонты и обслуживание складывается из большого количества элементов, а именно:

стоимость энергии всех видов;

материалов;

запасных частей;

инструмента и инвентаря;

заработной платы ремонтного и дежурного персонала.

Из множества этих элементов прямому счёту в рамках дипломного проекта поддаётся только заработная плата. Доля затрат на содержание основных средств, принимается равной k = 0,9. Тогда величина затрат на ремонты и обслуживание с учётом этого коэффициента и суммы амортизации (из таблицы 3.6) определится следующим образом:

Таким образом, по формуле (3.1), сумма годовых затрат на эксплуатацию системы электропривода составит:

3.7 Расчёт показателей прибыли предприятия

Прибыль является важнейшим показателем эффективности работы предприятия.

Калькуляция себестоимости 1 тонны чугуна доменного цеха за отчётный 2004 год приведена в таблице 3.7. Все приведённые в ней данные взяты в бухгалтерии цеха.

Таблица 3.7 Калькуляция себестоимости 1 тонны чугуна доменного цеха

Наименование статьи расхода	Цена, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
Полуфабрикаты, т Флюсы и добавочные материалы, т Топливо: - газ природный, тыс. м3 - кокс скиповый, т Лом и отходы, т Побочные продукты (щебень и песок), т	2039,607 371,34  917,02 3808,43 192,5 8,33	1,7407 0,00368  0,09 0,46 0,741 0,0003	3550,3441 1,3667 1850,4103 84,85 1765,56 142,6586 0,0025
Итого задано за вычетом отходов и брака	-	-	5259,4650
Задано (прямые расходы)	-	-	206,8492
Взносы на обязательное пенсионное страхование Взносы на обязательное страхование от несч. случаев ЕСН работников не участвующих в производстве ЕСН работников участвующих в производстве Топливо технологическое Услуги ЦПАШ ГОП Энергетические затраты Фонд оплаты труда Сменное оборудование Текущие ремонты и обслуживание основных средств Амортизация основных средств Работа транспортных цехов Прочие расходы	- - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - -	2,689 0,7188 1,8964 2,2224 50,7807 10,4307 120,2799 35,1097 7,895 87,7555 8,7323 44,2541 7,1457
Итого расходов по переделу	-	-	379,9103
Потери от брака выявленного в других цехах	-	-	0,0
Потери от брака относимые на другие цеха	-	-	0,0
Производственная себестоимость	-	-	5846,22

3.8 Организация и планирование ремонтов электрооборудования

В основу организации ремонтов оборудования положена система ТОиР (техническое обслуживание и ремонты электрооборудования), представляющая собой совокупность организационных и технических мероприятий по уходу за оборудованием, надзору за ним, его обслуживание и ремонту, проводимых по заранее составленному плану в профилактических целях, т.е. для предупреждения неожиданных выходов оборудования из строя.

Планирование ремонтов включает:

а) составление календарных плановых ремонтов;

б) определение трудоёмкости ремонтов и численности ремонтного персонала, материалов и ремонтных средств;

в) планирование себестоимости ремонтов.

Основой календарного планирования ремонтов (годового графика ремонтов) служит структура ремонтного цикла, длительность ремонтного цикла, межремонтные периоды, нормы простоя оборудования в ремонтах.

Правильная организация ремонтных работ требует составления плана вывода оборудования в ремонт на протяжении всего года. Чтобы наиболее полно и равномерно загрузить ремонтный персонал ежегодные объёмы ремонтных работ должны быть, по возможности равными. На основе ТО и Р осуществляется определение объёма ремонтных работ.

3.8.1 Расчёт трудоёмкости ремонтных работ

Расчёт среднегодовой трудоёмкости ремонтных работ представлен в таблице 3.8.

Таблица 3.8 Расчёт среднегодовой трудоёмкости ремонтных работ

Наименование оборудования	Кол-во, шт.	Группа режима работы	Структура ремонтного цикла	Продолжительность ремонтного цикла, лет	Трудоёмкость, чел·ч		Среднегодовая трудоёмкость, чел·ч
					средний ремонт	текущий ремонт	единицы оборудования	общая
Преобразователь частоты	1	III	К-Т-С-Т-С-Т-С-Т-С-Т-С-Т-К	6	3	1,2	3,7	3,7
Электродвигатель	1	III	К-2Т-К	6	-	22,5	7,5	7,5
Прочее неучтённое оборудование	-	-	-	-	-	-	-	2,24
Итого	-	-	-	-	-	-	-	13,44

Данные о группе режима работы, габарите структуре ремонтного цикла и его продолжительности, а также трудоемкости ремонтов различного вида, принимаются на основе ТО и Р [11].

Выше названные исходные данные позволяют определить среднегодовую трудоёмкость ремонта одной единицы оборудования по формуле (для преобразователя):

где n_с, n_т - количество соответственно средних и текущих ремонтов в течение одного ремонтного цикла;_c, t_т - средняя трудоёмкость соответственно одного среднего и текущего ремонта, чел·ч;_ц - продолжительность ремонтного цикла, лет;

Для остального оборудования расчёты ведутся аналогично. Среднегодовая трудоёмкость ремонта по неучтённому оборудованию берётся в количестве 20% от среднегодовой трудоёмкости ремонта учтённого оборудования. Итогом расчётов является величина суммарной трудоёмкости ремонтных работ (таблица 3.8).

3.8.2 Расчёт численности ремонтного и дежурного персонала

Базой для расчёта численности ремонтного персонала (N_рем) является величина суммарной трудоёмкости ремонтных работ, рассчитанная в таблице 3.8.

Численность ремонтного персонала определяется по зависимости:

где Ф_пл - годовой фонд рабочего времени по графику в часах;

к_выраб - планируемый коэффициент выполнения норм выработки (планируется 100%);

к_сп - коэффициент списочного состава, определяемый по формуле:

где Ф_пл.дн.- годовой фонд рабочего времени по графику в днях;₁, t₂, t₃ - среднегодовая продолжительность очередного отпуска (24 дня), болезни (5 дней), выполнение государственных и общественных обязанностей (2 дня).

Годовой фонд рабочего времени в днях:

Годовой фонд рабочего времени в часах:

где празд_вых - количество праздничных дней, выпадающих на выходные (праздник переносится на рабочий день);

предпр - количество предпраздничных дней (в предпраздничные дни смена на 1 час короче).

3.9 Расчёт налогов на фонд оплаты труда по цеху

Средняя заработной плата работника доменного цеха составляет 25680,28 руб./месяц.

Средняя численность работников цеха 1013 чел.

Тогда годовой фонд оплаты труда составит сумму

ФОТ = 12·1013 ·25680,28 = 312169,4837 тыс. руб.

С полученной на социальные нужды отчисляются следующие суммы:

в Пенсионный фонд РФ (20% от ФОТ);

в фонд социального страхования (3,2%);

в фонд обязательного медицинского страхования (2,8%).

В итоге получается общий размер отчислений по единому социальному налогу 26%.

Н_ед.соц. = 0,26 · ФОТ = 0,26 ·312169,4837 = 81164,066 тыс. руб.

3.10 Сводная экономическая характеристика проектируемой системы электропривода

Сводная экономическая характеристика проектируемой системы электропривода приведена в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Технико-экономические показатели электропривода БЗУ доменного цеха ММК

Показатель	Значение
Годовой объём производства чугуна, т Капитальные вложения, тыс. руб. Эксплутационные затраты, тыс. руб./г: всего в том числе: - потери электроэнергии - амортизация - текущий ремонт и содержание электрооборудования Себестоимость единицы продукции, руб./т Фонд оплаты труда (ФОТ), тыс. руб./г Единый социальный налог, тыс. руб./г	9864000 686,465  79,378  4,1 39,62 35,658 5846,22 312169,4837 81164,066

4. Безопасность и экологичность

Неотъемлемым следствием развития промышленности является химическое загрязнение биосферы. Мощнейшим источником химического загрязнения окружающей среды служит металлургическое производство.

В 2004 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составили (от стационарных источников) - 2,3 млн. т, объем сброса сточных вод в поверхностные водоемы - 0,9 млрд. м³.

Производство чугуна в доменных печах в XX столетии в мире выросло более, чем в 100 раз (с 40,7 млн. т. в 1900 г. до 580 млн. т в 2001 г).

Из доменных цехов отрасли ежегодно выбрасывается 1,2 млн. т вредных веществ и 70 тыс. т пыли. Доменные цеха в основном загрязняют воздушный бассейн, но также пагубно влияют на состояние водных объектов и почв.

Ниже рассмотрены вопросы загрязнения окружающей природной среды доменным производством, приведена схема выбросов доменного производства, рассмотрен состав доменного газа, в таблицах приведены валовые выбросы пыли и вредных веществ, а также рассмотрены вопросы влияния колошниковых газов, твердого аэрозоля и шлаковых отвалов на окружающую среду.

4.1 Анализ опасных и вредных факторов в доменном цехе ОАО ММК

К местам с опасными и вредными производственными факторами в доменном цехе относятся:

доменные печи, в отдельных частях которых существует вероятность взрывов (например, в фурмах, в шлаковых фурмочках, в шлаковых ковшах при сливе шлака, а также взрывов газа в пылеуловителях, в межконусном пространстве, в воздухонагревателях и т.д.). Кроме того, в футеровку печи могут быть заложены радиоактивные препараты для контроля за ее разгаром, а также в продуктах доменной плавки могут растворяться радиоактивные вещества;

газопровод, подводящий природный газ к доменной печи, кислородные устройства и кислородопроводы;

помещения, в которых расположены: распределительная установка для вдувания пылеугольного топлива в доменную печь и распределительная установка для вдувания мазута в доменную печь;

- электромашинные помещения (ЭМП), в которых существует опасность поражения электрическим током;

- к опасным также относятся подъёмно-транспортные механизмы (скиповые подъемники, краны) [12].

