Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Разработка системы автоматизации нефтеперекачивающей станции "Аремзяны-3"

Разработка системы автоматизации нефтеперекачивающей станции "Аремзяны-3"

Автоматизация технологического процесса перекачки нефти. Требования, предъявляемые к техническому комплексу нижнего уровня. Схема электрических соединений в контуре регулирования. Выбор программируемого логического контроллера для системы управления.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 25.10.2013
Размер файла 1,3 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

3.7 Расчет настроек в контуре регулирования

Объектом регулирования является изменение давления нефти на выходе НПС.

В контур регулирования входят датчики давления, контроллер, исполнительные механизмы. Контур регулирования должен оставаться устойчивым при всех режимах работы, обеспечить необходимые значения показателей качества.

Для определения передаточной функции Wоб используется информация объекта в динамическом режиме, например, переходная характеристика.

Переходная характеристика - реакция системы на единичное входное воздействие. Для проведения расчетов использована переходная характеристика насосного агрегата.

Экспериментально, при нанесении на объект ступенчатого воздействия была снята кривая отклика изменения давления нефти в магистральном насосном агрегате.

Изменение положения регулирующего органа показано на рисунке 3.1, реакция объекта на это изменение показана на рисунке 3.2.

Из графика переходной характеристики видно, что объект регулирования относится к статическим объектам. Для определения его передаточной функции используется графический метод идентификации по переходной характеристике.

Данный вид переходной характеристики можно представить двумя элементарными звеньями соединенными последовательно: апериодическим звеном первого порядка и запаздывающим звеном.

Рисунок 3.1- График входного ступенчатого воздействия

Рисунок 3.2- График переходной характеристики объекта

Общий вид передаточной функции в этом случае будет иметь следующий вид:

, (3.1)

где КОБ - коэффициент передачи объекта регулирования;

ТОБ - постоянная времени объекта;

фОБ - время запаздывания объекта.

Выше названные параметры являются динамическими параметрами объекта регулирования и определяются графически по виду переходной функции (рисунок 3.2).

Постоянная времени объекта ТОБ представляет собой временной отрезок от точки пересечения касательной, проведенной к переходной характеристике в точке перегиба, с осью абсцисс до точки ее пересечения с линией, установившегося значения параметра [14]. Из графика, приведенном на рисунке 3.2, видно, что ТОБ=6с.

Время запаздывания определяется как временной отрезок от момента ввода возмущения до пересечения касательной с осью абсцисс. Из того же графика видно, что фОБ = 2 с.

Относительное изменение положения регулирующего органа:

,

где Нmax =74 - 100 % хода регулирующего органа;

=65- единица измерения входного воздействия. (3.2)

.

Относительное изменение регулируемого параметра объекта:

где - новое значение регулируемой величины.

- исходное значение регулируемой величины; (3.3)

.

Коэффициент передачи:

Размещено на http://www.allbest.ru/

.

Передаточная функция объекта регулирования имеет следующий вид:

.

3.7.1 Выбор типа регулятора

Тип регулятора выбирается с учетом свойств объекта:

При выборе типа регулятора рекомендуется ориентироваться на величину отношения запаздывания к постоянной времени и в объекте . Если <0,2 то, можно выбрать П-регулятор. Если 0,2<<0,7; то должен быть выбран дискретный ПИ-регулятор. Если >0,7; то выбирают дискретный ПИД-регулятор [14].

, то есть в контуре рассчитывается ПИ-регулятор.

Z-передаточная функция ПИ - регулятора имеет следующий вид:

,(3.5)

где, - коэффициент передачи;

-постоянная времени интегрирования.

3.7.2 Выбор метода расчета

Т.к. в контуре регулирования имеется интегральное звено, расчет был проведен методом ограничения на частотный показатель колебательности.

Алгоритм расчета настроек по частотному показателю колебательности:

- выбор допустимых значений частотного показателя колебательности(М);

- расчет параметров окружности:

- выбор типа регулятора;

- выбор некоторого значения Tu и подбор для него значения Кр такого, при котором АФЧХ разомкнутой системы касается окружности;

- расчет повторяется для различных значений Tu ;

- из полученных настроек регулятора выбирается тот вариант, для которого отношение Kp / Tu имеет наибольшее значение, эти настройки принимаются за оптимальные;

- оптимальность настроек проверяется расчетом прямых и косвенных показателей качества;

Если фактические значение показателей качества не хуже допустимых, то полученные настройки считаются оптимальными.

Частотный показатель колебательности () - отношение максимального значения амплитудно-частотной характеристики к её значению при щ=0. Частотный показатель колебательности определяет запас устойчивости системы, чем больше М, тем меньше запас устойчивости, а также ему соответствуют прямые показатели качества. Каждому значению частотного показателя колебательности на комплексной плоскости соответствует граница в виде окружности. Ее параметры определяются выбранным значением М.

3.7.3 Анализ структурной схемы, переход к дискретной форме

Исходная структурная схема имеет вид (рисунок 3.3):

Рисунок 3.3- Исходная структурная схема

Так как регулятор работает в дискретном режиме, то исходная схема может быть представлена рисунком 3.4.

Рисунок 3.4-Структурная система (дискретно-непрерывная система),

где, Wp(z) - передаточная функция регулятора;

Wo(s) - передаточная функция фиксатора некоторого порядка;

Wоб(s) - передаточная функция объекта регулирования

Последовательное соединение фиксатора и объекта называется приведенной непрерывной частью :

, (3.6)

где - передаточная функция выбранного типа фиксатора;

- передаточная функция исходной непрерывной части.

