38568

Автоматизированная система коммерческого учета топлива для автозаправочной станции с.Заречный

Дипломная

Бухгалтерский учет и финансовый аудит

В задании на проектирование АЗС указывают: район или пункт строительства, количество заправок в сутки, число и продолжительность рабочих смен, способ доставки горюче-смазочных материалов на станцию, источники тепло-, энерго- и водоснабжения, канализацию, связь и радиофикацию, наименование типового проекта

Русский

2013-09-28

11.54 MB

205 чел.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Уровнемер – комплект приборов, состоящий из одного или нескольких преобразователей и вторичных приборов, соединенных между собой линией связи.

Преобразователь – измерительное устройство, преобразовывающее физические величины измеряемой среды (уровень, температуру, плотность) в цифровой электрический сигнал.

Преобразователь герконовый – преобразователь, принцип измерения уровня которого основан на применении магниточувствительных контактов (герконов), изменяющих свое состояние под воздействием магнитного поля.

Преобразователь магнитострикционный - преобразователь, принцип измерения уровня которого основан на эффекте магнитострикции.

Вторичные приборы – устройства, осуществляющие дальнейшее преобразование электрических сигналов, блоки питания. К ним относятся:

  •   многоканальный сигнализатор (МС – показывающий цифровой прибор;
  •   сигнализатор (сирена) ВС – звуковой и/или световой сигнализатор;
  •   блок коммутации БК – устройство, осуществляющее переключение выходных контактов реле по сигналам преобразователей;
  •  блок питания БП – устройство, преобразовывающее сетевое (бортовое) напряжение в стабилизированное напряжение питания;
  •  блок питания-коммутации БПК – устройство, совмещающее в себе функции блока питания БП и блока коммутации БК;
  •  адаптеры RS-232, RS-232-485 – устройства, преобразовывающие сигналы линии связи в стандартные сигналы интерфейсов RS-232, RS-485.

Линия связи – трехпроводная линия («минус», «линия», «плюс»), по которой осуществляется связь между преобразователями и вторичными приборами. Линия связи также служит для питания следующих приборов: преобразователей, сигнализаторов МС, ВС. Обмен информацией по линии связи осуществляется по внутреннему цифровому протоколу.

Адрес – число от 1 до 254, присваиваемое устройству в линии связи. Каждое устройство имеет встроенный контроллер и индивидуальный адрес. Все параметры устройств, в том числе их адрес, могут быть изменены (перепрограммированы) по линии связи.  

Модульное построение уровнемера – многовариантное построение системы измерения с набором требуемых функций из преобразователей и вторичных приборов различных типов.


СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическими процессами

ТП – технологический процесс

ТРК – топливораспределительная колонка

ГРЩ – главный распределительный щит

ЩУ – щит управления

АРМ – автоматизированное рабочее место

АЗС – автозаправочная станция

ЖМТ – жидкое моторное топливо

ПК – персональный компьютер

СУ – система управления

ИП – измерительный прибор

МПУЖ – магнитострикционный преобразователь уровня жидкости

МС – многоканальный сигнализатор

БК – блок коммутации

БП – блок питания

БПК  - блок питания-коммутации

ВС – звуковой и/или световой сигнализатор

ГСМ – горюче–смазочные материалы

ИМ – исполнительный механизм

БД – база данных

МРВ – монитор реального времени


ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач любого производства является обеспечение минимальной себестоимости производимой продукции, безопасной эксплуатации производственных мощностей, а также увеличение срока службы основного и вспомогательного оборудования. Это стало возможно с развитием средств вычислительной техники.

В связи с развитием средств вычислительной техники стало возможно контролировать различные параметры систем, проводить измерения с большой точностью,  не находясь в непосредственной близости от объекта управления.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

  •  автоматически учитывать непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;
  •  автоматически управлять процессами в условиях, вредных или опасных для человека.

В настоящее время в условиях жесткой конкуренции нефтяным компаниям приходится бороться за каждый рубль прибыли, поэтому вопрос об уменьшении издержек производства становится первостепенным. Рациональное размещение производственных объектов, а так же жесткий учет всех параметров системы играет здесь ключевую роль

К системе управления предъявляются дополнительные требования, одно важное требование, обусловленное удаленностью объектов, – высокая  надежность. Это связано с тем, что простой АЗС обходится дорого, а среда, в которой они работают, довольно агрессивна (как с точки зрения человеческого фактора, так и в плане условий эксплуатации – перепады температур до 50 – 60 градусов, нестабильность подаваемого на электрооборудование напряжения и т. д.). Кроме того, предъявляются высокие требования к эргономике и простоте интерфейса –оператор системы работает в условиях больших нагрузок, поэтому пользовательский интерфейс должен максимально способствовать уменьшению вероятности появления ошибок при вводе данных или при оценке отображаемой информации.

Раньше злоупотребления носили преимущественно технический характер и были связаны с недостатками оборудования (неточность учета топлива в резервуарах и ТРК позволяла получать несколько десятков литров «лишнего» топлива, сбои оборудования или неконтролируемые отключения также давали возможность списать потери топлива на технику, то в последнее время точность и надежность оборудования повышаются (особенно на новых АЗС). Современные системы автоматизации,  позволяют с высокой точностью отследить время и причины останова/сбоя техники, зафиксировать возможные потери; кроме того, эти системы ведут историю всех технологических и финансовых операций, позволяют восстановить последовательность действий оператора вплоть до выписки чека (т. е. до отдельного отпуска товаров). Информация о текущей работе АЗС может отправляться в офис без ведома оператора станции (по регламенту, заданному менеджером в центральном офисе). Все это резко сужает возможности «технических» злоупотреблений. Поэтому растет доля злоупотреблений, связанных с недостатками в постановке бизнес-процессов. Другими словами, в настоящее время все большее количество злоупотреблений перемещается из разряда технических в разряд организационных, и тут как раз важны системы учета, которые сводят воедино процессы всей сети АЗС (технологические, торговые, финансовые операции как на отдельных заправках, так и в сети АЗС и на связанных с ними нефтебазах).

Темой дипломного проекта выбрана автоматизированная система коммерческого учета топлива для автозаправочной станции с.Заречный, которая в данный момент находиться на стадии строительства.

 В задании на проектирование АЗС указывают: район или пункт строительства, количество заправок в сутки, число и продолжительность рабочих смен, способ доставки горюче-смазочных материалов на станцию, источники тепло-, энерго- и водоснабжения, канализацию, связь и радиофикацию, наименование типового проекта, операции и объекты подлежащие автоматизации, типы приборов и оборудования, благоустройство и архитектурное оформление заправочной станции. Также предусматриваются: подъездные пути, характеристика основных конструкций, способ строительства, исходные материалы, возможность расширения объекта, сроки строительства и ввода заправочной станции в строк.

В дипломной работе произведены расчеты по параметрам резервуаров, выборе трубозапорной арматуры, сравнительный анализ датчиков измерения уровня и выбор подходящего под заданные параметры системы, расчет поправок его установки, схемы трубопроводов, электрические схемы соединений и схему взаимодействия приборов в системе контроля.


  1.  ПРЕДПРОЕКТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы – проектирование автоматизированной системы для измерения уровня, массы и объема, предотвращения переполнения резервуара, и выход параметров на ПК.

В процессе проектирования автоматизированной системы для измерения уровня, массы и объема, предотвращения переполнения резервуара, и выход параметров на ПК для коммерческого учета нужно определить и разработать:

  •  определить кол-во резервуаров и их объем;
  •  рассчитать поправки на установку уровнемера;
  •  выбрать контрольную и трубозапорную аппаратуру;
  •  спроектировать схему соединения устройств контроля и связи;
  •  выбрать схему передачи данных от оператора в головной офис.

  1.  Основные цели создания автоматизированной системы контроля

Приведение технологического процесса переработки нефтепродуктов в соответствие с действующими нормами и правилами:

  •  обеспечение высокой надёжности и отказоустойчивости системы контроля и управления;
  •  улучшение условий труда обслуживающего установку персонала.

  1.  Задачи автоматизации системы контроля

Поставленные цели в пункте 1.1 определили следующие задачи автоматизированной системы:

  •  интеграция в единый управляющий комплекс оборудования контроля;
  •  использование современного оборудования распределённой системы управления;
  •  организация каналов связи с оборудованием, для получения данных из этих систем, их визуализации, сигнализации отклонения от установленных границ и архивирования;
  •  разработка алгоритмов управления, обеспечивающих безопасную эксплуатацию установки, безаварийные пуск и остановки отдельных агрегатов и установки в целом;
  •  использование Internetтехнологий для реализации возможности удалённого получения информации по системе для оперативного принятия решений и контроля работы оператора.

Для обеспечения надежности системы применено двойное резервирование системы и резервирование контролера. К ним относятся: сетевые средства подсистемы связи, а также аппаратные средства подсистем технологического оборудования (дублирование). Применена дублированная система питания с аккумуляторной поддержкой.

Схемотехническими решениями обеспечивается: искрозащита цепей

датчиков; гарантированное электропитание; наличие системных средств отказоустойчивости.

К системным средствам обеспечения отказоустойчивости относятся: встроенная самодиагностика, резервирование, «безударное» переключение между основным и резервным оборудованием.

Повышенная надежность и отказоустойчивость системы обеспечиваются: дублированием управляющих контроллеров и интерфейсов связи, непрерывным фоновым тестированием аппаратных средств, диагностикой состояния линий связи с объектом, возможностью замены неисправных модулей.

На АЗС будет установлено четыре резервуара под топливо (А-76, Аи-95, Аи-92 и ДТ) объемом по 25 м3., нужно вычислить допустимые размеры резервуаров для конкретного случая, установить длину уровнемера, посчитать поправки на его установку, и установку датчиков температуры и связать это в единую автоматизированную систему, которая будет контролировать уровень топлива в резервуарах, температуру, массу топлива и передавать данные на ПК оператора АЗС.

Производственный процесс приема, хранения и отпуска нефтепродуктов на АЭС должен осуществляется по непрерывной схеме в герметичном оборудовании, исключающем контакт работающих с нефтепродуктами.

Все резервуары с нефтепродуктами должны быть расположены на площадке АЭС под землей, на глубине 1,2 метра. Электрооборудование установлено во взрывозащищенном исполнении. Контроль и управление технологическим процессом будет осуществляется частично в ручном режиме, частично автоматически со щита управления операторной. В целях предохранения от действия статических электрозарядов и блуждающих токов резервуары оборудуются специальным заземлением.

При наиболее опасных нарушениях технологического режима предусмотрена сигнализация. Автозаправочная станция оснащена громко говорящей связью.

  1.  Сравнительная характеристика датчиков и принцип действия

Существуют два вида поплавковых датчиков уровня: герконовый и магнитострикционный. Когда не требуется высокая точность измерения, то удобно применять герконовый датчик уровня с растром точностью) 10 мм и более. Когда точность измерения играет большую роль, то данную задачу хорошо решают магнитострикционные датчики уровня, так как точность измерения у них выше 1 мм. Начальная стоимость магнитострикционных датчиков уровня  выше герконовых, но магнитострикционные датчики уровня при увеличении длины трубы скольжения в цене возрастают незначительно, тогда как цена герконовых датчиков уровня реагирует на увеличение диапазона измерения сильно.

Произведем анализ уровнемеров выпускаемых предприятием ООО «НПП Сенсор». Основные функции уровнемеров перечислены в таблице 1.1:

Таблица 1.1

Описание функции

Тип уровнемера ПМП - …

- 118

- 128

- 138

- 201

Измерение уровня жидкости

+

+

+

+

Измерение уровня раздела сред

+

+

+

+

Одновременное измерение уровня жидкости и уровня раздела сред (или подтоварной воды)

-

+

-

+

Измерение температуры (многоточечное)

+

+

+

+

Измерение плотности жидкости

-

-

-

+

Продолжение таблицы 1.1

Вычисление плотности жидкости

+

+

+

+

Вычисление объема жидкости

+

+

+

+

Вычисление %-ного заполнения резервуара

+

+

+

+

Вычисление массы жидкости

+

+

+

+

Световая и звуковая сигнализация достижения критических уровней и температур

+

+

+

+

Автоматическое переключение контактов выходных реле при достижении критических уровней и температур

+

+

+

+

Автоматическое управление одним насосом  при наполнении нескольких резервуаров

+

+

+

+

Автоматический самоконтроль исправности

+

+

+

+

Подключение к стандартным интерфейсам RS232/485

+

+

+

+

Программное обеспечение:

- градуировки резервуаров,

- организации АРМ (автоматизированного рабочего места оператора хранилищ);

- настройки уровнемера.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Технические данные уровнемеров и их составных частей приведены в табл. 1.2, 1.3, 1.4.

Таблица 1.2

Общие данные уровнемеров

Число каналов измерения (резервуаров), не более

31 

Число релейных выходов, не более

163

Длина линии связи, не более, м

1500

Напряжение питания, В:

- сетевое / бортовое;

- в линии связи

~220 В ±10%, 50-60 Гц / +12

или + 24

9 ± 10 %

Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-89:

- взрывозащищенных устройств;

- остальных устройств.

УХЛ, в диапазоне-50..+60 ºС

УХЛ в диапазоне +5…+50 ºС

Таблица 1.3

Параметры преобразователей 

ПМП-118

ПМП-128

ПМП-138

ПМП-201

Диапазон измерения уровня, м

0,04…61)

0,08…151)

0,04…61)

0,08…61)

Погрешность измерения уровня, мм

±5

±5

±2,5

±1

Верхний неизмеряемый уровень, мм

35

60

35

200

Число точек измерения температуры

1(2…8) 1

1…20

1(2…8)1)

3(1…8)1)

Диапазон температур измеряемой среды, ºС

-50…99

-50…80

-50…99

-50…60

Погрешность измерения плотности, кг/м3

-

-

-

±1

Напряжение питания, В

4 … 9,5

6 … 9,5

4 … 9,5

4…9,5

Ток потребляемый, мА (при Uпит = 9В) 

5

256)

5

256

Давление среды, МПа, не более

2,5 (4)1

1

2,5 (4)1)

2,5 (4)1)

Степень защиты от воды и пыли по

ГОСТ 14254-96

IP66

IP66

IP66

IP66

Продолжение таблицы  1.3

Маркировка взрывозащиты

1ExdIIBT3

1ExdIIBT3

[Exia]IIB

0ExiaIIBT6 

1ExdIIBT3

1ExdIIBT3

Погрешность измерения температуры, ºС

±0,5 (-20…99); ±2 (-50…-20)

Диапазон температур окружающей среды, ºС

-50…+60

Для выбора вторичных приборов проведем анализ существующих приборов производства предприятия ООО ННП «Сенсор», анализ представлен в таблице 1.4:

Таблица 1.4

Наименование,

Uпит., В

Iпотр., мА

Рпотр.,

Вт

Uвых., В

Iвых.,

А

tокр.ср.,

ºС

Степень IP

МС-К-500-2

4 … 9,5

150[5]8)

-

-

-

+5 …50

IP6610)

МС-К-500-2-OKW

4 … 9,5

150[5]8)

-

-

-

+5 …50

IP66

МС-К-500-ВЗ

4 … 9,5

70[5]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

МС-К-500-IP66

4 … 9,5

70[5]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

МС-К-500-П

4,5

7[0,017]8)

-

-

-

-20 …+50

IP66

МС-К-500-В300-ВЗ

3

5 0[0,01]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

МС-Ш-8х8

4 … 9,5

60

-

-

+5 …50

 IP66

МС-Ш-40

6…15

-

1

-

-50…+60

IP66

ВС-3-220В

~220

-

1

-

-

-50…+60

IP66

ВС-3-12В

9…16

300

-

-

-

-50…+60

IP66

ВС-3-24В

20…28

200

-

-

-

-50…+60

IP66

ВС-5-К

4 … 9,5

30[3]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

ВС-5-3К

4 … 9,5

90[3]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

ВС-5-Г-К

4 … 9,5

200[3]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

ВС-5-ГП-К

4 … 9,5

80[3]8)

-

-

-

-50…+60

IP66

БП-9В-1А

~220

-

<20

9±10%

14)

+5 ...+50

IP6610)

БПК-220В-4Р-ГС11)

~220

-

3

9±10%

0,1

+5 ...+50

IP6610)

БПК-12В-2Р-ГС11)

12-16

80(480)7)

-

9±10%

0,4

+5 ...+50

IP6610)

БПК-24В-2Р-ГС11)

20-28

40(240)7)

-

9±10%

0,4

+5 ...+50

IP6610)

БПК-12В-5Р

12-16

80(480)7)

-

9±10%

0,4

+5 ...+50

IP6610)

БПК-24В-5Р

20-28

40(240)7)

-

9±10%

0,4

+5 ...+50

IP6610)

БК-220В-5Р

~220

-

1,5

-

-

+5 ...+50

IP6610)

БК-220В-8Р

~220

-

1,5

-

-

+5 ...+50

IP6610)

БК-24В-8Р

20…28

100

-

-

-

+5 ...+50

IP6610)

Адапт. ЛИН-RS232-220В

~220

-

0,5(1,5)7

6-10%9)

0,05 9)

+5 ...+50

IP6610)

Адаптер ЛИН-RS232

4…15

-

0,4

-

-

+5 ...+50

IP6610)

Адаптер ЛИН-USB

4…15

10

-

-

-

+5 ...+50

IP6610)

Адаптер ЛИН-RS485 Modbus

4…15

-

0,3

-

-

+5 ...+50

IP6610)

Адапт. RS232-485

~220

-

0,5

-

-

+5 ...+50

IP6610)

Для данных условий эксплуатации выбран прибор магнитострикционный преобразователь уровня ПМП-201 и соответствующая ему трубозапорная арматура, назначение каждого из приборов приведено ниже:

Преобразователь ПМП  –  устройство, измеряющее параметры среды, вычисляющее производные (объем, массу) по формулам и таблицам, хранящимся в его памяти, контролирующее достижение критических уровней измеряемой среды и выдающее информацию в линию связи.