Электромашинные помещения обладают рядом вредных для здоровья факторов, которыми являются высокий уровень шума и вибрации. Источниками шума являются электромашинные установки, преобразующие электрическую энергию в механическую. Причинами шума и вибрации является колебания элементов электромеханических устройств под действием магнитных полей.

4.1.1 Характеристика электромашинного помещения

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) оговаривают электропомещения, как помещения доступные только для квалифицированного обслуживающего персонала, в которых расположены электроустановки и вспомогательное оборудование, предназначенное для производства, преобразования, трансформации, передачи и распределения электрической энергии.

Тип электропомещения определяется технологическим процессом, возможностью борьбы с шумом, вибрациями и загрязнением воздуха.

Наличие больших оконных проемов и фонарей должно обеспечивать хорошую освещенность. В помещении обязательно устройство вентиляции, а также устройств очистки воздуха от пыли. Объем и площадь производственного электромашинного помещения, приходящегося на каждого работающего по санитарным нормам, должны быть не менее 15 м³ и 4,5 м² соответственно.

Высота электромашинного помещения не должна быть менее 3,2 м.

Стены и потолки необходимо сооружать из малотеплопроводных материалов, не задерживающих осаждение пыли.

Полы должны быть неэлектропроводными, ровными и нескользкими. Характеристика условий труда на рабочем месте в ЭМП представлена в таб. 4.1.

Таблица 4.1 Характеристика условий труда в электромашинных помещениях

№	Наименование факторов условий труда	Ед.изм.	Нормативное значение	Фактическая величина
1	Температура воздуха:
1.1	тёплый период	°С	24-26	30-40
1.2	холодный период	°С	20-22	20-22
2	Относительная влажность воздуха:
2.1	тёплый период	%	40-60	30
2.2	холодный период	%	40-60	30
3	Скорость движения воздуха:
3.1	тёплый период	м/с	0.1-0.5	5
3.2	холодный период	м/с	0.1	0.1
4	Промышленный шум	дБА	80	98
5	Вибрация	дБ	50-60	87
6	Тепловое излучение	Вт/м2	70	53
7	Освещённость:
7.1	естественная	%	2	2
7.2	искусственная	Лк	150	150

Анализ условий труда в электромашинных помещениях показывает, что санитарное состояние рабочих мест в электромашинных помещениях доменного цеха не удовлетворяет требуемым нормативам по 6 позициям, что говорит о плохой работе вентиляции, осветительных установок, не соблюдении норм и правил СНиП по снижению уровня шума.

4.1.2 Категория помещений по пожарной опасности. Требования, предъявляемые к оборудованию, размещённому в помещениях данной категории

Электромашинное помещение доменного цеха по пожарной опасности относится к категории Г согласно СНиП, классу П -2а в соответствии с ПУЭ.

Производства категории Г характеризуются наличием веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки, которых сопровождается излучением теплоты, искр и пламени, а также производства, в которых в качестве топлива сжигают твердые, жидкие и газообразные вещества.

П - ||а - зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые или волокнистые горючие вещества.

Согласно ПУЭ в помещениях такого класса допускается установка электрических машин защищенного исполнения. Аппаратуру управления электродвигателями этого класса рекомендуется выполнять в пылезащищенном исполнении.

В таких помещениях используются светильники защищенного исполнения. У переносных светильников должно быть закрытое исполнение, стеклянный колпак защищен стальной сеткой.

В электромашинных помещениях следует применять только защищенные электропроводки (кабель марок ВРГ, АВРГ или провода АПВР, АПВ, АПРТО в стальных тонкостенных трубках). Допускается открытая прокладка изолированных проводов на изоляторах, но при условии их отдаления от мест скопления горючих материалов и невозможности механического повреждения. Допускается применение алюминиевых проводов только при условии надежного их соединения сваркой, пайкой или опрессовкой. Соединительные коробки должны быть пылезащищенного исполнения.

Сооружение распределительных устройств свыше 1 кВ в пожароопасных помещениях не рекомендуется, но при необходимости допускается при условии применения щитов и шкафов в закрытом исполнении.

4.1.3 Анализ опасности поражения электрическим током

В различных электроустановках имеется различная опасность поражения электрическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации и характер среды помещения, в которой они установлены, весьма разнообразны. Комплекс защитных мер должен соответствовать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования, обеспечивая достаточную безопасность.

В отношении опасности поражения людей электрическим током различают:

. Помещения без повышенной опасности.

. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

.1. Сырости или токопроводящей пыли;

.2. Токопроводящих полов;

.3. Высокой температуры;

.4. Возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих особую опасность:

.1. Особой сырости;

.2. Химически активной или органической среды;

.3. Одновременно двух или более условий повышенной опасности.

В электромашинном зале доменного цеха существует опасность выполнения условий 2.1, 2.3 и 2.4, поэтому данное помещение относится к разряду особо опасных помещений. В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, режима нейтрали, условий среды помещения и доступности электрооборудования необходимо выполнять следующие требования защитных мер, обеспечивающих достаточную безопасность. В электроустановках доменного цеха используются следующие защитные меры:

. Применение малых напряжений.

. Применение разделительных трансформаторов при переходе напряжения с высшей стороны на низкую.