Фиксатор нулевого порядка имеет передаточную функцию:

, (3.7)

где - период дискретизации.

3.7.4 Выбор периода квантования

Периода квантования выбирается с учетом следующих требований:

- сохранность, достоверность информации;

- возможности аппаратуры;

- удобство математических преобразований.

Период дискретизации может быть выбран как наибольший общий делитель постоянной времени объекта и времени запаздывания. Таким образом, период дискретизации выбирается равным два.

3.7.5 Расчет z- передаточной функции приведенной непрерывной части

Если известна передаточная функция W(s) непрерывной части, то Z- передаточная функция рассчитывается с учетом фиксатора определённого порядка W0(s), её называют Z- передаточной функцией приведённой непрерывной части и она рассчитывается по формуле:

, (3.8)

где - изображение для .

Расчет был выполнен в пакете MatLab 6.1 с помощью команды

sys=tf([1,32],[6 1],'inputdelay',2)

z=c2d(sys,2)

Z- передаточная функция равна:

Структурная схема дискретной САР приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5- Структурная схема дискретной САР

3.7.6 Расчет настроек регулятора

Для контура регулирования давления нефти на выходе НПС допустимое перерегулирование по регламенту составляет не более 18%.

Для проведения расчетов частотный показатель колебательности по номограммам Солодовникова (рисунок 3.6) был выбран равным Мдоп=1.1, при этом окружность имеет радиус R=5,238, координаты центра О(-5,762;0).

Рисунок 3.6- Номограммы Солодовникова

Интервал варьирования Ти был выбран с учетом наибольшей постоянной времени объекта Ти ( 0,5Тоб;1,5Tоб)=[3;9].

Так как частотный показатель колебательности не должен превышать допустимого значения, то АФЧХ разомкнутой системы не должна заходить в область, ограниченную окружностью, построенной для частотного показателя колебательности М, а только касаться её.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Значение настроек ПИ-регулятора

Ти

Кр

3

0.3

0.0510

4

0.35

0.0643

5

0.39

0.0671

6

0.54

0.0710

7

0.56

0.0730

8

0.617

0.0680

9

0.650

0.0633

Согласно таблице 3.8 за оптимальные настройки приняты Ти = 7с и Kр= 0.56.

Передаточная функция регулятора с найденными настройками имеет вид:

.

3.7.7 Проверка оптимальности настроек регулятора

Проверка оптимальности регулятора выполняется расчетом прямых показателей качества.

Для определения прямых показателей качества строится переходная характеристика замкнутой системы.

Передаточная функция замкнутой системы определяется по формуле (3.9).

.

Передаточная функция замкнутой САР имеет вид:

. (3.9)

С помощью программы MatLab строится график переходной характеристики замкнутой системы с найденными параметрами. График представлен на рисунке 3.7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.7- График переходной характеристики

По графику переходной характеристики находятся прямые показатели качества регулирования.

Перерегулирование - это максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения, выраженное в процентах [14].

Время регулирования - минимальное время по истечению, которого регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с погрешностью ±5% [14].

Найденные показатели качества: перерегулирование у =11%; время регулирования tрег = 7с.

Так как показатели качества процесса регулирования удовлетворяют заданным пределам, найденные параметры Кр = 0,56, Ти = 7с являются оптимальными.

4. Программно-технический комплекс верхнего уровня

4.1 Обоснование выбора программного средства

Для разработки интерфейса оператора были рассмотрены программные средства такие, как RSView 32, Trace Mode 6, ProWorx 32.

RSView®32™ -- это интегрированный, основанный на использовании компонентов человеко-машинный интерфейс для мониторинга и управления автоматизированных механизмов и процессов. Имеется английская, китайская, французская, немецкая, итальянская, японская, португальская, корейская и испанская версии RSView32. RSView32 расширяет границы обзора с помощью открытых технологий, которые предоставляют небывалые возможности по подключению к другим продуктам Rockwell Software, продуктам Microsoft и сторонним приложениям[15].

RSView32 является первым программным обеспечением человеко-машинного интерфейса, предназначенного для того, чтобы:

- разрабатывать объектную модель для раскрытия части ее основных функциональных возможностей, позволяя RSView32 легко взаимодействовать с другими программными продуктами, основанными на использовании компонентов;

- интегрировать популярный Microsoft Visual Basic® for Applications (VBA) в качестве встроенного языка программирования, позволяя практически неограниченные возможности по настройке ваших проектов RSView32;

- поддерживать стандарты OPC как для сервера, так и для клиента, для быстрой и безопасной связи с широким спектром аппаратных средств;

- реализовать технологию добавляемой архитектуры (AOA) для расширения функциональности RSView32 и интеграции новых возможностей прямо в ядро RSView32.

Возможности:

- повторное использование баз данных тэгов;

- повторное использование графики;

- расширение до 32000 тэгов;

- тестовый запуск;

- изменения в диалоговом окне;

- групповое редактирование;

- замена тэгов;

- контроль и анимация;

- контроль сигналов тревоги;

- регистрация данных;

- отслеживание трендов;

- защита.

ProWORX 32 - это универсальное, простоев использовании многоплатформенное программное обеспечение для программирования для ПЛК серии Modicon. Это мощное средство, позволяющее программировать все контроллеры Modicon в интерактивном или автономном режиме, управлять подсистемами ввода/вывода и анализировать деятельность вашего предприятия в режиме реального времени, используя хорошо знакомую среду Windows[16].

