44043

Модернизация системы автоматического регулирования температурного режима системы воздушного охлаждения установки Л-24/7

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Характерной особенностью установки является наличие раздельной системы циркуляции водородсодержащего газа в обоих блоках. Задача системы аппаратов воздушного охлаждения поддержание на определенном уровне температуры газо-сырьевой смеси которая прокачивается через нее.6 Требования к средствам измерения и информационным каналам разрабатываемой системы Датчики являются элементом технических систем предназначенных для измерения сигнализации регулирования управления устройствами или процессами.1 Разработка функциональной схемы В данном...

Русский

2013-11-09

5.26 MB

112 чел.

Введение

Автоматизация играет решающую роль при организации промышленного производства по принципу: выпуск заданного количества продукции при минимуме материальных затрат и использовании ручного труда. В особенности актуальной автоматизация становится в отраслях промышленности, конечная продукция которых находит массовый спрос у потребителя и используется практический во всех производственных процессах.

Современное нефтедобывающее предприятие представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, рассредоточенное на обширных площадях и в целом являющееся совокупностью основных и вспомогательных технологических объектов.

Основные технологические объекты — это объекты непосредственной добычи, транспорта и переработки нефти и газа.

Гидроочистка занимает видное место среди гидрогенизационных процессов нефтепереработки. Это вызвано высокими требованиями, предъявляемыми к качеству получаемых продуктов.

В связи с переработкой сернистых и высокосернистых нефтей в составе получающихся при этом нефтяных фракций присутствует большое количество сернистых соединений различных групп. Кроме того, в них содержатся азотистые и кислородсодержащие соединения, а также смолы и непредельные углеводороды. Содержание серы в нефти может достигать 3–10 масс. % и более. Одной из установок гидроочистки является установка Л-24/7, которая функционирует на СНПЗ.

Поэтому в связи со своей большой востребованностью, установка гидроочистки должна соответствовать всем современным требованиям по автоматизации.

1. Анализ объекта и обоснование необходимости создания  АСУТП

  1.  Описание установки гидроочистки Л-24/7

Установка Л-24-7 состоит из двух самостоятельных блоков для одновременной переработки двух видов сырья.

Характерной особенностью установки является наличие раздельной системы циркуляции водородсодержащего газа в обоих блоках. Это дает возможность «каскадного» использования его в другом блоке, перерабатывающем сырье, для которого не требуется высокая концентрация

водорода в циркуляционном газе.

При гидроочистке в качестве свежего водорода применяется избыточный водородсодержащий газ с установки каталитического риформинга или технический водород со специальных водородных установок. [1, с.54]

Смесь сырья с водородсодержащим газом, нагретую в теплообменнике и печи, подвергают гидроочистке в реакторах над АКМ катализатором. Избыточную теплоту реакции отводят путем введения реакторы так называемого холодного циркуляционного газа.

Из реакторов газо-продуктовая смесь после охлаждения поступает сепаратор высокого давления. Выделившийся газ, очищенный абсорбере раствором МЭА, вновь возвращается в цикл.

Для поддержания заданной концентрации водорода на входе блок часть циркуляционного газа отдувается и добавляется соответствующее количество свежего водорода.

Гидрогенизат из сепаратора высокого давления после дросселирования направляется в сепаратор низкого давления и после подогрева в теплообменнике - в стабилизационную колонну.

Дизельное топливо при выходе из колонны разделяется на два потока: один из них, пройдя печь, в виде рециркулята возвращается в колонну, а второй после охлаждения поступает на защелачивание и водную промывку.

Очищенное дизельное топливо выводится с установки. Верхний продукт колонны стабилизации охлаждается в конденсаторе-холодильнике и разделяется в сепараторе на углеводородный газ, отгон и воду; часть отгона возвращается в колонну на орошение, а другая теть после защелачивания и водной промывки выводится с установки.

На ряде заводов внедрен узел отдува сероводорода из бензина чищенным углеводородным газом. Углеводородный газ подвергается раздельной очистке от сероводорода раствором МЭА: газ из сепаратора низкого давления очищается в абсорбере под давлением ) 0,5 МПа; газ из бензинового сепаратора очищается от сероводорода при 0,13 МПа, затем используется как топливо для печей. [2, с.30]

Насыщенный раствор МЭА регенерируется в отгонной колонне, из которой уходит смесь сероводорода и паров воды. После охлаждения в конденсаторе-холодильнике она разделяется в сепараторе. Сероводород выводится с установки для получения серной кислоты или элементарной серы, а вода подается на орошение в отгонную колонну. После отгонной колонны регенерированный раствор охлаждается в теплообменнике, холодильнике и возвращается в цикл. Температурный режим отгонной колонны поддерживается подачей пара в рибойлер. Далее на рисунке 1 представлена принципиальная схема установки Л-24/7. [3, с.43]

I – сырье; II- свежий ВСГ, III-гидрогенизат, IV-бензин, V – углеводородный газ на очистку, VI –отдувочный ВСГ, VII –регенерированный МЭА, VIII – раствор МЭА на регенерацию.

Рисунок 1 - Принципиальная схема установки Л-24/7

Механизм процесса

В отличие от других гидрогенизационных процессов процесс гидроочистки проходит в сравнительно мягких условиях, однако и ему свойственна совокупность ряда параллельных и последовательных реакций, в которых участвуют все компоненты, содержащиеся в исходной сложной смеси.

Основные реакции гидрирования углеводородов: насыщение алкеновых связей, насыщение ароматических связей, крекинг алканов, деалкилирование алкилбензолов, крекинг цикланов, гидроизомеризация алканов, гидроизомеризация цикланов.

При гидроочистке на алюмокобальтмолибденовом катализаторе не наблюдается заметного гидрирования бензольного кольца. Би-циклические ароматические углеводороды в значительной части гидрируются до тетрадинов, вне зависимости от их исходной концентрации в сырье.

Реакция изомеризации парафиновых и нафтеновых углеводородов в зависимости от свойств катализатора наблюдается, в той или иной мере при любых условиях обессеривания. [4, с.113]

Основные реакции серосодержащих соединений. Реакции каталитического гидрогенолиза сераорганических соединений, лежащие в основе процесса гидроочистки нефтепродуктов, изучены довольно подробно. Меркаптаны, сульфиды и дисульфиды легко гидрируются в соответствующие углеводороды уже при сравнительно мягких условиях. В зависимости от строения сернистых соединений глубина их гидрогенолиза различна. Устойчивость сернистых соединений увеличивается в следующем ряду: меркаптан < дисульфид < сульфид < тиофен. Внутри группы сернистых соединений скорость обессеривания уменьшается с увеличением молекулярной массы. Так, этилмеркаптан менее устойчив, чем децилмеркаптан. Прочность S-S-связей в дисульфидах с алифатическими радикалами, начиная с диэтилсульфида и кончая диоктадецилсульфидом, не зависит от длины алкильных цепей. Прочность связи S-S в дисульфидах с ароматическими радикалами меньше, чем с алифатическими. Циклические сульфиды, например, тиофан, подвергаются разрыву кольца с последующим отщеплением сероводорода и образованием соответствующего углеводорода. Тиофен, бензотиофен и дибензотиофен сначала гидрируются до производных тиофана, которые при последующем гидрировании превращаются в парафиновые и алкилароматические углеводороды. Насыщение ароматических колец в условиях гидроочистки не происходит, оно возможно при более жестких условиях гидрирования. Наиболее трудно вступают в реакции гидрирования тиофен и его гомологи.

Сернистые соединения взаимодействуют также с металлическими и окиснометаллическими катализаторами, переводя их в сульфидную форму. В зависимости от состава катализатора это приводит к его активированию или вызывает отравление или дезактивацию.

Основные реакции азотсодержащих соединений. Удаление азотистых соединений из бензиновых, керосиновых и дизельных фракций имеет весьма важное значение в повышении качества последних. Катализаторы риформинга весьма сильно дезактивируются при работе на сырье с любым содержанием азотистых соединений как основного, так и неосновного характера. Наличие азотистых соединений в керосиновых и дизельных фракциях является причиной низкой стабильности цвета и при хранении вызывает образование нерастворимых осадков. Гидрогенолиз азотистых соединений сопровождается выделением свободного аммиака.

Основные реакции кислородсодержащих соединений. Эти соединения обычно легко вступают в реакции гидрирования с образованием соответствующих углеводородов и воды. [5, с.67]

  1.   Варианты совершенствования технологического процесса

Аппараты воздушного охлаждения общего назначения относятся к теплообменному оборудованию и предназначены для охлаждения газов и жидкостей, конденсирования паровых и парожидкостных сред в различных технологических процессах с давлением среды 0,6 до 10 МПа (от 6 до 100 кгс/см2), температурой не выше + 400ºС и вязкостью на выходе до 0,00005 м2/с.

Аппараты воздушного охлаждения состоят из пучка труб с коллекторами (сборными трубами), вентилятора с электродвигателем, регулирующих устройств и опорной части. Теплопередача в аппаратах воздушного охлаждения происходит по принципу противотока. Вентилятором воздух прогоняется через межтрубное пространство. Пучок труб охлаждается снаружи. За счет теплоотвода через поверхность охлаждается продукт, протекающий внутри трубок. Чтобы воздух равномерно распределялся по всей охлаждающей поверхности труб, вентилятор соединяется с трубными пучками посредством диффузоров. Трубы, коллекторы и рамы образуют секции. Коллекторы снабжаются съемными крышками или пробками, что создает возможность очистки внутренней поверхности труб. Чтобы интенсифицировать теплоотдачу от поверхности труб к воздуху, наружная поверхность труб увеличивается с помощью сплошного и частичного оребрения. Отношение полной поверхности ребристой трубы к наружной поверхности гладкой трубы у основания ребра называется коэффициентом оребрения. Чем выше коэффициент оребрения, тем больше коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплообменных труб к воздуху.

Задача системы аппаратов воздушного охлаждения — поддержание на определенном уровне температуры газо-сырьевой смеси, которая прокачивается через нее. Регулирование температуры происходит путем увеличения или уменьшения числа оборотов электродвигателей, которые в свою очередь вращают лопасти вентиляторов, охлаждающих потоком воздуха газо-сырьевую смесь. Регулирование скорости двигателей осуществляется вручную оператором, по средством потенциометра. В данном дипломе предлагается усовершенствовать САР, изменив способ управления АВО. Далее будут представлены возможные варианты совершенствования САР.

Для регулирования угловой скорости ротора исполнительных двигателей используют три основных вида управления:

- реостатный — изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент;

- частотный — изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь;

-  импульсный — подачей напряжения питания специального вида (например, пилообразного).

Из этих трех способов наиболее оптимальным является частотный метод управления. Он имеет ряд преимуществ которые затрагивают, помимо экономии электроэнергии, и  ряд дополнительных преимуществ, а именно:

- плавный пуск и останов двигателя исключает вредное воздействие переходных процессов в технологическом оборудовании;

- пуск двигателя осуществляется при токах, ограниченных на уровне номинального значения, что повышает долговечность двигателя, снижает требования к мощности питающей сети и мощности коммутирующей аппаратуры;

- возможна модернизация действующих технологических агрегатов без замены  оборудования и практически без перерывов в его работе.

Особенность существующего процесса охлаждения существующего на данный момент в том, газо-сырьевая смесь охлаждается аппаратом воздушного охлаждения до 50 . Это приводит к тому, что часть более тяжелых газов, при разделении в сепараторе высокого давления уходит вместе с водородосодержащим газом. Что приводит к излишнему потреблению электроэнергии компрессорами, которые качают этот ВСГ  по установке. Также из-за содержания примесей в ВСГ процесс очищения от серы в процессе гидроочистки происходит не эффективно, что приводит к большему содержанию серы в готовом продукте. К тому же большое содержание серы в продукте влияет на экологию при его выбросах в атмосферу. [6, с.120]

1.3 Постановка цели и задачи проектирования

С целью уменьшения примесей в ВСГ, в дипломном проекте предлагается разработать систему автоматического регулирования температуры газо-сырьевой смеси на выходе АВО.

Такая система позволит обеспечить:

- четкое разделение ВСГ и гидрогенизата;

- сокращение энергопотребления компрессоров ВСГ и АВО;

- увеличение ресурсов компрессоров ВСГ;

-Снижение содержания H2S в дизельном топливе  на  20%.

1.4 Требования к технологическому процессу

Далее в таблице 1.1 будут изложены требования к технологическому процессу, который рассматривается в данном дипломном проекте.

Таблица 1.1 – Требования к технологическому процессу

Параметры

Значение

Скорость двигателя АВО      

428 об/мин.

Температура                           

50 .

Давление в АВО

64 кгс/см2.

1.5 Требования к технологическому оборудованию

В систему регулирования температуры газо-сырьевой входят:

- АВО, электродвигатель;

- Преобразователь частоты.