. Контроль и профилактика при повреждении изоляции.

. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

. Защита от случайного прикосновения к токоведущим частям.

. Защитное заземление или зануление и применение электрозащитных средств.

4.2 Защитное заземление

Характеристика защитного заземления электроустановок. Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются на:

электроустановки выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

электроустановки выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

электроустановки до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью;

электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Ниже приводятся некоторые основные определения.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством. Защитным заземлением называется заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Искусственным заземлителем называется заземлитель, специально выполняемый для целей заземления. Естественным заземлителем называются находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения, используемые для целей заземления.

Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Зоной растекания называется область земли, в пределах которой возникает заметный градиент потенциала при отекании тока с заземлителя.

Сопротивлением заземляющего устройства называется отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

Общие требования

Заземление применяется для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции.

Заземление электроустановок следует выполнять в следующих случаях:

) при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В выше постоянного тока -во всех электроустановках;

) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110В, но ниже 440 В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

Заземление электроустановок не требуется при номинальных напряжениях до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока.

Для заземления электроустановок в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители. Если при этом сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимые значения, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве, то искусственные заземлители должны применяться лишь при необходимости снижения плотности токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них.

В электроустановках выше 1 кВ с изолированной нейтралью должно быть выполнено заземление. В таких электроустановках должна быть предусмотрена возможность быстрого отыскания замыканий на землю. При невозможности выполнения заземления, удовлетворяющего представленным требованиям, или если это представляет значительные трудности по технологическим причинам, допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок.

Части, подлежащие заземлению:

К частям, подлежащим занулению или заземлению, относятся:

корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.;

приводы электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;

металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;

металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников, электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов. Не требуется преднамеренно заземлять:

корпуса электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземленных (зануленных) металлических конструкциях.

арматуру изоляторов всех типов, оттяжек, кронштейнов и осветительной арматуры;

съемные или открывающиеся части металлических каркасов камер распределительных устройств, шкафов, ограждений и т. п.;

корпуса электроприемников с двойной изоляцией.

Электроустановки напряжением выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью:

Заземляющие устройства электроустановок выше 1 кВ сети с эффективно заземленной нейтралью следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению, либо конструктивному исполнению, либо к ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Напряжение на заземляющем устройстве при отекании с него тока замыкания на землю не должно превышать 10 кВ. Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований предъявляемых к напряжению прикосновения, должно обеспечивать в любое время года при отекании с него тока замыкания на землю значения напряжений прикосновения, не превышающих нормированных. Сопротивление заземляющего устройства при этом определяется по допустимому напряжению на заземляющем устройстве и току замыкания на землю.

Электроустановки напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью:

В электроустановках выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства К, Ом, при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть не более:

при использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ:

= 125·I, но не более 10 Ом,

где I - расчетный ток замыкания на землю, А.

При этом должны также выполняться требования к заземлению электроустановок до 1 кВ.

при использовании заземляющего устройства только для электроустановок выше 1кВ:

R = 250·I, но не более 10 Ом.

В качестве расчетного тока принимается:

) в сетях без компенсации ем костных токов-полный ток замыкания на землю,

) в сетях с компенсацией емкостных токов: для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, -ток, равный 125% номинального тока этих аппаратов, для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, - остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов или наиболее разветвленного участка сети.

Электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью

Нейтраль генератора, трансформатора на стороне до 1 кВ должна быть присоединена к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока.

Электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью

Сопротивление заземляющего устройства используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом.

Заземляющие проводники:

В качестве заземляющих проводников могут быть использованы, металлические конструкции зданий, арматура железобетонных строительных конструкций и фундаментов, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей и т.д.

4.3 Оценка влияния доменного производства на окружающую среду

К технологическим выбросам доменного производства относится: колошниковый газ, прорывающийся из печи в атмосферу через загрузочное устройство.

Неорганизованные выбросы пыли в доменном производстве фактически начинаются с момента поступления в доменный цех шихтовых материалов и выгрузки их на рудном дворе или в бункере эстакады.

Разгрузка вагонов на рудном дворе, подача руды на бункерную эстакаду, сопровождаются повышенным образованием пыли.

Пыль в подбункерном помещении выделяется при работе вагон-весов, грохотов, лебедок и других механизмов, а также при транспортерной подаче материалов. Пыль выбивается из труб аспирационных систем.

Содержание оксида углерода в колошниковом газе зависит от состава дутья, расхода кокса, флюса, развития процессов прямого и косвенного восстановления в доменной печи. Газ из межконусного пространства выбрасывается через БЗУ.

В доменной печи вынос серы с газом из офлюсованного агломерата весьма незначителен. Из кокса некоторая часть серы улетучивается до поступления кокса к фурмам доменной печи. Значительное количество этой серы поглощается шихтовыми материалами. Остальная сера кокса сгорает у фурм до SО₂ и, поднимаясь с газами, восстанавливается углеродом кокса до элементарной серы или переходит в соединения СS, СS₂, H₂S. H₂S (сероводород) активно поглощается шихтой.

Применение офлюсованного агломерата, уменьшение выхода шлака, снижение расхода кокса, сокращают унос серы с газами. И, наоборот, повышение температуры колошниковых газов увеличивает количество уносимой серы.

Доменный (колошниковый) газ после очистки содержащейся в нем пыли, используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, для отопления котлов и других целей. Горючими компонентами в газе являются СО, Н₂ и СН₄.

Вместе с газом из доменной печи выносится значительное количество пыли. Значительное количество пыли выделяется из загрузочного устройства в момент открытия заслонок БЗУ.

На литейном дворе пыль и газы выделяются в основном от леток чугуна и шлака, желобов и участков слива и от ковшей (см. таблицу 4.2). Кроме того, доменный газ в небольших количествах выделяется через неплотности в соединениях коммуникаций охлаждающей арматуры печи, у фурменных приборов. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. При разливе чугуна в помещении разливочных машин выделяются пыль и угарный газ.

Таблица 4.2 Валовые выбросы пыли, СО и SO2 на литейном дворе

Объем печи	Условная производительность, т/сутки	Пыль		СО		S02
		кг/т чугуна	кг/г чугуна	кг/сут.	кг/т чугуна	кг/сут.
1386	2300	0,60	1400	1,00	2300	0,155	360
1513	2520	0,60	1500	0,95	2400	0,150	380
1719	2800	0,55	1600	0,90	2600	0,140	400
2014	4350	0,50	2200	0,85	3800	0,130	560

При выплавке небольшие количества серы в шлаке могут окисляться до SO₂. Обычно расплавленный шлак направляют в яму для шлака, находящуюся в непосредственной близости от доменной печи. Чтобы повысить скорость охлаждения шлака, а также, чтобы этот шлак был в дисперсном состоянии, над ним иногда разбрызгивают воду - этот процесс называют грануляцией шлака. Источниками вредных выделений при переработке шлаков являются сульфиды металлов, из которых образуются газообразные сернистые выделения. Доменные шлаковые расплавы могут содержать растворённые, в некоторых количествах, легколетучие соединения углерода, водорода, фосфора и т.д. При сливе и переработке доменных шлаков эти вещества выделяются в атмосферный воздух.

Влияние колошниковых газов на окружающую среду:

оксид углерода СО - его отравляющее действие заключается во взаимодействии с гемоглобином крови, вследствие которого гемоглобин утрачивает способность переносить кислород;

гарный газ по своим химическим свойствам является восстановителем и может быть повторно использован в доменном производстве;

диоксид углерода СО₂ растворим в воде, образует угольную кислоту и её соли. Присутствие СО₂ и угольной кислоты в метеорных водах обуславливает их углекислотную и выщелачивающую агрессивности. Эти виды агрессивности осадков воздействуют на состоящую из СаСО₃ поверхностную защитную корку бетона строительных конструкций и зависят от карбонатного равновесия воды;

валовые выбросы СО и СО₂ доменным производством могут влиять на возникновение так называемого "парникового эффекта".

Влияние шлаковых отвалов на окружающую среду весьма многообразно и весьма мало изучено. Предельно кратко его можно охарактеризовать так:

шлаковые отвалы служат вторичным источником запыления атмосферного воздуха. В результате ветровой эрозии частички шлака поступают в приземные слои атмосферного воздуха, тем самым, увеличивая его запыленность и минерализацию метеорных вод.

шлаковые отвалы, размещенные на плодородном почвенном слое, снижают его плодородие и, в конечном счете, приводят к образованию «техногенной пустыни». Негативное действие шлаковых отвалов на почву заключается в ухудшении их воздушного и водного режимов, в поступлении в почвенный раствор минеральных соединений серы и других элементов.

Поступление серы в виде сульфат-иона в почву и природные воды может вызвать их прогрессивное подкисление. Повышенное содержание сульфат-иона в природных водах ведет к массовому развитию водорослей и служит причиной эвтрифи-кации. Уменьшение содержания кислорода в почвенном воздухе служит причиной появления восстановительной обстановки, снижения значений редокс-потенциала почв и, как следствие, резкого повышения миграционной способности многих элементов с переменной валентностью, тяжелых металлов, железа и т.д.

Повышенное поступление элементов с переменной валентностью, например, тяжелых металлов, в живые организмы может вызвать их накопление в звеньях трофической цепи, а затем и гибель наиболее чувствительных организмов, являющихся "экологическими мишенями".

Для сохранения плодородного слоя почв при размещении шлаковых отвалов, верхний гумусный горизонт почв рекомендуется снять. Кроме того, размещение шлаковых отвалов вблизи водоносных горизонтов крайне нежелательно.

Шлаковые отвалы существенно изменяют городские ландшафты.

4.4 Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций

Анализ организационных и технических мероприятий по предупреждению и ликвидации взрывов в доменных печах производится на основе.

Взрывы доменных печей при нормальной работе происходят крайне редко. Они возникают при остановках или при пропусках доменных печей, при переводах воздухонагревательных агрегатов на "газ" или "дутье", а также при всякого рода аварийных прорывах горна и при других неполадках на печах и воздухонагревательных агрегатах.