Возможности:

- полный набор программных средств - ProWORX 32 предоставляет все необходимые средства для создания, настройки, тестирования и подготовки проекта - быстро, надежно и профессионально;

- 32-битная обработка;

- высокая производительность;

- автоматическое преобразование предыдущих версий программ Modsoft и Concept автоматически;

- эмулятор проектов предоставляет возможность тестирования проектов перед их выполнением в исполняемой среде ПЛК, чтобы обеспечить работу вашей с максимальной эффективностью.

TRACE MODE 6 - имеет следующие возможности[17]:

- единая интегрированная среда обработки;

- автопостроение;

- трехмерная графика;

- любые форматы данных;

- анимация;

- управление в реальном времени;

- тренды;

- управление в реальном времени и т.д.

Для данного объекта подходит программное средство RSView, т.к. удовлетворяет требованиям к объекту и имеет функции, которые есть у TRACE MODE и ProWORX.

4.2 Разработка программы оператора

Вход в систему начинается с введения логина и пароля(рисунок 4.1).

Рисунок 4.1- Экран входа в систему

После правильного введения пароля и логина происходит переход на главный экран НПС. На данном экране представлена общая схема станции(рисунок 4.2).

На верхней части каждого экрана имеются кнопки, при нажатии которых можно перейти на любую часть объекта.

Рисунок 4.2- Общая схема станции

При нажатии кнопки «МНА1»(МНА2, МНА3, МНА4) произойдет переход на экран управления магистральным насосным агрегатом(Рисунок 4.3).

Рисунок 4.3- Экран управления МНА

При нажатии кнопки «КРД» произойдет переход на экран управления камерой регуляторов давления(рисунок 4.4).

Рисунок 4.4-Экран КРД(камера регуляторов давления)

При нажатии на кнопку «УПС» произойдет переход на экран управления узлом подключения связи( рисунок 4.5).

Рисунок 4.5-Экран УПС(Узел подключения станции)

При нажатии на кнопку «ФГУ» произойдет переход на экран управления фильтрами грязеуловителями(рисунок 4.6).

Рисунок 4.6- Экран ФГУ( фильтры-грязеуловители)

При нажатии на кнопку «исторические тренды» произойдет переход на экран показа исторических трендов(рисунок 4.7)

Рисунок 4.7- Экран исторических трендов

Оператор имеет возможность перейти на экран трендов реального времени (рисунок 4.8).

Рисунок 4.8-Экран трендов реального времени

Работая с экраном «ССВД», можно обеспечить требуемое по технологии значение давления (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9- Экран ССВД(система сглаживания волн давления)

На нижней части каждого экрана имеются сообщения об авариях. Если данное сообщение мигает - аварийная ситуация, если желтая строчка - предупреждение. Для предотвращения случайного нажатия кнопки предусмотрена защита с выводом окна подтверждения, где при нажатии кнопки «Уверен» происходит включение или отключение объекта.

Если задвижка, фильтр, насос и т.д. красного цвета, то данный объект выключен, если зеленого цвета - включен.

Если какой-либо параметр зеленого цвета - нормальное состояние, если красного - авария.

При возникновение тревоги ее можно предупредить, нажав кнопку «Квитировать», либо можно очистить экран, нажав «Очистить».

Существуют горячие клавиши:

- F1 - просмотр аварий;

- F2 - включение/отключение МНА 1;

- F3 - включение/отключение МНА 2;

- F4 - включение/отключение МНА 3;

- F5 - включение/отключение МНА 4.

4.3 Описание используемых кабелей для связи компонентов системы автоматизации

Тип кабеля для подключения термопреобразователей определяется типом используемой термопары. Сопротивление каждой из жил не должно отличаться от других больше, чем на 0,1 Ом. Используется экранированный кабель;

Для подключения датчиков давления (с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА) используется кабель с медными жилами сечением 0,75 мм2;

Для подключения внешнего питания системы и питания исполнительных механизмов используются кабели с сечением проводов не менее 1,5 мм2;

Для подачи команд управления исполнительными механизмами используются кабели с сечением проводов 0,75-1,5 мм2 (в зависимости от величины коммутируемого тока).

5. Безопасность и надежность системы

5.1 Обеспечение безопасности системы

Охрана труда - это система законодательных актов и норм, направленных на обеспечение безопасности труда в соответствующих и социально-экономических, организаторских, технических и социально-гигиенических мероприятий. Под безопасностью понимается система мер по защите человека от опасностей, формируемых определенными видами его деятельности, от сложности которых зависит и сама система защиты.

К нежелательным последствиям относятся: ухудшение здоровья, потеря трудоспособности в результате травм, аварий, пожары, взрывы.

Полностью безопасных и безвредных производств не существует. Задачи охраны труда - свести к минимуму вероятность поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда. Реальные производственные условия характеризуются, как правило, наличием некоторых опасностей и вредностей.

Производственная опасность - угроза воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов, а производственная вредность - воздействие на работающих вредных производственных факторов: ядовитые веществ, шум, инфразвуки и вибрация.

Примером производственных опасностей могут служить токоведущие и вращающиеся части оборудования.

Для обеспечения контроля за безопасностью на территории НПС сформирован охранный отряд специального подразделения ОВВО «Сибнефтепровод» круглосуточно дежурящий и охраняющий территорию станции и все прилегающие к ней объекты. Территория НПС ограждена периметральной охранной сигнализацией типа «Ворон» с фиксацией данного устройства на контрольно пропускном пункте (КПП). На территории НПС помимо отряда охраны ведет круглосуточное дежурство оперативный персонал в составе дежурного электрика, механика и оператора технолога нефтеперекачивающей станции.