Технические требования, которым должны удовлетворять данные устройства, согласно регламенту.

Таблица 1.2 – Технические характеристики АВГ

Обозначение

Кол-во шт.

Материал изготовления

Технические характеристики

АВГ-1

АВГ-2

2

Крышка

20х5мл.

Трубки

внутрен.

12Х18Н10Т

Тип электродвигателя ВАСО

Номинальная мощность 37 кВт.

Скорость вращения 428 об/мин.

Максимальная температура-300оС

Условное давление - 64 кгс/см2

Длина трубок - 4000 мм

Поверхность теплообмена наружная -1740м2 ;

внутренняя - 150 м2

Частотный преобразователь выбирается согласно мощности электродвигателя, регламентированная мощность которого составляет 37 КВт.

Все перечисленные устройства должны обладать высокой надежностью, защитой от сбоев питания и перегрузок, искро- и взрывозащитой.

1.6 Требования к средствам измерения и информационным каналам разрабатываемой системы

 

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (в нашем случае температуру) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.                                                                     

В  нашей системе используется датчик для измерения температуры сырья. Далее в таблице 1.3 представлено описание датчика.

Таблица 1.3 – Требования к датчику

Датчики

Диапазон измерения

Точность

Исполнение

Протокол

Датчик температуры

0-200С°

1 класс

Искробезопасное EXIA

Токовая петля

4-20 мА

2. Разработка модели объекта автоматизации

2.1 Разработка функциональной схемы

В данном дипломном проекте рассматривается разработка  системы автоматического регулирования температуры сырья подаваемого в сепаратор высокого давления установки гидроочистки.

Функциональная схема автоматического регулирования температурного режима системы воздушного охлаждения приведена на рисунке 2.1

                                                                                                  

Рисунок 2.1 - Функциональная схема САР  температурного режима системы

Система состоит из частотного преобразователя, электрического привода, вентилятора, процесса теплообмена между воздухом и охлаждаемым продуктом. Входной координатой частотного преобразователя является подаваемое на него напряжение ограниченное 10В (), выходной координатой преобразователя является напряжение, подаваемое на двигатель, которое составляет 380В (), выходной координатой двигателя является частота вращения , которая равна 428 об/мин. Двигатель в свою очередь механически связан с вентилятором, поэтому входной координатой вентилятора  является частота вращения , а выходной координатой – расход воздуха ,который составляет 15м3/с. Он в свою очередь охлаждается газо-сырьевой продукт и который является входным сигналом для блока процесса теплообмена T, выходной координатой которого является температура по цельсию t, равная 90 градусам

2.2 Анализ элементов системы и определение параметров их передаточных функций

Для составления математической модели объекта проведем анализ составных элементов функциональной схемы и рассчитаем параметры их передаточных функций

Передаточная функция частотного преобразователя

                                      (2.1)

где  - коэффициент передачи частотного преобразователя;

- постоянная времени частотного преобразователя;

Определим коэффициент передачи частотного преобразователя

                                              (2.11)

Параметры передаточной функции определим из следующего:

-напряжение на выходе частотного преобразователя равное 380В;

-управляющее напряжение равное 10В;

-постоянная времени частотного преобразователя равная 0.001 с;

Передаточная функция электродвигателя равна:

                                                     (2.12)

где  - коэффициент передачи электродвигателя;

- электромагнитная постоянная времени равная 0.08 ;

-электромеханическая постоянная времени 3;

Определим коэффициент передачи электродвигателя

                                                                      (2.13)

где  - максимальное значение частоты вращения двигателя, равное 44.797рад/с (428об/мин).

- напряжение на выходе силового преобразователя равное 380В

Передаточная функция вентилятора равна:

                                                                       (2.14)

Раскладываем в ряд Паде

                                   (2.15)

где  – время одного оборота вала двигателя.

Подставляя значение выражения для  , получаем:

           (2.16)

где - коэффициент передачи вентилятора

                                  (2.17)

Параметры передаточной функции вентилятора определили из следующего: расход воздуха составляет 15 м³/с, время одного оборота двигателя – 0,14 с (число оборотов двигателя составляет 428 об/мин, значит 60/428).

Таким образом, передаточная функция вентилятора примет вид:

                                                            (2.18)

Передаточная функция блока теплообмена:

                                                                              (2.19)

где  - коэффициент передачи блока теплообмена  постоянная времени

Определим коэффициент передачи блока теплообмена :

                                                                                             (2.20)

где  - температура сырья;

- максимальное значение расхода воздуха равное 15 м3/с.

2.3 Составление структурной схемы объекта

Составив функциональную схему объекта и получив передаточные функции системы, составим функциональную схему объекта, которая изображена на рисунке 2.11.

Рисунке 2.11 - Структурная схема системы регулирования температурного режима системы воздушного охлаждения в математическом пакете MATLAB для анализа динамических характеристик

2.4 Проведение компьютерного эксперимента

Объектом автоматизации является динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием управляющих воздействий. Компьютерное моделирование проводим с помощью программы Matlab, приложение Simulink.

Схема моделирования исходной системы показана на рисунке 2.12

Рисунок 2.12 - Схема САР температурного режима системы воздушного охлаждения составленная в Математическом пакете MATLAB для анализа динамических характеристик.

После моделирования исходной системы в Simulink получены следующие графики переходных процессов представленные на рисунках  2.13-2.16.

Проведем анализ первого контура для этого во вкладке Simulation Parametrs и установим параметр Stop time 20

После окончания процесса симуляции получим следующий график

Рисунок 2.13 - Динамические характеристики на выходе первого контура

время переходного процесса 11 секунд перерегулирование 0 %

величина установившегося значения 44.767

Проведем анализ второго контура для этого во вкладке Simulation Parametrs и установим параметр Stop time 20

После окончания процесса симуляции получим следующий график

Рисунок 2.14 - Динамические характеристики второго контура время переходного процесса 13 секунд перерегулирование 0% величина установившегося значения 15

Проведем анализ третьего контура для этого во вкладке Simulation Parametrs и установим параметр Stop time 100

После окончания процесса симуляции получим следующий график

Рисунок 2.15 - Динамические характеристики третьего контура

время переходного процесса 60 секунд перерегулирование 0%

величина установившегося значения 90

Четвертый график демонстрирует переходный процесс по температуре нефтепродукта на выходе теплообменника.

Рисунок 2.16 - время переходного процесса 90 секунд, величина установившегося значения 50

Проанализировав полученные графики переходных процессов мы можем сделать вывод: система устойчива, однако ряд ее характеристик, важнейшей из которых является время переходного процесса можно улучшить.

2.5 Синтез системы автоматического управления технологическим процессом

2.5.1 Выбор методики синтеза системы

САУ, построенной по принципу подчиненного регулирования координат, начинаем с составления структурной схемы системы регулирования

Сущность принципа подчиненного регулирования координат состоит в том, что для регулирования каждой координаты используется отдельный регулятор, образующий с объектом управления контур, замкнутый соответствующей обратной связью. При этом каждый внутренний контур управляется сигналом от внешнего контура, т.е. является подчиненным по отношению к внешнему контуру. Такое построение позволяет произвести оптимальную настройку каждого контура и одновременно подчинить работу внутренних контуров регулированию основной выходной координаты системы. Под оптимальной настройкой (оптимизацией) контура понимают получение достаточно быстропротекающего переходного процесса с малым перерегулированием. Оптимизация заключается в выборе передаточной функции регулятора, обеспечивающего с учетом возможных ограничений, требуемые показатели качества переходного процесса.

Таким образом, синтез САУ с подчиненным регулированием заключается в определении передаточных функций регуляторов в каждом из контуров, при этом в процессе синтеза используем настройку на технический оптимум (σ = 4,3%). [7, с.14]

2.5.2  Расчет регулятора первого контура

Целью данного раздела является разработка регулятора  контура частоты вращения электропривода.

В состав первого контура входят:

-Объект состоящий из преобразователя частоты  и электродвигателя

-Коэффициент обратной связи

Коэффициент обратной связи равен отношению выходной координаты к входной с учетом коэффициента перегрузки системы

                                     (2.21)

где -максимальная частота вращения электродвигателя 44.797 рад/с,  а  -входное напряжение преобразователя частоты

Для синтеза регулятора данного контура найдем передаточную функцию исходной системы которая будет равна:

                 (2.22)

где - передаточная функция исходной системы

     - передаточная функция преобразователя частоты

     - коэффициент обратной связи

    - передаточная функция электродвигателя

Найдем исходную передаточную функцию:

             (2.23)

Для нахождения передаточной функции регулятора необходимо настроить систему на технический оптимум, передаточная функция которого равна:

                            (2.24)

где -малая нескомпенсированная постоянная времени равная 0,001

Найдем передаточную функцию регулятора равную отношению желаемой к исходной:

    (2.25)

т.к. нескомпенсированная постоянная времени желаемой передаточной функции и постоянная времени преобразователя частоты равны мы можем сократить скобки в результате чего получим:

                                                        (2.26)

т.к. порядок числителя выше порядка знаменателя умножим знаменатель на  в результате чего получим следующий регулятор:

                               (2.27)

Для проверки контура в программе возьмём значение задающего воздействия равным 10

                                                 (2.28)

В результате была разработана расчетная модель контура регулирования оборотов представленная на рисунке 2.18

Рисунке 2.18 - Расчетная модель контура регулирования оборотов электропривода

Проверим работоспособность расчетной модели с помощью математического пакета MATLAB, позволяющего выполнить расчет динамических характеристик системы представленных в операторном виде рисунка 2.19.

Рисунок 2.19 - Динамические характеристики модели Тпп=0,01с, σ =5.3%,  = 45

В результате синтеза первого контура значительно уменьшилось время переходного процесса однако появилось небольшое перерегулирование (σ) равное:

                                    (2.29)

Данное перерегулирование является приемлемым для системы настраиваемой на технический оптимум.

2.5.3 Расчет регулятора второго контура.

В состав второго контура входят:

- Объект состоящий из передаточной функции первого контура  и вентилятора;

- Коэффициент обратной связи .

Коэффициент обратной связи равен отношению выходной координаты к входной с учетом коэффициента перегрузки системы

                                     (2.30)

где - управляющее воздействие

      - расход воздуха вентилятором

     - коэффициент перегрузки системы

Для нахождения исходной передаточной функции найдем передаточную функцию первого контура:     

                                                                       (2.31)

      (2.32)

Получив передаточную характеристику контура, мы можем найти исходную передаточную функцию:

        (2.33)

Настроем систему на технический оптимум, желаемая передаточная функция в результате будет иметь вид:

                    (2.34)

где T2 - нескомпенсированная постоянная времени равна 0.002

Для нахождения регулятора разделим желаемую передаточную функцию на исходную:

  (2.35)

так как порядок числителя выше чем порядок знаменателя умножим знаменатель на  в результате получим следующий регулятор:

                                                             (2.36)

Для проверки контура в программе возьмем задающее воздействие такое же как и в предыдущем контуре:

                                       (2.37)

В результате был получен контур представленный на рис 2.20

Рисунок 2.20 - Структурная схема контура регулирования расхода воздуха вентилятором

Проверим работоспособность расчетной модели с помощью математического пакета MATLAB, позволяющего выполнить расчет динамических характеристик системы представленных в операторном виде (рисунка 2.21).

Рисунок  2.21 Динамические характеристики контура регулирования расхода воздуха вентилятором Тпп=0,14с, σ =10%, Руст =15

В результате синтеза второго контура значительно улучшилось время переходного процесса однако появилось небольшое перерегулирование (σ) равное:

                                 (2.38)

Полученное перерегулирование является приемлемым для системы настраиваемой на технический оптимум.

2.5.4 Расчет третьего контура

В состав второго контура входят:

- Объект состоящий из передаточной функции второго контура  и теплообменника;

- Коэффициент обратной связи.

Коэффициент обратной связи равен отношению выходной координаты к входной с учетом коэффициента перегрузки системы

                                     (2.39)

где -управляющее воздействие

  -температура смеси

-коэффициент перегрузки системы

Для того чтобы получить исходную передаточную функцию найдем передаточную функцию второго контура которая будет равна:

                            (2.40)

Получив передаточную функцию контура мы можем найти передаточную функцию исходной системы:

                                        (2.41)

Настроим систему на технический оптимум в результате передаточная функция примет следующий вид:

                          (2.42)

Для нахождения передаточной функции регулятора поделим желаемую передаточную функцию на исходную. Передаточная функция регулятора примет следующий вид:

                                  (2.43)

Для проверки контура в программе возьмем задающее воздействие такое же как и в предыдущем контуре:

                                       (2.44)

В результате был получен контур представленный на рисунке 2.21

Рисунок 2.21 - Структурная схема третьего контура

Проверим работоспособность расчетной модели с помощью математического пакета MATLAB, позволяющего выполнить расчет динамических характеристик системы представленных в операторном виде рисунок 2.21

После окончания процесса симуляции получим следующий график в виде рисунка 2.15

Рисунок 2.15 - Динамические характеристики третьего контура

Тпп=0,05с, σ =6%, Руст =90

В результате синтеза третьего контура значительно улучшилось время переходного процесса однако появилось небольшое перерегулирование (σ) равное:

                                 (2.38)

Полученное перерегулирование является приемлемым для системы настраиваемой на технический оптимум.

Четвертый график (рисунок 2.16) демонстрирует переходный процесс по температуре нефтепродукта на выходе теплообменника (охлаждение)

Рисунок 2.16 - время переходного процесса 0.05 секунд, величина установившегося значения 50, перерегулирование (σ) равно:   

                              

3 Расчёт и выбор элементов технических средств автоматизации

3.1 Разработка структурной схемы технических средств АСУТП

Структурная схема АСУТП позволяет в наглядном виде представить связи между исполнительными механизмами, средствами измерения датчиками и контроллерами.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы автоматического температуры газо-сырьевой смеси.

На рисунке 3.1 показана структурная схема автоматического регулирования температуры газо-сырьевой смеси.

Система АСУТП является много уровневой. На нижнем уровне расположены датчик температуры, и исполнительные механизмы, осуществляющие связь между системой управления и технологическим процессом.

На среднем уровне контроллер АСУТП получает от датчиков и обрабатывает параметры технологического процесса, управляя им, и передает информацию на верхний уровень.

На верхнем уровне расположена операторская станция и сервер системы. На сервере системы располагается  вся архивная информация, база данных программного обеспечения контроллеров. На операторской станции отображается схема объекта со всеми текущими, измеренными параметрами основываясь на которых оператор следит за технологическим процессом, имея всю нужную информацию на экране монитора.

3.2 Выбор технических элементов информационно-измерительной системы.

3.2.1 Датчик температуры Метран 2700:

Рисунок 3.2 - Датчик температуры Метран 2700

Термопреобразователи Метран-2700 (рисунок 3.1) для измерения температуры различных сред, поверхностей в газовой, нефтяной, энергетической, химической, нефтехимической, машиностроительной и металлообрабатывающей, приборостроительной, деревообрабатывающей и других областях промышленности, а также в сфере ЖКХ и энергосбережения Использование ТП допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.

Технические характеристики:

- Вид электронного преобразователя: микропроцессорный;

- Диапазон температур окружающей среды,: от -40 до 85;

- Диапазон преобразуемых температур,: от -50 до 200;

- Основная приведенная погрешность, %: до 0.15,не менее 0.4;

- Средний срок службы не менее: 6 лет;

- Уровень аварийных сигналов, мА: менее или равен 3,8;

- Межпроверочный интервал: 2 года;

- Выходной сигнал: 4-20 мА или 20-4 мА;

- Время демпфирования, с: От 0 до 32(устанавливается пользователем);

- Виды исполнения по взрывозащите: Exia, Exd;

- Диагностика: Самодиагностика;

- Потребляемая мощность: 0.58 Вт;

- Гальваническая развязка входа от выхода;

- Вероятность безотказной работы ТП за 1000 ч - не менее 0,8.

3.2.2 Датчик температуры ТСПУ-205Ех-Н:

Рисунок 3.3 – Датчик температуры ТСПУ -  205Ех - Н

Термопреобразователи ТСПУ-205Ех-Н (рисунок 3.3) предназначены для измерения температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ.  Термопреобразователи обеспечивают непрерывное преобразование температуры в унифицированный сигнал постоянного тока 4…20 мА. Предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления

технологическими процессами.

Технические характеристики:

- Диапазон температур окружающей среды,: от -40 до 85;

- Диапазон преобразуемых температур,: от 0 до 180;

- Основная приведенная погрешность, %: до 0.25;

- Средний срок службы не менее: 6 лет;

- Межпроверочный интервал: 2 года;

- Выходной сигнал: 4-20 мА ;

- Виды исполнения по взрывозащите: Exia;

- Потребляемая мощность: 0.8 Вт;

- Ресурс термопреобразователя 15 000 ч.

3.2.3 Датчик температуры с клемной головкой термоэлектрические (термопара) ХА с барьером KFD2-UT-Ex1:

Рисунок 3.4 - термопара ХА с барьером KFD2-UT-Ex1

Термопары  ХА с барьером KFD2-UT-Ex1 (рисунок 3.4) предназначены для измерения температуры воздуха в различных, аппаратах сушки, варки и т.д., для измерения температуры жидкостей, вязких сред и пр. в технологических емкостях. Предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Технические характеристики:

- Диапазон температур окружающей среды,: от -200 до 700;

- Основная приведенная погрешность, %: до 0.25;

- Средний срок службы не менее: 6 лет;

- Межпроверочный интервал: 2 года;

- Выходной сигнал: -5.89-50.64 мВ ;

Рисунок 3.5 – Барьер искрозащиты KFD2-UT-Ex1

KFD2-UT-Ex1 (рисунок 3.5) предназначен для подключения термосопротивлений (2-, 3-, 4-х проводная схема) и термопар любых типов, в том числе российских. Также возможно использование этого прибора с любыми другими источниками милливольтовых сигналов. На выходе обеспечивается линеаризованный сигнал 4…20 мА. Установка параметров осуществляется с помощью соответствующего программного обеспечения. Вход гальванически разделен c выходом и входом для программирования, благодаря чему программирование прибора может осуществляться без остановки процесса, с подключенными измерительными цепями. Условия, при которых выводится сигнал об ошибке/неисправности могут быть запрограммированы.

Технические характеристики:

- Питание номинальное напряжение 20…30 В DC

- Потребляемая мощность до 1,5 Вт;

- Искробезопасный вход для подключения любых видов термопар и термосопротивлений.

- Выход (неискробезопасный) 4-20мА. Шкала до 20.5 мА

- Основная погрешность, %: для Pt 100 ± 0.01% от значения в К+0.05% от шкалы в К, для термопары ± 0.05% от значения в °С + 0.05% от шкалы в °С . [8]

Таблица 3.2 – Сравнительная характеристика датчиков температуры

Характеристики датчиков

ТСПУ-205Ех-Н

Метран-2700-EX
(ТП типа ХА)

ТП типа ХА+

KFD2-UT-Ex1

Диапазон измерений

0…+180 оС

-50…+200 оС

-200…+700 оС

Точность

0.25%

0.15%

0.05%

Выходной сигнал

4…20 мА

4..20мА; 20..4мА мА

4..20 мА;HART

Срок службы/поверка

6 лет/2 года

6 лет/2 года

6 лет/2 год

Уровень аварийных сигналов, мА

-

менее или равен 3,8

I3.75-низкий ур.

20.5I-высокий уровень

Потребляемая

Мощность, Вт

0.8

0.58

1.5

Из предложенных датчиков выбирается датчик температуры

Термопара типа ХА с барьером KFD2-UT-Ex1: приемлемая погрешность,  наличие аварийных сигналов, удобность в эксплуатации, меньшая цена. Для защиты термопары используется защитная гильза.

Далее на рисунке 3.6 будет представлена электрическая схема подключения искробезопасного барьера с термопарой.

Рисунок 3.6 - электрическая схема подключения искробезопасного барьера с термопарой.

3.2.4 Преобразователь частоты Siemens 6SE6430-2UD34-5EB0 45кВт 380В.

Рисунок 3.7 - Преобразователь частоты Siemens 6SE6430-2UD34-5EB0 45кВт 380В.

Преобразователи MICROMASTER 430 являются трехфазными преобразователями частоты для регулирования скорости вращения двигателей переменного тока. Внешний вид преобразователя  представлен на рисунке 3.7. Различные поставляемые модели перекрывают диапазон потребляемой мощности от 7,5 кВт до 250 кВт. Преобразователи MICROMASTER 430 в поставляемом с завода виде по своим функциям и настройкам в первую очередь предназначается для использования с насосами и вентиляторами. Преобразователи оснащаются микропроцессорным управлением и отличаются самой современной технологией IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor = биполярный транзистор с изолированным управляющим электродом). Благодаря этому они надежны и универсальны. Специальная методика широтно-импульсной модуляции с регулируемой частотой импульсов обеспечивает бесшумность работы двигателя. Многочисленные функции защиты великолепно защищают преобразователь и двигатель.

Основные характеристики:

- Простая установка;

- Быстрый ввод в эксплуатацию;

- Малое время отклика на сигналы управления;

- Соответствует международным нормам электромагнитной совместимости;

- Возможность работы в сетях с изолированной нейтралью;

- Обширный набор параметров, которые дают возможность конфигурирования для широких областей применения;

- Простое присоединение проводов;

- Три встроенных реле;

- 6 изолированных переключаемых pnp/npn дискретных входов;

- 2 аналоговых выхода ( 0 – 20 mA);

- 2 аналоговых входа:

AIN 1 0-10В, 0 – 20 mA и -10…+10 В;

AIN 2 0-10В, 0 – 20 mA;

- 2 аналоговых входа могут использоваться как 7-й и 8-й дискретные входы;

- Функции BICO технологии;

- Модульная конструкция обеспечивает гибкость конфигураций;

- Высокая частота коммутации для бесшумной работы электродвигателя;

- Подробная информация о состоянии и встроенные функции сообщений;

- Внешние опции для обмена данными с компьютером, базовая панель оператора(BOP-2) и PROFIBUS коммуникационный модуль;

- Специальные функции:

- каскадный запуск двигателей ( через встроенные реле );

- Режим энергосбережения;

- Режим Hand/Auto (Ручной/Автоматический);

- Режим определения «сухого хода» насоса;

- Режим байпас.

Функциональные особенности:

- U/f закон управление;

- U/f с регулированием потока (FCC) для улучшения динамических

характеристик и повышения качества регулирования электродвигателя;

- Многоточечная V/f характеристика, задаваемая пользователем;

- Мгновенное ограничение тока (FCL) для работы без отключения двигателя;

- Встроенное динамическое торможение постоянным током;

- Комбинированное торможение для улучшения возможностей торможения;

- Программируемое время разгона и торможения с программируемой функцией сглаживания;

- Встроенный PID контроллер;

- Перегрузка 110% в течение 59 секунд;

- Пуск на вращающийся двигатель;

- Возможность настройки на три различных привода;

- Свободные функциональные блоки.

Особенности защиты:

- Защита от повышенного и пониженного напряжений;

- Защита преобразователя от перегрева;

- Защита от замыкания на землю;

- Защита от короткого замыкания;

- Защита от перегрева двигателя по потерям I2 t;

- Предотвращение работы с замыканием на корпус;

- Возможность подключения PTC/KTY датчиков для защиты двигателя.

Цена: 139656.00 руб

3.2.5 Преобразователь частоты Веспер E2-8300-060Н 45кВт 380В.

Рисунок 3.8 - Преобразователь частоты Веспер E2-8300-060Н 45кВт 380В.

E2-8300 самая популярная модель ВЕСПЕР со встроенным промышленным PLC контроллером и существенно расширенными функциональными возможностями по отношению к старой модели EI-8001. Внешний вид преобразователя  представлен на рисунке 3.8.

Идеальное сочетание цена-качество в линейки моделей частотных преобразователей Веспер.

Рекомендуется для управления приводами с постоянной, быстроменяющейся, а также вентиляторной нагрузкой: подъемно-транспортное оборудование, транспортеры, конвейеры, экструдеры, куттера, упаковочные и дозирующие машины, сушильные агрегаты, сепараторы, мельницы, дробилки, вентиляторы, насосы, компрессоры и т.д.

Входные параметры:

- Тип сети: Трехфазная 3-х проводная;

- Входное напряжение: (фазное / линейное)  220 / 380 В;

- Рабочий диапазон входных напряжений: (фазное / линейное) 187-242 / 323-418 В;

- Частота: 50/60 Гц ± 5%.

Выходные параметры:

- Мощность двигателя: 45 кВт;

- Полная мощность преобразователя: 60 кВА;

- Номинальный ток:  96 А;

- Рабочий диапазон выходных напряжений:Трехфазное 0 до ~380 В;

- Режим управления: U/f или управление вектором тока;

- Диапазон управления по частоте: от 0,1 до 650 Гц;

- Момент при пуске: 150% / 1 Гц (при управлении вектором тока);

- Кратность регулирования скорости:  1:50 (при управлении вектором тока);

- Точность регулирования скорости:  ± 0,5% (при управлении вектором тока);

- Точность ввода задания: дискретное: 0,01 Гц при управлении с компьютера или контроллера; аналоговое: 0,05 Гц / 50 Гц (10 бит);

- Ввод задания: Кнопками или потенциометром на пульте управления;

- Функции дисплея:  Четырехразрядный светодиодный индикатор, индикатор состояния, отображение частоты / скорости / напряжение цепи постоянного тока / выходного напряжения / выходного тока / направления вращения / констант преобразователя / списка ошибок / версии ПО;

- Внешние сигналы: 1. Внешний переменный резистор / 0-10В / 4-20мА / 10-0В / 20-4 мА; 2. Многофункциональные входы на клеммах ТМ2 позволяют управлять пуском/остановом, скоростью и другими функциями ;

- Функция ограничения частоты: Независимая установка верхнего / нижнего пределов ограничения частоты и трех диапазонов запрещенных частот ;

- Несущая частота ШИМ:  От 2 до 16 кГц;

- Характеристики U/f: 18 фиксированных и 1 программируемая характеристики;

- Управление разгоном / торможением: Две ступени разгона / торможения (0,1 - 3600 с) и S-кривые;

- Многофункциональные входы: 6 дискретных, 1 или 2 аналоговых, 30 функций;

- Уровни сигналов на дискретных входах: Переключаем:0В / +24В;

- Многофункциональные дискретные выходы:2 выхода, 16 функций;

- Многофункциональный аналоговый выход: 6 функций;

- Управление по каналу последовательной связи:  Через порты RS232 или RS485; Точка-точка (RS232) или многоточечное соединение (RS485); Установка скорости передачи передачи / количества стоповых бит / четности;

- Тормозной момент: До 20% без внешнего тормозного резистора и 100% с внешним тормозным резистором.

Сервисные функции:

- Защита двигателя от перегрузки :Защита двигателя

(с устанавливаемой характеристикой) и преобразователя (150% в течение 1 мин);

- Защита предохранителем: При срабатывании встроенного предохранителя двигатель останавливается;

- Защита при коротком замыкании на выходе: Электронная защита;

- Защита при перегрузке по напряжению: При  напряжении цепи постоянного тока > 820В;

- Защита при недостаточном напряжении: При  напряжении цепи постоянного тока < 380В;

- Защита при кратковременном отключении питания: При потере питания на время от 15 мс до 2 с возможен перезапуск с определением скорости;

- Защита от токов утечек:  Электронная защита;

- Предотвращение срыва вращения: Защита от срыва при разгоне / торможении / работе;

- Другие защитные функции: Защита от перегрева радиаторов, определение по моменту, защита от ошибок подключения клемм управления, запрет обратного вращения, запрет пуска после перерывов в питании или аварийного останова, блокировка изменения констант;

- Другие сервисные функции: Перезапуск при потере питания, определение скорости, определение перегрузки, 8 предустановленных скоростей, переключение темпов разгона / торможения (2 ступени), S-образные кривые, 2-х и 3-х проводное управление, ПИД-регулятор, ограничение момента, компенсация скольжения, верхнее и нижнее ограничение частоты, режим экономии энергии, режим управления по протоколу Modbus от ПК или КПК, автоматический перезапуск, встроенный PLC с набором простых логических функций.

Конструктивное исполнение:

- Подключение к сети: 3-х проводное, клеммная колодка;

- Подключение нагрузки: 3-х проводное, клеммная колодка;

- Температура окружающей среды: от -10°С до +50°С;

- Относительная влажность воздуха; Не более 95% (без конденсата);

- Предназначен для эксплуатации: Внутри помещения, защищенного от коррозионных газов и пыли;

- Высотность: Не более 1000 м;

- Вибрация: от 9,81 м/с2 (1g) при менее, чем 20 Гц, до 1,96 м/с2 (0,2g) от 20 до 50 Гц;

- Степень защиты: IP20;

- Климатическое исполнение: У3;

- Гарантийный срок эксплуатации: 24 мес;

- Масса: не более, кг 32;

- Габариты (ШхВхГ), мм 269х553х303.

Цена: 83600.00 руб.

3.2.6 Преобразователь частоты Vacon NXP00875A2H0SSSA1A2 45кВт 380В

Рисунок 3.9 -  Преобразователь частоты Vacon NXP00875A2H0SSSA1A2 45кВт 380В

Преобразователь частоты Vacon NXS (P-NXS)  - это компактный привод для управления мощными асинхронными электродвигателями от 0,37 до 200кВт и напряжением питания от 208 до 690В. Внешний вид преобразователя  представлен на рисунке 3.9. Преобразователь частоты обеспечивает скалярный и векторный, без обратной связи, режим управления. Данный привод выполняется в корпусах различной степени защиты и имеет встроенный дроссель переменного тока и фильтр ЭМС. Максимальная длина кабеля, без применения выходных фильтров и дросселей, составляет 300м. Большое количество программ управления и дружественный пользовательский интерфейс, делают данный привод идеальным решением для использования в интелектуальных домах и других отраслях промышленности.

Степени защиты корпуса IP21 и IP54, а также встроенный дроссель переменного тока и фильтр ЭМС позволяют использовать ПЧ Vacon NXS в любых условиях.

Мастер первого зауска и пакет предъустановленных программ All-in-One, процес настройки параметров ПЧ чрезвычайно легким и простым.

Широкий набор стандартных сигналов входов/выходов и большое количество опционных плат расширения придает преобразователю частоты Vacon NXS высокую универсальность.

Модульная конструкция преобразователя частоты Vacon NXS дает несколько преимуществ: клеммник сигналов управления отделен от силового модуля, заменять и устанавливать платы расширения легко и удобно, проста замена вентилятора охлаждения, съемная панель управления может применяться для копирования параметров.

Краткие технические характеристики модели Vacon NXS:

- Режим управления скалярный или векторное без обратной связи;

- Статическая погрешность по скорости < 1%;

- Низкие пульсации момента;

- Высокая устойчивость к резонансным вибрациям;

- Пусковой момент > 200%, в зависимости от соответствия мощности двигателя и преобразователя;

- Возможно использование в многодвигательном приводе;

- Применение в высокоскоростных приложениях (до 7200Гц);

- Снижение шума электродвигателя (Fsw=10кГц без изменения нагрузочной способности).

Конструкция преобразователей частоты Vacon NXS чрезвычайно компактна. IP54 модули самые компактные из представленных на рынке. Все преобразователи частоты этой серии подходят как для крепления к стене, так и для монтажа в шкаф, и имеют все необходимые компоненты: встроенный дроссель переменного тока, встроенный фильтр ЭМС, защищенные вводы кабеля, защиту от пыли и брызг воды. Эффективная система охлаждения позволяет использовать ПЧ при высокой температуре окружающей среды (+50°C), а также устанавливать высокую частоту коммутации ключей силового модуля, без изменения нагрузочной характеристики преобразователя.

В преобразователях частоты серии Vacon NXS нет жестко привязанных к модулю управления сигналов входов/выходов. В модуле управления есть пять слотов (A, B, C, D и E) для установки плат расширения входов/выходов и в зависимости от требуемой конфигурации, платы могут устанавливаться в один из свободных слотов.

ПЧ Vacon NXS поставляются с двумя предустановленными платами OPT-A1 и OPT-A2. К модулю управления в любое время могут быть подключены дополнительные платы.

Разъемы на клеммах плат расширения, простой монтаж, автоматическое определение типа установленной платы, а также подробные инструкции делают установку плат управления простой и быстрой. Vacon NXS - самый гибкий преобразователь частоты на рынке.

Внешнее +24В питание позволяет осуществлять коммуникацию с модулем управления, даже при отсутствии питающего напряжения на входе преобразователя. (связь по Fieldbus и доступ к параметрам).

Помехозащищенная текстовая панель управления высокой четкости, с продуманной структурой меню и функцией копирования параметров, делает процесс ввода преобразователя частоты в эксплуатацию и точную настройку максимально простой и удобной.

Пакет программного обеспечения All-in-One содержит семь программ управления, каторые могут быть выбраны в любой момент при помощи специального параметра. Для преобразователя частоты Vacon NXS существует большое количество специальных программ управления. При помощи свободно распространяемого программного обеспечения Vacon NCLoad, программы управления могут быть легко загружены в преобразователь частоты. Программа Vacon NCDrive позволит пользователям осуществлять мониторинг параметров преобразователя частоты, изменять параметры конфигурации, а также управлять преобразователем частоты. Vacon NCEngineering дает возможность изменять алгоритмы управления заложенные в стандартный пакет программного обеспечения All-in-One.

Цена: 189000.00 руб.

Таблица 3.3 – Сравнительная характеристика частотных преобразователей

Характеристики частотных

преобразователей

Siemens 6SE6430-2UD34-5EB0

Веспер E2-8300-060Н 45кВт 380В

Vacon NXP00875A2H
0SSSA1A2 45
кВт 380В

Питающая сеть, В

3 фазы, 380В

3 фазы, 220/380В

3 фазы, 380В

Выходная мощность, кВт

45

45

45

Выходная частота для режима U/f, Гц

0-500

0.1-650

0-320

Номинальный ток частотного преобразователя, А

92

96

87

Каналы ввода/вывода

-аналоговые

-дискретные

-релейные

4

6

3

2

6

-

3

6

2

Поддерживаемые интерфейсы и протоколы

Profibus

RS-232, RS-485,

Modbus

-

Перегрузочная способность, %

110% в течении

59с

150% в течении

1 мин

150% в течении

1 мин

Номинальный ток двигателя, А

76

Из представленных выше частотных преобразователей выбирается Веспер E2-8300-060Н 45кВт 380В. Он обладает оптимальными техническими характеристиками, а также удовлетворяет условию цена/качество.

3.3 Выбор технических элементов обработки сигналов

3.3.1 ПЛК SIEMENS SIMATIC S7-200

Рисунок 3.10 - SIEMENS SIMATIC S7-200

Обзор

SIMATIC S7-200 (рисунок 3.10) - это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

SIMATIC S7-200 является универсальным контроллером. Он отвечает самым жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания ("горячая замена").

Конструкция

Система автоматизации S7-200 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-200 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230В или ~120/ 230В.

Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.

Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

При необходимости в составе S7-200 могут быть использованы интерфейсные модули (IM): для связи базового блока контроллера со стойками расширения. К одному базовому блоку контроллера SIMATIC S7-200 может подключаться до 21 стойки расширения.

Модули SIMATIC S5: все модули ввода-вывода контроллеров SIMATIC S5-115U/-135U/-155U могут устанавливаться в соответствующие стойки расширения SIMATIC S5. Кроме того, модули специального назначения IP и WF могут использоваться как в стойках SIMATIC S5, так и в базовом блоке контроллера SIMATIC S7-200. В последнем случае подключение модулей к внутренней шине контроллера S7-200 выполняется через адаптер.

Простота конструкции S7-200 существенно повышает его эксплуатационные характеристики:

Простота установки модулей. Модули устанавливаются в свободные разъемы монтажных стоек в произвольном порядке и фиксируются в рабочих положениях винтами. Фиксированные места занимают только блоки питания, первый центральный процессор и некоторые интерфейсные модули.

Внутренняя шина, встроенная в монтажные стойки. Во все монтажные стойки встроена параллельная шина (Р-шина) для скоростного обмена данными с сигнальными и функциональными модулями. Все стойки, за исключением ER1 и ER2 имеют последовательную коммуникационную шину (К-шину) для скоростного обмена большими объемами данных с функциональными модулями и коммуникационными процессорами.

Центральные процессоры

Программируемые контроллеры S7-200 могут комплектоваться различными типами центральных процессоров, которые отличаются вычислительными возможностями, объемами памяти, быстродействием, количеством встроенных интерфейсов и т.д.

При построении сложных систем управления S7-200 позволяет использовать в своем составе до 4 центральных процессоров, выполняющих параллельную обработку информации.

Большинство параметров центральных процессоров может быть настроено с помощью Hardware Configuration STEP 7.

Для программирования и конфигурирования контроллеров SIMATIC S7-200 используется пакет STEP 7, весь спектр инструментальных средств проектирования и программное обеспечение Runtime.

Сигнальные модули

Широкая гамма модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов позволяет максимально адаптировать S7-200 к требованиям решаемой задачи.

Коммуникационные процессоры

Коммуникационные процессоры – это интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач для промышленных сетей AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и интерфейса PtP.

Функциональные модули

Интеллектуальные модули ввода-вывода, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора.

Интерфейсные модули

Интерфейсные модули предназначены для организации связи между базовым блоком контроллера и его стойками расширения, а также для подключения S7-200 к сети PROFIBUS-DP.

Блоки питания

Каждый центральный процессор S7-200 имеет встроенный блок питания с входным напряжением 24В. Для питания центрального процессора и других модулей контроллера используются блоки питания PS 405 и PS 407. PS 405 используют для своей работы входное напряжение постоянного тока, PS 407 – входное напряжение переменного тока промышленной частоты. Возможна установка двух блоков питания в корзину для дублирования питания стойки. [9]

3.3.2 ПЛК MODICON TSX QUANTUM

Рисунок 3.11 - ПЛК «MODICON TSX QUANTUM»

Общие данные

ЦПУ Quantum(рисунок 3.11), совместимые с программным обеспечением Concept и ProWORX, представляют собой программируемые контроллеры, занимающие один слот, со  никаких дополнительных микросхем или картриджей.

Системная память на основе технологии флэш

Поддержка системной памяти и набора инструкций ЦПУ Quantum обеспечивается за счет использования технологии флэш-памяти. Флэш-память – это передовая технология энергонезависимой памяти, допускающей модернизацию по месту путем загрузки файлов через порт Modbus или Modbus Plus по мере появления новых функций и обновлений в рамках технического обслуживания.

Резервирование и защита памяти

Прикладная программа ЦПУ хранится в ОЗУ с резервной подпиткой от батареи. Батарея расположена в передней части модуля, ее техобслуживание может проводиться при работающем ЦПУ. Для защиты прикладной программы от непреднамеренных изменений в процессе эксплуатации в ЦПУ предусмотрен ползунковый переключатель защиты памяти. При включении этого переключателя зажигается светодиод.

Математический сопроцессор

Для приложений, требующих значительного количества математических вычислений, ряд моделей ЦПУ оснащен математическим сопроцессором.

Сопроцессор существенно сокращает время выполнения для библиотеки функций управления процессами (PCFL) и редактора уравнений на языках 984, а также математических операций в языках IEC. Сокращение времени выполнения операций с плавающей точкой повышает эффективность реализации алгоритмов обработки и математических вычислений.

Защита от записи

Защита контроллера от записи минимизирует опасность непреднамеренной

записи программистом из контроллера-источника в область памяти контрол-

лера-приемника. Заблокированные данные защищены от записи в локальном

режиме и по сети. Эта опция защиты данных предотвращает ошибки при передаче данных.

Порты связи

Все ЦПУ поддерживают сетевые стратегии Modbus и Modbus Plus. Сетевой адрес порта (портов) Modbus Plus определяется простыми поворотными переключателями на задней стенке модулей. Каждое устройство в сети Modbus Plus должно иметь уникальный адрес в пределах от 1 до 64. Параметры порта Modbus включают: скорость передачи данных, четность, количество информационных битов, количество стоповых битов, протокол и адрес ведомого устройства. По умолчанию это следующие параметры: 9600 бит/с, контроль по четности, 8 информационных битов, 1 стоповый бит, режим удаленного терминала и адрес 1.

Переключатель на передней панели ЦПУ позволяет конфигурировать порт Modbus в качестве интерфейса связи по модему (2400 бит/с, контроль по четности, 7 информационных битов, 1 стоповый бит, режим ASCII и адрес 1).

Процессоры 140 CPU 434 12 A и 140 CPU 534 14A оснащены 2 последовательными портами Modbus:

b порт Modbus 1 с полной поддержкой подключения модема;

b порт Modbus 2 с управлением передачей данных RTS/CTS (без поддержки

модемной связи).[10]

3.3.3 Mitsubishi-FX2N

Рис. 3.12 - Mitsubishi-FX2N

В FX2N (рисунок 3.12) заложено множество функций "больших" контроллеров, например, арифметика с плавающей точкой, обработка числовых 32-битовых данных, возможность свободного конфигурирования коммуникации. Несмотря на это, контроллер остается верен главному принципу семейства FX: развитые возможности управления в сочетании с понятными, удобными в пользовании командами.

FX2N отличается широкими возможностями коммуникации - от простых интерфейсов RS232 или RS422 до коммуникационных модулей для Profibus-DP,  CC-Link, DeviceNet, CANopen и AS-Interface.

Более 30 различных расширительных и специальных модулей позволят вам точно согласовать FX2N с поставленной задачей. Конструкция аналоговых модулей такова, что во многих случаях один и тот же модуль можно использовать и для токовых, и для потенциальных сигналов. Так, например, модуль FX2N-8AD можно использовать и для определения температуры.

С помощью среды программирования GX Developer вы можете программировать любой контроллер Mitsubishi. Если, однако, вы ограничиваетесь программированием контроллеров семейства FX, вам достаточно GX Developer FX. Для программирования на языках стандарта IEC 61131-3 Mitsubishi предлагает среду программирования GX IEC Developer, с помощью которой можно создавать программы на языках релейных диаграмм (LD), списка инструкций (IL), функциональных блоков (FB), структурированного текста (ST) и SFC. При разработке обширных проектов применение стандартизованных языков, многократно используемых компонентов программ и функциональных блоков позволяет значительно снизить стоимость проектирования.

Технические характеристики:

- Количество входов и выходов-16 – 256;

- Память для хранения программы-16 000 шагов (с кассетой памяти);

- Время обработки стандартных-инструкций 0.08 мкс / логическая инструкция;

- Аналоговая обработка сигналов-до 64 адресов;

- Аналоговая разрешающая способность-8, 12 и 16 бит;

- Аналоговые расширения-имеются 10 аналоговых модулей ввода–вывода и регулирования температуры;

- Позиционирование

Встроены:

2 высокоскоростных счетчика (60 кГц);

4 высокоскоростных счетчика (10 кГц);

2 выхода серий импульсов (20 кГц).

- Внешние устройства: специальный модуль высокоскоростных счетчиков (50 кГц); модуль позиционирования (1 МГц). [11]

3.34 Решение по выбору контроллера

Таблица 3.11-Сравнительная характеристика контроллеров

Техн. Характ.\

Контроллер

Modicon Quantum

140

Mitsubishi-FX2N

SIMATIC S7-200

Центральный процессор

CPU 651

FX2N

CPU 224 XP

Условия эксплуатации

-10-40 С

0-30 С

-10-40 С

Питание

DC 24В

DC 24В

DC 24В

Количество  I/O

140 AСI 03000=8AI

140 AСO 02000=4AО

AI-2

AO-2

AI-2

AO-1

Интерфейсы и протоколы

Ethernet TCP/IP

RS-232,

Profibus DP

RS232 или RS422,

коммуникационные модули

ASInterface,

PROFIBUS, Industrial Ethernet и интерфейса PtP

Диапазон аналоговых входных сигналов

 

Ток 4...20 мА

Ток  4...20 мА

Ток  4...20 мА

Диапазон аналоговых выходных сигналов

Ток 4...20 мА

Ток 4...20 мА

Ток 4...20 мА

В результате анализа проведенного среди подобранных контроллеров наиболее оптимальным для системы автоматизации является контроллер MODICON TSX QUANTUM. Этот контроллер обладает высоким быстродействием, гибкой архитектурой подключения, возможностью горячей замены (установка модулей ввода-вывода под напряжением без отключения других функциональных элементов) облегчает техническое обслуживание и повышает надежность системы, возможностью добавления большого количества новых позиций путем доставления нужных модулей. А также оптимальной ценой среди рассмотренных контроллеров.

3.4 Обоснование и выбор способа резервирования, необходимого для повышения надежности АСУТП

Надежность – одна из важнейших характеристик качества изделия, обобщающая ряд показателей, например, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость.

При выборе способов обеспечения требуемой надежности изделий необходимо основываться на положениях теории надежности. Теория надежности – наука о методах обеспечения надежности изделий при их проектировании, изготовлении и эксплуатации, в которых общие закономерности возникновения отказов изделий и восстановления их работоспособности. В этой теории широко используются методы математической статистики, теория вероятностей, теория массового обслуживания, линейное и динамическое программирование и другие математические методы.

Надежности изделия связано с увеличением затрат на его проектирование и изготовлении, но при этом уменьшаются затраты на ремонт. Одним из наиболее эффективных методов повышения надежности является резервирование – повышение надежности изделия путем введения резервных частей (или целого изделия), которые могут продолжать выполнять функции основных элементов (или всего изделия) в случае их отказа. Резервирование позволяет построить сколь угодно надежную схему из малонадежных элементов.

Исходная система состоит контроллера (К) преобразователя температуры (ПТ) и 1 датчика температуры (Д1).

Рис. 3.41. Исходная схема системы

Исходная ТС имеет простую структуру, т.е. элементы образуют последовательное соединение.

По условию все элементы системы работают в периоде нормальной эксплуатации. Поэтому вероятность безотказной работы элементов исходной системы (рисунок 3.41) подчиняется экспоненциальному закону:                                                                                                                                                                                                      (3.4)

Для расчета вероятности всей системы (рис. 3.41) будем пользоваться формулой последовательного соединения блоков:

                                                                                                   (3.41)

Таблица 3.41Характеристики оборудования, необходимые для расчета надежности

Наименование оборудования

Средняя наработка на отказ, ч

Интенсивность отказов,

λi, ч-1 · 10-3

Обозначение в таблице

Термопара ХА

20000

0.05

Д1

Преоб. темпер

15000

0.06667

ПТ

Modicon

10000

0.1

К

Результат расчета такой системы представлен в таблице 3.41. Т.к в исходной системе наименьшую вероятность безотказной работы имеет элемент К, следовательно для повышения ВБР всей системы этот элемент будет резервироваться. Одним из способов резервирования является дублирование ключевых элементов. Дублирование будет производиться путем параллельного подключения к основному блоку. В результате резервирования схема примет вид:

Рис. 3.42.  Преобразованная схема после резервирования

 

Т.к. два контроллера имеют параллельное подключение, то они заменяются квазиэлементом К’:

                                          (3.42)

Расчет вероятности системы после резервирования будет рассчитываться по формуле:

                                 (3.43)

Таблица 3.42 – Результаты расчета

Элемент

λi, 10-3 ч-1

Время наработки t, 103 ч

0,2

0,6

1,0

1,4

1,8

2,2

2,6

К

0,1

0,9802

0,94176

0,90484

0,86936

0,83527

0,80252

0,77105

ПТ

0,05

0,99

0,9704

0,9512

0,9323

0,9139

0,8958

0,8780

Д1

0,06667

0,9867

0,9607

0,9355

0,9108

0,8869

0,8635

0,8408

P1

-

0,9576

0,8780

0,8051

0,7383

0,6770

0,6208

0,5693

К

-

0,9996

0,99661

0,99094

0,98293

0,97286

0,961

0,9476

P2

-

0,9765

0,9292

0,8818

0,8348

0,7885

0,7434

0,6996

Таким образом, мы можем построить график вероятности безотказной работы исходной системы и резервированной.

 

Рисунок 3.43 - Вероятность безотказной работы

До резервирования система имела показатель надежности p1=0,5693. Количественно повышение надежности системы в результате резервирования можно оценить по коэффициенту выигрыша надежности, определяемому как отношение показателя надежности до и после преобразования системы:

                                                                                   (3.45)

 Резервирование – наиболее действенный и универсальный способ повышения надежности, позволяющий достичь сколь угодно высокого уровня показателей безотказности и комплексных показателей надежности. Согласно Дж. Нейману, резервирование позволяет создать сколь угодно надежную систему из сколь угодно ненадежных элементов.

В период наработки до  часов вероятность безотказной работы системы при резервировании выше, чем у исходной системы, соответственно, система более надежна.

4. Разработка программного обеспечения АСУТП

4.1 Разработка алгоритма управления технологическим процессом.

Рисунок 4.1 - Алгоритм работы системы регулирования температуры газо-сырьевой смеси.

Алгоритм работы системы (рисунок 4.1) описывается следующим образом:

После включении системы требуется ввести значение (задание), в нашем случае температуры газо-сырьевой смеси, которую мы берем за регулируемую координату. Как только введено задание начинается работа системы. Важнейшем параметром работы системы является температура. Если температура газо-сырьевой смеси в установке не равна величине задания, то система начинает расчет коррекции по рассогласованию между заданием и реально измеренным значением согласно закону ПИД регулирования. Если же рассогласование равно «0» , то система не предпринимает никаких действий и ждет следующего цикла опроса.

4.2 Конфигурирование аппаратной платформы

Заключительным этапом является конфигурирование аппаратной составляющей. Для этого в слое источники/приемники создадим группу Modbus. В группе Modbus создадим каналы параметров и приступим к конфигурированию I/O, т.е. выбору имени переменной, адреса, канала, протокола передачи данных, типа сигнала и IP-адреса (рисунок 4.21).

Рисунок 4.21 Конфигурирование выводов контроллера

Аналогично выполняется операция и для остальных переменных. Далее методом Drug and Drop переменные из источников приемников перетаскиваются в каналы передачи данных узла RTM.

Внешний вид дерева проекта в результате проведенных операций показан на рисунке 4.22.

Рисунок 4.22 - Дерево проекта

При настройке каналов RTM следует задать цикл пересчета и отработку при старте, если это необходимо.

Для организации возможности ведения архива и отчета тревог, а также отображения событий с помощью каналов класса событие, следует задать в свойствах  узлов на вкладке «Архивы» состояние архива TRUE и имя архива. То же самое сделать на вкладке «Отчет тревог» и также указать максимальное количество записей в отчете.

4.3 Написание пользовательских программ управления

В качестве языка программирования для написания пользовательской программы используется язык FBD. Сущность написания на языке FBD заключается в последовательном размещении блоков и соединении их между собой методом протягивания. У блоков есть входы и выходы: входами могут быть константы или входные аргументы программы, выходами – выходные аргументы. Последовательность выполнения блоков можно отслеживать по обозначению у них внизу. Сначала идет текущий номер блока, через двоеточие – следующий выполняющийся.

На рисунке 4.2 приведен внешний вид программы управления температурой на выходе АВО.

Рисунок 4.2 - Программа управления температурой

Величина рассогласования между текущей и желаемой температурами поступает на блок PID-регулятора, стремящегося эту величину свести к нулю. Управляющее воздействие виде аналового сигнала будет подано на преобразователь частоты, который управляет вращением электродвигателей. Электродвигатель в свою очередь вращает лопасти вентилятора, которые потоком воздуха охлаждают газо-сырьевую смесь. В случае превышения нагрузки АВО(Х-14) более чем на 80% будет подан сигнал на включение дополнительного  АВО(Х-1). [12]

4.4 Конфигурирование операторских станций

Разработка графического интерфейса для операторских станций осуществляется в редакторе представления данных. В него загружается структура проекта, созданная в редакторе базы каналов. Выбрав требуемый узел проекта, можно редактировать его графическую базу. Эта база включает в себя все графические фрагменты, которые выводятся на монитор данной операторской станции. Разработка графического интерфейса операторских станций заключается в размещении на экранах графической базы статических элементов рисования и динамических форм отображения. Используя группы элементов рисования, таких как объемная графика, прямоугольники, статический текст, а также динамические формы отображения, такие как тренды, кнопки, цветовые индикаторы, видеоклип и текстовые формы отображения создадим мнемосхему системы автоматического охлаждения . На этой мнемосхеме можно следить за состоянием процесса, аварийной сигнализацией. С помощью кнопок переключаться на просмотр трендов, задавать параметры регулирования  (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Главная мнемосхема процесса

На трендах будут фиксироваться и архивироваться все значения температуры, изменения задания а также работу АВО в течение ведения технологического процесса (рис. 4.41)

Рис.4.41. Тренд скорости вращения двигателей

5.  ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

С целью обеспечения безопасности производства при монтаже и эксплуатации данной системы автоматизации, в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды и провести анализ производственных опасностей и вредностей. Безопасность производства и экологическая безопасность должна соблюдаться при всех видах работ, не соблюдение требований безопасности производства может привести к производственным травмам, а экологической безопасности – к загрязнению окружающей среды. [12]

5.1 Оценка условий труда по степени вредности и опасности производственной среды

В ходе различных производственных процессов значительное число работников предприятий сталкивается с опасностями производственной среды, а также работают в условиях далеких от оптимальных. Своевременная и качественная оценка условий труда позволяет установить приоритетность проведения профилактических мероприятий, оценить их эффектность и многое другое.

Принимая во внимание то обстоятельство, что размещение операторов автоматизированной системы производится удаленно по отношению к самой установке Л-24/7, следует отметить, что класс условий труда по степени вредности и опасности производственной среды в абсолютном большинстве случаев будет допустимый, так как ни по акустическим, ни по химическим, ни по другим факторам не превышает предельно допустимых концентраций, условий и норм.

Результаты гигиенической оценки условий труда работников по степени вредности и опасности производственной среды приведены в таблице.

Таблица 8 – Условия труда по степени вредности и опасности производственной среды

Факторы

Класс условий труда

Химический

Допустимый

Биологический

Допустимый

Аэрозоли ПФД

Допустимый

Акустический (шум)

Допустимый

Акустический (инфразвук)

Допустимый

Акустический (ультразвук)

Допустимый

Вибрация общая

Допустимый

Вибрация локальная

Допустимый

Ультразвук контактный

Допустимый

Неионизирующие излучения

Допустимый

Ионизирующие излучения

Допустимый

Микроклимат

Допустимый

Освещение

Допустимый

5.2 Оценка условий труда по тяжести и напряженности трудового процесса

Работа оператора автоматизированной системы управления не связана с тяжелыми физическими нагрузками, поэтому класс условий труда по тяжести трудового процесса – оптимальный. Более детализированная оценка приведена в таблице 9.

Таблица 9 – Условия труда по тяжести трудового процесса

Показатели тяжести трудового процесса

Класс условий труда

Физическая нагрузка

Оптимальный

Динамическая нагрузка

Оптимальный

Стереотипные рабочие движения

Оптимальный

Статическая нагрузка

Оптимальный

Перемещения в пространстве, обусловленные ТП

Оптимальный

В то же время, работа связана с определенными интеллектуальными нагрузками. Необходимо решать простые задачи, связанные с контролем технологического процесса, при этом действия регламентируются штатными инструкциями. Класс условий труда для интеллектуальных нагрузок – допустимый. Оценивая условия труда по сенсорным нагрузкам, стоит отметить, что от оператора требуется длительная сосредоточенность внимания на небольшом числе технологических параметров и объектов. Класс условий труда в данном случае – допустимый. Монотонность нагрузок весьма небольшая, поэтому условия труда – оптимальные. [13, с14]

За технологическим процессом необходим круглосуточный контроль, поэтому режим работы операторов – трехсменный. Условия труда по режиму работы – вредные 1 степени (напряженный труд). Итоговые оценки приведены в таблице 10.

Таблица 10 – Условия труда по напряженности трудового процесса

ПОКАЗАТЕЛИ

КЛАСС  УСЛОВИЙ ТРУДА

1

2

3

4

5

6

1

2

3.1

3.2

3.3

1. Интеллектуальная нагрузка

1.1

Содержание работы

-

+

-

-

-

1.2

Восприятие сигналов и их оценка

-

+

-

-

-

-

-

-

-

-

1.3

Распределение функции по степени

-

-

+

-

-

1.4

Характер выполняемой работы

-

+

-

-

-

2. Сенсорные нагрузки

2.1

Длительность сосредоточенного наблюдения

-

-

+

-

-

2.2

Плотность сигналов за 1 час работы

-

+

-

-

-

2.3

Число объектов одновременного наблюдения

-

+

-

-

-

2.4

Размер объекта различения при длительности сосредоточенного внимания

+

-

-

-

-

2.5

Работа с оптическими приборами при длительности сосредоточенного наблюдения

+

-

-

-

-

2.6

Наблюдение за экраном видеотерминала

-

-

-

-

-

2.7

Нагрузка на слуховой анализатор

-

-

+

-

-

2.8

Нагрузка на голосовой аппарат

-

+

-

-

-

3. Эмоциональные нагрузки

3.1

Степень ответственности за результат собственной деятельности. Значимость ошибки

-

+

-

-

-

3.2

Степень риска для собственной жизни

-

+

-

-

-

3.3

Ответственность за безопасность других лиц

-

+

-

-

-

3.4

Количество конфликтных производственных ситуаций за смену

+

-

-

-

-

4. Монотонность нагрузок

4.1

Число элементов, необходимых для реализации простого задания или многократно повторяющихся операций

-

+

-

-

-

4.2

Продолжительность выполнения простых заданий или повторяющихся операций

-

+

-

-

-

4.3

Время активных действий

-

-

+

-

-

4.4

Монотонность производственной обстановки

-

-

+

-

-

5. Режим работы

5.1

Фактическая продолжительность рабочего дня

-

-

-

+

-

5.2

Сменность работы

-

-

-

+

-

5.3

Наличие регламентированных перерывов и их продолжительность

-

-

-

+

-

Количество показателей в каждом классе

3

11

5

3

-

Общая оценка напряженности труда

-

-

+

-

-

При отнесении условий труда по тяжести и напряженности трудового процесса к 3 (вредному) классу необходима разработка мероприятий по улучшению условий труда работников. Организация и проведение мероприятий осуществляется в соответствии с требованиями нормативных документов.

В рамках данного дипломного проекта с целью снижению монотонности работы оператора предлагается следующее:

  •  выполнение мнемосхем экрана оператора без применения мелких элементов, использование для индикации ярких и контрастных сочетаний цветов, акцентирующих внимание оператора на наиболее важных элементах мнемосхемы;
  •  дифференцирование звукового сопровождения (информационное, сервисное, аварийное и т.д.) по типу событий с целью однозначной идентификации и легкого обнаружения изменений (в т.ч. опасных) параметров процесса или состояний устройств;
  •  внедрение голосового сопровождения наиболее важных или наиболее многочисленных групп событий с целью равномерного перераспределения нагрузки между зрительным и слуховым аппаратом;
  •  использование рациональных (физиологически обоснованных) режимов труда путем выполнения несложных физических упражнений на рабочем месте.

5.3 Организация работы и оборудование рабочих мест электронно-вычислительными машинами

Организация работы регламентируется СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Помещения для эксплуатации ПЭВМ имеют естественное и искусственное освещение. Естественное и искусственное освещение соответствует требованиям действующей нормативной документации. Окна в помещениях, где эксплуатируется вычислительная техника, преимущественно ориентированы на север и северо-восток. Оконные проемы оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков. Площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ на базе электроннолучевой трубки (ЭЛТ) составляет 8 м2, с ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллические, плазменные) - 5 м2. Для внутренней отделки интерьера помещений, где расположены ПЭВМ, используются диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7 - 0,8; для стен - 0,5 - 0,6; для пола - 0,3 -0,5.

Помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, оборудованы защитным заземлением (занулением) в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации. В производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной и связана с нервно-эмоциональным напряжением, обеспечиваются оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами микроклимата производственных помещений. На других рабочих местах поддерживаются параметры микроклимата на допустимом уровне, соответствующем требованиям указанных выше нормативов. В помещениях, оборудованных ПЭВМ, проводится ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений, где расположены ПЭВМ, соответствуют действующим санитарно-эпидемиологическим нормативам. Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной, не превышает предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в соответствии с действующими гигиеническими нормативами.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа составляет 300 - 500 лк. Освещение не создает бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не более 300 лк. Яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, не более 200 кд/м2. Ограничивается отраженная блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не превышает 40 кд/м2 и яркость потолка не превышает 200 кд/м2. Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях не более 20.

Яркость светильников общего освещения в зоне углов излучения от 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях составляет не более 200 кд/м2, защитный угол светильников не менее 40 градусов. Светильники местного освещения имеют не просвечивающий отражатель с защитным углом не менее 40 градусов. Ограничивается неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не превышает 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования 10:1.

В качестве источников света при искусственном освещении применяются преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). В светильниках местного освещения применяются ламп накаливания, в том числе галогенные. Для освещения помещений с ПЭВМ применяются светильники с зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электронными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА). Кроме того используются многоламповые светильники с электромагнитными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА), состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей.

Кресло оператора является подъемно-поворотным, регулируемым по высоте и углам наклона сидения и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сидения.Рабочее место пользователя оборудовано подставкой для ног.

Требования к ВДТ (дисплеям оператора) регламентируются:

  •  ГОСТ Р 50923-96. Дисплеи. Рабочее место оператора (с изменениями от 23.06.2009 г.);
  •  ГОСТ Р 50948-2001. Средства отображения информации индивидуального пользователя. Общие эргономические требования и требования безопасности;
  •  ГОСТ 50949-2001. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерения и оценки эргономических параметров и параметров безопасности.

В соответствии с ними экран видеомонитора АРМ оператора располагается на расстоянии 700 мм от глаз пользователя.Клавиатура располагается на поверхности стола на специальной, регулируемой по высоте поверхности, отделенной от столешницы.

Предельно   допустимые   значения   визуальных   параметров ВДТ,     контролируемые на рабочих местах, представлены в таблице 11.

Таблица 11– Предельно допустимые значения визуальных параметров ВДТ

Параметры

Допустимые значения

Яркость белого поля

Не менее 35 кд/кв.м.

Неравномерность   яркости рабочего поля

Не более ±20%

Контрастность    (для монохромного режима)

Не менее 3:1

Временная нестабильность изображения

Не должна фиксироваться

Пространственная нестабильность изображения (дрожание)

Не более 2/10 (4L) , гдеL - проектное расстояние наблюдения, мм

Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах пользователей, представлены в таблице 12.

Таблица 12 – Допустимые уровни электромагнитных полей

Наименование параметров

ВДУ

Напряженность электрического поля

В диапазоне частот 5 Гц- 2 кГц

25 В/м

В диапазоне частот 2 кГц- 400 кГц

2,5 В/м

Плотность магнитного потока

В диапазоне частот 5 Гц- 2 кГц

250 нТл

В диапазоне частот 2 кГц- 400 кГц

25 нТл

Напряженность электрического поля

15 кВ/м

В производственных помещениях при выполнении основных или вспомогательных работ с использованием ПЭВМ уровни шума на рабочих местах не должны превышать предельно допустимых значений, установленных для данных видов работ в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

При выполнении работ с использованием ПЭВМ в производственных помещениях уровень вибрации не должен превышать допустимых значений вибрации для рабочих мест (категория 3, тип "в") в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

Шумящее оборудование (печатающие устройства, серверы и т.п.), уровни шума которого превышают нормативные, должно размещаться вне помещений с ПЭВМ.

5.4 Обеспечение пожаробезопасности на ОАО «СНПЗ»

Работа персонала, обслуживающего электрооборудование ОАО «СНПЗ», проходит в установках с наличием пожаро- и взрывоопасной среды, вблизи горячих технологических аппаратов и трубопроводов, на большой высоте и в заглубленных сооружениях, в действующих распределительных устройствах, находящихся под напряжением до и выше 1000 в.

На месте работы должны быть приняты меры по обеспечению безопасности персонала - установлены ограждения в опасных местах, заземлено электрооборудование и электроконструкции, вывешены предупреждающие об опасности плакаты, приготовлены средства защиты от поражения электрическим током и средства для тушения пожара. Производственные цеха и установки, где обслуживающий персонал находится постоянно, должны быть оборудованы аптечкой, мылом и чистым полотенцем, а также носилками и приспособлениями для искусственного дыхания.

Настоящие Правила пожарной безопасности в Российской Федерации (далее - Правила) устанавливают требования пожарной безопасности1, обязательные для применения и исполнения органами государственной власти, органами местного самоуправления, организациями независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности (далее - организации), их должностными лицами, предпринимателями без образования юридического лица, гражданами Российской Федерации, иностранными гражданами, лицами без гражданства (далее - граждане) в целях защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества, охраны окружающей среды.

Организации, их должностные лица и граждане, нарушившие требования пожарной безопасности, несут ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Наряду с настоящими Правилами, следует также руководствоваться иными нормативными документами по пожарной безопасности и нормативными документами, содержащими требования пожарной безопасности, утвержденными в установленном порядке.

Руководители организации и индивидуальные предприниматели на своих объектах должны иметь систему пожарной безопасности, направленную на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара, в том числе их вторичных проявлений.

Требуемый уровень обеспечения пожарной безопасности людей с помощью указанной системы должен быть обеспечен выполнением требований нормативных документов по пожарной безопасности или обоснован и составлять не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека, а допустимый уровень пожарной опасности для людей быть не более 10-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих предельно допустимые значения, в год в расчете на одного человека. Обоснования выполняются по утвержденным в установленном порядке методикам.

Для особо сложных и уникальных зданий, кроме соблюдения требований настоящих Правил, должны быть разработаны специальные правила пожарной безопасности, отражающие специфику их эксплуатации и учитывающие пожарную опасность. Указанные специальные правила пожарной безопасности должны быть согласованы с органами государственного пожарного надзора в установленном порядке.

На каждом объекте должны быть разработаны инструкции о мерах пожарной безопасности для каждого взрывопожароопасного и пожароопасного участка (мастерской, цеха и т. п.) в соответствии с приложением N 12.

Все работники организаций должны допускаться к работе только после прохождения противопожарного инструктажа, а при изменении специфики работы проходить дополнительное обучение по предупреждению и тушению возможных пожаров в порядке, установленном руководителем.

Руководители организаций или индивидуальные предприниматели имеют право назначать лиц, которые по занимаемой должности или по характеру выполняемых работ в силу действующих нормативных правовых актов и иных актов должны выполнять соответствующие правила пожарной безопасности, либо обеспечивать их соблюдение на определенных участках работ.

Для привлечения работников предприятий к работе по предупреждению и борьбе с пожарами на объектах могут создаваться пожарно-технические комиссии и добровольные пожарные формирования.

Собственники имущества, лица, уполномоченные владеть, пользоваться или распоряжаться имуществом, в том числе руководители и должностные лица организаций, лица, в установленном порядке назначенные ответственными за обеспечение пожарной безопасности, должны:

обеспечивать своевременное выполнение требований пожарной безопасности, предписаний, постановлений и иных законных требований государственных инспекторов по пожарному надзору;

создавать и содержать на основании утвержденных в установленном порядке норм, перечней особо важных и режимных объектов и предприятий, на которых создается пожарная охрана, органы управления и подразделения пожарной охраны, а также обеспечивать в них непрерывное несение службы и использование личного состава и пожарной техники строго по назначению.

Световая, звуковая и визуальная информирующая сигнализация должна быть предусмотрена в помещениях, посещаемых данной категорией лиц, а также у каждого эвакуационного, аварийного выхода и на путях эвакуации. Световые сигналы в виде светящихся знаков должны включаться одновременно со звуковыми сигналами. Частота мерцания световых сигналов должна быть не выше 5 Гц. Визуальная информация должна располагаться на контрастном фоне с размерами знаков, соответствующими расстоянию рассмотрения.

Выполнять меры предосторожности при пользовании газовыми приборами, предметами бытовой химии, проведении работ с легковоспламеняющимися (далее - ЛВЖ) и горючими (далее - ГЖ) жидкостями, другими опасными в пожарном отношении веществами, материалами и оборудованием;

В случае обнаружения пожара сообщить о нем в подразделение пожарной охраны и принять возможные меры к спасению людей, имущества и ликвидации пожара.

Руководители организаций, на территории которых применяются, перерабатываются и хранятся опасные (взрывоопасные) сильнодействующие ядовитые вещества, должны сообщать подразделениям пожарной охраны данные о них, необходимые для обеспечения безопасности личного состава, привлекаемого для тушения пожара и проведения первоочередных аварийно-спасательных работ на этих предприятиях.

Не разрешается курение на территории и в помещениях складов и баз, хлебоприемных пунктов, объектов торговли, добычи, переработки и хранения ЛВЖ, ГЖ и горючих газов (далее - ГГ), производств всех видов взрывчатых веществ, взрывопожароопасных и пожароопасных участков, а также в не отведенных для курения местах иных организаций, в детских дошкольных и школьных учреждениях, в злаковых массивах.

На территориях населенных пунктов и организаций не разрешается устраивать свалки горючих отходов.

Для всех производственных и складских помещений должна быть определена категория взрывопожарной и пожарной опасности, а также класс зоны по правилам устройства электроустановок (далее - ПУЭ), которые надлежит обозначать на дверях помещений.

Около оборудования, имеющего повышенную пожарную опасность, следует вывешивать стандартные знаки безопасности.

Применение в процессах производства материалов и веществ с неисследованными показателями их пожаровзрывоопасности или не имеющих сертификатов, а также их хранение совместно с другими материалами и веществами не допускается.

Противопожарные системы и установки (противодымная защита, средства пожарной автоматики, системы противопожарного водоснабжения, противопожарные двери, клапаны, другие защитные устройства в противопожарных стенах и перекрытиях и т. п.) помещений, зданий и сооружений должны постоянно содержаться в исправном рабочем состоянии.

Устройства для самозакрывания дверей должны находиться в исправном состоянии. Не допускается устанавливать какие-либо приспособления, препятствующие нормальному закрыванию противопожарных или противодымных дверей (устройств).

Не разрешается проводить работы на оборудовании, установках и станках с неисправностями, которые могут привести к пожару, а также при отключенных контрольно-измерительных приборах и технологической автоматике, обеспечивающих контроль заданных режимов температуры, давления и других, регламентированных условиями безопасности параметров.

5.5 Обеспечение санитарно-гигиенических условий труда в помещении операторной

5.5.1 Микроклимат

Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений нормируются СанПиН 2.2.4.548–96. Работу по проведению испытаний можно отнести к категории 1а, поскольку у оператора не возникает необходимости физического труда. Оптимальные нормы микроклимата помещения приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Оптимальные нормы микроклимата помещений

Период

Года

Температура воздуха, град С не более

Относит. влажность воздуха, %

Скорость движения воздуха, м/с

не более

Холодный

21…23

40…60

0,1

Теплый

22...24

40…60

0,2

Уровни ионизации воздуха в помещении приведены в таблице 12. Так как источников выделения вредных веществ в помещении нет, то местной вентиляции не требуется. В помещении ежедневно должна проводиться влажная уборка

Таблица 12 - Уровни ионизации воздуха

Уровни

Число ионов в 1см куб. воздуха

n+

n-

Минимальные

400

600

Оптимальные

1500–3000

30000–50000

Максимальные

50000

50000

5.5.2 Освещение

Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23–05–95 в зависимости от характера зрительной, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Данное производственное помещение по задачам зрительной работы, согласно СНиП, относится к первой группе (помещение, в котором производится различение объектов зрительной работы при фиксированном направлении линии зрения работающих на поверхность). Выполняемый тип работ принадлежит к зрительным работам средней точности с малой и средней контрастностью объекта различения с фоном. Нормированные значения освещенности при естественном и совмещенном освещении приведены в таблице 8.7. При работе с ЭВМ, как правило, применяется естественное освещение. Желательно чтобы световые проемы располагались слева от оператора ЭВМ, допускается и правостороннее естественное освещение.

Таблица 13 - Значения освещенности при естественном и искусственном освещении

Характеристика работы

Наименьший размер объекта

Контрастность объекта с фоном

Искусственное освещение, лк

При комбинированном освещении

При общем освещении

Средней точности

0,5-1,0

Малый, средний

500

200

Освещение должно быть достаточно равномерно распределено на рабочих поверхностях и в окружающем пространстве; не должно быть резких теней, прямой и отраженной блеклости; освещение должно быть равномерно во времени; направление излучаемого осветительными приборами светового потока должно быть оптимальным.

5.6 Влияние предприятия на окружающую среду и мероприятия по её защите

На установках гидроочистки в период регенерации катализатора, а также при промывке и охлаждении газов регенерации образуются кислые сточные воды. Для нейтрализации этих вод на каждой установке гидроочистки устраиваются локальные нейтрализационные установки, работающие только в период регенерации катализатора, которая производится один-два раза в год.

Установка для нейтрализации по реагентному методу состоит в общем из следующих элементов: резервуара – усреднителя для сглаживания колебаний концентрации кислоты; смесителя (обычно по типу ерша или резервуара с мешалкой), в котором происходит перемешивание кислых сточных вод с реагентом; контактного резервуара, необходимого для обеспечения определенной продолжительности контакта сточной воды и реагента; здания реагентного хозяйства(в котором и размещается склад реагента, оборудование для транспортировки, приготовления и дозировки реагентов); шламовых отстойников или прудов для осветления сточных вод после нейтрализации. Далее на рисунке 5.1 представлена схема сооружений нейтрализационной установки. [14, с37]

Рисунок 5.1 - Схема сооружений нейтрализационной установки.

1 – усреднитель; 2 – сцежа; 3 – растворные баки; 4 – ерш-смеситель; 5 – дозировочный бачок; 6 – контактные резервуары; 7 – склад реагента; 8 – шламовый отстойник; 9 – шламовые площадки.

Через дозировочный бачок молоко подается в ерш-смеситель, куда поступают также и кислые сточные воды. Необходимость контактного резервуара обусловливается неравномерностью сброса кислоты. При относительно равномерных расходах от устройства контактного резервуара иногда отказываются. 

6 технико-экономическое обоснование проекта

6.1 Анализ экономической составляющей проекта

Целью разработанного проекта является разработка системы автоматического  регулирования температуры газо-сырьевой смеси на выходе АВО.  Алгоритм расчета экономических параметров по результатам внедрения разработанных в дипломном проекте мероприятий будет состоять в следующем:

1. Произведем расчет капитальных затрат.

2. Определим дополнительную прибыль за счет сокращения времени простоя и ремонтов.

3. Вычислим экономию от внедрения проекта и его срок окупаемости.

6.2 Расчет капитальных затрат

Под капитальными (единовременными) затратами понимают затраты, связанные с приобретением новых или расширением существующих долгосрочных активов (здания, оборудование, производственный транспорт и т.д.). В нашем случае при разработке АСУТП показатели капитальных затрат используются, чтобы определить запланированные расходы на покупку нового оборудования. В состав капитальных затрат входят: стоимость нового оборудования и комплектующих, стоимость строительно-монтажных работ по установке, монтажу и наладке электрооборудования, в том числе, заработная плата, транспортные расходы по доставке оборудования, заготовительно-складские расходы.

Для определения суммы капиталовложений  необходимо рассчитать каждый из перечисленных элементов. Для расчетов примем: стоимость занимаемой площади  составляет 15%, транспортные затраты  - 6,5%, заготовительно-складские затраты  составляют 1,2% от стоимости основного оборудования. Стоимость строительно-монтажных работ  составляет 10% от стоимости основного оборудования, в том числе, 50% от этой суммы составляет заработная плата. Для определения стоимости основного оборудования  составим смету-спецификацию (таблица 6.1).

Таблица 6.1 - Средства автоматизации

Наименование оборудования

Кол-во, шт.

Цена, руб.

Стоимость, руб.

Датчик температуры ХА+KFD UT2-Ex-1

1

10000

10000

Преобразователь частоты Веспер E2-8300-060Н

1

83600

83600

Контроллер Modicon

2

100000

200000

Итого

293600

Расчет капитальных затрат приведен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Стоимость капитальных затрат

Наименование затрат

обозначение

Доля, %

сумма, руб.

стоимость занимаемой площади

15

44040

транспортные затраты

6,50

19084

заготовительно-складские затраты

1,20

3523

стоимость строительно-монтажных работ

10

29360

Итого

96007

Рассчитаем суммарные капитальные затраты.

6.3 Расчет и сопоставление эксплуатационных расходов

Эксплуатационные расходы при применении системы управления технологическим процессом определяются технологической себестоимостью, состоящей из следующих статей:

- Амортизационные отчисления ;

- Расходы на энергоносители и обслуживание;

- Расходы на расчет, запись, контроль и отладку программы ;

- Расходы на монтаж нового оборудования ;

- Прочие расходы.

Годовые амортизационные отчисления по оборудованию определяются по формуле

где На – норма амортизационных отчислений, %;

К – балансовая стоимость объекта, руб.

Расчет осуществляется с помощью норм амортизации. Норма амортизации рассчитывается в процентах и показывает, какая часть от стоимости основных фондов должна погашаться ежегодно.

Расчет норм и годовой суммы амортизации нового оборудования приведен в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Расчет норм и годовой суммы амортизации оборудования

Наименование и характеристика оборудования

Срок службы, лет

Общая стоимость

Норма, %

Сумма

амортизации, руб.

Датчик температуры ХА+KFD UT2-Ex-1

10

10000

10

1000

Преобразователь частоты Веспер E2-8300-060Н

8

83600

12.5

10450

Контроллер «Modicon»

10

200000

10

20000

ИТОГО

293600

31145

6.3.2 Расходы на потребляемую электроэнергию

Расходы на потребляемую электроэнергию определяются для каждого элемента по каждому варианту по формуле:

         

где- стоимость одного киловатт - часа электроэнергии, руб., для потребителей - юридических лиц по Самарской области составляет с НДС 3,20  руб. за КВт*ч по низкому напряжению;

- коэффициент использования мощности электродвигателей (средний по цеху или предприятию);

- коэффициент использования технологического оборудования в рабочую смену;

- коэффициент использования электродвигателей высвобождаемого технологического оборудования;

- годовой фонд рабочего времени высвобождаемого технологического оборудования;

- число электродвигателей i-й единицы технологического оборудования;

- мощности -го электродвигателя, - единицы технологического оборудования. С учетом удельного веса электроэнергии можно принять  ; ; ; (эффективный фонд времени работы установки составляет 360 суток или 8640 часов).

Расход на потребляемую электроэнергию с новым оборудованием приведен в таблице 6.4. 

Таблица 6.4 – Расход на потребляемую электроэнергию с новым оборудованием

Наименование и характеристика оборудования

Мощность,

кВт*ч

Расчет

расходов на электроэнергию

Сумма, руб.

Датчик температуры ХА+KFD UT2-Ex-1

0,00116

0,00116*0,6*1*0,7*8640*3.2

13.5

Преобразователь частоты Веспер E2-8300-060Н

0.02

0.02*0,6*1*0,7*8640*3.2

232

Контроллер «Modicon»

0,006

0,006*0,6*1*0,7*8640*3.2

69.7

ИТОГО

315.2

6.3.3 Расходы на расчет, запись, контроль и отладку программы

Одной из особенностей учета затрат, присущих автоматизированным системам управления- это затраты на расчет, запись, контроль и отладку программы.

Исходя из этого необходимо определить сумму текущих затрат на программирование.

В общем виде затраты на программирование можно представить в виде формул:

;   

где  - затраты на подготовку технической информации, руб;

- затраты на математическую обработку информации, руб;

- затраты на запись и контроль программы, руб.

;   

где - часовая зарплата технолога;

- трудоемкость подготовки технологической информации, час;

- коэффициент, учитывающий начисления на заработную  плату.

;    

где -часовая тарифная ставка математика программиста;

- трудоемкость расчета программ, час (20 час);

;    

где - стоимость одного часа работы аппарата для записи и контроля программ;

- трудоемкость записи и контроль программы (10 ч)

- коэффициент, учитывающий необходимость корректировки программы (1.1).

6.3.4 Расходы на монтаж нового оборудования

Также необходимо рассчитать затраты на монтаж нового оборудования.

;   

где - часовая зарплата инженера-электроника;

- трудоемкость на монтаж нового оборудования, час;

- коэффициент, учитывающий начисления на заработную  плату.

Расход на программирование и монтаж нового оборудования приведен в таблице 6.5.

Таблица 6.5 – Затраты на разработку и отладку программного обеспечения.

Статьи затрат

Стоимость,руб

Подготовка технологической информации

51584

Математическая обработка информации

6141

Запись и контроль программы

1100

Монтаж нового оборудования

19028

Итого

77853

Стоимость материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий  примем равной 20% стоимости оборудования.

руб.

Определяем размер основной заработной платы рабочих (таблица 6.6)

Таблица 6.6 - Штатное расписание сотрудников установки

Должность сотрудниковна установке

Количество сотрудников на установке

Эффектив-

ный фонд времени

Тарифная ставка

1 часа, руб

Среднего-

довая заработная плата, руб.

Среднеме-

сячная заработная плата, руб.

Затраты на заработную

плату, руб.

Оператор (5раз)

8

2304

60

138240

11520

1104520

Инженер-электроник

1

1980

85

171360

14280

171360

Инженер-програм - мист

1

1980

89

179424

14952

179424

Электрик

1

1980

80

161280

13440

161280

Итого

11

1616584

Дополнительная заработная плата , примем в размере 40% от основной заработной платы.

руб.

Начисления  З/П , примем в размере 34% от суммы основной и дополнительной заработной платы.

руб.

Цеховые и общезаводские расходы , в том числе, прочие расходы, примем в размере 80% от заработной платы.

руб.

Текущие издержки сведем в таблицу 6.7.

Таблица 6.7 - Эксплуатационные затраты

Наименование издержек

Затраты, руб.

Ежегодная сумма амортизационных отчислений, руб.

31145

Стоимость материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий

58720

Затраты на энергоносители

315

Затраты на программное обеспечение

77853

Затраты на З/П

2263595

Цеховые расходы

1293567

Итого текущих издержек

3725195

Потребление электроэнергии до и после автоматизации приведено в таблице 6.8

Таблица 6.8 – Потребление электроэнергии до и после автоматизации

Показатели

Электродвигатель

До автоматизации

После автоматизации

Мощность

37кВт

37кВт

Эффективный фонд времени работы, час

8640

8640

Расход электроэнегрии, год

319680 кВт

239760 кВт

Цена, руб./кВт

3.4

3.4

Стоимость, руб.

1086912

815184

Прибыль за счет экономии электроэнергии, руб.

271728

Таким образом, дополнительная прибыль за счет снижения потребления электроэнергии на 25%  составляет 271728 руб.

6.4 Расчет эффективности проектируемой системы

Определим экономию от внедрения проекта с учетом дополнительной прибыли:

Экономический эффект  находится по формуле:

Экономический эффект составляет 171944 руб.

       Определим срок окупаемости проекта:

года

Вычислим экономию от внедрения проекта, для этого все затраты сведем в таблицу 6.9. [15, с28]

Таблица 6.9 –Затраты на проект

Наименование

Сумма

1.Капитальные затраты, руб,

96007

2. Эксплуатационные затраты

3142530

2.1 Заработная плата основная

1616854

2.2 Заработная плата дополнительная

646741

2.3 Начисления на заработную плату

769622

2.4 Ежегодная сумма амортизационных отчислений, руб.

31145

2.5 Затраты на энергоносители, руб

315

2.6 Затраты на программное обеспечения и монтаж, руб

77853

3  Экономический эффект, руб

171944

4 Годовая экономия, руб

271728

5 Срок окупаемости, год

1.8

Вывод: Внедрение системы автоматического  регулирования температуры газо-сырьевой смеси на выходе АВО целесообразно, т.к., несмотря на дополнительные вложения для приобретения нового оборудования, срок окупаемости составит 1.8 года. Экономия при этом составляет 271728 руб.

Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрены и решены вопросы модернизации системы автоматического регулирования температурного режима системы воздушного охлаждения установки Л-24/7.

Разработана модель объекта автоматизации,  проведен синтез системы автоматического управления технологическим процессом.

Управление технологическим оборудованием реализовано на программно-логических контролерах и средств контрольно-измерительных приборах и автоматики (КИПиА), выполняющих функции измерения технологических параметров сбора и предварительной обработки информации, программно-логического управления и предупредительной сигнализации.

Разработан алгоритм управления технологическим процессом, осуществлено обоснование и выбор технических средств автоматизации.

Проведенные расчеты экономической эффективности доказывают целесообразность внедрения системы управления, разработанной с учетом требований охраны труда и окружающей среды.

Библиографический список

1. О. Ф. Глаголева, В. М. Капустина. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти: Учебное пособие. – М.: Химия, Колос, 2001.

2. Уильям Л. Леффлер. Переработка нефти, – 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. – М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2003.

3. Н. И. Черножуков. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов: Учебник для вузов. – М.: Химия

4. О. Ф. Глаголева, В. М. Капустина. Общая химическая технология: Учеб. Для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т. Т.1: Теоретические основы химической технологии: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 2002.

5. И. П. Мухленов, А. Я. Авербух. Общая химическая технология: Учебник для химико-техннических вузов. В 2-х т. Т.2: Важнейшие химические производства. – М.: Высшая школа, 1994

       6. 1С. А. Ахметов, М. Х. Ишмияров. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. – М.: Химия, 2005.

7. А. В. Тамьяров, М. В. Тамьярова, Д. О. Чуянов. Дипломное проектирование: Методические указания – Самарский государственный технический университет. Самара, 2005.

8.    Сайт www.termoavtomatika.ru

9.    Сайт www.elsnab.ru

10.  Сайт www.is-com.ru

11.  Сайт www.esspb.ru

       12.  Сингеев С.А., Маврин Б.М. Охрана труда и окружающее среды. М: Самарский государственный технический университет, 2009.

13. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

14. Большаков В.Н., Вигоров Ю.Л. Криволуцкий Д.А., Тишков А.А. Экология на пороге ХХI века // Экология. 1995. №4 С. 317-321.

15. Великанов К.М. Экономика и организация производства в дипломных проектах. М.: Высшая школа, 2002


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14556. Проектирование автогенератора с мостом Вина 2.13 MB
  ЭЛЕКТРОНИКА €œПроектирование автогенератора с мостом Вина€ Методические указания к курсовой работе для студентов направления ЭЭ очной/ заочной/ заочносокращенной формы обучения Содержание Задание на курсовую работу Выбор блоксхемы. ...
14557. Показатели эффективности инвестиционных проектов 53 KB
  Показатели эффективности инвестиционных проектов В России при определении эффективности инвестиционных проектов рекомендована система показателей основанных на методике ЮНИДО. С 1994 года действуют Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционны...
14558. Система документации прединвестиционных исследований 102.78 KB
  Система документации прединвестиционных исследований Итак проведены все исследования предшествующие принятию инвестиционного решения взвешены все плюсы и минусы. Теперь необходим некий итоговый максимально компактный документ который позволит предпр
14559. УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ УНЧ-61 433 KB
  УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ УНЧ-61 Курсовой проект по учебной дисциплине: Интегральные устройства радиоэлектроники Пояснительная записка к курсовому проекту по направлению 551100 – проектирование и технология электронных средств...
14560. Краткая история Беларуси 348.5 KB
  Первобытное общество на территории Беларуси. Первые люди на территорию Беларуси проникают примерно 100 – 40 тысяч лет тому назад. Археологи нашли орудия труда возле д. Обидовичи и д. Светиловичи. Люди современного типа появляются в поздним палеолите. Им принадлежат
14561. БИО- И ТЕХНОЭВОЛЮЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС 154.5 KB
  Понятия и определения Наука область человеческой деятельности направленная на получение знаний законов и закономерностей окружающего мира. Технология – последовательность действий которые приводят к одному и тому же известному резул...
14562. ЕКСПЕРТНІ СИСТЕМИ 227.5 KB
  Опорний конспект з курсу Експертні СИСТЕМИ Вступ В середині 90х років минулого сторіччя відбулася зустріч Роберта Меткалфа винахідника Ethernet і знаменитого професора з штучного інтелекту Едварда Фейгенбаума. У дискусії що відбулася двох учених були порушені ...
14563. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК 782.5 KB
  ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Методические указания по выполнению лабораторной работы № 1 Предназначено для подготовки специалистов обучающихся по специальности 140211 – электроснабжение бакалавров по направлению 140400 – эле...
14564. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК 760.5 KB
  ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Методические указания по выполнению практической работы предназначены для студентов специальности 140211 Электроснабжение бакалавров по направлению 140400 – Электроэнергетика и электротехника профи...