Блоки коммутации БК, БПК  –  реагирует на сигналы достижения критических уровней, переданные преобразователями. Имеет несколько реле с переключающимися контактами, каждое - со своим адресом. Реле индивидуально программируется на заданные критические уровни одного или нескольких преобразователей, на непрерывное или кратковременное переключение контактов.

Сигнализатор ВС-5 – реагирует постоянным или прерывистым светозвуковым сигналом до поступления команды отключения, или автоматически отключается через заданное время. Программируется аналогично реле БК, БПК.  

Многоканальный сигнализатор МС-К-500 - показывает измеренные параметры и сигнализирует о достижении критических уровней. Кнопки МС служат для управления индикацией, отключения сигнализаторов ВС-5, а также  для настройки (программирования) устройств.

Сигнализаторы шкальные МС-Ш-8х8, МС-Ш-40  –  выполняют функцию индикации процентного заполнения резервуаров. Применение МС-Ш-8х8 позволяет одновременно получить информацию о степени заполнения всех резервуаров. Одноканальный сигнализатор МС-Ш-40 имеет взрывозащищенное исполнение и может устанавливаться непосредственно у емкости.

Адаптеры ЛИН-RS232(-220В), ЛИН-USB – позволяют подключать уровнемер к персональному компьютеру для работы с программами, поставляемыми в комплекте, и с другими автоматизированными системами, например, с системами коммерческого учета продуктов.

Адаптер ЛИН-RS485 Modbus – позволяет подключать уровнемеры к автоматизированным системам сбора и обработки информации с протоколом обмена Modbus RTU.


  1.   ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Система автоматизированного коммерческого учета топлива на АЗС включает две сопряжённые системы, одна из них передает данные об уровне жидкости в резервуарах на ПК оператора, другая контролирует отпуск топлива в топливораздаточных колонках.

  1.  Связь  резервуаров, аппаратуры и зданий АЗС

В начале проектирования автоматизированной системы учета необходимо знать местоположение резервуаров, топливозаправочных колонок и других зданий и сооружений для соединения их по линиям связи и посредством трубопровода, план АЗС находиться в приложении В.

Поэтому сначала составляется план всей АЗС с указанием расположения резервуаров, зданий, площадки и очистных сооружений.

Главное предназначение автозаправочной станции - продажа ГСМ, и для этого требуется специальное оснащение: здесь должны быть резервуары для топлива, соединенные трубопроводами с топливораздаточными колонками, это основное оборудование снабжается соответствующими контрольно-измерительными приборами (системы измерения параметров нефтепродуктов), для передачи параметров измерения оператору используются каналы связи с объектом управления.

АСУ ТП является полномасштабной системой управления и включает в себя такие подсистемы, как информационная подсистема, подсистема противоаварийных защит и блокировок (ПАЗ), подсистема автоматического регулирования, подсистема дистанционного управления, подсистема сбора, визуализации и архивирования данных.

Информационные функции: контроль и измерение технологических параметров, сигнализация отклонений параметров от установленных границ, ручной ввод данных, формирование и выдача данных оперативному персоналу в форматах протокола сообщений, режимных листов и протоколов аварийных ситуаций, ведение архивов.

Управляющие функции: дистанционное управление технологическим оборудованием, дистанционное управление исполнительными механизмами в режиме ручного управления, выполнение алгоритмов защит и блокировок

Контроль: уровня нефтепродукта в резервуарах; температуры нефтепродукта в резервуарах.

Сигнализации: предельных уровней, пожарной сигнализации, предельной температуры нефтепродукта.

Автоматизированная система управления технологическим процессом представляет собой трёхуровневую распределенную систему управления с использованием клиент - серверной архитектуры.

В 1-й (нижний) уровень системы входят:

  •  промышленные контроллеры. Контроллеры включают в себя процессорные блоки, и модули ввода – вывода;
  •  процессорные блоки служат для обработки измеряемых параметров по заданным технологическим алгоритмам и формирования управляющих воздействий в виде цифровых кодов. УСО выполняют функции автоматического сбора и «оцифровки» измеряемых параметров, приема управляющих воздействий от процессорных блоков и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы (ИМ). Процессорные модули и модули УСО контроллеров размещены в шкафах. Шкафы управления (ШУ) установлены в помещении операторной;
  •  данные с уровнемеров принимаются по интерфейсу RS-232;
  •  данные с температурных датчиков, датчиков давления принимаются аналоговыми модулями ввода-вывода по искробезопасным линиям связи (5-30 в.);
  •  управление насосами, электрическими задвижками, клапанами осуществляется модулями дискретного ввода-вывода по искробезопасным линиям связи (5 – 30 в.).

Соединение цепей исполнительных механизмов преобразователя уровня к контактам реле блоков БК, БПК, проходит по схеме:

Более подробная схема соединений по линиям связи между объектами автозаправочной станции, изображена на рисунке 2.2:

Рисунок 2.2 - Общая структурная схема работы АЗС

Во 2-й (средний) уровень системы входят:

  •  серверы БД предназначены для сбора, обработки оперативных данных от контроллеров, и предоставления абонентам верхнего уровня (станциям оператора) в режиме клиент-сервер. Серверы БД являются резервируемыми (100%-ое «горячее» резервирование) и выполняют зеркализацию данных для безударного перехода из режима «Резервный» в режим «Основной»;
  •  архивированию подлежат тренды, печатные документы (сменные и суточные ведомости, протоколы аварийных ситуаций и т.д.) и протокол сообщений;
  •  архивирование осуществляется на жесткий диск компьютера;
  •  связь с контроллерами нижнего уровня осуществляется посредством локальной вычислительной сети Ethernet 10/100 Мб/с (100 %-ое «горячее» резервирование);
  •  кроме контроллеров абонентом сети нижнего уровня является ПК системы вибромониторинга насосного и электрооборудования.

В 3-й (верхний) уровень системы входят:

  •  средства отображения и диалога оператора с системой, реализуемые с помощью Монитора реального времени (МРВ) оператора.

Сервер:

  •  средства печати (Сервер документооборота);
  •  связь верхнего и среднего уровня АСУ ТП обеспечивается посредством локальной вычислительной основе технологий Gigabit Ethernet по схеме 100%-го «горячего» резервирования;
  •  станции оператора являются двухмониторными, первый МРВ предназначены для отображения данных от контроллеров системы и работают в режиме клиент-сервер с серверами БД.

Рабочая станция оператора реализует следующие функции:

  •  индикация параметров ТП, отображающих состояние определенных зон технологического объекта;
  •  индикация на экране и звуковая сигнализация выхода параметров за технологические и аварийные пределы, сигнализация аварийных ситуаций;
  •  резервирование и диагностика локальных вычислительных сетей связи с серверами САБД;
  •  просмотр в журналах системы следующей информации:

-    сообщений о нарушениях и других событиях на объекте и в системе управления;

-  сообщений о работе комплекса технических средств контроля и управления, а так же о действиях операторов-технологов;

-    просмотр истории параметров процесса на экране дисплея в виде графиков и таблиц и распечатки на принтере;

-    просмотр архивов печатных документов на экране дисплея и распечатки на принтере.

На АЗС находиться четыре резервуара с различным топливом, объемом по 25 кубометров. Вариант  с отдельными резервуарами для каждого вида топлива является более надежным, транспортировка и установка таких резервуаров проще, чем резервуары большей емкостью, но разделенные перегородкой и используемые для нескольких видов топлива.

Так как резервуары по техническому заданию должны, находится под землей, то высоту горловины необходимо сделать 1,2 метра и общий чертеж резервуара вместе с горловиной и основными размерами для расчета будет выглядеть так, как на рисунке 2.3.

Технологическая система соединений трубопроводов от резервуаров с топливом к топливораздаточным колонкам происходит по схеме, представленной на рисунке 2.4.

Схема предусматривает выполнение следующих операций:

  •  наполнение резервуаров топливом;
  •  слив топлива из автоцистерны при помощи насосов;
  •  хранение топлива в резервуарах;
  •  заправку автотранспорта при помощи топливораздаточных колонок.

В схеме предусмотрено применение насосов для откачки подтоварной воды из резервуаров с топливом, и исключена возможность аварийного пролива топлива. Каждая колонка может отпускать три вида топлива.

Условные обозначения, использованные на технологической схеме трубопроводов (Рисунок 2.4), находиться в приложении В.

Все электроснабжение ведется с ГРЩ, органы управления всеми устройствами АЗС и освещением помещением выведены на переднюю панель щита управления, который находиться в операторской и можно с него управлять освещением АЗС, управление насосами на слив и прием ЖМТ, а так установлены сигнализаторы о нарушении герметичности резервуаров, внешний вид щита управления представлен на рисунок 2.5.

Рисунок 2.3 - Чертеж резервуара с основными размерами

Рисунок 2.4 - Технологическая схема трубопроводов

Внутри щита управления происходит перераспределение электроэнергии и осуществляется управление первичными преобразователями и вторичными устройствами (Приложение В).

Устройство заземления автоцистерн ВУУК УЗА-220В-Р, состоящее из блока питания и индикатора на схеме обозначаются:

(А15) – блок питания из комплекта ВУУК УЗА-220В-Р;

(А15.1) – индикатор из комплекта;

Пульт управления клапанами МС -63 в комплекте. Обозначаются на схеме:

(А20) – коммутационная коробка из комплекта МС -63;

(А20.1) – прибор индикации из комплекта.

Так же осуществляется питание уровнемера ПМП-201 и системы МС-И-16,БК-4НВИ.

Схема соединения устройств находящихся внутри щита управления в общем виде представлена в приложении В.

Рисунок 2.5 - Дверь распределительного щита управления

Общая схема внешних соединений на которой обозначено соединение уровнемеров, пульта оператора, заземления резервуаров, датчика освещенности, блока пожарной сигнализации, представлена на рисунке 2.6:

Рисунок 2.6 - Схема электрическая внешних соединений уровнемера и вспомогательного оборудования в ГРЩ

На схеме представлена электрическая схема по подводу электроснабжения -  преобразователей уровня в четырех резервуарах, пульт оператора, системы контроля герметичности резервуаров с топливом, блок пожарной сигнализации, датчик освещенности, аварийное освещение и обеспечение питанием операторской.

Схему электрического подключения преобразователей уровня к пульту управления в операторской,  через преобразователь интерфейсов, вынесем на отдельную схему, показанную на рисунке 2.7:

Рисунок 2.7 - Схема соединений уровнемера с пультом оператора

Связь топливораздаточных колонок с насосами подачи топлива от резервуаров и пультом оператора,  осуществляется посредством схемы электрических соединений на щите управления, показанной на рисунке 2.8, на этом же рисунке изображена схема электрических соединений сигнализации от преобразователя уровня на пульт оператора о переливе топлива в резервуарах, осуществляемая через блок коммутации, являющемуся так же устройством управления и регулирования отключением насосов при достижении топлива в резервуаре критического значения и вывода графической и звуковой информации на пульт оператора:

Рисунок  2.8- Схема соединений  топливораздаточных колонок и насосов ЖМТ чрез ГРЩ

  1.  Дистанционная передача данных и удаленный доступ 

 к данным автозаправочной станции

Дистанционная передача данных в головной офис с автозаправочной станции может осуществляться двумя способами:

  •   по телефонной линии, представлена схема на рисунке 2.9:

Рисунок 2.9 - Схема передачи данных по телефонной линии

  •   или по каналу GSM, схема представлена на рисунке 2.10:

Рисунок 2.10 - Схема передачи данных по каналу GSM

В данном случае играет роль только тарифная политика оператора сотовой связи, так как передача данных быстрее осуществляется посредством связи GSM и удаленность головного офиса от данной автозаправочной станции.

  1.  Устройство системы измерения уровня и схемы ее реализации

Система измерения должна состоять из первичных преобразователей - измерительных устройств, преобразовывающих физические величины измеряемой среды (температуру, уровень, плотность) в электрический сигнал, и вторичных приборов -  устройств, выполняющих функции отображения информации, сигнализации и управления исполнительными механизмами.

В данной схеме отсутствует центральное управляющее устройство, т.к. функцию генерирования управляющих сигналов в линии связи выполняют сами преобразователи. Вторичные приборы выполняют роль, исполняющих устройств. Каждой составной части присваивается свой индивидуальный адрес и все они объединяются на общий трехпроводный шлейф (линию связи –питания)  

Выход на показывающий прибор – сигнализатор + персональный компьютер осуществляется по схеме, представленной на рисунке 2.11:

Рисунок 2.11 - Схема соединения  прибор – сигнализатор + персональный компьютер

Схема автоматического регулирования с индикацией уровня, температуры и светозвуковой сигнализацией при достижении критических значений осуществляется по принципу, представленном на рисунке 2.12:

Рисунок 2.12 - Схема сигнализации при достижении критических значений

Схема, изображенная на рисунке 2.12, и будет использоваться для автоматического срабатывания сигнализации при достижении критических значений уровня жидкости в резервуарах. Ее электрическая схема изображена на рисунке 2.13.

Схема электрических соединений устройств уровнемера к линиям связи происходит по принципу изображенном на рисунке 2.14,  где МС и ВС – сигнализаторы, БК – блок коммутации, БП – блок питания.

Рисунок 2.13Электрическая схема сигнализации о превышении критических значений уровня и температуры

Рисунок 2.14 Схема соединений устройств уровнемера к линиям связи

Благодаря этому система является многомастерной, достигается исключительная гибкость и разнообразие систем измерений, для реализации необходимых измерений.

  1.  Программное обеспечение для автоматизации отпуска и

 контроля топлива

Программное обеспечение необходимое для автоматизации контроля отпуска топлива, измерение уровня и объема нефтепродуктов, связь АЗС с центральным офисом, интеграция с системой программ бухгалтерского учета, а так же автоматический учет топлива при одновременном отпуске через ТРК и принятии топлива в резервуар, бывает нескольких видов: или  оно поставляется по желанию заказчика производителями уровнемеров или покупается у специализированных разработчиков. В нашем регионе компанией предоставляющей такое программное обеспечение является «АВТОМАТИКА плюс».

Выбранный уровнемер ПМП- 201, производства ООО «Сенсор»,  поставляется вместе с программой «АРМ-СЕНС», посредством которой возможно собирать и отображать информацию, поступающую от уровнемеров.