На территории НПС предусмотрена система ведения безопасного технологического процесса (система безопасности) предназначенная для защиты персонала, механизмов и окружающей среды. Система включает системы сигнализации и автоматической блокировки. Система блокировок обеспечивает защиту индивидуального оборудования в случае выхода технологических параметров за пределы допустимых и аварийных значений, возникновении различных аварийных ситуаций. Системой сигнализации в свою очередь должно быть предусмотрено звуковое оповещение всего работающего персонала в случае возможного возникновения аварийных ситуаций. На случай возникновения любого ряда чрезвычайных ситуаций на территории НПС предусмотрены основные и дополнительные пути эвакуации

Весь персонал НПС, должен иметь ясное представление о всех возможных причинах аварийных ситуаций, о работе систем обеспечения безопасности, знать инструкции по безопасности и охране труда, при обнаружений любого рода неисправностей немедленно ставить в известность дежурный персонал чтобы исключить возможность опасных ситуаций во время эксплуатации или в случае отказа оборудования.

В таблицах 5.1 и 5.2 представлен перечень самых опасных и вредных производственных факторов данного предприятия и их характеристика.

Таблица 5.1 - Опасные и вредные производственные факторы (ОВПФ)

№

Наименование помещений и наружных установок

Возможные

опасные и вредные производственные факторы

1

Насосные зал НПС -1,2,3 в закрытом исполнении

Нефть, пары нефти, шум, работа с применением грузоподъемных механизмов, опасность поражения электрическим током, работы на высоте

2

Блок регуляторов давления (КРД)

Нефть, пары нефти

3

Блок фильтров-грязеуловителей

Нефть, пары нефти

№

Наименование помещений и наружных установок

Возможные

опасные и вредные производственные факторы

4

Емкости сбора утечек

ЕП-40, резервуары для нефти

Нефть, пары нефти, шум, работа с применением грузоподъемных механизмов

5

Манифольд, РВС - 400

Нефть, пары нефти

6

Система сглаживания волн давления - Аркрон

Нефть, пары нефти, шум

7

Камера приема и пуска скребка, узел подключения НПС к нефтепроводу

Нефть, пары нефти

8

Маслоприямок эл. зала

Нефть, пары нефти

9

Котельная

Нефть, пары нефти

10

Узлы задвижек, технологические колодцы

Нефть, пары нефти

11

АЗС, склады ГСМ

Пары бензина, пары углеводородов

Таблица 5.2 - Характеристика основных вредных факторов

№

Наименование объекта

Вид опасности

Уровень

1

Насосный зал, электрозал

Шум

Опасное напряжение в электрической сети

1.2 ПДУ

10 КВ

2

Операторная

Шум

Монотонность

1ПДУ

3

Щит управления

Опасное напряжение в электрической сети

220В

4

Диз. электростанция

Опасное напряжение в электрической сети

380В

5

Трансформатор

Опасное напряжение в электрической сети

380В

6

АБК НПС

Шум

1.1ПДУ

7

Гараж

Шум

Загазованность

1.1ПДУ

1.5 ПДК

Из всех показателей шум - ведущий вредный производственный фактор. Основные источники шума это технологическое оборудование (насосы, электродвигатели), машины, механизмы и вентиляционные системы.

Допустимый уровень производственного шума для территории предприятия 80 дБА, в операторной - 65 дБА.

Для снижения уровня шума на территории предприятия используют следующие методы:

- уменьшение шума в источнике;

- изменение направления шума;

- рациональное размещение оборудования на производстве;

- акустическая обработка помещений;

- уменьшение шума на пути его распространения (звукоизолирующие и звукопоглощающие преграды в виде экранов, перегородок);

- индивидуальные средства защиты.

Оперативным персоналом в качестве защиты от шума широко применяются индивидуальные средства, такие как наушники, шлемы. Наушники снижают шум в диапазоне частот 125-8000 Гц на 7-38 дБ, а шлемы на 30 - 40 дБ.

Второй основной опасный производственный источник - электродвигатели магистральных насосных агрегатов, электрифицированные задвижки и клапана, щиты управления расположенные по месту и в операторных, трансформаторы, дизельные электростанции. При монтаже и техническом обслуживании системы автоматизации должны выполняться общие правила работы, установленные для электрических установок. В ГОСТ 12.1.038-89 приведены предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов при аварийных режимах производственных электроустановок до и выше 1000 В.

Основными техническими способами и средствами защиты от поражения электрическим током являются:

- защитное заземление и зануление;

- выравнивание потенциалов;

- электрическое разделение сетей;

- защитное отключение;

- изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);

- компенсация токов замыкания на землю, оградительные устройства, предупредительная сигнализация, блокировки, знаки безопасности.

К защитным средствам для обеспечения электробезопасности рабочих обслуживающих электроустановки относятся: подставки, резиновые коврики, диэлектрические штанги, щипцы, диэлектрические перчатки.

Более распространенным средством защиты являются защитное заземление и зануление. В конструкциях шкафов системы автоматизации должен быть предусмотрен элемент, позволяющий заземлять изделие.

Все внешние части устройств, находящихся под напряжением по отношению к корпусу и (или) общей шине питания, должны иметь защиту от случайных прикосновений персонала при контроле и эксплуатации. Рукоятки органов управления, настройки и регулировки в цепях с напряжением свыше 42 В должны быть изготовлены из изоляционного материала или иметь изоляционное покрытие. Металлические части изделий, доступные для прикосновения к ним при контроле и эксплуатации (включая регламентные работы), которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции и не имеют других видов защиты, подлежат защитному заземлению.

