Разработка проекта модернизации заводской котельной

б) стабилизация крупности дробленого продукта при максимальной производительности комплекса

агдр = соnst при Q - mах

в) минимизация крупности дробленого продукта при постоянной производительности комплекса

агд = min при Q - const

Для отдельных дробильных агрегатов комплекса целями управления могут быть следующие:

Часто необходимо изменение цели в соответствии с изменением условий в технологической цепи. Например, там, где дробленый продукт поступает в цикл измельчения, производительность дробильной установки может быть ограничена при некоторых производственных условиях производительностью цикла измельчения, а в других случаях дробильная установка сама может быть ограничивающим фактором. Некоторые цели могут быть физически недостижимы. Так, требование постоянства крупности продукта при максимальной производительности при некоторых условиях подачи свежего питания не должно быть очень строгим. В этих случаях следует определить допустимые нормы качества продукта.

Для реализации системы управления технологическим комплексом дробления, реализующей вышеприведенные цели управления, необходимо иметь следующие локальные системы автоматического контроля и регулирования:

1. Система автоматического обнаружения металлических предметов на ленте конвейера перед дробилкой.

2. Система автоматической стабилизации расхода руды в технологический комплекс дробления изменением частоты вращения электропривода питателя с коррекцией по изменению величины активной мощности электропривода дробилки среднего дробления.

3. Система автоматического контроля температуры подшипников дробилок с сигнализацией верхних значений температур.

4. Система автоматического контроля уровней руды в бункерах, входящих в технологический комплекс.

5. Система автоматического регулирования загрузки рудой дробилок мелкого дробления путем изменения положения шибера в перегрузочном узле, изменяющего расходы руды в параллельно работающие дробилки по сигналам датчиков мощности электроприводов дробилок.

6. Система автоматического контроля гранулометрического состава дробленого продукта.

2.5 Выбор основных технических средств

2.5.1 Выбор устройства управления

Программируемые логические контроллеры являются ответственными компонентами и в значительной степени определяют свойства всего комплекса - открытость, наращиваемость, гибкость, надежность функционирования. В связи с этим, выбор архитектуры и базовых компонентов для системы определяется следующими основными критериями:

· функциональная полнота и надежность, отвечающие требованиям ТЗ;

· наличие необходимых и достаточных условий, гарантирующих нормальное функционирование в реальном масштабе времени, в том числе - детерминированная по времени реакция на внешние события;

· магистрально-модульная архитектура, степень открытости, наращиваемости и гибкости аппаратуры и программного обеспечения, соответствие стандартам международного ранга на все виды обеспечения;

· совместимость с широким спектром программно-аппаратных интерфейсов и протоколов;

· наличие развитых инструментальных средств проектирования, отладки и сопровождения;

· освоение базовых аппаратных компонентов в крупносерийном производстве, доступность совместимого оборудования, комплектующих и ЗИП, а также совершенствуемых версий системного программного обеспечения в течение всего срока эксплуатации комплекса.

· соотношение цена/качество;

· суммарная стоимость проектирования, запуска в эксплуатацию и сопровождения комплекса;

· надёжность и гарантии.

Концептуальной основой базовых компонентов является соответствие применяемых программных и аппаратных интерфейсов, информационных протоколов и других видов обеспечения комплекса открытым международным стандартам.

Компоненты ПТК должны обеспечить выполнение следующих функций:

· аналого-цифровое преобразование и циклический опрос нормированных электрических сигналов от аналоговых датчиков - измерителей физических параметров;

· циклический опрос дискретных электрических сигналов с датчиков типа "сухой контакт";

· первичная обработка результатов измерения (усреднение и фильтрация, градуировка с интерполяцией по стандартным или заданным таблицам);

· программная реализация законов управления и регулирования;

· гарантированная доставка достоверных оперативных данных на уровень СНОД с заданной периодичностью;

· прием от верхнего уровня (СНОД) настроечных данных и задающих воздействий для локальных контуров автоматического регулирования и управления;

· формирование нормированных дискретных управляющих сигналов и передача их исполнительным механизмам;

· контроль выхода выделенных технологических параметров за диапазоны нормальной работы, формирование предупреждающих и аварийных сигналов, своевременная передача этих сигналов на верхний уровень (СНОД);

· автоматический перезапуск при нарушениях электропитания.

Исходя из вышеизложенных условий выбран контроллер «Симатик степ 7» фирмы «Сименс».

Программируемые логические контроллеры семейства Симатик S7-200 являются идеальным средством для построения эффективных систем автоматического управления при минимальных затратах на приобретение оборудования и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и систем распределённого ввода-вывода с организацией обмена данными через PPI или MPI интерфейс, промышленные сети PROFIBUS-DP, Industrial Ethernet или AS-Interface, системы модемной связи.