Информация об изменении уровня и его параметров может поступать на экран диспетчера двумя способами:

  •  В виде таблицы, рисунок 2.15:

Рисунок 2.15 Скриншот программы, выдающей оператору информацию об изменении

уровня и температуры в виде таблицы

  •  Или в виде рисунков резервуаров, рисунок 2.16:

Рисунок 2.16 Скриншот программы, выдающей оператору информацию об изменении уровня и температуры в виде рисунков резервуаров

Так же оператор может посмотреть, как в течение времени изменялись параметры продукта, график изменений представлен на рисунке 2.17:

Рисунок 2.17 - График изменений объема ЖМТ в резервуаре за три дня

Воздействуя на исполнительные элементы (электромагнитные клапаны, пускатели насосов), ПК по заданному алгоритму управляет процессами слива и заправки на АЗС. При аварийных ситуациях ПК, получая информацию от датчиков, вырабатывает сигналы блокировки технологической системы, включает световую и звуковую сигнализацию, выдает о месте и характере неисправности на экран диспетчера АЗС.

  1.  Анализ существующих моделей магнитострикционных 

преобразователей уровня

Для контроля уровня жидкости, массы, давления и температуры лучше использовать магнитострикционный преобразователь уровня жидкости, т.к. требуется высокая точность измерений и объем резервуаров довольно большой поэтому 4 датчика уровня с длиной 3500 мм будут стоить дешевле, чем аналогичные герконовые датчики.

Надежность ИП должна быть выше надежности изделия СУ, на которое оно установлено. Особенно это важно для производств с непрерывным циклом работы (энергетика, металлургия и др.) и объектов стратегического назначения, где высокая надежность всех элементов систем является первостепенным требованием, так как даже частичная остановка системы чревата большими непредсказуемыми экономическими потерями и экологическими последствиями.

Вместе с тем преобразователи должны иметь простую конструкцию, низкие энергетические, массогабаритные и стоимостные показатели, чтобы не ухудшать общие тактико-технические характеристики СУ, гарантированные метрологические характеристики на протяжении всего срока эксплуатации и обеспечивать многоразовое применение с сохранением всех технических параметров после каждого цикла работы. Для реализации этих задач требуется создание широкой номенклатуры ИП параметров движения объекта под конкретную техническую систему.

Таблица 2.1 - Характеристики известных производителей преобразователей уровня

Параметр

Струна-М

ЗАО НТФ

НОВИНТЕХ

Россия

ПМП-200

НПП

СЕНСОР

Россия

С-072

НИИФИ

Россия

МПЛП

ПКБМ

Россия

Temposonics,

MTS Systems Corporation,

USA

Пространственное положение ИП в СУ

Вертикальное

Вертикальное

Произвольное

Произвольное

Произвольное

Диапазон измерения, мм

120…4000

80…6000

500…2500

50…2000

50…7600

Разрешающая способность, мм/м

0,05

0,05

0,1

0,05

0,025

Нелинейность, % или отклонение от линейности, мм

±1,0 мм

±1,0 мм

±0,5%

±0,1%

±0,02%

Рабочая температура для ИП, ºС

-40…+50

-50…+60

-30…+50

+5…+85

-40…+105

Рабочая температура для ВП, ºС

-30…+50

+5…+85

-40…+75

Температурная погрешность,

ppm/ ºС

20 на выходе ЛАО

20 на выходе ЛАО

5,4 на выходе ИП

< 40 на выходе ВП

Ударная устойчивость, g

Менее 1

Менее 1

Не более 5

Не более 5

100 (единичное воздействие) через 2 мс (IEC-стандарт 68-2-27)

Вибрационная устойчивость

Отсутствует

Отсутствует

2,5мм

(5-10Гц)

2,5 мм

(5-10 Гц)

5g (10 … 150 Гц) (IEC-стандарт 68-2-27)

Внешнее давление на ИП, бар

До 1,01

До 1,01

До 1,01

До 1,01

0…350; пиковое 530

  1.   Методология исследований

Основа исследований, проводимых в данной работе – системный, энергетический и информационно-алгоритмический причинно-следственный  подходы, комплексные исследования магнитострикционного преобразователя, сочетающие экспериментальные и теоретические исследования, технологические и конструктивные проработки, схемотехнические решения. В дипломе магнитострикционный преобразователь представлен как:

  •  преобразователь энергии;
  •  элемент системы управления;
  •  система взаимосвязанных элементов;
  •  объект управления.

Сложность решаемых в работе задач обуславливают следующие особенности уровнемера:

  •  большое разнообразие схемных, технологических и конструктивных решений;
  •  недостаточная изученность особенностей физических процессов, протекающих в преобразователе уровня;
  •  дискретный характер преобразования информации в преобразователе уровня;
  •  разнородность входящих в уровнемер элементов;
  •  большое количество возможных алгоритмов управления.

При исследованиях уровнемеров могут применяться как методы физического моделирования, так и методы моделирования на ЭВМ. Следует отметить, что достоверные исследования физических закономерностей механизмов преобразования энергии, конструктивных и технологических особенностей уровнемеров возможно только на основе экспериментальных исследований. Учитывая вероятностный характер воздействий, получение математических моделей и обработку результатов эксперимента необходимо проводить на основе методов статистических исследований.

При этом прежде всего, следует выявить требования, предъявляемые к

уровнемеру, как к элементу системы управления, исходя из его практического применения. Для этого необходимо представить уровнемер, как объект управления, выделив управляемые и управляющие воздействия, определить возможные возмущающие воздействия и характер их изменения, влияние внутренних параметров преобразователя на динамические свойства системы.

Следующий этап исследований – систематизация требований, предъявляемых к выходным координатам уровнемера с учётом возможных изменений возмущающих воздействий при его рассмотрении как элемента системы управления. Анализ и синтез способов и устройств формирования заданных динамических свойств уровнемера целесообразен по результатам его исследования как системы взаимосвязанных элементов с учётом возможных конструктивных, технологических и схемотехнических решений. При этом динамические свойства уровнемера могут формироваться только с учётом его особенностей как преобразователя энергии.

  1.   Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости как система взаимосвязанных элементов

Совокупность элементов  преобразователя подвержена со стороны окружающей среды, как это показано при анализе МПУЖ как элемента системы управления и как объекта управления, множеству возмущений, под действием которых изменяются их параметры, а следовательно  и характеристики  МПУЖ в целом. Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости, как система взаимосвязанных элементов объединяет множество конструктивных элементов, определяющих его свойства как единой измерительной системы. В качестве основных элементов измерительного преобразователя МПУЖ можно выделить:

  •  цилиндрический акустический волновод;
  •  демпферы акустического волновода;
  •  акустоэлектрический преобразователь;
  •  элемент позиционирования магнитный;
  •  адаптирующие и демпфирующие устройства.

Учитывая, что свойства МПУЖ в целом определяются как взаимодействием его составных частей, так и свойствами его отдельных элементов, проведём наряду с анализом МПУЖ как единой системы исследования его отдельных элементов с целью определения путей уменьшения или исключения влияния на его характеристики основных возмущающих факторов, повышения метрологических характеристик преобразователя до уровня, определяемого совокупностью требований к МПУЖ как к элементу СУ.

  1.  Принцип действия преобразователя уровня, основанном на 

эффекте магнитострикции

Поплавок с постоянным магнитом перемещается вместе с уровнем жидкости по трубе скольжения, в которой находится волновод - натянутая проволока из магнитострикционного материала. Периодически генерируемый электроникой датчика токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка в котором размещен постоянный магнит. В волноводе, в точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем поплавка возникает механическая (акустическая) волна, которая движется обратно с константной, ультразвуковой скоростью в направлении измерительной головки датчика. Измеренное время между стартом токового импульса и приходом/возвращением импульса в виде ультразвуковой волны и является точным определением уровня (т.е. расстояния до поплавка). Устройство рассмотрено на рисунке 2.18.

К важным достоинствам этих датчиков относится то, что абсолютное значение уровня жидкости находится в распоряжении оператора сразу же после подачи напряжения питания, и/или после сбоя в питании. Значение уровня жидкости регистрируется по всей длине зонда, а необходимость в интенсивном обслуживании, как это имеет место в других системах регистрации уровня, полностью отпадает. Благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу, чем гарантируется очень надежная и стабильная их работа на протяжении многих лет. К особенностям этих датчиков относятся низкий коэффициент нелинейности и высокая повторяемость показаний измерения.

Рисунок 2.18 – Устройство преобразователя уровня

  1.  Практическое применение МПУЖ в системах измерения

К магнитострикционному преобразователю уровня жидкости предъявляются высокие требования для измерения параметров функционирования АЗС - показателей качества и надежности работы в широком спектре внешних возмущающих воздействий.

Прогресс большинства областей современных СУ неразрывно связан с успехами развития и совершенствования датчиковой аппаратуры. Их значимость определяется все возрастающей потребностью в эффективных СУ и измерительных системах. Современное состояние датчиков измерения физических величин достаточно подробно отражено в справочных каталогах и литературе по применению ведущих фирм-производителей.

  1.  Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости как объект управления 

Магнитострикционные преобразователи уровня жидкости включает наличие двух мерных шкал – магнитострикционной (аналоговой) и цифровой, относительно которых осуществляется кодирование информационного сигнала, преобразование в унифицируемый ряд выходных сигналов для дистанционной передачи по каналам связи в СУ. Первая реализуется первичным преобразователем МПУЖ, а вторая – вторичным преобразователем. Согласно ГОСТ 17657-79 и ГОСТ 25258-82, магнитострикционный преобразователь это специализированный измерительный прибор для измерения неэлектрических величин, выполненный в виде сопряжения аналоговой магнитострикционной и цифровой измерительных шкал, обозначающих механический вход и электронный (цифровой) выход. Измеряемый или контролируемый параметр СУ преобразуется в интервал времени и подвергается цифровому кодированию.

Для проведения анализа и синтеза функционирования МПУЖ используется системный подход, принятый в моделировании сложных систем, в котором предполагается последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды. На рисунке 2.19 показана обобщенная структурная схема МПУЖ, детально отображающая функциональные связи между его блоками и показана основная совокупность входных yj(t), внутренних hk(t), выходных хi(t) параметров преобразователя, а также совокупность внешних возмущающих воздействий υl(t).

Магнитострикционный преобразователь 1 состоит из ИП 2, вторичного преобразователя (ВП) 3. В состав преобразователя 2 входят ЦАВ 4, демпферы акустического волновода (ДАВ) 5 и 6, ПАЭ 7, магнитный элемент позиционирования (ЭПМ) 8.

Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений характеризуется следующей совокупностью основных внутренних параметров и характеристик hk(t):

  •  h1(t) – совокупностью параметров ЦАВ;
  •  h2(t) – совокупностью параметров ДАВ;
  •  h3(t) – совокупностью параметров ПАЭ;
  •  h4(t) – совокупностью параметров ЭПМ;
  •  h5(t) – совокупностью параметров ВП.

В качестве входного параметра yi(t) на МПУЖ является механическое воздействие со стороны СУ на ПМ, которое характеризуется следующей совокупностью признаков:

  •  y1(t)направление изменения уровня;
  •  y2(t)уровень жидкости.

Выходными характеристиками xj(t) МПУЖ являются:

  •  х1(t)чередующая последовательность СТАРТ-СТОП импульсов;
  •  х2(t)широтно-импульсный модулируемый сигнал;
  •  х3(t)12-ти разрядный двоичный код;
  •  x4(t)униполярное напряжение постоянного тока

На внутренние параметры hk(t) преобразователя в той или иной степени оказывают влияние внешние возмущающиеся воздействия (ВВВ), в результате чего выходные характеристики МПУЖ искажаются. Особое влияние на выходной результат могут оказать следующие возмущающие воздействия νl (t):

ν1(t)– отклонение параметров источника питания (Uпит, Iпит) от номинального;

ν2(t) – электромагнитного поля Мэл.магн. от силовых установок;

ν3(t) – электрического поля Еэл.п.;

ν4(t) – электростатического поля Еэл.стат.п.;

ν5(t) – старения tстар. (технический ресурс);

ν6(t) – температура tº;

ν7(t) – механической силы σмех;

ν8(t) – вибраций σвибр;

ν9(t) –. акустического поля σакуст.;

ν10(t) – гидравлический удар σудар.;

ν11(t) – агрессивной среды σагрес.ср.

ν12(t) – температура конденсата tконд.;

ν13(t) – давление конденсата Рконд..

Таким образом, как объект управления магнитострикционный преобразователь уровня жидкости – это информационный преобразователь о механических воздействиях в электрические сигналы. Основные требования, предъявляемые к МПУЖ как к объекту управления – это обеспечение высоких показателей точности, быстродействия и помехозащищённости.

Рисунок 2.19 Обобщенная структурная схема МПУЖ

  1.  Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости как преобразователь энергии

Процессы преобразования энергии в ЛАО измерительного преобразователя с помощью крутильных МУВ (эффекты Видемана – Джоуля – Виллари, Видемана – Виллари или Видемана – Вертгейма. Эффект Видемана рассматривается как один из видов линейной (продольной) магнитострикции, называемой эффектом Джоуля, когда линейное удлинение намагничиваемого образца происходит по винтовой линии. Эффекты Джоуля и Видемана принято считать прямыми эффектами магнитострикции. С прямыми эффектами магнитострикции связан термодинамически обратный им магнитоупругий  эффект Виллари, который заключается в изменении намагниченности ферромагнитного материала при его механическом линейном растяжении или сжатии В ряде работ, при исследовании намагниченности ферромагнитного материала при его механическом скручивании также используется понятие эффекта Виллари основываясь на том, что при скручивании ферромагнитного образца наблюдается некоторое изменение его линейного размера. Иногда при описании процессов, происходящих в материалах при механическом его напряжении по винтовой линии, используются более точные понятия этого эффекта Вертгейма или Матузи .

Возбуждение крутильных магнитоакустических волн в среде ЦАВ связано с магнитомеханическим прямым магнитострикционным преобразованием, в основе которого лежит известный эффект Г. Видемана . Он выражается в относительном изменении первоначальной длины lн  ферромагнитного МСМ в сдвиговом (спиральном) направлении вектора действующего магнитного поля напряженности Н и описывается известным выражением:

, здесь lн, lк – начальный и конечный размеры образующей длины ЦАВ.

Выразив через коэффициент пропорциональности  относительного изменения длины ЦАВ при локальном воздействии импульсного продольного или геликоидального поля Н(t), для которого выполняется закон Гука:, определим величину элементарных напряжений МАВ в сечениях ЦАВ:

,

где μа = μ0 · μ – абсолютная магнитная проницаемость, μ – магнитная проницаемость материала ЦАВ, Ф(t) – магнитный поток в зоне преобразования.

Формирование магнитоакустических волн в среде ЦАВ (1.2) сопряжено с процессами перемагничивания, лежащими в области технического намагничивания на практически линейном участке характеристики кривой J = f(H) намагничивания. Формирование из магнитоакустических волн электрических сигналов осуществляется посредством круговой катушки ПАЭ с определенным числом W витков.

Анализ показывает. При всех известных способах возбуждения крутильных волн в ЦАВ наиболее распространенными являются магнитострикционные преобразователи с использованием эффекта Видемана с подвижным постоянным магнитом. В зоне ЦАВ создают импульсное геликоидальное (спиральное) поле напряженностью HsHx.г H1, действующее в сечении ЦАВ. Оно является результирующим пространственным полем, получаемым как геометрическая сумма Hx.г2 = Hx.к2 + Hо.п2  векторов продольного магнитного поля Hо.п подвижного постоянного магнита и кругового импульсного поля Hx.к(t) от прямого (проходного) тока ix (t) записи (рисунок 2.20).

На поверхности ЦАВ согласно закону полного тока  напряженность импульсного поля равна: Нх.к (t) = ix (t)/(2πR).

Спиральное поле Нх.г(t), являющееся геометрической суммой импульсного кругового Нх.к(t) и постоянного продольного Но.п полей, образует крутильную магнитоакустическую волну, принцип представлен на рисунке 2.20                                        

    а)        б)

Рисунок 2.20 - образование сдвиговых напряжений в волноводе:

а – изображение направления полей Нх.к, Но.п, Нх.г в среде ЦАВ;

б – векторная диаграмма

  1.  Синтез системы регулирования от переливания резервуаров

Система регулирования уровня жидкости состоит из заслонки (З), которая ограничивает подачу топлива в резервуар, преобразователя уровня жидкости в напряжение (ПУЖН) и измерительного моста (ИМ), с помощью которого определяется уровень топлива в резервуаре. Также в систему введены усилитель напряжения (УН), электродвигатель постоянного тока (ЭД), который приводит в движение редуктор (Р), для закрытия и открытия заслонки.

При открытии заслонки топливо поступает в резервуар. При  заполнении резервуара топливом до критического значение, на магнитострикционном преобразователе уровня (МПУЖ) срабатывает сигнал о предельном значении уровня и подается сигнал об запрете подачи топлива, путем подачи напряжения на измерительный мост, затем напряжение поступает на усилитель напряжения, которое усиливается и приводит в движение электродвигатель постоянного тока малой мощности. Двигатель приводит в движение редуктор, который закрывает или открывает заслонку, тем самым ограничивает налив топлива.

Схема системы регулирования приведена на рисунке 2.21

Рисунок 2.21 Система регулирования уровня топлива в резервуаре

Математическое описание элементов системы:

  1.  Резервуар:

.

  1.  Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости:

.

  1.  Электрический мост:

.

  1.  Усилитель напряжения:

.

  1.  Двигатель постоянного тока малой мощности:

;

    .

  1.  Редуктор:

Передаточные функции:

1) Резервуар:

.

  1.  Магнитострикционный преобразователь уровня жидкости:

.

3) Электрический мост:

.

  1.  Усилитель напряжения:

.

  1.  Двигатель постоянного тока малой мощности:

  1.  Редуктор:

.

На основании уравнений составляем структурную схему:

                                                                                      Мн

 x         δ              H               u           Uy                     ω                       x   

                                                                                                 

Рисунок 2.22 -  Структурная схема регулирующей системы

Преобразуем схему в эквивалентную одноконтурную систему:

                                                       f

         

                                                                                                

                                    f

         

                                                                                                 

 и

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

.

 

90

0,02

 0,2

3

0,002

0,001

 100

0,9

50

=;

Характеристическое уравнение системы имеет вид:

Определение передаточных функций:

1) Передаточная функция разомкнутой системы:

;

2) Передаточная функция замкнутой САР относительно задающего воздействия:

;

3) Передаточная функция замкнутой САР по ошибке от задающего воздействия:

.

Исследование на устойчивость

Определим устойчивость разомкнутой системы по критерию Гурвица.

Характеристическое уравнение имеет вид:

.

По критерию Гурвица для устойчивости системы 4 порядка должны удовлетворять следующие неравенства:

С0 > 0; С1 > 0; С2 > 0; С3 > 0; С4 > 0.

С1С2С3–С0С32C12C4>0, где  - коэффициенты характеристического уравнения.

;

;

С0=0,0063> 0; С1 =6,3> 0; С2 =0,16> 0; С3 =90> 0; С4 =1> 0;

С1С2С3–С0С32C12C4=90,721008-51,03-39,6908=0.

Так как все коэффициенты, но один определитель равен нулю, то по критерию Гурвица разомкнутая система находится на границе устойчивости.

Произведем расчет и построение годографа разомкнутой САУ и определим устойчивость замкнутой системы по критерию Найквиста:

.

Используем подстановку p = jw и раскроем скобки:

 P(w)+jM(w);

;

.

Подставляем значения в таблице 2.2 , получаем:

Таблица 2.2

W

P(w)

M(w)

0

9

0

0,005

7,484432

-3,368

0,01

4,972415

-4,47521

0,02

2,122661

-3,82093

0,05

0,423517

-1,90626

0,1

0,109737

-0,98852

0,2

0,027671

-0,49987

0,5

0,00442

-0,20347

0,7

0,002244

-0,1479

1

0,001087

-0,10752

10

1,48E-05

0,001667

11

1,22E-05

0,001217

3,7

-0,00045

-0,6483

3,77

-0,0043

-5,21539

3,79

0,004111

4,798905

3,9

0,000416

0,396234

Строим АФЧХ разомкнутой системы, результат представлен на рисунке 2.23:

Рисунок 2.23 АФЧХ разомкнутой системы

По графику видно, что разомкнутая система находиться на границе устойчивости.

Так как характеристическое уравнение имеет пару мнимых корней, то по критерию Найквиста для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении w от 0 до ∞ дополненная на участке разрыва дугой бесконечного радиуса ,не охватывала точку с координатами (-1;j0). Судя по графику данный дополненный радиус охватывает точку (-1;j0), значит замкнутая система не устойчива.

Расчет и построение ЛАЧХ и ЛФЧХ и определение устойчивости замкнутой системы по логарифмическому критерию Найквиста.

, следовательно, передаточный коэффициент: К = 9, порядок астатизма Θ = 0

Сопрягающие частоты будут следующими:

;

;

.

Построим низкочастотную асимптоту ЛАЧХ: так как Θ = 0, то ее наклон  0 дБ/дек и ордината низкочастотной части ЛАЧХ равна 20 lg 9 = 19 и низкочастотную асимптоту доводим до первой сопрягающей частоты .

На всех сопрягающих частотах наклон ЛАЧХ изменяется:

От до наклон ЛАЧХ будет -20 Дб/дек, так как сопрягающая частота  создана полиномом знаменателя 1 порядка. От до наклон ЛАЧХ будет -60 дБ/дек, так как создан полиномом знаменателя 2 порядка. На высокочастотной части от до ∞ наклон ЛАЧХ будет - 80 Дб/дек.

Используя таблицы поправок находим поправки на сопряженных частотах.

Построим ЛФЧХ разомкнутой системы. Степень астатизма равно 0, значит составляющие суммируются относительно прямой 0, нахождение составляющих соотвующих сопрягающим частотам используют таблицы «Логарифмические фазочастотные характеристики полиномов».

Рисунок 2.24 График ЛАЧХ разомкнутой системы

Рисунок 2.25 График ЛФЧХ разомкнутой системы

По логарифмическому критерию, если  разомкнутая система находится на границе устойчивости, то для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно чтобы при положительной ЛАЧХ число пересечений ЛФЧХ уровня  снизу вверх «+» должно быть на  раз больше числа пересечений в обратном направлений «-» , где - число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы. Т.к. из характеристического уравнения разомкнутой системы   = 0, то разность пересечений должно равно 0,  судя по графику ЛАЧХ исходит из точки  то есть имеется половина перехода, значит, замкнутая система неустойчива.

Построение желаемой ЛАЧХ

Требуется построить желаемую ЛАЧХ при следующих данных:

δ

σ, %

,град

10

30

45

100

1

0,01

По заданным параметрам строим запретную зону, куда не должна заходить желаемая ЛАЧХ. Величины ωк  и Lк определяют из следующих соотношений:

 и  .

и

Рисунок 2.26 – Запретная зона желаемой ЛАЧХ

Так как максимальное ускорение не велико выбираем типовое ЛАЧХ типа:  ;

Определяем необходимое значение запаса устойчивости по фазе.

γ = 73-10=63.

Определим частоту среза по формуле:

т.к. γ = 63, то с = 7;

.

Принимаем, что сопрягающую частоту  создает постоянная времени 90 с неизменяемой части системы:

.

По соотношению из таблицы, определим:

Возьмем  k = 9,тогда:

;

Вычисляем постоянную в радианах:

;

Примем, что постоянные времени 0,265 и 0,001с неизменяемой части  создают сопрягающие частоты  и ;

По формуле , определим сопрягающую частоту ω3:

Для проверки расчета составим левую и правую части приближенного равенства:

;

.

Можно считать, что расчет выполнен правильно. Таким образом, передаточная функция системы, имеющей желаемую ЛАЧХ имеет вид:

;

.

Выбор корректирующего устройства

Из построенных графиков ЛАЧХ и ЖЛАЧХ найдем разность, т.е. ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства:

.

По графику определим передаточную функцию: ;

;

Рисунок 2.27   ЛАЧХ и ЛФЧХ корректирующего устройства Lk(w), желаемой Lж(w) и Lн(w) неизменяемой части системы

Выберим типовую корректирующее устройство по справочным данным, т.к. передаточная функция сложная разобьем на типовые корректирующие устройства:

1 корретирующее устройство:

Схема корректирующего устройства имеет вид:

Рисунок 2.28  Схема корректирующего устройства 1

Произведем расчет корректирующего устройства: 90 =.

Пусть , тогда  ;

2 корректирующее устройство:

Схема корректирующего устройства имеет вид:

Рисунок 2.29 Схема корректирующего устройства 2

Произведем расчет корректирующего устройства:

  ,  ;

Пусть , тогда  ;

,  тогда ,

Рисунок 2.30   Схема корректирующего устройства

Определение переходной характеристики замкнутой системы

Построим вещественную частотную характеристику замкнутой системы. От передаточной функции замкнутой переходим к частотной передаточной функции, используя подстановку p = :

.

Выделяем вещественную частотную характеристику:

.

Задаваясь значениями ω от 0 до ∞ вычисляем и строим вещественную характеристику:

ω

P(ω)

0

0,999933

0,1

1,007513

0,2

1,007883

0,3

0,985149

0,4

0,918928

0,5

0,80012

0,6

0,645334

0,7

0,487985

0,8

0,354259

0,9

0,252732

1

0,180175

1,1

0,129634

1,2

0,094604

1,3

0,070171

1,4

0,052929

1,5

0,040586

1,6

0,031619

1,7

0,025007

1,8

0,020065

1,9

0,016322

2

0,013452

2,1

0,011227

2,2

0,009484

Рисунок 2.31 – График вещественной характеристики

Основой метода является зависимость, существующая между переходной характеристикой устойчивой САР и её вещественной характеристикой устойчивой САР и её вещественной характеристикой  относительно одного из внешних воздействий.

.

Суть метода определения переходной характеристики в следующем:

Реальную характеристику  разбивают на несколько простейших .

.

Для каждой простейшей характеристики  с помощью таблицы определяют соответствующую ей . Тогда переходная характеристика y, соответствующая , определяется суммированием составляющих :

.

В качестве типовой выбрана единичная трапецеидальная вещественная частотная характеристика с высотой равной единице и основанием .

Изменяющимся параметром является отношение меньшей параллельной стороны к основанию:, которое называется коэффициентом наклона.

Построение переходной характеристики y по вещественной частотной характеристики  методом трапеций состоит из следующих этапов:

  •  вещественную частотную характеристику разбивают на трапеции;
  •  определяют параметры трапеций.

Для каждой I – той трапеции по графику определяют частоты  и  и высоту . Частоты отсчитывают от начала координат. Для каждой трапеции вычисляют коэффициенты наклона и его значение округляют до 0,05.

Величине  приписывают положительный знак, если меньшая параллельная сторона трапеции расположена выше большей, отрицательный – в противоположном случае.

  1.  Определяют составляющие переходной характеристики.

В таблице  – функций для каждой I – той трапеции отыскивают столбец, соответствующий значению X. Затем для каждой точки по условному времени  определяют действительное время и по значению  определяют ординату  составляющей переходной характеристики, которая соответствует данной трапеции.

  1.   Строят графики составляющих переходной характеристики. Все составляющие строят на одном графике. Знак каждой из них определяется знаком высоты .
  2.  Строят график переходной характеристики, ординаты переходной характеристики определяют суммированием ординат всех составляющих в выбранные моменты времени.

Разделим нашу вещественную частотную характеристику на 3 трапеции и определим необходимые параметры, для построения переходной характеристики.

Рисунок 2.32 – График вещественной частотной характеристики

  •  1-ая трапеция:χ = 0,05, P()= 0,9;
  •  2-ая трапеция:χ = 0,4, P()= 0,3;

  •  3-яя трапеция:χ = 0,5, P()= 0,13;

  •  4-ая трапеция:,χ = 0,41,P()= 0,05

По таблице 2.3 функций определяем значения h для каждой трапеции:

Таблица 2.3


T

h1(T)

t1

h1(t)

h2(T)

t2

h2(t)

0

0

0

0

0

0

0

0,2

0,0666

0,91

0,05994

0,089

0,57

0,0267

0,4

0,1332

1,82

0,11988

0,1774

1,14

0,05322

Продолжение таблицы 2.3

0,6

0,1984

2,73

0,17856

0,2643

1,71

0,07929

0,8

0,2627

3,64

0,23643

0,3493

2,29

0,10479

1

0,325

4,55

0,2925

0,4315

2,86

0,12945

1,2

0,3857

5,45

0,34713

0,5099

3,43

0,15297

1,4

0,4434

6,36

0,39906

0,586

4

0,1758

1,6

0,4985

7,27

0,44865

0,6571

4,57

0,19713

1,8

0,5506

8,18

0,49554

0,7237

5,14

0,21711

2

0,5997

9,09

0,53973

0,7853

5,71

0,23559

2,2

0,6452

10

0,58068

0,8417

6,29

0,25251

2,4

0,6872

10,91

0,61848

0,8928

6,86

0,26784

2,6

0,7256

11,82

0,65304

0,9382

7,43

0,28146

2,8

0,7605

12,73

0,68445

0,9783

8

0,29349

3

0,7917

13,64

0,71253

1,013

8,57

0,3039

3,2

0,8194

14,55

0,73746

1,042

9,14

0,3126

3,4

0,8437

15,45

0,75933

1,0662

9,71

0,31986

3,6

0,8647

16,36

0,77823

1,0853

10,3

0,32559

3,8

0,8827

17,27

0,79443

1,1

10,9

0,33

4

0,8978

18,18

0,80802

1,1102

11,4

0,33306

4,2

0,9102

19,09

0,81918

1,1167

12

0,33501

4,4

0,9204

20

0,82836

1,1196

12,6

0,33588

4,6

0,9281

20,91

0,83529

1,1194

13,1

0,33582

4,8

0,9341

21,82

0,84069

1,1166

13,7

0,33498

5

0,9385

22,73

0,84465

1,1117

14,3

0,33351

6

0,9452

27,27

0,85068

1,068

17,1

0,3204

7

0,9454

31,82

0,85086

1,0229

20

0,30687

8

0,9513

36,36

0,85617

0,9976

22,9

0,29928

9

0,9559

40,91

0,86031

0,9917

25,7

0,29751

10

0,98

45,45

0,882

0,9937

28,6

0,29811

11

0,9877

50

0,88893

0,9934

31,4

0,29802

12

0,9898

54,55

0,89082

0,9888

34,3

0,29664

13

0,9892

59,09

0,89028

0,9843

37,1

0,29529

14

0,9899

63,64

0,89091

0,9845

40

0,29535

15

0,9933

68,18

0,89397

0,9906

42,9

0,29718

16

0,9979

72,73

0,89811

0,9992

45,7

0,29976

Продолжение таблицы 2.3

17

1,0013

77,27

0,90117

1,0055

48,6

0,30165

18

1,0023

81,82

0,90207

1,0074

51,4

0,30222

19

1,0017

86,36

0,90153

1,0059

54,3

0,30177

20

1,0013

90,91

0,90117

1,0039

57,1

0,30117

21

1,0023

95,45

0,90207

1,0033

60

0,30099

22

1,0042

100

0,90378

1,0037

62,9

0,30111

23

1,0059

104,6

0,90531

1,0036

65,7

0,30108

24

1,0064

109,1

0,90576

1,0017

68,6

0,30051

25

1,006

113,6

0,9054

0,9988

71,4

0,29964

Таблица 2.4

h3(T)

t3

h3(t)

h4(T)

t4

h4(t)

0

0

0

0

0

0

0,0955

0,38

0,012415

0,089

0,18

0,000621

0,1899

0,75

0,024687

0,1774

0,36

0,001234

0,283

1,13

0,03679

0,2643

0,55

0,00184

0,3752

1,51

0,048776

0,3493

0,73

0,002439

0,4611

1,89

0,059943

0,4315

0,91

0,002997

0,5452

2,26

0,070876

0,5099

1,09

0,003544

0,6248

2,64

0,081224

0,586

1,27

0,004061

0,6997

3,02

0,090961

0,6571

1,45

0,004548

0,7691

3,4

0,099983

0,7237

1,64

0,004999

0,8314

3,77

0,108082

0,7853

1,82

0,005404

0,887

4,15

0,11531

0,8417

2

0,005766

0,942

4,53

0,12246

0,8928

2,18

0,006123

0,9863

4,91

0,128219

0,9382

2,36

0,006411

1,0272

5,28

0,133536

0,9783

2,55

0,006677

1,0606

5,66

0,137878

1,013

2,73

0,006894

1,0837

6,04

0,140881

1,042

2,91

0,007044

1,1086

6,42

0,144118

1,0662

3,09

0,007206

1,1242

6,79

0,146146

1,0853

3,27

0,007307

1,135

7,17

0,14755

1,1

3,45

0,007378

1,141

7,55

0,14833

1,1102

3,64

0,007417

1,1428

7,92

0,148564

1,1167

3,82

0,007428

1,1407

8,3

0,148291

1,1196

4

0,007415

1,1354

8,68

0,147602

1,1194

4,18

0,00738

1,1275

9,06

0,146575

1,1166

4,36

0,007329

Продолжение таблицы 2.4

0,1173

9,43

0,145249

1,1117

4,55

0,007262

1,0508

11,3

0,136604

1,068

5,45

0,00683

0,9923

13,2

0,128999

1,0229

6,36

0,00645

0,9658

15,1

0,125554

0,9976

7,27

0,006278

0,9678

17

0,125814

0,9917

8,18

0,006291

0,9819

18,9

0,127647

0,9937

9,09

0,006382

0,993

20,8

0,12909

0,9934

10

0,006455

0,9968

22,6

0,129584

0,9888

10,9

0,006479

0,9971

24,5

0,129623

0,9843

11,8

0,006481

0,9992

26,4

0,129896

0,9845

12,7

0,006495

1,0048

28,3

0,130624

0,9906

13,6

0,006531

1,0101

30,2

0,131313

0,9992

14,6

0,006566

1,0116

32,1

0,131508

1,0055

15,5

0,006575

1,0076

34

0,130988

1,0074

16,4

0,006549

1,0005

35,9

0,130065

1,0059

17,3

0,006503

0,995

37,7

0,12935

1,0039

18,2

0,006468

0,9931

39,6

0,129103

1,0033

19,1

0,006455

0,9947

41,5

0,129311

1,0037

20

0,006466

0,9974

43,4

0,129662

1,0036

20,9

0,006483

0,9991

45,3

0,129883

1,0017

21,8

0,006494

0,9995

47,2

0,129935

0,9988

22,7

0,006497

Рисунок 2.33 -  График значений для каждой трапеции

Находим результирующую переходную характеристику путем сложения графиков h1(t),h2(t), h3(t) и h4(t).

 

Рисунок 2.34 – Результирующая переходная характеристика системы

Определение показателей качества по  переходной характеристике

Физический смысл перерегулирования:

Как наша система отклоняется от установившегося значения  переходной характеристики. То есть показывает работоспособность нашей системы, при большом переререгулировании произойдет слишком большой скачок напряжения, что приведет к выходу из строя данной системы. Поэтому для большинства систем нормой перерегулирования считается значение в пределах 10%.

Перегулирование:

.

Время переходного процесса – это время в течении которого наша система придет в состояние равновесия (установившиеся) после подачи на вход системы единичного ступенчатого воздействия.

Физический смысл времени переходного процесса:

Данный показатель качества показывает быстродействие нашей системы. В то же время система не должна быть слишком  «быстрой», так как это приведет к ухудшению управляемости, но в то же время она не должна быть и «медленной», так как это ведет к большой вялости. Временя переходного процесса для разных систем различный и определяется с помощью других признаков, характерных для данной САУ.

Время переходного процесса:

  1.  Методика проектирования преобразователя уровня жидкости. Схемы принципиальная и структурная

При проектировании МПУЖ необходимо осуществить расчет всех параметров составных частей преобразователя, обеспечивающих нормальное его функционирование в конкретной технической системе. Каждый тип преобразователя может быть представлен описаниями, имеющими иерархическую соподчиненность, которая характеризуется определенными свойствами.

Магнитострикционный преобразователь Р1 состоит из: преобразователя измерительного BN1; преобразователя вторичного U1; кабеля К1 для информационной и электрической связи преобразователей U1 и BN1 с помощью соединителей BN1=G1-X1, U1-X1; соединителя Р1-Х1 для электрической и информационной связи МПУЖ с системой управления.

Рисунок 2.35- Электрическая схема общая МПЛП

Измерительный преобразователь BN1 состоит из ИП G1 с линейным акустическим осциллятором BB1 и магнитным элементом позиционирования A1, механически скреплённого с подвижным объектом СУ.

Размещение вибротермочувствительных электронных компонентов во вторичном преобразователе и выполнение согласованной линии электрической связи между осциллятором G1 и преобразователем U1 повышает общую надежность МПЛП и позволяет ИП BN1 в СУ с повышенным уровнем агрессивных, температурных и механических воздействий.  

Формирователь импульсов тока возбуждения предназначен для создания в рабочем пространстве ЦАВ, входящего в состав ЛАО радиального импульсного электромагнитного поля. Формирователь состоит из силовой и управляющей частей, находящихся в непрерывном взаимодействии. Силовая часть выполнена на управляемых ключах и обеспечивает передачу и преобразование энергии от источника питания к нагрузке волновода. Управляющая часть входит в систему управления формирователя эталонных временных сигналов, расположена в ВП и предназначена для выработки импульсов управления силовым ключом. Длительность и частота повторения импульсов управления имеют высокую степень стабильности в широком диапазоне температур и в течение гарантийного срока эксплуатации.

Механизм формирования эталонной последовательности импульсов τитв, τссзм), τзно, Титв(Тцп), τгкпи1, τгкпи2, τгкпи3, сигналов «СТАРТ» и «ВКЛ-ВЫКЛ», синхронизированных с тактовыми импульсами эталонного генератора, входящего в состав формирователя эталонных временных сигналов. Указанные временные сигналы могут создаваться с помощью синхронных одновибраторов, реализованных на D-триггерах или с помощью синхронного счетчика.

Для измерения интервалов времени между сигналами СТАРТ и СТОП, состоящих из N-го количества эталонных импульсов длительностью τгкпи3  можно использовать традиционные способы измерения. Поскольку генератор выполняют по схеме с кварцевой стабилизацией частоты, то удельный вес составляющей погрешности измерения пренебрежимо мал.

  1.  Разработка структурной схемы МПУЖ

Электрическая структурная схема изображена на рисунке 2.36.  Преобразователь уровня жидкости состоит из измерительного преобразователя и вторичного преобразователя. В состав измерительного преобразователя входит – акустический волновод, концы которого помещены в акустические демпферы, акустэлектрический преобразователь, и магнитный элемент позиционирования (магнитный поплавок), формирователь импульсов токов записи, усилителя импульсов, демпферов внешних и внутренних воздействий и динамического адаптера.

В состав вторичного преобразователя входит: арифметическо - логическое устройство, генератор квантующей последовательности импульсов, дискриминатор амплитудный и формирователь временных интервалов. Выходные сигналы с преобразователя уровня жидкости поступают через контроллер на компьютер оператора. 

Рисунок 2.36 – Структурная схема МПУЖ

  1.  Разработка принципиальной схемы МПУЖ

Схема изображена на рисунке 2.37. Принцип работы структурной схемы поясняется временными диаграммами (Рисунок 2.38) и структурной схемой (Рисунок 2.36).

Тактовый генератор реализованный на элементах DD1.4, DD1.5, резисторах R4,R5, конденсаторов C5, C6 вырабатывает серию импульсов с периодом повторения Тизмер = 3,0  мс, которая обнуляет  формирователь временных интервалов (триггер - DD7.1), включает в работу силовой ключ, выполненый на транзисторе VT1, резисторах R 9- 11, конденсаторе C8 и полупроводниковом диоде VD1. с выхода силового ключа поступает в среду акустического волновода токовые импульсы возбуждения в среде волновода акустических сигналов.   Через время TХ наводиться в акустэлектрическогом преобразователе импульсы ЭДС, которые поступаю на импульсный усилитель (DA1.1, R1)

С выхода усилителя сигналы поступают на амплитудный дискриминатор (DD2.1, R6, R7)  и дальше поступает на формирователь временных интервалов (DD7.1). Информация о положении магнитного поплавка виде временного интервала поступает на ПК оператора, преобразовываясь через контроллер.

Рисунок 2.37 – Принципиальная схема МПУЖ

Рисунок 2.38 – Временные диаграммы МПУЖ

  1.  Расчет параметров магнитострикционного преобразователя уровня и поправок на установку 

Системы контроля, построенные – на базе уровнемеров ПМП -201, обладают следующими свойствами:

  •  в отличие от обычных систем, у которых отказ центрального блока вызовет отказ всей системы, данная система остается жизнеспособной, если работоспособна часть устройств, отвечающих за безопасность процесса;
  •  непрерывный опрос критических уровней является также самоконтролем исправности – при отказе преобразователя, отслеживающего достижение критических уровней, вторичные приборы с релейными выходами (БК, БПК) отреагируют на это соответствующим переключением выходных контактов;
  •  возможность модульного построения уровнемера из преобразователей, вторичных приборов разных типов;
  •  возможность многоуровнего контроля и дублирования основных устройств и узлов (блока питания, реле БК (БПК), сигнализатора ВС);
  •  малое энергопотребление преобразователей позволяет применять кабели с небольшим сечением проводов для связи на дальних расстояниях.

Низкая скорость в линии связи позволяет применять любые кабели, а высокое быстродействие реагирования на критические уровни достигается тем, что опрос критических уровней производится отдельно от опроса измеренных величин, и с меньшим интервалом. Из-за ограничения скорости в линии связи, время опроса измеренных величин считается вторичной задачей и выполняется значительно медленнее реагирования на критические уровни.

Для данной АЗС экономичнее использовать преобразователь контроля уровня жидкости ПМП – 201, который состоит из направляющей (труба из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т), в которой натянута проволока из магнитострикционного сплава, являющаяся звукопроводом, и размещены интегральные датчики температуры. По направляющей свободно перемещаются один или несколько кольцевых поплавков с магнитами. В верхней части направляющей находится корпус с платами обработки сигналов. Корпус имеет кабельный ввод и крышку.

Принцип действия преобразователя заключается в измерении времени пробега ультразвуковой волны, сформированной в магнитном поле поплавка при пропускании через звукопровод импульсного тока.

Преобразователь имеет маркировку взрывозащиты 1ExdIIBT3, IP66.

В зависимости от числа и типа поплавков преобразователь выполняет следующие функции):

  •  измерение уровня жидкости;
  •  измерение уровня жидкости и уровня раздела сред (уровня подтоварной воды);
  •  измерения уровня и плотности жидкости;
  •  измерение уровня, плотности жидкости и уровня раздела сред.

Все поплавки имеют по одному кольцевому магниту и располагаются магнитом вверх. При использовании нескольких поплавков, они оснащаются ограничителями, препятствующими сближению магнитов < 70 мм.

Для данного проекта с заданными параметрами резервуаров, целесообразнее использовать  уровнемер длинной 3500 мм, т.к. высота резервуара 3790 мм. Т.е. труба уровнемера будет не доходить на 200 мм до дна резервуара, т.к. 5 % от объема резервуара невозможно учесть ни при контроле уровня, ни при сливе топлива насосом.

Сборочный чертеж уровнемера ПМП -201, со всеми поплавками  представлен на рисунке 2.39:

Рисунок 2.39 Сборочный чертеж уровнемера ПМП -201

Длина наружной трубы уровнемера высчитывается по формуле:

L1= L + 5 мм = 3500+5= 3505 мм.

Длина внутренней трубы равна:

L2 = L1 + 9- 6 = L + 8 мм = 3500 + 8= 3508 мм.

Длина чувствительного элемента равна:

L3 = L2- 5-6= L-3 мм. = 3500-3 =3497 мм.

Верхний и нижний неизмеряемый уровень равны:

Lвнеизмер = 200 мм;

Lннеизмер= 65,5 + 8,5= 74 мм.

Расстояния для установки датчиков температуры высчитывают по формулам:

L0 %= Lннеизмер + 13+12= 99 мм;

L30 %= 0.3 (L-200) = 0.3L -60 мм = 990 мм = 0,099 метра;

L60 %= 0.6 (L-200) = 0.6L -120 мм = 1980 мм = 0,198 метра.

Длину первой трубки рассчитываем по формуле:

Lt1= (L30 %-13) – (L0 %+13) = 0.3 L -185 мм = 865 мм = 0,0865 м.

Длину средней трубки высчитывают по формуле:

Lt2= (L60 %-13) – (L30 %+13) = 0.3 L -86 мм = 964 мм = 0,0964 м.

Длину конечной трубки высчитывают по формуле:

Lt3= L3    (L60 %+13) = 0.4L + 104 мм = 1504 мм = 0,1504 м.

 

  1.  Пределы измерения

Крепление уровнемера будет осуществлено при помощи патрубка Ду-80-Р, из-за этого выбираем поплавок уровня размерами 48х50х21 из эбонита и поплавок ДПВ с размерами  48х54х25.

Пределы измерения уровня подтоварной воды: нижний -  0,12м, верхний - 0,14м.

Пределы измерения плотности: нижний – 0,665 т/м3, верхний – 0,818 т/м3.

Пределы измерения уровня рабочей жидкости: нижний - 0,29 м, верхний – 2,7 м

Мертвая зона датчика уровня находиться на расстоянии 100 мм от горловины датчика, в этой зоне большая погрешность измерений – импульсы начинают сливаться.

Нижний (h_) и верхний (h) пределы измерения преобразователя  ПМП-201 – это расстояния от нижнего торца направляющей до нижней плоскости поплавка при крайних нижнем и верхнем положениях поплавка (до соприкосновения с ограничителями хода поплавка).

Высчитываются:

  •  Нижний (h_) = 0,05 метра, из-за мертвой зоны при установке датчика.
  •  Верхний (h) = L – 100 мм = 3400 мм, где L – длинна датчика, равная 3500 мм, а 100 мм мертвая зона при измерении сигналов.

Рисунок 2.40- Пределы измерения МПУЖ

  1.  Поправка на отступ от дна

Поправка на отступ от дна (d0) – это расстояние от дна резервуара до нижнего торца направляющей преобразователя, ПМП-201. «Дном» резервуара может быть принят условный уровень, соответствующий нулевому объему.

d0 = Lрез - Lдатч = 3790- 3500= 290 мм = 0,029 м.

  1.  Поправки на глубину погружения поплавков

Поправки на глубину погружения поплавков:

  •  d1 – основного поплавка
  •  d2 - поплавка уровня раздела сред, зависят формы, объема, массы поплавков и плотностей жидкостей.

 Погружение поплавков можно определить:

  •   экспериментально;
  •   рассчитать или определить по таблице.

Так как используются поплавки двух видов и на АЗС применяются два вида топлива, произведем расчет d1 для каждого случая:

  •  для бензинов используем поплавки с размером D48×50×21, рассчитываем в зависимости от веса поплавка поправку на погружение:
  •  D1 = 727.565  кг/м3.
  •  для дизельного топлива используется поплавок D48×54×25, рассчитываем поправку на погружение:
  •  D1 = 816,551  кг/м3.

Данные по расчету поправок с использованием двух видов поплавков и четырех различных сред измерения, представлены в таблице 2.5:

Таблица 2.5

Обозначение

поплавка

Вес по-плав-ка, г

Формула для

расчета d1(мм), где:

P – вес поплавка, (г); r – плотность (кг/м3)

Поправка d1 (мм) для жидких сред

Пропан-бутан, 525 кг/м3

Бензин, 720 кг/м3

Дизельное

топливо, 835 кг/м3

Вода, 1000 кг/м3

D48×50×21

27

37,4

27,3

23,5

19,6

D48×54×25

28

43,5

31,8

27,4

22,9

d2 – уровень погружения (м) поплавка раздела сред (при его использовании) – указывается в табличных данных. Для бензинов он равен – 0,029 м, а для дизельного топлива – 0,030 м.

Значение d2 + d0 соответствует нижнему неизмеряемому уровню раздела сред и равно:

  •  для бензинов - 0,29 + 0,029= 0,058 метра;
  •  для дизельного топлива – 0,03 + 0,029= 0,059 метра.

  1.  Количество и месторасположение датчиков температуры

Датчики температуры устанавливаются на направляющей преобразователей  ПМП-201. Всего устанавливаются три датчика, представленных на рисунке 2. 41:

Рисунок 2.41 - Размещение датчиков температуры на ПМП -201

  •  первый (dt1) – в нижней точке, dt1 = 0;
  •  второй (dt2) – на расстоянии (L – 200 мм)0,3 от нижнего края направляющей;

dt2 = (3500 – 200) )0,3= 990 мм. = 0,099 м;

где L – это длина преобразователя уровня;

  •  третий (dt3)  – на расстоянии (L – 200 мм)0,6;

dt3 = (3500 -200) 0,6 = 1980 мм = 0,198 м;

где L – это длина преобразователя уровня;

При расчетах средней температуры жидкости нужно учитывать, что контроллер преобразователя учитывает только температуры датчиков, расположенных ниже измеренного уровня жидкости.

  1.  Расчет объема резервуара 

Данные с измерителей уровня и температуры поступают на компьютер, где программным путем в соответствии с калибровочными таблицами производится вычисление массы продукта. Результаты измерений выводятся на экран монитора и поступают в локальную сеть предприятия, входя составной частью в центральную систему управления. Кроме того, на дне резервуара образуется подтоварная вода, влияющая на уровень нефтепродукта и его качество. Неучтенный остаток вносит систематическую погрешность при расчете объема.

В существующих системах управления резервуарным парком можно

отметить следующие недостатки:

  •   используется только простая геометрическая форма резервуаров;
  •  нестандартная форма вносит дополнительную погрешность расчета за счет;
  •  аппроксимации объема;
  •  не определена температурная зависимость изменения количества нефтепродукта от изменения состояния окружающей среды – колебания температуры приводят к неучтенному изменению объема и соответственно веса продукта;
  •  трудность точного учета подтоварной воды – неконтролируемый остаток бензина, ухудшение свойств продуктов нефтепереработки и уменьшение полезного объема резервуара;
  •  отсутствие прогнозирования уровня жидкости в каждом резервуаре.

При определении объема жидкости в резервуаре значительные ошибки вызываются конструкцией резервуара, установкой измерительного оборудования, а также методами и процедурами измерения уровня и температуры.

  1.  Влияние геометрической формы на точность учета 

Для резервуаров со сферическими днищами, представленном на рисунке 2.42, задача осложняется громоздкостью форм аналитического расчета объема, так как для этого требуется выявить прямую функцию вычисления объема в зависимости от уровня наполняемости резервуара.

Рисунок 2.42 Форма резервуара со сферическими днищами для расчета объема

Эта форма обладает характеристиками:

  •  длина резервуара L;
  •   диаметр поперечного сечения D;
  •   радиус скругления боковой поверхности R.

Форма, по существу, представляет собой комбинацию из двух геометрических фигур  – горизонтального цилиндра (объем V1) и два сегмента шара равных объемов (V2 каждый). Нахождение объема жидкости можно свести к решению двух задач – нахождения объема жидкости V1 и V2.

Рисунок 2.43 Разбиение на геометрические фигуры для расчета объемы резервуара со сферическими днищами

Будем вести расчет путем последовательного разбиения V2 на очень маленькие части, толщиной dh.

Будем считать , где Ssegm(h) – площадь сегмента круга радиусом r2.

Вычисляется аналогично:

Ssegm(h)=(r2(h))2*β(h)/2–r2(h)*b*sin (β(h))/2, где r2(h)это радиус окружности, полученной в результате сечения сферы радиусом R плоскостью, образованной верхней поверхностью рассматриваемого уровня жидкости.

Рисунок 2.44 – Рисунок к определению объема резервуара сложной формы

Теперь рассмотрим треугольник AOC:

AC = a(h)/2; β(h) = arcsin [AC/OA];

Таким образом, угол β будем определять следующим образом:

;

Для определения величины a(h) рассмотрим сечение сферы скругления фронтальной плоскостью цилиндра:

α (h) = 2*CB; CB = ;

С учетом O2B = D/2 и O2C = D/2 – h, выражение примет вид:

α (h) = ;α (h) = ; тогда α (h) = .

Рассмотрим случай, когда h = D/2. То есть резервуар заполнен ровно на

половину. В этом случае a(h) = D, r2*(h)=R.

Пусть R - b = d skrugl , величина d skrugl  нам необходима для вычисления одного из параметров элемента объема V1. Следовательно:

b = OO2= , b= .

Все параметры для расчета объема V2 определены. Осталось вычислить объем V1. Этот объем вычисляется аналогично форме «горизонтальный цилиндр».

Резервуар формы «горизонтальный цилиндр» обладает следующими

характеристиками:

  •   длина резервуара L;
  •   диаметр поперечного сечения D.

Для вычисления рассмотрим форму поперечного сечения резервуара, рисунок 2.45:

Рисунок 2.45 Наглядное представление фигур для расчета поперечного сечения

резервуара

Рисунок 2.46 Рисунок для расчета объема горизонтального цилиндра

Объем продукта можно найти путем перемножения длины резервуара L на площадь Sisk. Задача сводится к нахождению площади Sisk, Sisk можно вычислить как разницу площадей сектора круга Ssekt и площади треугольника Streug.

Sisk = Ssekt - Streu;

α = arcos ((R-h)/R).

Streug = R*(R-h)*sin (α)/2, здесь α измеряется в радианах

Sisk = R2 *α /2- R*(R-h)*sin (α)/2; 

Следовательно, объем: V=Sisk*L= (R2*α/2-R*(R-h)*sin(α)/2)*L.

Проводим  расчет «горизонтального цилиндра» с параметрами: h*= h, L*=L– 2*dskrugl . Результирующий объем будет равен сумме: V=V1+2V2

Таким образом, трудность определения объемов резервуаров сложной формы приводит к разнице между реальным и расчетным объемами. Решить эту проблему можно путем накопления информации о существующих формах, аналитических методах расчета и составлении таблицы для каждой формы для определения по уровню жидкости объема, занимаемому ей в резервуаре.

Расчет параметров резервуара по методу представленному выше можно произвести автоматически по специальной программе скриншот,  которой представлен на рисунке 2.47, где для вычисления основных параметров нужно задать объем резервуара заданный по проекту, диаметр обечайки и высоту днища.

Объем цистерны по проекту– 25 м3.

Диаметр обечайки тогда– 2420 в мм.

Высота днища – 400 в мм.

Рисунок 2.47 Скриншот программы расчета параметров резервуара

Преобразователь уровня самостоятельно вычисляет производные от измеряемых параметров – объем, массу, плотность и содержит записанную в памяти градуировочную таблицу резервуара или вычисляет ее, дальше он подает сигнал при достижении критических уровней измеряемой среды с учетом направления ее изменения и гистерезиса.  

Преобразователь самостоятельно рассчитывает объем жидкости исходя из измеренного им уровня. Для этого преобразователю необходимо задать способ расчета объема  исходя из формы резервуара.

Существует четыре способа расчета:

  1.  расчет по формуле для вертикального цилиндра или  параллепипеда (сечение – прямоугольник);
  2.  расчет по формуле для горизонтального цилиндра с плоскими днищами (поперечное сечение – окружность);
  3.  расчет по формуле для горизонтального цилиндра с эллиптическими днищами (продольное сечение);
  4.  расчет по градуировочной таблице, вводимой в «память» контроллера преобразователя.

Градуировочная таблица может быть введена при изготовлении преобразователя по заказу, или вводится самостоятельно потребителем с персонального компьютера по программе «Градуировка».

Рисунок 2.48 -  Скриншот программы «Градуировки»

Результаты расчетов с программы можно записать в уровнемер, а так же просмотреть графически зависимость объема жидкости от высоты резервуара.

  1.  Обработка экспериментальной информации с использованием метода дисперсионного и корреляционно – регрессионного

 анализа

Большинство зависимостей свойств объекта получают эксперементально и представляют в виде таблиц и графиков.

При проведении анализа процессов возникает необходимость в статистической обработке опытных данных и представлении их в виде математических моделей, связывающих выходную и входную характеристику.

Для количественного выражения этой связи служит корреляционно–регрессионый анализ, включающий в себя:

  •  корреляционный анализ – оценку тесноты связи параметров;
  •  регрессионный анализ – определение формы и параметров     уравнения регрессии;
  •  анализ достоверности существования связи.

Дисперсионный анализ по полученным графикам позволяет выявить наиболее важные факторы и оценить степень их влияния.

 По программе «Градуировка» получим расчет градуировочной таблицы уровнемера, в зависимости от параметров резервуара (изменяя только высоту днища). Построим два графика зависимости объема жидкости от высоты резервуара. Эксериментально установлено и повсеместно используются резервуары с высотой днища 400 мм, потому что при такой высоте работа нососов ничем не осложняна и используются насосы простейшей конструкции. Доказательства этого факта приведем методом корреляционно –регрессионного анализа.

Если изменить параметры резервуара, допустим изменить высоту днища на 600мм изменяться значения градуировочной таблицы, а соответственно и график., представленный на рисунке 2.49:

Рисунок 2.49 -  Построение графика по результатам градуировочной таблицы про помощи программы «Градуировка» с высотой днища 400 мм

Рисунок 2.50График градуировочной таблицы при высоте днища 600 мм

В результате получены массивы двух величин объема жидкости и высоты резервуара, на которой этот объем будет зафиксирован.

Данные по расчету приведены в таблицах 2.6 и 2.7, а изображение математической модели приведено на графике, изображенном на рисунке 2.51.

Таблица 2.6 – Дисперсионный анализ

Наименование

Оценка внутригрупповой дисперсии,

dis2

Оценка межгрупповой дисперсии,

dis1

F-критерий Фишера факт.,

Fp

F-критерий Фишера теор.,

qF(1-α,f1,f2)

Уровень значимости для F-критерия Фишера,

α

1

График 1

1.333E+3

56306.76024

42.252

1.873

0.01

2

График 4

498.078

75041.25646

150.662

1.873

0.01

Таблица 2.7 – Корреляционно-регрессионный анализ

Математическая модель (ММ)

Коэффиц. корреляции

rv

Проверка значимости коэффициента корреляции

Уровень значимости для критерия Стьюдента,

1-γ

Остат. дисперия,

DISost

Коэффициенты для ММ

Среднее значение ошибки на интервале,

0/0

t-критерий Стьюдента факт.,

t_fact

t-критерий Стьюдента теор.,

t_teor

1

0.99672

65.178

2.763

0.99

393.387

A0 = 3.721

A1 = 1.315

2.971

2

0.99923

135.05

2.763

0.99

138.007

A0 = 4.053

A1 = 1.228

1.254

Рисунок 2.51 – Графическое изображение математических моделей

  1.  
    ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

  1.   Методика настройки и поверки 

  1.  Общие положения

Настройка преобразователей и вторичных приборов должна проводиться квалифицированным персоналом с обязательной отметкой в паспортах устройств о проведенных изменениях. Настройки, влияющие на результаты измерения, должны проводиться только лицами, ответственными за достоверность коммерческого учета продукта.

Настройка устройств уровнемера может проводиться:

  •   с персонального компьютера, используя адаптер RS-232 и программу «Настройка уровнемера», что более удобно. Методика настройки прилагается к программному обеспечению;
  •  любым из сигнализаторов: МС-К-500-…, при помощи кнопок управления, расположенных на лицевой панели. Далее рассматривается только настройка с использованием сигнализатора.

  1.  Функции кнопок управления

Принцип управления кнопками при настройке построен на длительности нажатия:

  •  кратковременным нажатием (<1с) осуществляется выбор параметра (пункта  меню, папки параметров, самого параметра, цифры в числе параметра), т.е. действия, не изменяющие параметр;
  •  удержанием кнопки в нажатом состоянии (>1с) осуществляется изменение параметра (изменение цифры в числе, подтверждение изменений, а также открытие-закрытие папки параметров и пунктов меню).

Сигнализаторы МС-К-500-… имеют две кнопки, которыми можно изменять направление выбора и изменений: правой - в большую сторону (увеличение цифры числа, движение по меню вправо), левой – в меньшую (уменьшение цифры числа, движение по меню влево).

Вход в режим настройки осуществляется нажатием на обе кнопки сразу (для двухкнопочного сигнализатора) и удержанием кнопки ~ 4c (однокнопочного сигнализатора) – появится индикация Set (настройка).

Выход из режима настройки произойдет само собой в конце меню настройки.

В пункте End (завершение), которым оканчивается основное меню и меню в папках, настройка должна быть подтверждена, иначе изменения, проведенные при настройке, не сохранятся. При выходе из пункта End появится запрос:  SAv.? (сохранить?). Для подтверждения нажмите и удерживайте правую кнопку (в однокнопочном сигнализаторе – единственную кнопку), после чего появится подтверждение: YES, SAVE (да, сохранено). Если кратковременно нажать кнопку, то это приведет к выходу без сохранения и появится: no (не сохранено).

Изменение числового значения параметра происходит в соответствии с общим принципом действия кнопок, изложенным ранее, и выполняется следующим образом: после длительного нажатия на кнопку начнет мигать точка, отделяющая целое от десятых долей. Длительным нажатием кнопки установите нужный разряд. После кратковременного нажатия на кнопку начнет мигать первая цифра числа. Вновь длительным нажатием выберите цифру и кратковременно нажмите на кнопку – замигает вторая цифра числа. Левой кнопкой можно изменять цифру числа в меньшую сторону и двигать «курсор» влево.

  1.  Структура меню настройки

Меню настройки устройств содержит общие пункты и частные, появляющиеся при настройке определенных типов устройств, показанное на рисунке 3.1:

Рисунок 3.1Структура меню настройки

  1.  Общие пункты меню для устройств:

А ХХ – команда набора адреса устройства

В данном пункте необходимо набрать адрес, указанный в паспорте устройства:

  •   преобразователи имеют адрес А01 … А31 (по умолчанию в заказе установлен адрес А01);
  •   реле блоков БК, БПК, сигнализаторы ВС-5 имеют адреса  А32 … А99 (по умолчанию в заказе адрес первого реле устанавливается - А32, далее по порядку – А33, А34, … и т.д.);
  •   сигнализаторы МС-К-500-… по умолчанию имеют адрес А254, сигнализатор МС-Ш-8х8 –адрес 196.

Примечание:

1. Чтобы набрать адрес >А99 нажмите левую кнопку – появится дополнительный разряд слева.

2. Адрес А255 – универсальный «собственный» адрес сигнализатора МС-К-500. При его наборе высветится SELF (свой).

3. Адрес 00 – универсальный адрес для настройки одного устройства с неизвестным адресом. Внимание: не устанавливайте адрес А 00, если в линии связи находятся несколько устройств (БПК, ПМП, МС, ВС), т.к. при этом режиме программируются все подключенные к линии связи устройства, кроме сигнализатора МС-К-500, с которого ведется программирование.

После введения адреса и нажатия правой кнопки, сигнализатор посылает запрос данному устройству. Устройство в ответ посылает все настраиваемые параметры, сгруппированные в папках, которые будут присутствовать в меню настройки.

SEnS, SiGn, rELE – справка о типе устройства

В начале меню каждого устройства показывается его тип:

  •   SEnS (сенсор – датчик) – преобразователь ПМП-118, ПМП-128, ПМП-138, ПМП-201;
  •  SiGn (сигнализатор) – сигнализатор МС-К-500-…, МС-Ш-8х8;
  •  rELE (реле – исполнительное устройство) – блок реле БК, БПК, сигнализатор ВС-5.

SEE – команда просмотра состояния устройства

Команда SEE (смотреть) позволяет переключить сигнализатор на просмотр состояния любого устройства в линии связи. Данная команда не участвует в настройке устройств и присутствует как сервисная функция. Выполнение команды осуществляется длительным нажатием на правую кнопку.

При обращении к преобразователю, происходит выход в рабочий режим с просмотром параметров данного преобразователя.

Обращением к блокам БК, БПК, сигнализаторам ВС проводится проверка их функционирования в линии связи и состояние реле (включено/отключено).

К сигнализаторам МС данная команда не применяется.

SEtt – папка с основными параметрами устройства

Папка SEtt (setting - настраивать) содержит основные настраиваемые параметры устройства. Содержание папки определяется типом устройства, и будет рассматриваться далее.

inFo – информация об устройстве

Папка inFo (информация) – содержит общую информацию об устройстве:

Er = ХХХХ (код ошибки устройства). Если  Er = 0000, то ошибок нет;

Ad = ХХХХ (адрес устройства). Адрес устройства, установленный при изготовлении может быть изменен в данном пункте длительным нажатием на правую кнопку. Не допускайте возникновения одинаковых адресов в устройствах уровнемера, т.к. это приведет к сбою в его работе;

Pr = ХХХХ  – порядковый номер (версия) программы контроллера устройства, присвоенный на предприятии – изготовителе.

  1.   Градуировочные параметры преобразователей

Градуировочные параметры преобразователей содержатся в папке SEtt.

Число настраиваемых параметров зависит от типа преобразователя

h_ и h - нижний и верхний пределы измерения уровня (м). Пределы измерения устанавливаются при изготовлении уровнемера, и не должны изменяться.

d0 – («отступ от дна») поправка измерения уровня (м), равная расстоянию от днища резервуара до нижнего торца преобразователя.

d1 - глубина погружения поплавка (м).  Зависит от плотности жидкости, и  может быть рассчитана или выбрана по таблице с учетом пересчета в метры, или определена экспериментально.

Значение d0 + d1 соответствует нижнему неизмеряемому уровню преобразователя (при отсутствии поплавка раздела сред).

  •   Gr  –  способ расчета объема (градуировка);
  •   hEiG – «по высоте» – линейная зависимость объема от уровня. Применяется для резервуаров, имеющих форму вертикального цилиндра или параллепипеда;
  •  ovAL  –  «по овалу» – нелинейная зависимость объема от уровня. Применяется для горизонтальных цилиндров;
  •   ov.EL  «по овалу c эллипсами» – нелинейная зависимость объема от уровня. Применяется для горизонтальных цилиндров с эллиптическими днищами;
  •  tAbL – «по таблице». Запись градуировочной таблицы в «память» уровнемера осуществляется с компьютера. При этом параметры H и U  не могут корректироваться, где Н – диаметр (высота) резервуара (м).; U – объем резервуара (м3 ).

Рекомендуется максимально использовать разряды индикатора: например, при объеме резервуара 10,00 м3 лучше ввести значение 9,999м3.

d2 – уровень погружения (м) поплавка раздела сред (при его использовании) – указывается в паспорте. Значение d2 + d0 соответствует нижнему неизмеряемому уровню раздела сред.

r_ и r – нижняя и верхняя контрольные точки измерения плотности - параметры преобразователя ПМП-201, оснащенного поплавком плотности.

d4 и d5 – градуировочные расстояния между магнитами основного и дополнительного поплавков преобразователя ПМП-201 соответственно в нижней и верхней контрольной точке измерения плотности.

Соотношение значений  r_,  r , d4, d5 приводятся в паспорте преобразователя и изменениям не подлежат.

Если преобразователь ПМП-201 применяется без дополнительного поплавка, то в параметр  r_ записывается ноль – этим выбирается способ расчета плотности исходя из измеренной средней температуры.

При отдельной поставке комплекта поплавков для измерения плотности,  значения r_,  r , d4, d5, указанные в паспорте комплекта, необходимо ввести в "память" преобразователя.

Определение значений r_, r, d4, d5 проводится предприятием-изготовителем на специальном поверочном оборудовании по методике:

Преобразователь с поплавками помещается в жидкость с известной плотностью, близкой к нижнему пределу изменения. Открывается папка  tpnt  и вводится число P04. Затем преобразователь помещается в жидкость с плотностью, близкой к верхнему пределу измерения, и в папке tpnt водится число P05. При этом, в «память» преобразователя автоматически записываются значения d4 и d5. Настройка завершается введением значений плотностей этих жидкостей в пунктах r_ и  r , и записью в паспорте значений r_,  r , d4, d5.

d6 и d7 – пороги нижнего уровня (м), при котором происходит обнуление показаний: d6  - уровня раздела сред, d7 - уровня основной жидкости. Если они установлены, равными нулю, то при отсутствии жидкости преобразователь будет давать показания нижних неизмеряемых уровней. При введении значения > 0, показания будут обнуляться на заданном значении. Имеется защита от колебаний уровня (гистерезис): при повышении уровня переключение с нулевого на ненулевое показание будет происходить при превышении на 2 мм указанного порога.

  1.  Исходные данные для вычисления плотности

Исходные данные: коэффициент объемного расширения Lо, плотность rо при начальной температуре tо устанавливаются в папке dEnS (плотность).

  1.  Критические уровни 

Папки LЕv. (уровни) и GiSt (гистерезис) содержат данные критических уровней преобразователя.

В папке LЕv. устанавливаются до 8-ми критических уровней (1, 2 … 8). Каждый уровень содержит данные: обозначение параметра (h, t, %, U, G, r, U1, h2), направление срабатывания (нижний порог – тире внизу, верхний – тире вверху) и числовое значение параметра в измеренных величинах. При раскрытии папки, данные поочередно индицируется, например:

«1. h    «0,500»  - уровень «1» – нижний порог уровня  жидкости равен 0,5 м;

«2. Оо   «5 Оо» - уровень «2» – нижний порог % -ного заполнения равен 5%;

«3. t О »   «60О»  - уровень «3» – верхний порог температуры равен 60 С;

Если вместо параметра ввести два тире, то данный уровень не контролируется.

В папке GiSt устанавливаются значения гистерезисов, необходимых для устойчивой работы систем сигнализации и автоматического регулирования параметров. Например, для критического уровня «Оо  = 90 %», гистерезиса = 5 % повторное срабатывание на контрольном уровне 90 % произойдет только после того, как уровень понизится < 85 %, что обеспечит отсутствие повторных (ложных) срабатываний при естественном колебании уровня.

При раскрытии папки поочередно индицируются обозначение параметра + буква G (гистерезис), и значение гистерезиса в измеренных величинах, например:

« ОоG»    «5,000» (гистерезис %-ного заполнения равен 5 %);

« t ОG»    «5,000» (гистерезис температуры равен 5).

  1.  Проверка датчиков температуры

В папке tC просматриваются поочередно (снизу – вверх) значения измеренных температур всех термодатчиков преобразователя.

  1.  Уровни датчиков температуры

В папке LC просматриваются уровни датчиков температуры - расстояния (м) от нижнего края преобразователя до мест установки датчиков температуры, например:

«1 LC»    «0,095» (первый  - нижний датчик температуры – 95 мм);

«2 LC»    «0,306» (второй  датчик температуры – 306 мм) и т.д.

Уровни устанавливаются на предприятии-изготовителе при изготовлении преобразователя и корректировке не полежат.

  1.   Калибровка преобразователей

В папке tPnt  (технологические пункты настройки преобразователей) осуществляется набор и введение команд, при выполнении которых происходит запоминание градуировочных сигналов чувствительных элементов преобразователя:

Р01 – нижний предел измерения уровня – поплавок в положении h_;

Р02 – верхний предел измерения – поплавок в положении h; 

Р03 – опорное время струны магнитострикционного преобразователя и количество термодатчиков - поплавок в верхней половине диапазона измерения уровня;

Р04 – меньшее градуировочное расстояние между основным и дополнительным поплавками измерителя плотности (d4).

Р05 – большее градуировочное расстояние  –  (d5).

Калибровка проводится  в последовательности: Р03-Р02-Р01-Р04-Р05.

Операции проводятся на предприятии-изготовителе при первичной настройке преобразователей. Выполнение настройки при эксплуатации не допускается.

  1.   Параметры реле блоков коммутации БК и БПК

Каждое реле имеет свой индивидуальный адрес, который указывается в паспорте блоков БК, БПК.  По умолчанию, адреса распределены следующим образом:  первое реле, начиная слева - А32, второе - А33, третье – А34 и т.д. Для изменения адресов реле, необходимо обратиться к первому реле блока БК, БПК, и в папке info изменить его адрес. При этом и остальные реле приобретут новые адреса, последовательно слева - направо  увеличивающиеся от первого реле на единицу. Транзисторный  выход на сирену в блоке БПК-220В-4Р-ГС соответствует «первому» реле (по умолчанию – адрес 32) и программируется аналогично реле.

Настройка выбранного реле, происходит в двух папках  SEtt и dt.bt:

В папке SEtt настраивается характер срабатывания данного реле:

  •   если выбрано rc = 0, то срабатывание будет непрерывным до выхода измеренной величины из зоны гистерезиса критического уровня;
  •   если выбрано rc = 1…254, то срабатывание будет прерывистым: 3с - срабатывание, 2 с -пауза. Число срабатываний равно установленному числу «rc». При этом, возможна принудительная  остановка переключения реле (и отключение сирены в блоке БПК-220В-4Р-ГС) -  нажатием на кнопку сигнализатора МС-К-500-…

В папке dt.bt настраивается список адресов преобразователей(А1, А2, … ) и соответствующий каждому адресу список критических уровней (1,2,3, …, 8), который отображается в виде восьми вертикальных полос. Полоска полной высоты (горят оба вертикальных сегмента индикатора) – критический уровень установлен на контроль, в полвысоты  -  снят с контроля. Установка и снятие с контроля осуществляется длительным нажатием на любую кнопку.

Например, индикация «А1  I I I I I I I I» означает, что данное реле реагирует на преобразователь, имеющий адрес А1, на его критические уровни 1,2,3,4 (на уровни 5,6,7,8 – не реагирует).

Пример настройки:

Требуется:

1. Автоматическое регулирование уровня жидкости в резервуаре: включение насоса на уровне 20 %, отключение – на уровне 90 %

2. Включение сирены при относительном заполнении объема: нижний порог – 5 %, верхний – 95 %

3. Автоматическое регулирование температуры в диапазоне: включение ТЭН при 50 С, отключение ТЭН  - при 70 С  

4. Включение сирены от температуры: нижний порог - 40 С, верхний порог - 80 С.

5. Характер звучание сирены – прерывистый, длительностью 1 мин, принудительно отключаемый.

6. Управление насосом и ТЭН осуществляется с применением промежуточных реле – пускателей, имеющих самоудерживающий контакт.

Решение:

Для выполнения заданных функций выбираем преобразователь (ПМП-201), блок коммутации БК (БПК) и сирену ВС-3 (возможность применения сигнализатора ВС-5 в данном примере не рассматривается).

Составим таблицу функций уровнемера:

                                                                            

Настройка устройств (приведены показания сигнализатора МС-К-500):

Преобразователь:

Уровни (LEv): 1.Оо _    5%; 2.Оо_  20%; 3.Оо   90%; 4. Оо  95%;

5. t О_   40С; 6. t О_ 50С; 7. t О    70С; 8. t О   80С

Гистерезис (GiS): ОоG  3.000 (3%); t ОG  3.000 (3С)

Блок коммутации:

А=32: rc = 12;  А1 ↔ I I I I I I I I (сигнализация);

А=33: rc = 0;  А1 ↔ I I I I I I I I (включение насоса);

А=34: rc = 0;  А1 ↔ I I I I I I I I (отключение насоса);

А=35: rc = 0;  А1 ↔ I I I I I I I I (включение ТЭН);

А=36: rc = 0;  А1 ↔ I I I I I I I I (отключение ТЭН).

  1.   Настройка сигнализатора ВС-5

Сигнализатор имеет свой индивидуальный адрес в линии связи, который указывается в паспорте, и может быть запрограммирован на реагирование от заданных критических уровней одного или нескольких преобразователей.

Настройка сигнализатора происходит в трех папках, каждая из которых соответствует определенному характеру подачи сигналов:

dt.btнепрерывный;

d.bt.2 – прерывистый - 15с;

d.bt.3 – кратковременный – 3с.

Настройка осуществляется аналогично реле блоков БК, БПК. В папки вводятся адреса и критические уровни преобразователей.

Пример настройки:

Требуется:

1. Кратковременная подача сигнала при достижении 90% наполнения резервуара.

2. Прерывистая подача сигнала в течение 15 с при 95% заполнении резервуара.

3. Непрерывная подача сигнала при 98% заполнении резервуара.

4. Сигнализатор должен реагировать от трех преобразователей.

Составим таблицу функций сигнализатора:

                                                                              

Настройка устройств (приведены показания сигнализатора МС-К-500):

Преобразователи А01, А02, А03:

Уровни (LEv): 1.Оо   90%;  2.Оо   95%; 3.Оо   98%;

Гистерезис (GiS): ОоG  2.000 (2%)

Сигнализатор А40:

Папка dt.bt: А1 ↔ I I I I I I I I; А2 ↔ I I I I I I I I; А3 ↔ I I I I I I I I

Папка d.bt.2: А1 ↔ I I I I I I I I; А2 ↔ I I I I I I I I; А3 ↔ I I I I I I I I;

Папка d.bt.3: А1 ↔ I I I I I I I I; А2 ↔ I I I I I I I I; А3 ↔ I I I I I I I I;

  1.   Контрольная проверка БК, БПК, ВС-5 при эксплуатации

Контрольные проверки исполнительных устройств уровнемера блоков БК, БПК, сигнализаторов ВС, задействованных в системе аварийных блокировок и сигнализации, должны проводиться перед вводом уровнемера в эксплуатацию, и в процессе эксплуатации с периодичностью, оговоренной нормативными документами.

Проверка проводится в три этапа:

1) Проверка правильности настроенных параметров.

Проверка проводится путем сверки настроенных параметров в папках, отмеченных на рисунке 3.3, с таблицами настроек, указанными в паспортах устройств или специальных учтенных журналах.

2) Проверка связи устройств

Проверка связи осуществляется выполнением команды SEE (смотреть). При проверке БК, БПК, ВС-5 на индикаторе появятся вертикальные полосы.  Число полос соответствует числу реле блока. Состояние реле характеризуется высотой полосы: полоска полной высоты – реле включено, в полвысоты – отключено.

3) Состояние контактов реле и работоспособность сигнализатора ВС-5.

Состояние контактов определяется измерением сопротивления между контактами в замкнутом (<1Ом) и разомкнутом (>1МОм) состоянии. Изменять состояние контактов (замкнуты  - разомкнуты) можно подачей питания на блоки БК, БПК.

Сигнализатор ВС-5 должен выдать контрольный сигнал при подаче питания в линию связи.

Во всех преобразователях существует режим эмуляции параметров, который служит для проверки правильности срабатывания реле и сирен перед вводом системы в эксплуатацию

Для проведения такой проверки необходимо наличие адаптера ЛИН-RS232-220В (ЛИН-USB, ЛИН-RS485-MODBUS) и персонального компьютера с установленной программой «Настройка датчиков и вторичных приборов».

При проведении проверки следует придерживаться следующей последовательности действий:

1) Задать технологический параметр P200 (с помощью сигнализатора) или включить режим эмуляции (с помощью программы) проверяемого преобразователя. После задания этого параметра преобразователь прекращает производить измерения и включает режим эмуляции параметров;

2) Установить с помощью программы значение измеряемого параметра больше верхнего или ниже нижнего контролируемого уровня и произвести запись установленных значений в память микроконтроллера преобразователя. После этого должны сработать реле и сигнализаторы, настроенные согласно п.10.10 и п.10.11 (повторить указанные действия для всех необходимых параметров и контролируемых уровней).

После проверки каждого контролируемого уровня желательно установить «нормальное» значение параметра для возвращения контактов реле в исходное положение и отключить сигнал сирены с помощью кнопки МС-К-500-… или пункта меню программы.

Не рекомендуется проверять одновременно несколько контролируемых уровней для нескольких параметров и преобразователей.

3) По окончании проверки необходимо задать технологический параметр P201 преобразователя, для отключения режима эмуляции.

Максимальная длительность режима эмуляции 10 минут, после чего преобразователь автоматически переходит в рабочий режим измерения параметров.

Во время режима эмуляции значения измеряемых параметров считаются «недостоверными» (мигающее значение на МС-К-500) и не могут быть использованы в учетных операциях.

  1.   Настройка сигнализаторов МС-К-500, МС-Ш-8х8…, МС-Ш-40

Папка SEtt у сигнализаторов:

  •  МС-К-500-2, МС-К-500-П - является справочным пунктом меню. В нем автоматически запоминается адрес преобразователя (Ao = …), который просматривался сигнализатором в рабочем режиме последним. Его адрес сохраняется и после отключения питания. После включения, сигнализатор покажет параметры данного преобразователя;
  •  МС-К-500-ВЗ, МС-К-500-IP66 – предназначена для установки режима работы при F = 0 – режим «экономичный», при F > 0 – режим «непрерывный». Опрос параметра сигнализатором производится с периодом (1,5 + F) секунды, т.е. параметр F задает также время опроса. При использовании большого числа сигнализаторов в линии, необходимо задавать F  не менее 4-х секунд.
  •  МС-Ш-8х8, МС-Ш-40 – предназначена для задания времени обновления индикации в секундах (F = 4…60), соответствующее интервалу между запросами каждого преобразователя. Общее время обновления индикации для 8-ми преобразователей соответственно будет равно F  8 (для МС-Ш-8х8).

Примечание: Не рекомендуется устанавливать частый опрос в случае применения блоков БК, БПК и сирены ВС-5, т.к. он увеличивает время их реагирования на критические уровни.

В папке S.SEE Set see» – установка просмотра) обозначены преобразователи, которые может просматривать сигнализатор. Добавление адресов преобразователей осуществляется через пункт Аdd. Для удаления адреса из списка установите его равным 0. Удаление всех адресов из списка используется для просмотра одиночного преобразователя или другого устройства, если адрес его неизвестен.

В папке dt.bt настраивается список критических уровней преобразователей, при достижении которых произойдет подача сигнала миганием индикаторов, а также: для МС-К-500-2 - включение встроенного пьезозвонка, для МС-К-500-П – мигание светодиода подсветки шкалы.

  1.   Индикация ошибок

Сигнализаторы МС-К-500-… индицируют ошибки при работе и настройке устройств, перечисленные в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Индикация

Причина

Er.h

Отсутствует сигнал датчика уровня

Er.tО

Отсутствует сигнал датчика температуры

Er.hЕ

Неправильно установлены пределы измерения h_  и  h

Продолжение таблицы 3.1

Er.HU

Неправильно установлены диаметр (высота) и объем резервуара

Er

Неправильно установлен диаметр (высота) резервуара

Er.G

Невозможно вычислить массу

E.G.t. 

Отсутствует таблица градуировки

Er.S

Ошибка установки контрольных уровней

Er.tr

Нет связи с преобразователем

ESEt.

Ошибка обработки пакета при настройке

Hi Оо

Заполнение резервуара >99 % (не является ошибкой)

Err

Ошибка измерения  - индицируется в новых версиях сигнализаторов вместо Er.h и Er.tО.  Причиной может быть как ошибка настройки преобразователя, так и неисправность схемы.

bAtt

Разряд батареи сигнализатора МС-К-500-П

  1.   Монтаж и ввод в эксплуатацию

Перед монтажом необходимо:

  •  ознакомиться с настоящим РЭ и паспортами устройств из комплекта уровнемера.
  •  проверить комплектность и наличие сопроводительной документации;
  •  проверить внешний вид устройств уровнемера и соответствие их маркировки;
  •  проверить правильность установки поплавков преобразователей.
  1.  произведите прокладку кабелей линии связи-питания, питающих кабелей и других электрических цепей в соответствии со схемой соединений. Питающие цепи блоков БП, БПК, адаптер …-220 В соединить так, чтобы включение/отключение питания блоков происходило одновременно.
  2.  произведите монтаж и электрические соединения вторичных приборов при этом:
  •  не допускайте попадания влаги внутрь оболочек, т.к. она в последующем может привести к образованию коррозии, нарушению изоляции, замыканию и обрыву электрических цепей;
  •  в незадействованный кабельный ввод устройств установите заглушку (в соответствии с паспортом) для обеспечения взрывозащищенности и герметичности устройства;
  1.  подайте питание на вторичные приборы. Проверьте напряжение линии связи-питания;
  2.  проведите проверку работоспособности преобразователей перед монтажом в резервуары, положив их горизонтально на плоскую поверхности (на стол). Поочередно подключите преобразователи к линии связи, и проверьте:
  •  соответствие запрограммированных параметров данным паспорта;
  •  правильность измерения уровня, двигая поплавок уровня по направляющей;
  •  правильность измерения уровня раздела сред, двигая поплавок раздела сред;
  •  соответствие диапазона измерения плотности, двигая поплавок плотности;
  1.  при необходимости произведите настройку (программирование) устройств по методике;
  2.  проверьте срабатывание контактов реле блоков БК, БПК и подачу сигналов сигнализаторами МС, ВС, имитируя достижение критических уровней движением поплавка;
  3.  подключите контакты реле в разрыв цепей питания исполнительных механизмов регулирования уровня (температуры). Состояние контактов, показанное на схемах соответствуют состоянию, когда на блоки БК, БПК подано питание и уровень в норме, т.е. не достиг критического значения. При отсутствии питания блоков БК, БПК, контакты переключаются в противоположное состояние.

  1.  Порядок работы по монтажу 

Начальное состояние сигнализатора МС-К-500-2 после подачи питания – «спящий режим», в котором он не опрашивает преобразователи, не реагирует на критические уровни. Этот режим индицируется мигающей точкой. Нажатие на любую кнопку сигнализатора переводит его в рабочий режим (остальные сигнализаторы, если их в линии несколько, остаются в «спящем режиме»). Для перевода другого сигнализатора в рабочий режим необходимо нажать его кнопку. При этом ранее работающий сигнализатор переходит в «спящий режим» (этим достигается низкое потребление сигнализаторами энергии линии связи-питания).

Структура табло сигнализатора МС-К-500-2, имеющего восемь семисегментных индикаторов, расположенных по четыре в два ряда, показана на рисунке 3.5

 

Измеренные параметры индицируются на табло символами: h – уровень (м), Оо – относительное заполнение (%), U – объем (м3), tО – температура (ºС), G – масса (т), h2 – уровень раздела сред (м), r – плотность (т/м3), U1 – объем продукта без учета подтоварной воды (м3).

Левой кнопкой сигнализатора выбирается номер резервуара  (адрес преобразователя), правой - измеряемый параметр.

При достижении критического уровня на табло сигнализатора высвечивается номер резервуара, обозначение и числовое значение параметра, достигшего критической величины. Индикация мигает и звучит звуковой сигнал пьезозвонка, встроенного в сигнализатор. Для отключения сигнализации нажмите на любую кнопку сигнализатора.

Сигнализатор контролирует только те резервуары, которые были установлены «на просмотр» при настройке.

Работа сигнализаторов МС-К-500-ВЗ, МС-К-500-IP66, имеющих четыре семисегментных индикатора, расположенных в один ряд, имеет следующие отличия от работы сигнализатора МС-К-500-2:

  •   отсутствует встроенный пьезозвонок;
  •  для индикации такого же объема информации происходит переключение индикации – рисунок 3.6;
  •  имеется два режима работы:

1) «Экономичный» - режим, аналогичный режиму работы МС-К-500-2, описанному выше, который имеет два состояния – «спящий режим» и индикация.

2) «Непрерывный» («спящий режим» отсутствует). В этом режиме индикатор постоянно показывает числовое значение выбранного параметра в одном резервуаре. Для просмотра номера резервуара и измеряемого параметра следует нажать на одну из кнопок сигнализатора (для их смены нажатия повторить). В этом режиме сигнализатор не влияет на работу остальных сигнализаторов в линии – не переводит их в «спящий режим». Данный режим может быть применен при расположении нескольких сигнализаторов на одной панели, для наблюдения нескольких измеренных параметров без манипуляций с кнопками (для исключения случайной смены параметра, кнопки закрывают специальной перегородкой).

Сигнализаторы шкальные МС-Ш-8х8 показывают относительное заполнение объема всех резервуаров одновременно.

Наблюдение показаний возможно с экрана монитора персонального компьютера с использованием программы «АРМ», которая, кроме того, позволяет архивировать данные и составлять сменные отчеты.

Сигнализаторы МС-К-500-П  и МС-К-500-В300-ВЗ со встроенным источником питания применяются автономно, без подключения к линии связи. Они постоянно находятся в «спящем режиме» - индикатор не горит.  Для просмотра измеренных параметров и смены параметра кратковременно нажимайте правую кнопку.  Возврат в «спящий режим» произойдет автоматически, через 5 сек после отпускания кнопки. Режим сигнализации критических уровней включается нажатием на левую кнопку в течение >1с (индицируется надписью ALAr), он продолжается 1 час. В этом режиме сигнализатор опрашивает преобразователь каждые 10 с. Если достигнут критический уровень преобразователя, то значение этого параметра выводится на индикатор, мигает светодиод на лицевой панели. Сигнализация продолжается 5 мин и может быть остановлена нажатием на любую кнопку. Для просмотра параметров в режиме сигнализации достаточно нажать на любую кнопку. Отключается режим сигнализации нажатием на левую кнопку до появления индикации «OFF».

Реле блоков БК, БПК и сигнализаторы ВС-5 следят за критическими уровнями преобразователей независимо от сигнализаторов, и переходят в рабочий режим сразу после подачи питания.

Реле блоков БК, БПК (а также сирена, подключенная к транзисторному выходу блоков БПК-…-ГС), настроенные на прерывистое переключение, могут быть принудительно отключены после срабатывания нажатием на кнопку сигнализатора МС-К-500

Отключение сигнализатора ВС-5 после его срабатывания также осуществляется нажатием на кнопку МС-К-500, причем отключение произойдет независимо от его настройки (непрерывное или прерывистее звучание). При неисправности одного из преобразователей или отключении его от линии связи, сигнализатор ВС-5 подает тройной предупредительный сигнал с интервалом 5с, чем обеспечивается автоматический контроль исправности преобразователей. Для отключения сигнала на время ремонта преобразователя следует снять его контроля в режиме настройки сигнализатора ВС-5, а после ремонта - восстановить.

 

  1.  

  1.  


  1.  ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

  1.   Обоснование экономической эффективности инвестиционного проекта (автоматизированной системы коммерческого учета топлива на АЗС)

Любое техническое решение необходимо рассматривать с экономической точки зрения экономической целесообразности и пользы.

Целью технико-экономического обоснования разработки является количественное и качественное доказательство экономической целесообразности проекта, а также определение организационно-экономических условий его эффективного функционирования.

Прогноз финансовых показателей инвестиционного проекта позволяет определить финансовую состоятельности проекта, который обеспечит способность предприятия своевременно и в полном объеме выполнять финансовые обязательства и получать прибыль.

В состав финансовых показателей проекта включаются:

  •  инвестиционные издержки, определяющие величину начальных капитальных вложений в проект;
  •  финансовые результаты проекта, определяющие источники, сроки и размеры поступления денежных средств;
  •  состав выплат.

На основе всего выше изложенного произведем расчет финансовых показателей инвестиционного проекта.

  1.   Определение капитальных вложений

Величина начальных капитальных вложений, необходимых для реализации данного проекта, составляет 1 308 600 тысяч рублей, идущих только на закупку оборудования.

Таблица 4.1 – Стоимость оборудования

Наименование

Кол-во

(шт.)

Цена за шт. (руб.)

Общая сумма (руб.)

Резервуары

4

154 800

619200

ТРК (Нара -3вида топлива)

2

225800

451600

Информационное табло

1

29400

29400

ПМП -201

4

16900

64600

Сигнализатор МС-К-500-2

4

7400

29600

Сирена

4

500

2000

Блок коммутации

4

9800

39200

Коробка соединительная

 4

1600

6400

Поплавки

16

300

4800

Комплект программы «АРМ- оператора»

1

12000

12000

Фланцы

 4

600

2400

Пульт управления клапанами

1

3000

3000

Сигнализатор звуковой и световой

1

3800

3800

Пульт управления для ТРК

2

3200

6400

Отсчетное устройство для ТРК

2

15700

31400

Транспортно-заготовительные расходы () на транспортировку, складирование, хранение сырья и покупных изделий составляет 3 % от их стоимости:

(руб.)   

Основная заработная плата рабочих  определяется на основе норм времени и расценок на монтаж, наладку и испытание оборудования, представленных в таблице 4.2:

Таблица 4.2 – Основная заработная плата по монтажным работам

Наименование

операции

Разряд работ

Трудоемкость норма/час

Часовая

тариф ставка, руб.

Тарифная заработная плата, руб.

Испытательная

2

2,56

1350,488

2500,53

Монтажная

5

2,73

2300,16

630023

Настройка

4

1,77

1500,72

2700,82

Итого

11510,58

Дополнительная заработная плата производственных рабочих () составляет 12 % от основной заработной платы:

(руб.)   

Вознаграждение за выслугу лет () вычисляется на основе процентной ставки от основной заработной платы и составляет 10 %:

(руб.)    

Отчисление на социальное страхование (в т.ч. и пенсионный фонд, фонд социального страхования, фонд занятости, фонд медицинского страхования) составляют 26 %:

(руб.)

Общепроизводственные расходы () включают в себя расходы на содержание и эксплуатацию оборудования и составляют по предприятию 97 % от фонда основной заработной платы производственных рабочих:

(руб.)

Таблица 4.3  – Статьи затрат и структура себестоимости

Наименование статьи калькуляции

Сумма затрат, руб.

Покупка оборудования

1308600

Транспортно-заготовительные расходы

39258

Отходы возвратные (вычитаются)

0

Основная заработная плата производственных рабочих

11510,58

Дополнительная заработная плата производственных рабочих

Вознаграждение за выслугу лет

Отчисления на социальное страхование

Общепроизводственные расходы

Итого на весь проект требуется сумма: 1 376 717,982 рубля.

  1.  Определение показателей эффективности инвестиций

Капитальные вложения на покупку оборудования, затраты на его монтаж и поверку, рассматриваются как инвестиции, необходимые для получения прибыли. Экономическая эффективность данных проектов характеризуется системой показателей, отражающих соотношение финансовых результатов и затрат.

На покупку оборудования и первоначальные работы требуется около 1400000 рублей, так как первоначальный капитал равен нулю, берется кредит в банке на два года под 20% годовых. Без учета процентов по кредиту, взяв 1400000 на два года, в месяц организация должна заплатить ставку по кредиту в банк, рассчитываемую по формуле:

А = 1 400 000/ 24 месяца = 58 333 руб.

Последний платеж же будет равен 1 400 000- (58 333 * 23) = 58 341 руб.

Выплаты по процентам с кредита рассчитаем на 24 месяца помесячно, расчеты представлены в таблице 4.4, по формуле:

Таблица 4.4 - Расчет ежемесячных выплат в банк, с учетом погашения процентов по кредиту.

№ месяца

Выплата в месяц по кредиту

Кол-во дней в месяц, сред.

Кол-во дней в году

Процентная ставка по кредиту

Сумма кредита, руб.

Переплата по кредиту помесячно, руб.

Сумма для оплаты по кредиту, с учетом процентов, руб.

1

58333

30

366

0,2

1400000

27732,21

86065,21

2

58333

30

366

0,2

1400000

25819,66

84152,66

3

58333

30

366

0,2

1400000

24863,38

83196,38

4

58333

30

366

0,2

1400000

23907,1

82240,1

5

58333

30

366

0,2

1400000

22950,82

81283,82

6

58333

30

366

0,2

1400000

21994,54

80327,54

7

58333

30

366

0,2

1400000

21038,26

79371,26

8

58333

30

366

0,2

1400000

20081,98

78414,98

9

58333

30

366

0,2

1400000

19125,7

77458,7

10

58333

30

366

0,2

1400000

18169,43

76502,43

11

58333

30

366

0,2

1400000

17213,15

75546,15

12

58333

30

366

0,2

1400000

16256,87

74589,87