Устройства, подключаемые к питающей цепи или источникам питания с напряжением выше 42 В, должны иметь сигнализацию, фиксирующую подачу питающего напряжения. и снабжаться указателями положения переключателя напряжения. Выключатель сети питания должен соответствовать напряжению питающей сети, коммутируемой мощности и обеспечивать двухполюсную коммуникацию. Переключатели и другие органы управления, состояние которых может повлиять на безопасность работы персонала, должны иметь маркировку, обозначающую выполняемые ими функции. Все проводящие части, сторонние проводящие части, глухо-заземленные нулевые точки трансформаторов и генераторов на стороне 0,4кВ, а также молниеприемники должны быть присоединены к КЗУ металлической связью.

Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током при пробое изоляции, защиты от опасного искрения, статического электричества и опасных воздействий все устройства должны присоединяться к общему контуру заземления НПС (комплексное защитное устройство, состоящее из нулевых защитных проводников, уравнивающих проводников и заземляющих проводников и заземлителей) с сопротивлением растекания не более четырех Ом и не требовать создания специального контура заземления. Используемые для монтажа системы автоматизации кабели, входящие в состав поставки, должны соответствовать требованиям ПУЭ по сечениям и конструктивному исполнению.

На территории объекта предусмотрена защита всех сооружений НПС от прямых ударов молнии и ее вторичных проявлении - молниезащитой. Молниезащита это комплекс устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности сооружений и оборудования от возможных взрывов, загораний под воздействием разрядов атмосферного электричества.

Помимо прочего должна быть предусмотрена защита и от статического электричества. Оно возникает в процессе движения нефти по нефтепроводу (наличие воздуха, газов, твердых коллоидных частиц увеличивает электризацию). Скорость электризации зависит от диэлектрических свойств и вязкости жидкости, скорости потока, диаметра, длины и материала трубопровода. При этом заземляющие устройства для защиты от статического электричества могут объединяются с заземляющими устройствами для электрооборудования.

В производственных помещениях статическое электричество возникает при движении людей, автотранспорта, тележек на резиновых шинах по сухому изолирующему покрытию. Степень электризации зависит от физико-химических свойств, плотности, скорости и относительной влажности воздуха. Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях, величина которых достаточна для искрового разряда при контакте с заземленным предметом. Он не является опасным для жизни но достаточен для зажигания практически всех газо - и паровоздушных смесей. Защита от статического электричества производится путем предотвращения накопления зарядов, снижение их интенсивности, нейтрализацией зарядов.

Предотвращение накопления зарядов достигается путем заземления. Каждую систему аппаратов и трубопроводов заземляют не менее чем в двух местах. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 100 Ом. Если заземление не помогло необходимо ионизировать воздух и повысить влажность до 70 % в местах возникновения зарядов. Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигается подбором скорости движения веществ, подбором поверхностей трения.

Для уменьшения интенсивности образования зарядов в трубопроводах для перекачки нефтепродуктов устанавливают расширенные участки - релаксационные емкости, куда стекает часть образовавшихся зарядов. Для отвода зарядов накопившихся на людях используют устройство электропроводящих полов или заземленных зон, заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов - обеспечение токопроводящей обувью и антистатической одеждой.

Все производственные, складские, подсобные и административные помещения на территории станции должны обеспечиваться:

- первичными средствами пожаротушения (пожарные щиты, в которых размещены багры, топоры, песок, ведро и огнетушители ОУБ 7);

- сигнализацией - для быстрого и надежного оповещения работающего персонала в случае возникновения пожара;

- автоматическими средствами тушения - контроллерами систем автоматического пожаротушения типа КСАП-02.

Территория НПС имеет звуковую систему оповещения на случай аварии и пожара.

При необходимости производства работ на местах, где возможно образование пожароопасной смеси паров с воздухом, во избежание искрообразования от ударов запрещается применение ручных инструментов, вызывающих искрообразование. Промасленный, либо пропитанный нефтепродуктами обтирочный материал собирается в специальные металлические ящики с плотно закрывающимися крышками и удаляется по окончании рабочей смены.

Обслуживающему персоналу НПС следует помнить, что работать в обуви, подбитой железными гвоздями или с металлическими набойками, в пожароопасных местах нельзя.

Противопожарное оборудование храниться в специально предусмотренных для него местах и периодически проверяется, чтобы быть уверенным в его готовности к немедленному использованию. Работа с неисправными средствами пожаротушения не допускается. На пожароопасных объектах устанавливаются пожарные извещатели ИП - 103 - 2. Датчики собраны по двулучевой схеме, при срабатывании датчика на одном луче срабатывает предупредительная световая сигнализация. При срабатывании датчика во втором луче срабатывает световая и звуковая сигнализация, закрываются резервуарные задвижки, открываются задвижки на емкости пенообразователя, задвижки на линии подачи воды, задвижки на пенолинии горящего РВС, включается пенонасос в пенонасосной и пожарный водонасос, при отказе какого - либо насоса включается резервный.

На территории НПС находится пожарное депо, пожарный водоем и водонасосная. Предусмотрено круглосуточное дежурство расчетной пожарной бригады, в наличие имеется вся необходимая для тушения техника. С периодичностью 4 месяца проводятся противопожарные тренировки с задействованием спецтехники, срабатыванием световой и звуковой сигнализации.

Ко всем зданиям и сооружениям НПС, пожарным водоемам, гидрантам, а также подходы к пожарному инвентарю и оборудованию должен обеспечиваться свободный доступ [18].

5.2 Расчет надежности системы

Надежность АСУ ТП определяется как способность системы выполнять заданные функции системы, сохраняя во времени значения установленных в заданных пределах эксплуатационных показателей, при заданных условиях эксплуатации.

В данном разделе необходимо обеспечить аппаратную надежность проектируемой АСУТП, согласно требованиям, установленным техническим заданием, в состав которой входят необходимые элементы: датчики технологических параметров, программируемый логический контроллер, сервер базы данных, датчики, АРМ и т.д.

Для объектов различного назначения применяются разные показатели надежности. Можно выделить четыре группы объектов, различающиеся показателями и методами оценки надежности:

- неремонтируемые объекты, применяемые до первого отказа;

- ремонтируемые объекты, восстановление которых в процессе применения невозможно(невосстанавливаемые объекты);

- ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых недопустимы перерывы в работе;

- ремонтируемые восстанавливаемые в процессе применения объекты, для которых допустимы кратковременные перерывы в работе.

Так как система обеспечивает непрерывный контроль состояния технологического оборудования в автоматическом режиме или в режиме дистанционного управления по командам АРМ-оператора, допускает временные перерывы в работе, ремонт и восстановление в процессе эксплуатации, то ее можно отнести к четвертой группе. Поэтому расчет и определение параметров надежности системы проводится для аппаратной части информационно-управляющей системы.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности по известным характеристикам надежности соответствующих элементов конструкции и компонентов схемы [19].

Для рассматриваемой системы основными количественными показателями надежности являются показатели безопасности работы системы и показатели ремонтопригодности- коэффициент готовности Кг.

К показателям безопасности работы системы относятся:

- вероятность безотказной работы p(t);

- интенсивность отказов

- средняя наработка на отказ Тср;

5.2.1 Расчет и анализ показателей безопасности

Системы спроектирована на высоконадежных элементах, имеющих интенсивность отказов порядка 10-5 . Поэтому в модели надежности используются пуассоновских поток, который, согласно, характеризуется следующими основными свойствами:

- свойство стационарности;

- отсутствие последействия;

- свойство ординарности.

Если используется пуассоновский поток, то распределение вероятности безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону и будет определяться по формуле (5.1):

(5.1)

где л - интенсивность отказов системы.

В технической литературе в качестве показателя надежности элемента приводится среднее время наработки на отказ, поэтому для определения интенсивности отказов элементов системы лi(t) применятся формула (5.2):

(5.2)

где Ti - время наработки на отказ i-го элемента, ч.

Средние наработки на отказ и интенсивности отказов элементов, а также источник технических характеристик определены в таблице 5.3.

Таблица 5.3- Перечень элементов, входящих в аппаратную часть, с указанием средних наработок и интенсивности отказов

N

п/п

Наименование

Кол-во

1

Датчик давления EJX438A(A)

1

1.58

0.667

0.667

2

Сигнализатор ДМ2010Cr0Ex

1

1,65

0,62

0.625

3

ПБР-3А

2

1

1

2

4

БРУ-42

2

1

1

2

5

МЭО-6,3

2

1

1

2

6

Процессорный модуль SLC 5/04

1

2.5

0.4

0.4

7

Модуль аналогового входа 1746-NI8

1

3.2

0.2825

0.2825

8

Модуль дискретного входа 1746-IB32

1

2.7

0.3703

0.3703

9

Модуль дискретного выхода 1746-OB32

1

2.3

0.4348

0.4348

10

Источник питания 1746-P2

1

2.6

0.3846

0.3846

11

Монтажное шасси 1746-А13

1

15.1

0.02

0.02

12

АРМ(компьтер)

1

0,5

2

2

13

Резервный АРМ

1

0,5

2

2

14

Искробезопасный барьер

1

8,5

0,1176

0,1176

5.2.2 Обеспечение требуемого уровня надежности

Для обеспечения требуемого уровня надежности следует применить резервирование. Так как нет возможности повысить аппаратную надежность системы, задача обеспечения требуемого уровня надежности решается путем повышения эксплуатационной надежности системы, что достигается при помощи ЗИП. В первую очередь необходимо зарезервировать наименее надежные элементы. ЗИП рассчитывается по модели скользящего резервирования по формуле (5.3). Подбирается наименьшее количество элементов, обеспечив среднее наработки системы не менее 10000 часов.

Формула для скользящего резервирования:

(5.3)

где n - количество резервных элементов,

m - количество резервируемых элементов,

л - интенсивность отказов, равная 1/Tср.

АРМ оператора является наименее надежным элементов в системе. Отказ АРМ приводит к ситуации, в которой оператор не имеет возможности контролировать технологический процесс. В соответствии с техническим заданием АРМ должен быть зарезервирован(горячий резерв).

В данном случае применятся параллельное нагруженное соединение, которое соответствует случаю, когда система сохраняет работоспособность, пока работоспособен хотя бы один из двух элементов, включенных в работу.

Структурная схема надежности приведена на рисунке 5.1

Для последовательного соединения вероятность отказа системы равна произведению вероятностей отказа элементов. Функция надежности определяется формулой (5.4):

(5.4)

В случае нагруженного резервирования, при котором основные и резервированные элементы находятся в одинаковых рабочих условиях (резервирование АРМ), вероятность безотказной безопасной работы системы определяется по формуле (5.5)

. (5.5)

Для позиций 12, 13 по формуле (5.6):

(5.6)

Вероятность безотказной работы всей системы в соответствии со структурной схемой находится по формуле (5.7):

. (5.7)

Таким образом, чтобы найти необходимые параметры надежности согласно составленной схеме надежности, нужно сначала рассчитать вероятность безотказной работы группы элементов, замет рассчитать по формуле (5.4) суммарную вероятность безотказной работы и найти требуемое среднее время наработки на отказ по формуле (5.8):

. (5.8)

Результат вычисления показан на графике, изображенном на рисунке 5.2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.2-График зависимости Р(t) от резервирования

Тср = 8010 часов, что не удовлетворяет заданным требованиям по надежности, поэтому существует необходимость резервировать оборудование.

По графику также находится время надежного функционирования системы (Траб). Это время можно определить временем, когда вероятность безотказной работы системы 90%. Таким образом, Траб= 1200 ч.

Если в комплект ЗИМ положить по одному ПБР-3А, БРУ-42, МЭО, то Тср= 11356 часов, что удовлетворяет заданным требованиям по надежности( не менее 10000часов).

Из рисунка 5.3 следует, что время надежной работы объекта Траб= 3050 ч.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.3- Рисунок зависимости P(t) после резервирования

В таблице 5.4 приведено количество оборудования, заложенное в ЗИП.

Таблица 5.4- Оборудование, входящие в состав ЗИП

Резервируемый элемент системы

Количество, шт

ПБР-3А

1

БРУ-42

1

МЭО-6,3

1

5.2.3 Расчет и анализ коэффициента готовности

Одним из важнейших показателей надежности, характеризующих надежность восстанавливаемых систем, является коэффициент готовности (Кг), который находится по формуле (5.10):

, (5.10)

где Тср - среднее время наработки на отказ, ч;

Тв- время восстановления после отказа, ч.

Согласно вычислениям, произведенным выше среднее время наработки до отказа Тср=11356 ч.

Временем восстановления (Тв) информационно-управляющей системы ПСУ является время отказавшего устройства, на которое, согласно ТЗ, потребуется не более одного часа.

Таким образом, зная все необходимые данные, определяется коэффициент готовности (Кг) системы по формуле (5.11):

Полученное значение коэффициента готовности (Кг) позволяет сделать вывод о высокой надежности информационно-управляющей системы для контура регулирования давления НПС.

5.3 Выводы по разделу

Из проведенного анализа проектируемого анализа объекта следует, что промежуточная нефтеперекачивающая станция, при соблюдении правил техники безопасности и графика профилактических работ, является относительно безопасным производством для жизнедеятельности человека.

Автоматизация системы управления технологическим процессов(АСУТП) нефтеперекачивающей станции позволяет осуществить жесткий контроль параметров и осуществлять управление исполнительными механизмами и запорно-переключающей арматуры(ЗПА), а также исключить аварийные ситуации (порыв трубопровода, пожар, взрыв) за счет срабатывания технологических защит и блокировок.

НПС оснащена необходимыми системами оповещения о чрезвычайных ситуациях. Объект оснащен средствами, обеспечивающими электробезопасность и молниезащиту, что снижает вероятность угрозы человеческой жизни.

6. Расчет экономической эффективности проекта

6.1 Источники эффективности проекта

Объектом исследования данного дипломного проекта является промежуточная нефтеперекачивающая станция НПС «Аремзяны-3» Для выбранного объекта была спроектирована автоматизированная система управления технологическим процессом перекачки нефти на НПС. Система построена на базе программируемого логического контроллера семейства SLC-500 (5/04) производства Rockwell Automation. Система предназначена для круглосуточного мониторинга, управления и контроля за основными и вспомогательными объектами, расположенными на территории НПС, сбора, обработки, хранения и предоставления полученной информации персоналу НПС для оценки ситуации и дальнейшего управления процессом.

Разработка и внедрение системы автоматизации с использованием микропроцессорного оборудования позволяет сократить время реагирования системы на аварийные ситуации и команды оперативного персонала, повысить качество управления НПС и увеличить надежность работы технологического оборудования. Позволяет повысить точность отображения измеряемых параметров и задает оптимальный режим работы для нефтепровода, что уменьшает количество аварийных ситуаций и позволяет сократить число расходов на ремонтные и восстановительные работы.

Основные источники эффективности:

- оптимизированное управление процессом перекачки нефти;

- сокращение затрат на электроэнергию;

- уменьшение затрат на ремонтные работы;

- сокращение численности обслуживающего персонала.

По проекту задействовано большое количество однотипного оборудования, что в будущем будет способствовать уменьшению затрат при эксплуатации. Также по проекту используется большое количество приборов произведенных одной фирмой, что обеспечит качественный монтаж и наладку.

6.2 Расчет единовременных затрат

В общем случае единовременные затраты на создание системы определяются по формуле:

, (6.1)

где Краз - затраты на проектирование (разработку) системы, тыс.руб;

Кпрог - затраты на программирование, тыс.руб;

Кизг - затраты на изготовление, тыс. руб.

Исходные данные предприятия для расчета единовременных затрат представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Данные для расчета единовременных затрат предприятия

Показатель

Обозначение

Значение

Месячный оклад разработчика/программиста, руб.

Зо

21000

Месячный оклад изготовителя, руб

ЗО

20000

Месячный оклад обслуживающего персонала, руб.

ЗП

15000

Районный коэффициент, доли ед.

Кр

0,7

Коэффициент доплат к заработанной плате, доли ед.

Кд

0,5

Коэффициент страховых взносов, доли ед.