Рис. 3. Конртоллер Сименс Симатик S7-200

Отличительные особенности семейства SIMATIC S7-200:

время выполнения 1 К логических инструкций не превышает 0.22 мс;

наличие скоростных счётчиков внешних событий;

наличие быстродействующих входов аппаратных прерываний;

возможность наращивания количества обслуживаемых входов-выходов (за исключением систем на основе CPU 221);

наличие импульсных выходов (широтно- или частотно-импульсная модуляция);

потенциометры аналогового задания цифровых параметров;

часы реального времени (встроенные или устанавливаемы в виде съёмного модуля); мощный набор инструкций языка программирования;

последовательный PPI-интерфейс, который может быть использован в качестве свободно программируемого порта;

Общие технические данные контроллера Сименс степ 7-200

Таблица 6. Технические данные контроллера Сименс

2.5.2 Выбор датчиков

Важнейшей задачей автоматизации технологического комплекса дробления является обеспечение непрерывности работы технологической линии дробления. Для этого необходим автоматический контроль температуры подшипников механического оборудования, параметров жидкой маслосмазки подшипников, своевременное обнаружение и удаление металлических предметов с ленты конвейера перед дробилкой, подпрессовки дробилок.

Автоматический контроль температуры подшипников механизмов обеспечивает их безаварийную работу. Для этой цели используются различные комплекты аппаратуры, в качестве первичных преобразователей в которых используются проводниковые терморезисторы (медные и платиновые), встраиваемые в корпуса подшипников механического оборудования технологического комплекса.

Получили распространение комплекты для контроля и сигнализации температуры подшипников на базе многоточечных уравновешенных мостов, которые позволяют контролировать 12-16 точек по методу обегающего контроля и обеспечивают индикацию номера точки контроля, температуру в этой точке и сигнализацию при повышенном и аварийном значении температуры, которые устанавливаются механизмом установки задания.

Также можно использовать устройства многоканальной сигнализации УМС-3, УМС-4 (ЗАО «РОСПРИБОР»), которые предназначены для циклического контроля температуры в 16-ти точках и обеспечивают преобразование сигналов от терморезисторов в унифицированный электрический сигнал, сигнализацию о выходе температуры за пределы заданных значений и сигнализацию обрыва и короткого замыкания датчиков. Устройства работают с терморезисторами ТСМ и ТСП (50М, 100М, 50П, 100П) с пределами измерения -50...+150 °С; 0...200 °С (ТСМ) и -50...+50 °С; 0...+200 °С; 0...+800 °С (ТСП). Установки сигнализации задаются с помощью переменных резисторов на передней панели при нажатии соответствующих кнопок. Число установок сигнализации по две на группу из четырех точек. Устройства имеют унифицированный выходной сигнал 0-5 мА по каждой точке, цифровой код номера точки и выходные сигнальные реле. Сигнализация на светодиодных индикаторах -трехпозиционная («мало» - «норма» - «меньше») (УМС-3) и двухпозиционная («предупредительная» и «аварийная») (УМС-4).

Контроллеры температурные типа ТК-5.0М предназначены для контроля температуры подшипников в пяти точках с цифровой индикацией номера точки и температуры в ней в пределах -40...+180 °С. Работает с датчиками ТСМ (50М, 100М) и ТСП (5011, 100П). Имеет токовый выход 0-5 мА и два релейных переключающих выхода (сухой контакт) 220 В, 1 А и аппаратную и программную возможность обмена с ЭВМ по интерфейсу RS-485.

Для контроля температуры подшипников возможно использование многоканальных приборов для измерения температуры типа Термодат-26К2 (ООО «Квазар»), которые конструктивно состоят из контроллера и набора периферийных блоков (модулей). Количество и состав периферийных модулей может изменяться.

Термодат-26К2/6ТС-4ПР/2Р имеет контроллер со светодиодной индикацией и измерительный блок на 6 входов для терморезисторов. Термодат-26К2/12ТС-4ПР/2Р включает контроллер со светодиодной индикацией и два измерительных модуля по 6 входов для терморезисторов.

2.5.3 Выбор устройств электроавтоматики

Необходимо выбрать устройства электроавтоматики для главного привода дробилки. Электродвигатель 4АН180S8У3.

Для выбора устройств коммутации цепи питания электродвигателя необходимо рассчитать ток, протекающий в данной цепи. Ток будет определяться мощностью электродвигателя и режимом его работы.

Ток номинальный электродвигателя определяется по формуле:

Для двигателя 4АН180S8У3 ток номинальный равен 33,1 А.

Ток пусковой Iпуск=5,5 Iном = 182,1 А.

Время пуска принимаем t<1 с.

Необходимо выбрать реле токовое КА, реле тепловое КК и пускатель магнитный КМ.

Реле токовое выбирается по соответствию условию Iн=1,5…1,8 Iпуск. По этому условию Iном реле=(273…327) А.

Реле тепловое выбирается по соответствию условию Iном=Iдв ном., поэтому Iном реле=33,1 А.

Данным условиям удовлетворяет реле тепловое LR2-D3355; Iном=40 А; регулируемый диапазон Iном = 30 … 40 А.

Пускатель магнитный КМ выбирается по соответствию условию Iн. пм>=Iном. дв., Iн. пм >= 33,1 А.

Данным условиям удовлетворяет пускатель магнитный ПМ12-040150; Iном = 40 А.

дробление твердый завод алюминиевый

3. Информационное, математическое и программное обеспечение системы управления

3.1 Алгоритмы автоматического регулирования технологических параметров

Рассмотрим каждый элемент технологического комплекса дробления объект управления, отметим их возмущающие и управляющие воздействия, выходные параметры.

Питатель (конвейер). Структурная схема питателя как объекта управления показана на рис. 1

К входным управляющим воздействиям питателя относят: частоту вращения электродвигателя питателя n, об./мин.; положение шибера (затвора) выпускного отверстия приемного бункера (если он есть) S, мм.

К входным возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в руде аг, %; влажность исходной руды W, %; наличие глин, ухудшающих процесс выхода руды из выпускного отверстия бункера (нарушается сыпучесть материала) Г, %.

К входным воздействиям относят также помехи F(t). Это, как правило, старение (износ) оборудования, люфты, заедания и т. п.

Выходными параметрами являются массовый расход руды (производительность питателя) QР, т/ч и содержание контрольного класса крупности в руде агm,, % или отн. ед.

Грохот. Структурная схема грохота как объекта управления представлена на рис. 2

К входным управляющим воздействиям грохота могут быть отнесены: частота вибрации деки грохота (если тип грохота - вибрационный) f частота качаний в минуту, производительность по исходному материалу QР, т/час.

Угол наклона деки грохота, размер отверстий решетки сита или расстояния между прутками (колосниками) в случае использования наклонных прутковых (колосниковых) грохотов остаются в процессе работы нерегулируемыми.

К возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в исходном материале aг; наличие глинистых включений, ухудшающих процесс грохочения Г и др.

К входным воздействиям относим также помехи F(t). Это, как правило, старение оборудования, забивка отверстий просеивающих поверхностей и др.

К выходным показателям грохота как объекта управления относим: количество надрешетного продукта Qн, т/ч; количество подрешетного продукта Qп т/ч; содержание контрольного класса крупности в подрешетном агп и надрешетном агн продуктах.

В ряде случаев в качестве выходного показателя работы грохота может быть принята эффективность грохочения Э, определяемая как

где Qг. п и Qр. п - количество контрольного класса крупности в подрешетном продукте и руде.

Дробилка. Структурная схема дробилки как объекта управления приведена на рис. 3

К входным управляющим воздействиям дробилки могут быть отнесены: частота качаний щеки (в случае щековой дробилки) или конуса (в случае конусной дробилки) nдр, число качаний/мин.; производительность по исходному питанию, т/ч; положение регулирующего органа, изменяющего размер выходной щели дробилки (в случае применения дробилок с гидравлическим приводом для изменения выпускной щели дробилки) Sщ, мм.

К возмущающим воздействиям относят: содержание контрольного класса крупности в поступающей на дробление руде аг, %; физические свойства руды у (твердость, трещиноватость, раскалываемость и т.д.); влажность руды W,%; наличие глинистых включений Г и др.

К входным воздействиям относим также помехи F(t): старение оборудования, износ футеровочных плит, износ выпускной щели дробилки и др.

К выходным управляемым показателям относим: производительность дробилки по дробленому продукту Qг т/ч; содержание контрольного класса крупности в дробленом продукте аг.д, %; активная мощность, потребляемая электродвигателем привода дробилки, Р, кВт; уровень руды в рабочей зоне дробилки h, м.

3.2 Сбор и отображение текущего состояния технологических параметров

Таблица 7. Перечень сигналов системы управления циклом измельчения

Объект управления	Контроллер	Система визуализации и управления
№	Наименование измеряемого, управляемого или регулируемого параметра	Кол-во точек	Предел измерения	Дискретный вход	Аналоговый вход	Дискретный выход
1	Насос для СОЖ	1	0/1			1	Отображение состояния работы насоса
2	Двигатель классификатора	1	0/1			1	Отображение состояния работы классификатора
3	Отсадочная машина	1	0/1			1	Отображение состояния работы отсадочной машины
4	Двигатель мдробилки	1	0/1			1	Отображение состояния работы мельницы
5	Масляный насос	1	0/1			1	Отображение состояния работы масляного насоса
6	Контроль подачи масла	1	0/1	1			Отображение наличия подачи масла
7	Двигатель транспортера 1	1	0/1			1	Отображение состояния работы конвейера 1
8	Двигатель транспортера 2	1	0/1			1	Отображение состояния работы конвейера 2
9	Температура подшипников дробилки	2	0-100oC		2		Отображение текущей температуры. Аварийное отключение.

3.4 Структура программного обеспечения

STEP 7 - это базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для программирования и эксплуатации систем управления, построенных на основе систем автоматизации SIMATIC S7. Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность разработки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использовании множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров, устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределенного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возможностями программаторов или компьютеров, на которых инсталлирован STEP 7. [10]

Инструментальные средства STEP 7 позволяют выполнять:

- конфигурирование и определение параметров настройки аппаратуры;

- конфигурирование систем промышленной связи и настройку параметров передачи данных;

- программирование, тестирование, отладку и запуск программ отдельных систем автоматизации, а также их локальное или дистанционное обслуживание;

- документирование и архивирование данных проекта;

- функции оперативного управления и диагностирования аппаратуры.

Все перечисленные функции поддерживаются мощной системой интерактивной помощи.

STEP 7 входит в комплект поставки всех программаторов семейства SIMATIC PG. Он может поставляться в виде самостоятельного пакета программ для персональных компьютеров, работающих под управлением операционных систем Windows 95/98/NT/ME/2000. Для возможности подключения программируемых контроллеров компьютер должен быть оснащен MPI картой или PC адаптером и соединительным кабелем. STEP 7 обеспечивает параллельное выполнение работ по одному проекту несколькими разработчиками. Единственным ограничением при этом является невозможность одновременной записи данных несколькими разработчиками.

STEP 7 объединяет все файлы программ пользователя и все файлы данных в блоки. В пределах одного блока могут быть использованы другие блоки. Механизм их вызова напоминает вызов подпрограмм. Это позволяет улучшать структуру программы пользователя, повышать их наглядность, обеспечить удобство их модификации, перенос готовых блоков из одной программы в другую. В составе программ STEP 7 могут быть использованы организационные, функциональные, системные блоки, функции, блоки данных.

Организационные блоки (ОВ), которые осуществляют управление ходом выполнения программы, в соответствии с рисунком 2.13. В зависимости от способа запуска (циклическое выполнение, запуск по временному прерыванию, запуск по событию и т.д.) организационные блоки разделяются на классы, имеющие различные уровни приоритета.

Рисунок 4 - Управление ходом выполнения программы

Функциональные блоки (FB) содержат отдельные части программы пользователя. Выполнение функциональных блоков сопровождается обработкой различных данных. Эти данные, внутренние переменные и результаты обработки загружаются в выделенный для этой цели блок данных IDB. Управление данными, хранящимися в IDB, осуществляет операционная система программируемого контроллера.

Для каждого функционального (FB) и системного функционального (SFB) блока операционная система контроллера создает служебный блок данных IDB (Instance-data Block). IDB генерируются автоматически после компиляции FB и SFB. Доступ к данным, хранящимся в IDB, может быть осуществлен из программы пользователя или из системы человекомашинного интерфейса.

Функции (FC) - блоки, которые содержат программы вычисления используемых функций. Каждая функция формирует фиксированную выходную величину на основе получаемых входных данных. К моменту вызова функции все ее входные данные должны быть определены. Такой механизм позволяет использовать функции без блоков данных.

Блоки данных (DB) предназначены для хранения данных пользователя. В отличие от данных, хранящихся в IDB и используемых одним блоком FB или SFB, глобальные данные, хранящиеся в DB, могут использоваться любым из программных модулей. В DB могут храниться данные, имеющие элементарный или структурный тип. Примерами данных элементарного типа могут служить данные логического (BOOL), целого (INTEGER), действительного (REAL) или других типов. Данные структурного типа формируются из данных элементарного типа. Для обращения к данным, записанным в DB, может использоваться символьная адресация.

Системные функциональные блоки (SFB) - это функциональные блоки, встроенные в операционную систему центрального процессора (например, SEND/ RECEIVE). Эти блоки не занимают места в памяти программ контроллера, но требуют использования IDB.

Системные функции (SFC) - это функции, встроенные в операционную систему контроллера. Например, функции таймеров, счетчиков, передачи блоков данных и т.д.

Системные блоки данных (SDB) - это блоки для хранения данных операционной системы центрального процессора. К этим данным относятся параметры настройки системы и отдельных модулей (аппаратных модулей).

Редакторы стандартных языков обеспечивают полную графическую поддержку программирования со следующими характеристиками:

простое и интуитивное использование, создание программы поддерживается дружественным пользователю интерфейсом и позволяет использовать стандартные механизмы работы с Windows;

библиотеки заранее подготовленных сложных функций (например, ПИД регулирования) и разработанных пользователем решений.

STEP 7 оснащен исчерпывающим набором инструкций, позволяющим легко и просто решать любые задачи автоматического управления.

ПИД - регулирование реализовано с помощью системного функционального блока SFB 41.

SFB 41 используется в программируемых логических контроллерах для управления техническими процессами с непрерывными входным и и выходными переменными. При назначении параметров можно активировать и деактивировать отдельные функции ПИД - регулятора чтобы адаптировать его к процессу. Этот регулятор можно использовать как ПИД - регулятор с постоянными уставками или в многоконтурных системах регулирования в качестве каскадного регулятора, регулятора состава смеси или пропорционального регулятора

Функции регулятора основаны на ПИД - алгоритме регулирования дискретного регулятора с аналоговым сигналом дополненном в необходимых случаях ступенью формирования импульсов в целях формирования выходных сигналов с широтно - импульсной модуляцией для двух- или трехпозиционного регулирования с пропорциональными исполнительными звеньями.

Результатом применения программного обеспечения STEP 7 для автоматизации процесса измельчения является стабилизация основных параметров измельчения.

Тренды представлены установленным для уже созданных технологических линий программным продуктом SIMATIC WinCC. Открытая система визуализации фирмы позволяет легко и просто интегрировать операторский интерфейс в создаваемые или уже существующие системы технологического управления избежав при этом непомерных затрат на проектирование и отладку программного обеспечения. Ядро продукта образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности базовая система которая оснащена важнейшими функциями, необходимыми для автоматизации, визуализации и гибкого управления технологическими процессами.

Управление технологической линией обеспечено блоками и функциями программной среды STEP 7, оптимизация процесса измельчения системными функциональными блоками SFB 41, визуализация изменения технологических параметров представлена программной средой WinCC 5.1 в виде трендов, показывающих стабилизацию выходных параметров измельчения.

3.5 Разработка блок-схемы алгоритма программы

Описание работы системы управления циклом измельчения, в соответствии с рисунком 7:

На панели оператора включаем кнопку пуска насоса пульпы, загорается лампа пуска двигателя насоса. После включения насоса, снимается блокировка на запуск двигателя классификатора. Запускаем классификатор, затем отсадочную машину. Перед запуском мельницы, необходимо запустить двигатель масляного насоса. Затем, через 10 секунд опрашивается датчик расхода масла и если давление масла в пределах нормы, разрешается пуск мельницы. После включения мельницы разрешается запуск конвейера №1 и конвейера №2. При превышении температуры подшипников мельницы, двигатель мельницы отключается.



Рисунок 7 - Алгоритм запуска цикла измельчения

Работа агрегатов постоянно контролируется: проверяется состояние сигнала аварийного отключения, значение температуры подшипников мельницы, наличие протока масла в магистрали смазки подшипников мельницы, а также количество пусков для сигнализации необходимости ревизии, в соответствии с рисунком 8



Рисунок 8 - Алгоритм контроля работы системы запуска цикла измельчения

4. Технологическое обеспечение автоматизируемого процесса

4.1. Расчёт параметров технологического процесса

4.1.1 Расчёт регулятора системы

Расчёт и анализ системы управления

С помощью программы АSIM LIN строим переходные процессы по задающему и возмущающему воздействиям. Рекомендуемые параметры настройки регулятора при ПИ-законе управления: К1 = 71,6727, К2 = 60,0961. Данные настройки обеспечивают минимальное перерегулирование 14% и минимальное время обработки сигнала.

Переходный процесс по задающему воздействию отражён в Приложении 1. График процесса представлен на рисунке 3.11.

Рис. График переходного процесса по задающему воздействию

Для настроек К1 и К2 строим переходный процесс по возмущающему воздействию. Он отражён в Приложении 2. График процесса представлен на рисунке 3.12.



Рис. График переходного процесса по возмущающему воздействию

Вывод: При расчёте одноконтурной системы автоматического регулирования были получены следующие настройки регулятора: К1 = 71,6727, К2 = 60,0961. Предлагаемая система автоматического регулирования имеет величину перерегулирования меньше 20%, статическая ошибка равна 0.

5. Эксплуатационная документация

5.1 Инструкция по эксплуатации СУ

К обслуживанию данной системы должны допускаться только квалифицированные специалисты, изучившие документацию на данную систему и имеющие соответствующую группу допуска по электробезопасности.

5.2 Руководство программиста

Для программирования всех типов центральных процессоров SIMATIC S7-200 может быть использовано программное обеспечение STEP 7 Micro/ WIN. Пакет позволяет выполнять все операции по программированию контроллеров SIMATIC S7-200, конфигурированию и настройке их параметров, решать задачи конфигурирования и программирования сетевых конфигураций с S7-200, устройств человеко- машинного интерфейса (TD 200 и TD 200C), систем регулирования и позиционирования и т.д.

Разработка программ выполняется на языках LAD (диаграммы лестничной логики), STL (список инструкций) и FBD (диаграммы функциональных блоков).

Для всех типов центральных процессоров существует возможность:

- выполнять программное определение времени фильтрации дискретных и аналоговых входных сигналов.

- выполнять программное определение объемов данных, сохраняемых при сбоях в питании контроллера.

- производить определение состояний выходов, в которое они переводятся при “зависании” программы.

- использовать при написании программ абсолютную и символьную адресацию.

- использовать для отладки программ таблицу состояний.

- редактировать программы с использованием перекрестных ссылок.

- использовать в процессе написания и отладки программы мощную систему интерактивной помощи.

Если программирование выполняется с компьютера, то для организации связи с контроллером необходим RS 232/PPI или USB/PPI адаптер.

Кроме того, программирование может выполняться с программаторов или компьютеров, оснащенных коммуникационными процессорами CP 5512 или CP 5611. Связь с контроллером в этом случае устанавливается через MPI интерфейс. Скорость обмена данными может достигать 187.5 Кбит/с.

Контроллеры, оснащенные коммуникационными процессорами CP 243-1/CP 243-1IT, допускают дистанционное программирование через Industrial Ethernet с компьютера, оснащённого коммуникационным процессором CP 1612.

6. Функционально-стоимостной и экономический анализ проекта

6.1 Функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта СУ

Таблица 9. Функционально-стоимостная модель модернизированного варианта

Индекс ф-ции	Наименование функции	Материальный носитель функции	r	R	Q	Sабс	Sотн
f1.1	Обработка рабочих параметров	Промышленный компьютер	0,4	0,08	0,08	200	0,048
f1.2	Отображение рабочих параметров	Программа визуализации	0,3	0,06	0,06	500	0,024
f2.1	Привод дробилки	Электродвигатель	0,3	0,06	0,06	74000	0,016
f2.2	Привод заслонки питателя	Электродвигатель	0,6	0,12	0,12	8000	0,167
f2.3	Привод траснпортёра	Электродвигатель	0,4	0,08	0,08	68000	0,64
f3.1	Обработка сигналов	Модуль процессора	0,2	0,02	0,02	34000	0,222
f3.2	Ввод-вывод аналоговых сигналов	Модули ввода-вывода аналоговые	0,3	0,03	0,03	24500	0,048
f3.3	Ввод-вывод цифровых сигналов	Модули ввода-вывода цифровые	0,25	0,025	0,025	24500	0,02
f3.4	Питание контроллера	Источник питания	0,25	0,025	0,025	3000	0,08
f4.1	Измерение температуры	Датчик температуры	0,5	0,15	0,15	1200	0,274
f4.2	Измерение давления	Датчик давления	0,7	0,35	0,35	3000	0,011
f4.3	Измерение веса	Датчик веса	0,2	0,1	0,1	12000	0,159
F1	Устройства сигнализации и визуализации	f1.1+f1.2	0,2	0,2	0,2	700	0,08
F2	Исполнительные устройства	f2.1+f2.2+f2.3	0,2	0,2	0,2	150000	0,23
F3	ПЛК	f3.1+f3.2+f3.3+f3.4	0,2	0,2	0,2	86000	0,15
F4	Датчики	f4.1+f4.2+f4.3	0,3	0,3	0,3	15200	0,27
Итого	241900

Рис. Функциональная модель модернизированной системы управления линией дробления бокситов

6.2 Расчёт периода окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

а) чистая приведённая величина дохода (NPV).

NPV представляет собой разность между приведенными к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта.

где T - продолжительность реализации проекта; t - порядковый номер года реализации проекта; NCFt - чистый денежный поток года t; PV - коэффициент дисконтирования в году t;

б) коэффициент дисконтирования (фактор PV) для года t определяется по формуле:

где r - ставка дисконта (r = безрисковая ставка + инфляция + риски).

В качестве безрисковой ставки принимаем ставку рефинансирования Центрального Банка.

При r = 0,32 значения коэффициентов дисконтирования по годам:

PV1=0,76; PV2=0,57; PV3=0,43; PV4=0,33; PV5=0,25.

Период реализации проекта может определяться:

-периодом времени, в течение которого модернизируемый или рационализируемый объект будет амортизирован;

-периодом морального износа объекта;

в) внутренняя норма доходности.

Internal Rate of Return (IRR) - это то значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

г) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Descounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т.е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

где CFt - поступление денежных средств от эффектов, связанных c внедрением проекта; IN - инвестиционные затраты.

Денежные средства от реализации проекта (Cash Flow):

CF = Результаты - Затраты

В таблицах 3 и 4 приведены результаты и затраты от проектного решения для первого года.

Таблица 3. Результаты от проектного решения

Результаты	Тыс. руб.
Сокращение трудоемкости	70
Повышение производительности труда	25
Снижение эксплуатационных затрат	40
Повышение качества продукции	20
Другие	15
Итого	170

Таблица 4. Затраты на проектное решение

Затраты	Тыс. руб.
Проектирование	50
Пусконаладка	65
Эксплуатационные затраты	15
Обучение персонала	5
Другие	5
Итого	140

CF1 = 170 - 140 = 30 (тыс.руб.)

Аналогичным образом проводится расчет CF2 ,СF3 ,СF4 ,СF5 :

CF2 = 170 - 20 = 150 (тыс.руб.)

CF3 = 170 - 20 = 150 (тыс.руб.)

CF4 = 170 - 20 = 150 (тыс.руб.)

CF5 = 170 - 20 = 150 (тыс.руб.)

Проект считается эффективным, если приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования (IRR > r).

Инвестиции в данный проект составляют 170 тыс. руб. При ликвидационной стоимости активов равной нулю денежные средства от инвестиционной деятельности составляют - 170 тыс. руб. Таким образом, формируется чистый денежный поток (таблица 6.4).

Таблица 5. Чистый денежный поток средств

Годы	0	1	2	3	4	5
Тыс.руб	- 170	-140	10	80	230	380

Итого NCF: 390 тыс. руб.

Дисконтированный чистый денежный поток средств рассчитывается по формуле: NCF*PV , где PV1=0,76; PV2=0,57; PV3=0,43; PV4=0,33; PV5=0,25.

Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод о том, что проект является эффективным, т.к. чистая приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования, проект окупается примерно за 2 года.

Таблица 6 Прогноз денежных потоков (тыс. руб.)

№ п/п	Наименование показателей	Годы реализации проекта	итого
		0	1	2	3
1 2 3	Эффект от проектного решения - результаты - затраты - итого	0 140 -140	170 20 10	170 20 80	170 20 230	510 200 230
4 5 6	Инвестиции Ликвидационная стоимость активов Итого: денежные средства	170 0 -170
7	Чистый денежный поток	-140	10	80	230
8	Дисконтированный денежный поток	-105	5,7	36	75
9	Дисконтированный чистый денежный поток нарастающим итогом	-105	-99,3	-63,3	11,7

7. Безопасность и экологичность узла и системы управления

Стихийные бедствия, промышленные аварии и катастрофы на транспорте, экологические последствия антропогенного воздействия на биосферу, применение противником в случае военных действий различных видов оружия, создают ситуации, опасные для жизни и здоровья населения.

Возникновение любой чрезвычайной ситуации вызывается сочетанием действий объективных и субъективных факторов.

В законе Российской Федерации "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" чрезвычайная ситуация определяется как "обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей".

В условиях чрезвычайных ситуаций общество, движимое естественным стремлением к самосохранению, предпринимает осознанные, заранее предусмотренные меры, направленные на обеспечение безопасности жизнедеятельности. Проблема защиты в чрезвычайных ситуациях включает в себя множество аспектов, которые необходимо учитывать при разработке мероприятий по обеспечению безопасности населения, устойчивости объектов народного хозяйства и охране биосферы от антропогенного воздействия.

Выбор мероприятий, сил и средств защиты зависит от вида, специфики, протекания чрезвычайных ситуаций, характера порождающих факторов и тяжести последствий.

7.1 Безопасность труда

Санитарно-гигиеническое благоустройство предприятий - важная составная часть мероприятий по обеспечению здоровых и безопасных условий труда. Санитарно-гигиенические требования к эксплуатации производственных помещений и оборудования регламентируются санитарными нормами, предусматривающими температуру, влажность и скорость движения воздуха в производственных помещениях, освещенность и запыленность рабочих мест, уровень шума и вибрационные воздействия.

Промышленная вентиляция.

В производственном помещении необходимо поддерживать состав и состояние воздуха, отвечающие гигиеническим требованиям, то есть создать на рабочем месте условия, обеспечивающие наилучшее самочувствие трудящихся, а также удалить из воздуха или разбавить в нём до безопасной концентрации вредные и ядовитые газы, пары, пыль. Для этого необходимо загрязнённый воздух удалять из помещений и взамен него вводить чистый. Замена загрязнённого воздуха чистым осуществляется за счёт механической энергии вентилятора или эжектора (механическая вентиляция) или за счёт естественной вентиляции.

В зависимости от способа подачи или удаления воздуха из помещений различают вытяжную, приточную и приточно-вытяжную вентиляцию.

Количество воздуха, необходимое для вентиляции помещения, зависит от способа организации воздухообмена в помещении. При устройстве общеобменной вентиляции исходными величинами для определения воздухообмена являются число работающих в помещении людей и количество вредных выделений (газов, паров, тепла и влаги), поступающих в воздух помещений.

Согласно санитарным нормам норму воздуха на одного рабочего принимают равной не менее 30 в производственных помещениях с объемом на одного работающего менее 20 и не менее 20 в помещениях с объемом на одного работающего от 20 до 40. В помещениях с кубатурой на одного работающего более 40 можно предусматривать только проветривание (под проветриванием понимается замена воздуха путём периодического открывания окон и форточек).

В цехе измельчения объём воздуха на одного работающего более 40, поэтому для освежения воздуха предусматривается проветривание.

Допустимое количество пыли в воздухе производственного помещения зависит от содержания в пыли кварца. Нормы допускают концентрацию пыли (не более): нетоксичная с содержанием кварца менее 2% - 10 мг/м ; пыль нетоксичная, с содержащая кварц от 2 до 10 % - 4 мг/м ; пыль нетоксичная, содержащая кварц от 10 до 70% - 2 мг/м; пыль нетоксичная, содержащая кварц более 70% - 1 мг-м (33).

Шум и мероприятия по его снижению.

Шум является одним из наиболее распространенных факторов внешней среды, неблагоприятно воздействующих на организм человека. Звук с физической стороны характеризуется частотой колебаний и силой звука, с физиологической - громкостью, тембром и высотой тона. Наибольшая чувствительность человеческого уха относится к звукам с частотой от 1000 до 4000 Гц. Шум - это беспорядочное сочетание звуков, различных по частоте и силе. Ухо человека чувствительно к давлению звуковой волны. Для измерения звукового давления принята единица, называемая бел. Практически применяемая единица в десять раз меньше - децибел. Диапазон слухового восприятия человека составляет около 130 дБ. В зависимости от уровня и спектра шума воздействие его на организм человека различно: шум с уровнем 80 дБ затрудняет разборчивость речи, вызывает снижение работоспособности и мешает нормальному отдыху; шум с уровнем 100 - 200 дБ может вызывать необратимые изменения и при-вести к понижению слуха; шум с уровнем 120-140 дБ способен вызвать механическое повреждение органов слуха. Шум вредно воздействует не только на органы слуха, но и на весь организм человека через центральную нервную систему. Воздействие шума на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука 40 - 70 дБ, что приводит к нарушению периферического кровообращения, за счет сужения капилляра покрова и слизистых оболочек.

Допустимые уровни звукового давления, уровня звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах должны соответствовать требованиям «Санитарных норм допустимых уровней шума на рабочих местах». Нормируемыми параметрами шума на рабочих местах являются уровни средне-квадратичных звуковых давлений (дБ) и уровни звука (дБА), измеряемые по шкале «А» шумомера, поскольку они наиболее близки к физиологическому восприятию человеком.

Причиной шума на обогатительных фабриках является соударение металлических частей машин, падение перерабатываемого материала и колебания воздуха при движении его по воздуховодам.

Предупреждение вредного влияния шума на организм человека осуществляется как общими, так и индивидуальными мероприятиями. Из мероприятий общего характера наиболее важными являются автоматизация и механизация производственных процессов, а также дистанционное управление ими, благодаря чему рабочий может следить за работой машин и механизмов, находясь вне сферы действия вредностей (шума и вибраций) и ограничение уровня предельно допустимой громкости.

Уровень предельно допустимой громкости устанавливается в зависимости от частоты: для низкочастотных шумов допустимый уровень составляет 90 - 100 дб; для среднечастотных шумов 85 - 90 дб; для высокочастотных шумов 75 - 85 дб.

Борьба с вредным воздействием шума производится мерами общего характера и индивидуальной защиты. Меры общего характера: замена шумных машин или отдельных узлов бесшумными; звукоизоляция источников шумообразования; автоматизация и механизация, а также дистанционное управление, позволяющее рабочему следить за работой машин вне зоны действия шума. Эффективной мерой по борьбе с шумом является замена: отрытых зубчатых колес редукторами; прямозубых колес косозубыми или шевронными, металлических зубчатых колес текстолитовыми. Снижает уровень шума замена стальной футеровки мельниц резиновой, подкладка резиновых лент под стальную футеровку, футеровка рудных желобов старыми конвейерными лентами. Меры индивидуальной защиты заключаются в перекрытии наружного слухового прохода рабочего заглушками или наушниками.

Поскольку наиболее перспективным направлением снижения уровня шума является создание малошумного оборудования, введено техническое нормирование шума машин. В соответствии со стандартом или техническими условиями в паспорте машины указывается шумовая характеристика, которая представляет собой совокупность уровней звуковой мощности машины в стандартных октавных полосах частот.

Устранение вибрации.

При работе дробилок, мельниц, грохотов и другого оборудования обогатительных фабрик возникают вибрации (сотрясения), вредно действующие на организм работающих. В производственных условиях сотрясения (вибрации) могут воздействовать на организм непосредственным путём или косвенно. Непосредственное действие вибраций имеет место главным образом при работе с различными видами пневматического инструмента. Косвенное воздействие вибраций вызывается чаще всего сотрясением пола вследствие динамического действия машин, двигателей и другого оборудования. При оценке влияния вибраций на организм наиболее важными показателями являются частота и амплитуда колебаний, а также энергия сотрясений. Чем больше при прочих равных условиях амплитуда, тем больше энергия такого колебательного движения, тем сильнее реакция организма на него. Длительное воздействие вибраций может вызвать профессиональное заболевание, сопровождающееся расстройством нервной и сердечно-сосудистой системы, повышением кровяного давления, расстройством опорно-двигательного аппарата.

Для производственных вибраций рабочего места санитарными нормами устанавливаются предельно допустимые амплитуды, скорости и ускорения колебательных движений.

Возникновение вибраций предупреждается балансировкой вращающихся частей механизмов, установкой машин, вызывающих вибрации, на специальные фундаменты с виброизоляцией и на фундаменты, не связанные со зданием.

Для виброизоляции применяют прокладки из резины, войлока, пробки, дерева, а также пружины.

Список использованных источников

1. Кузнецов, В.П. Дипломное проектирование. Методические указания к выполнению дипломного проекта для студентов специальности 210200 / В.П. Кузнецов; Кург. гос. ун-т.- Курган: Издательство Кург. гос. ун-та, 2001. - 50с.

2. Техническая документация. Приготовление алюминия по способу Байера.

3. Паспорт. Исполнительный механизм МЭО.

4. Пухов, А.С. Синтез решений при создании автоматизированных технических объектов. Учебное пособие/ А.С.Пухов; Кург. гос. ун-т.- Курган: Издательство Кург. гос. ун-та, 2000. - 123с.

5. ProSoft. Передовые технологии автоматизации. Краткий каталог продукции 10.0; - 2005.

6. Чунихин, А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов/ А.А. Чунихин; - М.: Энергоатомиздат, 1988 - 720с.

7. Чернов, Е.А. Электроприводы подач станков с ЧПУ/ Е.А.Чернов, В.П. Кузьмин, С.Г. Синичкин; - Горький, Волго-Вятское кн. из-во, 1986 - 270 с.

8. Копылов, И.П. Справочник по электрическим машинам / Под общ. Ред. И. П. Копылова: в 2 т; - М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Солодовников, В.В. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы./ Под ред. Солодовникова В.В. - М.: Высш.шк., 1991. -225 с.

10. Лебединский, Б.П. Стандартные настройки замкнутых САУ: Методические указания к курсовому проектированию систем автоматического регулирования. / Составил Б.П. Лебединский; - Курган: КГУ, 1996 - 18с.

11. Сбродов, Н.Б. Расчет характеристик двухпозиционных систем автоматического регулирования: Методические указания к индивидуальной работе студентов / Составил Н.Б. Сбродов; Курган: КГУ, 1997

12. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. Справочное пособие / Под редакцией А.С. Клюева - 2-е издание;- М: Энергоатомиздат, 1989 - 368с.

13. Таранов, А.С. Организация производства и менеджмент: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 210200 /Составил А.С. Таранов; - Курган: Издательство Кург. гос. ун-та, 2002 13с.

14. Кузьмин, А.П. Безопасность и экологичность проекта: Методические указания к выполнению раздела "Безопасность и экологичность проекта" в дипломных проектах для специальности 210200 / А.П. Кузьмин, С.П. Левашов;- Курган: Издательство Кург. гос. ун-та, 2004 - 26с.

Размещено на Allbest.ru

...