Наиболее распространенными видами взрывов в доменном цехе являются взрывы вследствие встречи жидкого чугуна или шлака с водой или влажными материалами и взрывы газов. Взрыв первого вида возникает главным образом при прогарах стенок горна или лещади, в зонах леток и фурм. Взрыв второго вида происходит в газопроводах, пылеуловителях, воздухонагревателях и воздухопроводах горячего и холодного дутья.

При прорыве горна чугун подходит к телу водоохлаждаемых холодильников лещади, расплавляет их, сжигает броню и на глубине примерно 1.5 м выходит наружу.

До появления аналогичной аварии в доменном цехе печь стояла на капитальном ремонте 1-ого разряда, во время которого была заменена вся кладка печи, горна и лещади. Через месяц после ремонта и задувки печи на кожухе горна появились трещины. Попытки заварить трещину и приостановить ее распространение не дали результатов. Одновременно наблюдалось повышение температуры фундамента печи. Через сравнительно короткое время термопары, заложенные в фундамент, показывали температуру 600 °С и выше.

Такое повышение температуры фундамента вскоре после задувки свидетельствовало о форсированной работе доменной печи, начавшейся сразу после капремонта, что и привело к неравномерному разогреву кладки горна и лещади. В результате в массиве кладки появились трещины и, возможно, произошли срывы целых рядов кладки. По образовавшимся трещинам чугун из .горна проник глубоко в лещадь и подошел к холодильнику.

Однако авария не произошла, т.к. администрация цеха перевела печь на выплавку "холодного" чугуна (с малым расходом топлива); это мероприятие привело к затвердеванию чугуна, глубоко проникшего в кладку лещади, что и предотвратило аварию. В дальнейшем на печи был установлен строгий режим: не допускались большие колебания в нагревах горна.

Взрывы в фурмах. Особенно опасны взрывы в фурмах, происходящие крайне редко, На выходящую в горн часть фурмы сверху стекают продукты плавки - жидкие чугун и шлак; поэтому для большей стойкости фурмы изготавливают из красной меди, обладающей высокой теплопроводностью, и усиленно охлаждают их водой.

При таких взрывах открывается горн и через фурменное отверстие выбрасываются на рабочую площадку вокруг горна раскаленные кокс и газы, Последние в атмосфере воспламеняются и горят длинными языками пламени.

Взрывы в фурмах происходят по разным причинам; главнейшие из них - повышение давления пара, образовавшегося внутри полости фурмы, и образование взрывоопасных газо-воздушных смесей в канале фурмы

Взрывы, вызываемые повышенным давлением пара, происходят вследствие внезапного прекращения поступления воды в полость фурмы. Такие условия наступают, если почему-либо водопроводные трубки фурмы забиваются и не пропускают воду, Тогда вся оставшаяся в полости фурмы вода испаряется, и давление пара, не имеющего выхода, достигает величины, превосходящей прочность фурмы, и она разрывается. При таких взрывах отбрасывается часть фурменного прибора и травмируются люди, находящиеся вблизи.

Образование взрывоопасных газо-воздушных смесей происходит в канале фурм при остановках доменных печей или при осадках шихтовых материалов, когда давление газов и дутья выравнивается; иногда давление газов в горне становится даже выше, чем давление горячего дутья в фурменных приборах, В такие периоды газы из горна проникают в фурменные рукава и здесь встречаются с воздухом дутья, который также, как и газы, нагрет до высокой температуры; встреча их приводит к воспламенению и горению, которая иногда происходит со взрывом.

Особенно опасна встреча газов с воздухом дутья в присутствии воды ( вследствие течи фурм). Температура газов и дутья в фурменном приборе может оказаться ниже температуры их воспламенения вследствие потери тепла на испарение воды. В результате образуются взрывоопасные газо-воздушные смеси, которые и взрываются.

Взрывы в шлаковых фурмочках. В арматуре шлаковой летки фурмочка является отверстием для выпуска шлака из горна доменной печи. Через отверстие шлаковой фурмочки выпускается только шлак. Если по каким-либо причинам вместе со шлаком из летки начинает выходить чугун, то немедленно произойдет прогар тела фурмочки и охлаждающая вода начнет поступать в шлаковый канал. Обычно это заканчивается соприкосновением воды с чугуном и взрывом с выбросом фурмочки.

Взрывы и выбросы шлаковых фурмочек происходят очень часто; они вызываются двумя причинами: 1) прогаром фурмочки и встречей воды с жидким чугуном и 2) порчей подводящей или отводящей воду трубок, нагреванием оставшейся в полости фурмочки воды. Выброс фурмочки может произойти также вследствие проникновения и испарения воды в шлаковом канале фурмочки. Вследствие появления воды в канале шлак в нем охлаждается, затвердевает и закрывает отверстие для прохода пара в горн. В результате пар не имеет выхода, давление его в канале повышается и достигает такого значения, при котором он преодолевает прочность крепления фурмочки и выбрасывает ее из гнезда со взрывом.

Взрывы в шлаковых ковшах при сливах шлака. Взрывы в шлаковых ковшах происходят сравнительно редко. Они возникают вследствие скопления воды на дне чаши и присыпки ее слоем мусора, забрасываемого из литейного двора. Вода на дне чаши может оказаться также под слоем остывшего, не слитого остатка шлака.

Вода в ковши проникает вследствие выпадения атмосферных осадков или плохой работы, устройства для опрыскивания известковым раствором внутренней полости чаши, когда на дне ее скопилась вода. Слив шлака в такую чашу приводит к контакту его с мусором или коркой шлака, которые вследствие низкой их теплопроводности нагреваются медленно; в результате, пока высокая температура достигнет воды и произойдет ее испарение, ковш заполнится значительным количеством жидкого шлака. Так как шлак плотно закрывает выход образующемуся под ним водяному пару, давление его под слоем шлака повышается и достигает значения, при котором он поднимает лежащий над ним жидкий шлак и выбрасывает его из чаши.

Взрывов в ковшах при сливах в них шлака можно избежать лишь при точном выполнении правил безопасности в доменном производстве.

Основные правила, которые необходимо строго соблюдать при сливах шлака заключаются в следующем:

. Чаши под слив шлака должны подаваться сухими. Нельзя допускать заброску мусора в чаши, поставленные под слив шлака.

. Перед открытием летки мастер должен убедиться в наличии шлаковозных ковшей под носками для слива шлака и осмотреть чаши.

. Нельзя допускать постановку ковшей под слив шлака с остывшим шлаком на дне чаши.

Взрывы газов. Образующиеся в горне каждой работающей доменной печи газы, поднимаясь сквозь толщу шихтовых материалов на колошник, отдают им свое тепло и: взаимодействуя с окислами железа, восстанавливают его.

Из печи газы поступают через газоотводы в наклонные газопроводы, оттуда в пылеуловители и дальше в общую газовую сеть и на газоочистку. Количество образующихся газов в доменных печах зависит от объема печи и от сорта выплавляемых чугунов. По опытным данным в доменных печах объемом 2014 м', при выплавке передельных чугунов, выход газа составляет 380000 м* /час.

При нормальной работе доменных печей воздух окружающей атмосферы не может проникнуть в газопроводы и в газовые системы вследствие более высокого в них давления газов. Воздух может проникнуть в газопроводы только при снижении давления газа, что происходит при всевозможных неполадках. Например, при внезапных остановках доменной печи, при самопроизвольных и принудительных осадках и т.д.

Наиболее часто взрывы газов возникают в следующих местах: в газо- и воздухопроводах доменной печи и в аппаратах для нагрева воздуха, в пылеуловителях и на колошнике доменной печи. Предотвратить взрыв можно только точным выполнением инструкций по пуску и остановке печей при аварийных остановках.

Взрывы газов в пылеуловителях. Выходящие из доменной печи газы по газоотводам и наклонным газопроводам поступают в пылеуловитель, где происходит выпадение наиболее крупных частиц пыли шихтовых материалов, унесенных газами из доменной печи. За пылеуловителем расположены отсечные устройства-тарельчатый отделительный клапан и листовая задвижка, - при помощи которых, в случае необходимости, доменная печь отделяется от общей газовой сети и газоочистки.

Особенно опасное положение наступает после закрытия тарельчатого отделительного клапана при выдувках печи, когда доменная печь отсоединяется от общей газовой сети и газоочистки; тогда газопроводы и пылеуловитель образуют тупиковую газопроводную систему, заполненную газом, который находится в неподвижном состоянии.

Когда же давление в печи понижается до атмосферного, газы, находящиеся в тупиковой системе, начинают перемещаться в сторону, обратную принудительному, т.е. от пылеуловителя к печи: и выходят наружу через открытые атмосферные клапаны печи.

В пылеуловителях и во всей системе газопроводов при выдувках доменных печей взрывы не происходят, если строго соблюдаются следующие основные правила, изложенные в инструкциях:

. К выдувке доменной печи можно приступать только после тщательной подготовки печи к остановке. В печи не должно быть костылей; чугун и шлак должны иметь нормальный состав и температуру. Ход печи должен быть ровный, без осадок и состав газа нормальный.

. Выдувку печи следует проводить медленно, не допускать во время выдувки осадок шихтовых материалов и остановок печи.

. Во время выдувки печи газовыпускной клапан на пылеуловителе должен быть, как правило, закрыт.

. Нельзя допускать обильной подачи воды в печь во время выдувки; вода в больших количествах проникает глубоко в шихтовые материалы, охлаждает жидкие первичные шлаки, которые затвердевают и закрепляются на стенках кладки, что и приводит к осадкам.

Взрывы газов в межконусном пространстве. При остановках доменных печей создаются условия для образования и взрыва газо-воздушной смеси в межконусном пространстве засыпного аппарата.

Здесь так же, как и в пылеуловителях, вследствие естественной тяги, создаваемой газоотводами печи, наступает разряжение и через неплотности в местах прилегания конуса к кромке чаши и открытую загрузочную воронку воздух проникает в межконусное пространство и смешивается с газом, выходящим из печи.

Воспламенение взрывоопасной смеси происходит от искр, вырывающихся из раскаленных шихтовых материалов, находящихся в печи.

Взрывы эти возможны только при остановках доменных печей, они исключаются при соблюдении следующих мер предосторожности:

) при кратковременных остановках (не больше двух часов) необходимо подавать пар в межконусное пространство и в течение всего времени остановки дутья поддерживать в нем давление выше атмосферного;

) при продолжительных остановках дутья (более двух часов) необходимо открыть люки газового затвора и конуса, поджечь газ на поверхности шихты в печи и установить строгий контроль за его горением. Для этого на шихтовых материалах под колошником разводят костер из дров или загружают раскаленный кокс. Воздух для горения дров или кокса поступает через открытые люки на газоотводах.

Анализ вредных и опасных факторов доменного производства показывает, что доменные цеха в основном загрязняют воздушный бассейн пылью при открытой разгрузке вагонов на бункерной эстакаде, выбросами от систем аспирации подбункерных помещений, из межконусных пространств доменных печей, от литейных дворов при выпуске и разливке чугуна и шлака. При транспортировке и переработке доменного шлака происходит загрязнение окружающей среды соединениями серы.

Водные объекты загрязняются взвешенными и механическими веществами, а также химическими веществами: известью, железом, окисями калия и другими элементами.

Загрязнение почвы происходит в результате миграции в почву тяжелых металлов таких как свинец, ртуть, никель, мышьяк и т.д. размещения на плодородном слое шлаковых отвалов, что снижает плодородие почвы и, в конечном счете, приводят к образованию "техногенной пустыни". Негативное действие шлаковых отвалов на почву заключается в ухудшении их воздушного и водного режимов, в поступлении в почвенный раствор минеральных соединений серы и других элементов, а также тяжелых металлов, которые накапливаются в растениях и могут передаваться по трофическим цепям, вызывая отравления.

Также происходит влияние выбросов на растения. Химические соединения, содержащиеся в выбрасываемом газе, пагубно влияют на растения, вызывая ожоги, что может привести к его гибели, а также большое количество пыли оседает на растениях, препятствуя процессу фотосинтеза, что тоже приводит к гибели растения.

Заключение

В данном дипломном проекте спроектирован электропривод механизма наклона лотка БЗУ доменных печей ОАО «ММК».

При проведении анализа технологических режимов сформулированы основные требования, предъявляемые к электроприводу механизма.

На основе требований технологии был выбран приводной электродвигатель переменного тока фирмы Siemens типа 1LA7131-4АА.

С учетом номинальных данных двигателя и требований технологического процесса был выбран комплектный частотный преобразователь фирмы Simovert Masterdrives 6SE7022-1EP60. Частотный преобразователь применяющийся для питания двигателя подключается к сети переменного тока 380В через токоограничивающий реактор типа 4EP36 00-2DS производства Siemens.

Разработана структурная системы автоматического регулирования электроприводом. Рассчитаны основные параметры системы ТПЧ-АД и все необходимые параметры контуров регулирования, коэффициентов обратных связей и датчиков.

Принципиальная электрическая схема системы управления электроприводом реализована на микропроцессорной базе Simovert Masterdrives цифрового действия.

С точки зрения экономических затрат, проект разработки не приводит к уменьшению прибыли предприятия. Разработка современного привода приводит к увеличению качества продукции, производительности.

Условия труда и его охрана удовлетворяет всем санитарным нормам. Уровни вредных выбросов на предприятии, опасных и вредных производственных факторов не превышают допустимых значений. Для защиты работающего персонала от воздействия этих факторов приняты все необходимые меры.

Список использованных источников

1. Косматов В.И. Проектирование электроприводов металлургического производства. Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 244 с.

. Механическое оборудование доменных цехов. Левин М.З., Седуш В. Я. - Киев: Высшая школа, 1970. - 220 с.

. Электропривод машин непрерывного литья заготовок. Марголин. Ш.М. - М.: Металлургия, 1987. 279 с.

. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/ И.Х. Евзеров, А. С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; Под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

. Замятин В.Я., Кондратьев Б.В., Петухов В.М. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. М.: радио и связь, 1988. 576 с.

. SIMOVERT MASTERDRIVES VC. Каталог DA 65.10.2001-2002. Siemens AG, 2001. - 302с.

7. Simovert Masterdrives. Vector Control (VC). Betriebsanleitung. Teil 2. Siemens, 1998. - 256с.

. Лукин А.Н. Системы автоматизированного электропривода с векторным управлением асинхронных двигателей: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1804. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - 50с.

. Ценник на монтаж оборудования №8. Электрические установки. 3-е изд. М.: Стройиздат, 1983.

. Бахольская Л.И. Экономика, организация и планирование производства: Методические указания по дипломному и курсовому проектированию для студентов специальности 180400 дневной и заочной форм обучения. Магнитогорск: МГТУ, 2001.

. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - Санкт Петербург, 2000.