Ксн

0,3

Время разработки системы, месяцы

3

Трудоемкость программирования, чел. мес.

4

Время использования ПК для разработки программы, час

600

Годовой фонд работы ПК, час

3200

Годовой фонд оплаты труда персонала обслуживающего ПК, руб.

270000

Норма амортизационных отчислений ПК, доли ед.

0,2

Норма амортизационных отчислений здания, доли ед.

0,04

Площадь занимаемая ПК, м2

3

Стоимость одного м2 здания, руб.

15000

Стоимость ПК, руб.

30000

Коэффициент накладных расходов на эксплуатацию ПК, доли ед.

Кн.раз

0,04

Потребляемая мощность ПК, кВт

0,38

Стоимость кВт/часа, руб.

1,83

Коэффициент затрат на ремонт ПК (от стоимости), доли ед.

0,15

Коэффициент затрат на содержание ПК, доли ед.

0,015

Коэффициент затрат на транспортировку, доли ед.

0,008

Коэффициент затрат на монтаж и наладку, доли ед.

0,002

Ставка НДС, доли ед.

0,18

Трудоемкость изготовления устройства, чел.мес.

Тпрог

2

Годовой фонд работы системы при выполнении задачи, час

Тпол

8000

Коэффициент интенсивного использования мощности оборудования, %

70

Коэффициент интенсивного использования мощности вычислительной техники, %

60

6.2.1 Расчет затрат на проектирование системы

Перечень элементов для расчета трудоемкости разработки представлен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Данные для расчета трудоемкости разработки проекта

Стадии разработки

Трудоемкость, чел.мес.

Изучение патентов

0,3

Изучение литературных источников

0,3

Разработка технического задания

0,4

Разработка рабочего проекта

0,5

Разработка эскизного проекта

0,4

Разработка технического проекта

0,6

Внедрение проекта

0,5

Итого

3

По данным таблицы 6.2 затраты на разработку системы составят:

, (6.2)

6.2.2 Расчет затрат на разработку программного обеспечения

Затраты на разработку программного обеспечения можно представить в виде:

(6.3)

Кч = 12 (час) 14 (раб. день)= 168.

Стоимость машинного часа ЭВМ рассчитывается по формуле:

, (6.4)

где Sэкс - годовые эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием ЭВМ,р.;

Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле:

(6.5)

где ЗП - месячная оплата труда всего обслуживающего персонала в сумме, р.;

А - амортизационные отчисления от стоимости ЭВМ и здания, р./год;

Тр - затраты на ремонт, р/год;

Э - затраты на электроэнергию, р/год;

М - затраты на материалы, р.;

Нрэкс - накладные расходы, связанные с эксплуатацией ЭВМ, р/год.

Расчет затрат на материалы можно свести в таблице 6.3, где представлены все используемые материалы, их количество и цена.

Таблица 6.3 - Перечень и стоимость материалов

Наименование материала

Количество в год

Цена за ед., руб

Стоимость, руб

Flash накопители, шт.

1

350

350

Диски DVD-RW, шт.

10

20

200

Картридж для принтера, шт.

1

3000

3000

Бумага, уп.

6

200

1200

Чистящие салфетки для экрана монитора, уп.

1

120

120

Чистящие салфетки для ПК, уп.

1

160

160

Итого

5030

В годовые эксплуатационные затраты по обслуживанию ЭВМ входят также накладные расходы, которые рассчитываются следующим образом:

, (6.6)

где Кнэкс - коэффициент накладных расходов, связанных с эксплуатацией ЭВМ.

Нрэкс = 12 21000 (1+0,5) (1+0,7) 0,04 = 25704 руб.

Далее используя полученные данные (А, Тр, Э, М и Нрэкс), были найдены эксплуатационные расходы Sэкс по формуле (6.5):

Sэкс=1215000(1+0,5)(1+0,7)(1+0,3)+7800+4500+3337,92+5030+25704=

=643071,92 руб

Подставив данные из таблицы 6.1 и результаты формулы (6.5) в формулу (6.4) была получена стоимость одного машинного часа:

Смч = 643071,92 / 8000 = 80,38 руб/маш.час

Затраты на разработку программного обеспечения по (6.3) составили:

Кпрог =21000 4 (1+0,5) (1+0,7) (1+0,3) (1+0,04) +80,38 4 168 =

= 343613,76 руб.

6.2.3 Расчет затрат на изготовление и отладку проектируемой системы

Для вычисления затрат на изготовление и отладку проектируемой системы применяется калькуляционный метод расчета полной себестоимости.

Исходной информацией для определения единичных затрат является перечень серийно выпускаемых приборов и средств автоматизации отечественного и импортного производства, представленный в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Смета капитальных затрат на вводимую систему автоматизации

Наименование

Марка

Ед. измер.

Кол-во

Стоимость, руб

Полная стоимость, руб

Модуль микропроцессора

1747-L533

шт.

1

47837

47837

Шасси

1746-A13

шт.

1

27624

27624

Блок питания

1746-P2

шт.

1

12480

12480

Модуль аналог-х входов

1746-NI16

шт.

4

35139

140556

Модуль аналог-х входов

1746-NI8

шт.

1

36072

36072

Модуль дискретных входов

1746-IB32

шт.

2

11622

23244

Модуль дискретных входов

1746-IB8

шт.

1

11300

11300

Модуль дискретных выходов

1746-OB32

шт.

2

13533

27066

Модуль дискретных выходов

1746-OB16

шт.

1

13914

13914

Шкаф для контроллера

шт.

1

9500

 <...

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены