Готовые кабели MOTION ‑ CONNECT Используются, если датчики положения двигателей без интерфейса DRIVE – CLiQ подключаются к сенсорным модулям. 3 страница

, (3.1)

где – статический момент нагрузки, приведенный к валу листоправильной машины в системе СГС;

– статический момент нагрузки, приведенный к валу двигателя в системе СИ.

Вращение вала на , показано на рисунке 1.12, отвечает одному циклу правки, который составляет 2 с. Статический момент загрузки приведенный, к валу двигателя, показан на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Зависимость статического момента на валу двигателя в течении

одного цикла правки полосы

Изменение статического момента, показаное на рисунке 3.3, приводится к тахограмме работы привода, приведенной на рисунке 3.1, тоесть правка происходит втечении времени от 2,4 с до 35,4 с после начала цикла работы. В это время момент является максимальным и составляет значение Нм, рассчитанное више. При этом вращение на отвечает 2 с, а значение промежуточных точек зависимости полученые сопоставлением ординат тахограммы (рисунок 3.1) и экспериментальной диаграммы изменения статического момента (рисунок 1.12).

Действуя аналогичным образом, превращаем диаграмму махового момента машины (рисунок 1.11) до зависимости, что илюстрирует изменение во времени момента инерции механизма, приведенного к валу двигателя. Приведение махового момента машины к моменту инерции выполняется по формуле

, (3.2)

где – маховый момент механизма машины, приведенный к валу машины без учета муфты (по диаграмме на рисунке 1.11);

– момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя.

Для получения плавной кривой и повышения точности описания экспериментальных точек применяем кубическую сплайновую интерполяцию, которую выполняем в программной среде Mathcad. На рисунке 3.4 приведена кривая, полученная в результате интерполяции. Экспериментальные точки, используем для построения кривой сведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Экспериментальные точки для определения переменного момента инерции, приведенного к валу двигателя

, c		2,5		7,5		12,5		17,5
,	4,477	4,514	4,452	4,306	4,094	3,831	3,534	3,217	2,919
, c	22,5		27,5		32,5		37,5		42,5
,	2,735	2,772	3,107	3,542	3,723	3,313	3,209	3,375	3,968

Продолжение таблицы 3.1

, c		47,5		52,5	53,6	54,62	55,65	56,7	57,75
,	4,421	4,558	4,596	4,45	4,169	3,984	3,731	3,376	3,01
, c	58,3	58,85	59,0	59,5
,	2,827	3,011	3,419	3,939	4,477

Рисунок 3.4 – Зависимость приведенного к валу двигателя момента инерции механизма в течении одного цикла правки листов листоправильной машиной

3.1.2 Моделирование электромеханической системы листоправильной машины с векторным управлением при работе по тахограмме непрерывной правке полосы на листы размерной длины

Реализацию зависимостей статического момента нагрузки и момента инерции от времени на протяжении одного цикла правки, показаных на рисунках 3.3 и 3.4 выполняем по экспериментальным точкам в MATLAB Simulink при помощи блоков Signal Builder (рисунки 3.5, 3.6).

Рисунок 3.5 – Зависимость статического момента на валу двигателя в течении

одного цикла правки полосы листоправильной машиной, задана у блоці Signal Builder

Рисунок 3.6 – Зависимость приведенного к валу двигателя момента инерции механизму впродовж одного циклу різання, задана у блоці Signal Builder

3.2 Повышение энергетической эффективности стана 2300 холодной правки путем оптимизации энергопотребления электромеханической системой листоправильной машины

3.2.1 Сущность совершенствования системы векторного управления электропривода листоправильной машины и структурная схема с предложенным усовершенствованием

Главная идея совершенствования системы управления электроприводом листоправильной машины является замена частотного преобразователя (инвертора) SINAMICS S120 ServoControl на более усовершенствованный и экономически выгодный инверторOmron CIMR – G7C4300с учетом сменности статического момента нагрузки и момента инерции и использование момента нагрузки для управления потокосцепления ротора. То есть в предложенной системе автоматического управления потокосцепления ротора не остается постоянным на уровне 6,009 Вб, а меняется, повторяя характер изменения нагрузки (при увеличении нагрузки потокосцепление увеличивается). Когда нагрузка постоянная, то также не меняется.

Сущность изменений, вносимых в структурной схемы системы автоматического управления, заключается в создании дополнительного канала передачи информации с моментом нагрузки. При этом принимается во внимание, что потокосцепления не может быть уменьшено ниже некоторой величины, так как система пойдет в разнос, состоится переброска двигателя вследствие падения критического момента через малую величину напряжения статора. Предложенная система управления электроприводом листоправильной машины будет реализовывать одновременно как принцип управления по отклонению (Ползунова – Ватта), так и принцип управления по возмущению (принцип Понселе), т.е. будет комбинированной [13-16].

Структурная схема электромеханической системы с векторным управлением асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, включающий предлагаемое совершенствование, приведена на рисунке 3.33.

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Технико-экономическое обоснование модернизации электромеханической системи листоправильной машины

Развитие теории машин переменного тока, создание усовершенствованных силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе, использования современных способов управления, включая микропроцессорные, позволили создать высококачественные и надёжные системы регулированых асинхронных электроприводов, которыеявляются основным видом регулированого электропривода.

В 2002 году в Европпе из общего числа регулированых приводов электроприводы переменного тока составили 68%, электроприводы постоянного тока – 15%, механические и гидравлические приводы – 17%. Тенденция роста доли регулированых асинхронных электроприводов сохранится и в дальнейшем, поскольку массовый регулированый электропривод может быть реализован только на базе асинхронных двигателей. Это связано с тем, что в диапазоне мощностей до 100 кВт их изготавливаетсяв50 раз больше, чем двигателей постоянного тока.

Широкое использование регулированых электроприводов привело к тому, что современный электропривод является не только энергосиловой установкой, которая позволяет обеспечить призводственные механизмы необходимой механической энергией, но и способом управления технологическими процессами, поскольку задание по реализации качества производственных процессов в данное время в большенстве случаев ложатся на системи управления регулироваными электроприводами в объединении с системами технологической автоматики. в связи с ростом цен на энергоносители, в частности на электроэнергию, проблема энергосбережения прилбретает особенной актуальности.

Энергосбережение стало одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Это связано, во-первых, с ограниченностью и необновлению основных энергоресурсов, во-вторых, сбезпрерывным ростомтрудностей их добычи и стоимости, в-третьих, с глобальными экологическими проблемами, которые отразились на рубеже тысячилетий.

Энергосбережение является наиболее дешевым и безопасным способом увеличения энергогенерирующих мощностей, посколькузатраты на экономию 1 кВт мощности обходятся в 5 раз дешевле, чем стоимостьна введение 1 кВт мощности.

Основные потери (до 90%) приходятся на сферу энергопотребления, в которой могут быть сконцентрированы основные усилия по энергосбережению.

Поскольку электроприводы потребляют до 70% электроэнергии, то наиболее существенная экономия электроэнергии может быть достигнута при использовании регулированых электроприводов для управления технологическими процессами, что в объединении с возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование электроэнергии и других ресурсов.

В связи с тем, что среди регулированных электроприводов доминирующее положение занимают частотно-регулированые асинхронные электроприводы, их массовое использование позволяет решать не только технологические задания, но и проблему энергосбережения.

Использование частотно-регулированого электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем позволяет существенно повысить надежность работылистоправильной машины и снизить потребляемую ей электроэнергию.

Особенно важным для снижения энергопотребления является рациональное использование электроэнергии в электроприводе листоправильной машины, что приводит к повышению её энергетической эффективности.

Возможность повышения энергетической эффективности машины вытикаетиз того, что во время выполнения технологического процессаправки металла момент статической нагрузки имеет резко изменяющийся характер, принимая наибольшие значения в короткие промежутки времени (непосредственно впроцессе правки). Извесно, что величина потокосцепления в электромеханической системе с векторным управлением влияет на стойкость и энергопотребление.

В дипломном проекте предложено выполнить управление электроприводом таким образом, чтобы потокосцепление приобретало наибольшее значение только непосредственно во время правки, а в другие моменты времени было на минимально допустимом для устойчивой работы уровне, что дает возможность снизить энергопотребление машины на несколько процентов.

4.2 Расчёт и сопоставление капитальных затрат

Исходные данные для технико-экономических расчетов сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Исходные данные для технико-экономических расчетов

Исходные данные	Базовый вариант	Новый вариант
Должностной оклад оператора До, грн.
Стоимость оборудования электроприводаЦоб, грн.
Коэффициент полезного действия двигателяh, %
Коэффициент использования оборудования по времени Кв	0,9	0,9
Коэффициент использования оборудования по мощностиКм	0,8	0,8
Стоимость1 кВт час электроэнергии для промышленныхпотребителейSэ, грн.	0,51	0,51
Количество текущих ремонтов за год
Количество средних ремонтов за год
Должностной оклад оператора До, грн.
Стоимость оборудования электроприводаЦоб, грн.
Коэффициент полезного действия двигателяh, %
Коэффициент использования оборудования по времени Кв	0,9	0,9

Продолжение таблицы 4.1

Исходные данные	Базовый вариант	Новый вариант
Коэффициент использования оборудования по мощностиКм	0,8	0,8
Стоимость1 кВт час электроэнергии для промышленныхпотребителейSэ, грн.	0,51	0,51
Количество текущих ремонтов за год
Количество средних ремонтов за год
Количество капитальных ремонтов за год
Экономия энергии за счёт оптимизации алгоритма управления, %		5,5

В экономических расчетах в определении капитальных вложений в средства автоматизации включаютрасчет капитальных вложений по базовому варианту и по проектированному.

К капитальным затратам по каждому варианту электромеханической системы относят:

– стоимость нового оборудования системы;

– стоимость резерва;

– стоимость строительно-монтажных работ, в том числе зарплата;

– транспортные расходы на доставку оборудования;

– заготовительно-складские расходы.

Стоимость резерва составляет 30% от стоимости основного оборудования. Расходы на площадь помещения, где расположено оборудование, транспортные и заготовительно-складские работы принимаются соответственно 20, 6 и1,5% от стоимости основного оборудования. Стоимость строительно-монтажных работ составляет 15% от стоимости основного оборудования (50% от этой суммы составляет зароботная плата).

В общем виде сумма капитальных затрат определяется по формуле

К=S_об+S_рез+S_пл+S_тр+S_з.с,

где К – капитальные вложения;

S_об – стоимость оборудования, включая монтажные работы;

S_рез – стоимость резерва;

S_пл – стоимость площади, которую занимает оборудование;

S_тр– транспортные затраты на доставку оборудования;

S_з.с – заготовительно-складские затраты.

Расчитаем капитальные затраты на электрооборудование базового варианта. К основному производственному оборудованию относится асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым роторомK21F315L4, випрямитель Sinamics S120 6SL3320-1TE40-1AA0, инвертор Sinamics S120 6SL3320–1TE36–3AA0 и модуль SMC30, необходимый для подключения датчиков. Рыночная стоимость асинхронного двигателя K21F315L4 составляет85000 грн, ориентировочная стоимость випрямителя – 90000 грн, инвертора – 80000 грн, модуля SMC30 для подключения датчиков – 14000 грн.

Таким образом, общая стоимость оборудования по базовому варианту составляет

Ц_об= 85000 + 90000 + 80000 + 14000 = 269000 грн.

Затраты на строительно-монтажные работы составляют

S_с.м.р = Ц_об 0,15 = 269000 · 0,15 = 40350 грн.

Зарплата строительно-монтажных рабочих

З_с.м = 0,5S_с.м.р = 0,5 · 40350 =20175 грн.

Тогда по оборудованию имеем

S_об = Ц_об + S_с.м.р.= 269000 + 40350 = 309350 грн.

Стоимость резерва

S_рез = Ц_об 0,3= 269000 ·0,3 = 80700 грн.

Стоимость площади, которую занимает электрооборудование

S_пл=Ц_об 0,2 = 269000 ·0,2 = 53800 грн.

Транспортные затраты на доставку оборудования

S_тр=Ц_об 0,06= 269000 ·0,06 =16140 грн.

Заготовительно-складские затраты:

S_з.с=Ц_об 0,015= 269000 ·0,015 = 4035 грн.

Общая сумма капитальных затрат по базовому варианту составит

К_баз=S_об+S_рез+S_пл+S_тр+S_з.с=309350+ 80700 + 53800 +16140 +4035=464025 грн.

Расчитаем капитальные затрати на электрооборудование нового варианта. Двигатель, выпрямитель и модуль SMC30 остаются из базового варианта. К ним добавляется инверторOmron CIMR – G7CОн имеет класс точности 0,1% и рыночную стоимость приблительно 81850 грн. Стоимость оборудования по новому варианту составит

Ц_об=85000 + 90000 + 81850 + 14000 = 270850 грн.

Поскольку новый вариант не предпологает установки мощного и габаритного оборудования, то затраты на строительно-монтажные работы примем в размере 2% от стоимости основного оборудования.

Затраты на строительно-монтажные работы относительно электрооборудования

S_с.м.р = Ц_об · 0,02 = 270850 · 0,02 = 5417 грн.

Зарплата строительно-монтажных работников

З_с.м = 0,5S_с.м.р = 0,5 · 5417 = 2708,5 грн.

Вообщем по оборудованию имеем:

S_об = Ц_об + S_с.м.р.= 270850 + 5417 = 276267 грн.

Стоимость резерва

S_рез=Ц_об · 0,3 = 270850 · 0,3 = 81255 грн.

Стоимость площади, которую занимает электрооборудование

S_пл=Ц_об · 0,2 = 270850 · 0,2 = 54170 грн.

Транспортные затраты на доставку оборудования

S_тр=Ц_об · 0,06 = 270850 · 0,06 = 16251 грн.

Заготовительно-складские затраты

S_з.с=Ц_об · 0,015= 270850 · 0,015 = 4063грн.

Общая сумма капитальных затрат по новому варианту составит

К_нов=S_об+S_рез+S_пл+S_тр+S_з.с= 276217+ 81255+ 54170 + 16251+ 4063=431956 грн.

Разница в суммах капитальных затрат объясняется наличием дополнительного оборудования, что устанавливается в новом варианте.

4.3 Расчет и сопоставление эксплуатационных затрат

При расчёте годового экономического эффекта необходимо знать себестоимость единицы продукции в сравнении с базовым вариантом.

Себестоимость продукции – это затраты на производство продукции при каждом производственном цикле её изготовления. Экономия затрат на производство определяется путём сопоставления затрат в базовом варианте и в варианте, что проектируется.

При расчете годовых затрат на производство продукции ко вниманию принимаются следующие технологические изменения:

– в результате проведенной модернизации снижается энергопотребление электромеханической системылистоправильной машины для холодной правки металла;

– система автоматического управления, что внедряется, повышает уровень автоматизации электромеханической системы и выдвигает более жесткие условия к операторам, которые её обслуживают.

Принимая во внимание при расчете годового экономического эффекта перечисленные више изменения, изменяемая часть технологической себестоимости может быть представлена следующим образом

С=С_а+ С_э+ С_зп+ С_ро+С_др,

где С_а – годовые амортизационные отчисления;

С_э – затраты на электроэнергию, что потребляется электроприводом;

С_зп – зарплата персонала, что обслуживает систему управления;

С_ро – затрати на ремонт оборудования;

С_др – другие затрати.

Годовые амортизационные отчисления по каждому варианту расчитывается по формуле

С_а=(N_а Ц_об)/100,

где N_а – норма амортизационных отчислений (берём 15% для нового и 25% для базового варианта);

Ц_об – стоимость основного оборудования.

Амортизационные отчисления:

– по базовому варианту

С_а.баз = 25 · 269000/100 = 67250 грн.

– по новому варианту

С_а.нов = 15 · 270850/100 = 40627,5 грн.

К амортизационным отчислениям на оборудование следует добавить отчисления на площадь, тогда получим полные амортизационные отчисления за год.

Отчисления на площадь составят:

– по базовому варианту

С_а.пл.^баз= (10 · 53800)/100 = 5380 грн,

– по новому варианту

С_а.пл^нов = (8 · 54170)/100 = 4333,6 грн.

Норма амортизации для базового варианта 10% и 8% для нового.

Полные амортизационные отчисления:

– по базовому варианту

С_а^баз = С_а.баз + С_а.пл^баз = 67250 + 5380 = 72630 грн,

– по новому варианту

С_а^нов = С_а.нов + С_а.пл^нов= 40627,5+ 4333,6 = 44961,1 грн.

Расчитаем затраты на электроэнергию, что потребляется:

С_е=(Р/h)·Т_эф·К_и·К_м·S_э,

где Р – номинальная мощность двигателя, кВт;

h – коэффициент полезного действия электрооборудования;

Т_эф – эффективный фонд рабочего времени, час;

К_и – коэффициент использования оборудования по времени;

К_м – коэффициент использования оборудования по мощности;

S_е – стоимость 1 кВт час электроэнергии, грн/кВт час.

Используя таблицу4.1, примем коэффициент использования оборудования повремени – 0,9, по мощности – 0,8, коэффициент полезного действия – 0,9,как для базового, так и для нового вариантов. Стоимостьэлектроэнергии в промышленности принимаем0,51 грн/кВт час.

Эффективный фонд времени по обеим вариантам при работе цеха в одну смену составляет

Т_эф=8·22·12=2112 час.

Определим затрати на электроэнергию в базовом варианте

С_э.баз = (325/0,9)·2112·0,96·0,8·0,51 = 298721,3 грн.

В соответствии с выполненными в дипломном проекте исследованиями на математической модели, энергопотребления электромеханической системы с предложенным усовершенствованием снижается в среднем на 5,5%. Поэтому энергопотребление по новому варианту можно вычислить следующим образом

С_э.нов = 298721,3·(100 – 5,5)/100 = 282291,62.

Модернизация системы управления требует повышения квалификации персонала, что её обслуживает (операторов). Работники находятся на должностных окладах, расчет ведется по формуле

С_зп = Д_о · К_п · К_д · S_м · К_з · n,

где Д_о – должностной оклад оператора, грн;

n – количество операторов, что обслуживают систему управления;

S_м – количество месяцев работи, S_м=12;

К_п – коэффициент, что определяет процент премии до основной зарплаты, К_п=1,15;

К_д – коэффициент дополнительной зарплаты, К_д=1,1;

К_з – коэффициент сменности работы оборудования, К_з=1,4.

Для обслуживания системы управления нужно, чтобы работало два человека Тоесть, один человек в смену при двухсменном режиме работы, поэтому n=2.

Используя исходные данные с таблицы 4.1, определяем зарплату обслуживающего персонала для базовой системы

С_зп.баз= 1800 ·1,15·1,1·12·1,4·2 = 76507,2 грн.

Зароботная плата операторов для модернизированой системы

С_зп.баз=2500·1,15·1,1·12·1,4·2 = 106260 грн.

Рассчитаем затраты на ремонт оборудования.

Стоимость материалов при ремонте можно определить как процент от балансовой стоимости системы по формуле

С_ро = (Ц_об · Н_ТОиР)/100,

где Ц_об – стоимость основного оборудования;

Н_ТОиР – процент отчислений на техническое обслуживание и ремонт, для базового варианта электропривода Н_ТОиР.б.=15%, а для модернизированного – Н_ТОиР.м.=10%.

Таким образом, для базовой системы электропривода затраты на ремонт составят следующее значение

С_ро.баз = (269000 · 15)/100 = 40350 грн.

Для модернизированного варианта

С_ро.нов = (270850 · 10)/100 = 27085грн.

В смете годовых эксплуатационных затрат другие затраты принимаются в размере 1% от суммы капитальных вложений.

Для базового варианта

С_др.баз=0,01·К_баз=0,01·464025= 4640,25 грн.

Для нового варианта

С_др.нов =0,01·К_нов =0,01·431956= 4319,56 грн.

Для анализа эксплуатационных затрат полученные данные представим в виде таблицы4.2.

Таблица 4.2 – Эксплуатационные затраты

Продолжение таблицы 4.2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: