Проектирование АСУ блоком сепарации ДНС-3 Северо-Лабатьюганского месторождения

RSView Enterprise Series включает средство разработки RSView Studio, основанное на использовании ПК, также как RSView Machine Edition и RSView Supervisory Edition.

Таблица 3.5 - Сравнительный анализ SCSDA-пакетов

Критерии	SCADA-пакеты
	Trace Mode V6	InTouch V10	RSView 32
Разработчики	AdAstra Research Group, Ltd - - Россия	Wonderware - - США	Rockwell Automation - США
Требования к системе (ОС)	Windows XP Professional	Windows Server 2003, Windows XP, Windows 2000, Windows NT	Windows Server 2003, Windows XP, Windows 2000
Прием данных с УСО	Ethernet, ARCNET, ATM, OPC	Profibus, DeviceNet, Interbus-S, SDS, OPC	Ethernet, Control Net, ARCNET, OPC
Обработка данных в реальном времени	Промышленная база данных реального времени SIAD/SQL 6	FACTORYFOCUS	RUNTIME
Графическое отображение данных на мнемосхемах операторских станций	Высокие графические возможности	Объектно-ориентированные объекты, анимационные связи	Используются объекты созданные в AutoCAD, Corel DRAW
Сохранение данных в архив	Единая база данных распределенного проекта	Обращение к структурному языку запросов (SQL)	Сервер данных (Data Server)
Представление архивных данных на трендах	Единый проект для распределенной АСУ	Распределенная система исторических трендов	FactoryTalk Diagnostics
Ведение отчетов тревог с последующим их квитированием	Рпределенных систем управления (РСУ)	Статистический контроль технологического процесса (SPC)	RecipePlus
Предоставление отчетов технологической информации	Собственный генератор отчетов	Система отчетов технологического процесса	Собственная система отсетов
Резервирование данных	Встроенная система горячего резервирования	Менеджер рецептов	FactoryTalk Diagnostics
Встроенные командные языки	Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++	VB Script	Visual Basic for Applications (VBA)
Коммуникации	ODBC, DDE, ANSI SQL, OLE, TCP/IP	WEB, ODBC, DDE, ANSI SQL, OLE	ODBC, DDE, ANSI SQL, OLE

Из таблицы видно, что данные программные пакеты приблизительно равны по своим возможностям. Пакет RSView32 был выбран, так как он ориентирован на работу с оборудованием Allen-Bradley, которое было выбрано для разработки системы автоматизации.

Разработка интерфейса

В приложение RSView32 с помощью встроенной библиотеки и инструментов редактирования создаем следующие экраны:

- основной экран, содержащий полную схему объекта;

- экран сепараторов первой ступени С-1;

- экран сепараторов второй ступени С-2;

- экран аварий;

- экраны архивных и реальных трендов.

При создании графических экранов использовалась умеренная цветовая гамма. Фон большинства экранов является темно-зеленым, а технологические объекты серого цвета, что снижает утомляемость при длительной работе с системой.

Нормальное рабочее состояние агрегатов отображается светло-зеленым цветом, что интуитивно воспринимается как норма, тогда как при аварийных ситуациях используется окраска и мигание объектов красным цветом, что хорошо привлекает внимание оператора и ассоциируется с опасностью, тревогой.

На каждом экране отображается текущие значения таких величин как давление, уровень, температура и процент открытия клапанов. Каждый экран содержит щит аварий, отображающий текущие аварии.

На экранах реализовано управление исполнительными механизмами и насосными агрегатами с защитой от случайного нажатия.

Предусмотрен парольный вход. Имеются горячие клавиши, с помощью которых одним нажатием можно вызвать любой экран.

Главный экран изображен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Главный экран

На главном экране схематично изображены основные объекты дожимной насосной станции. Для каждого объекта изображены в численном и графическом виде текущие значения, такие как давление, уровень и расход. Например, если уровень в сепараторе С-1/1 превысит заданный, то полоска, показывающая уровень станет красным цветом. Это способствует более быстрому восприятию и реагированию оператора на данное происшествие.

На экране имеются кнопки навигации, с помощью которых можно перейти на другой экран и посмотреть более подробную информацию о текущем процессе.

При нажатии на кнопку «С-1» происходит переход на экран с сепараторами первой ступени, изображенными на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2 - Сепараторы первой ступени

На экране изображены сепараторы первой ступени С-1/1, С-1/2 и клапана соответствующие клапанам на объекте. Для сепараторов отображается давление и уровень, а для клапанов текущий процент открытия. Отображение уровня представлено как в численном, так и в графическом виде.

Цвет клапанов изменяется, в зависимости открыт он или закрыт, если клапан полностью закрыт, то он становится красным, если открыт, то синим.

На экране отображается информация об авариях и кнопки навигации.

При нажатии на кнопку «С-2» происходит переход на экран с сепараторами второй ступени, изображенными на рисунке 3.3.

Экран с сепараторами второй ступени аналогичен экрану с сепараторами первой ступени. На нём также изображены сепараторы и клапана с соответствующими значениями.



Рисунок 3.3 - Сепараторы второй ступени

При нажатии на кнопку «Аварии» происходит переход на экран с текущими авариями, изображенным на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Аварии

На экране с авариями изображен щит аварий с подробным описанием аварии. Отображается время и дата аварии, аварийное значение и объект, где произошла авария.

На экране имеются кнопки управления аварийной информацией:

- включить сигнализацию;

- выключить сигнализацию;

- подтверждение.

При нажатии на кнопку «Подтвердить все» происходит подтверждение всех аварий и очистка щита аварий.

При нажатии на кнопку «Тренды» происходит переход на экран с текущими трендами, представленным на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Тренды

На экране с трендами изображен график, показывающий в реальном времени текущее значение уровня в сепараторе С-1. Количество графиков может быть разное и определяется разработчиком. Зеленой и желтой линией обозначены максимальное и минимальное значения уровня в сепараторе С-1. Выход графика за эти линии свидетельствует о том, что уровень отклонился от необходимого значения. Для наглядности график в местах отклонения уровня закрашивается в красный цвет.

На экране имеются кнопки управления отображения трендов. При необходимости можно сбросить отображаемые показания, нажав на кнопки «Сброс оси Y» и «Сброс оси X». Также можно изменить масштаб отображения тренда.

Также на экране изображены сигнальная информация и кнопки навигации.

3.5 Выбор протокола обмена информацией

Протокол - набор правил, регламентирующих передачу данных, определенную последовательность передачи данных, интервалы, методы обнаружения ошибок.

Эффективность протоколов передачи данных не является определяющим фактором при выборе системы управления. Однако знание эффективности протокола позволяет оценить быстродействие и эффективность системы в целом.

В данном проекте связь контроллеров SLC 5/04 с персональным компьютером, выполняющим функции АРМ, осуществляется через сеть DH+ (Data Highway Plus). Для этого персональный компьютер должен быть доукомплектован специальной сетевой картой сопряжения 1784 - KTX (устанавливается в шину ISA), производимой компанией Allen - Bradley.

Data Highway Plus (DH+) обеспечивает связь от точки-к-точке (peer-to-peer) по схеме передачи маркера плавающему мастеру в линии связи, содержащей максимум до 64 узлов. Поскольку этот метод не требует упорядоченного опроса, он помогает обеспечить эффективную по времени и надежности транспортировку данных. В случае потери маркера из-за неисправности узла в DH+ специальными таймерами используется множество тайм-аутов для возобновления связи методом посылки маркера.

Характеристики DH+ следующие:

- дистанционное программирование в сети контроллеров семейства PLC-2, PLC-3, PLC-5 и процессоров SLC500 (при помощи программного обеспечения серии 6200 A-B или APS);

- прямое соединение к процессорам PLC-5 и терминалам промышленного типа;

- простая реконфигурация сети и расширение сети, если позднее необходимо увеличить количество узлов;

- скорость обмена 57,6 Кбод, 115,2 Кбод, 230,4 Кбод.

4. Надежность системы автоматизации

В теории надежности вопрос о расчете систем на надежность занимает одно из центральных мест. Именно эта проблема была первостепенной задачей исследования надежности. Поэтому в этой главе приводится расчет разрабатываемой системы управления технологическим процессом дожимной насосной станции на надежность. Расчет надежности системы предваряется анализом комплекса влияющих на нее факторов. Это сделано по следующим причинам. Во-первых, надежность любого класса закладывается при проектировании и конструировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. И на каждом из этих этапов жизни объектов на них действуют свои специфические факторы. Во-вторых, на выбор метода расчета системы на надежность оказывает большое влияние вид и характер внешних и внутренних факторов и, что весьма важно, характер отказов элементов, подверженных влиянию этих факторов.

4.1 Факторы, влияющие на надежность

Надежность сложных систем зависит от разнообразных факторов, раздельное и комплексное изучение которых необходимо, поскольку без раскрытия физической природы отказов затруднительно выбрать наиболее подходящие направления работ по обеспечению и повышению надежности как отдельных видов оборудования, так и систем в целом.

Все множество факторов, влияющих на оборудование сложных систем, принято классифицировать по области их действия.

В зависимости от вида оборудования классификация факторов, влияющих на надежность, может несколько видоизменяться. Например, Для такого специфического оборудования, как АСУ, классификацию Факторов можно представить в виде, приведенном на рисунке 4.1



Рисунок 4.1 - Классификация факторов по области действия

К конструктивным факторам относятся:

- выбор структурной и функциональной схем, способов резервирования и контроля;

- определение материалов и комплектующих элементов;

- выбор режимов и условий работы элементов в системе;

- назначение требований к допускам на технологические характеристики элементов;

- выбор уставок и защит на технологические параметры установки;

- учет психофизиологических особенностей операторов;

- разработка эксплутационной документации и др.

При проектировании и конструировании объекта закладывается его надежность.

К производственным факторам (технологическим факторам производства, монтажа и наладки оборудования систем) относятся следующие:

- входной контроль качества материалов и элементов, получаемых от предприятий-поставщиков (смежников);

- организация технологического процесса изготовления оборудования;

- контроль качества продукции на всех этапах технологического процесса (точность выполнения заданной формы и размеров, обеспечение прочностных, электрических, магнитных и других характеристик объектов, обеспечение требуемой шероховатости обработанной поверхности, прочности соединений и т.п.);

- квалификация изготовителей;

- обеспечение качества и контроль монтажа и наладки оборудования систем;

- условия работы на производстве и др.

При производстве (изготовлении) объекта обеспечивается его надежность.

К эксплуатационным факторам относятся факторы, которые появляются вне сферы проектирования и производство объектов. По характеру воздействия на объект эксплуатационные факторы можно подразделить на объективные (воздействия внешней среды) и субъективные (воздействие обслуживающего персонала). Объективные факторы, оказывающие влияние на надежность объектов, можно классифицировать на две группы: внешние и внутренние факторы.

К внешним факторам относятся воздействия, обусловленные внешней средой и условиями применения. Это, прежде всего, климатические факторы (низкие и высокие температуры, влажность, солнечная радиация), механические воздействия (вибрация, удары), электромагнитное и радиационное излучения, агрессивная среда и др. Внутренние факторы связаны с изменением параметров объектов и конструкционных материалов: старением, износом, коррозией. Эти изменения происходят с течением времени под влиянием внешних факторов. Необходимо отметить, что в действительности все перечисленные факторы влияют на надежность объекта в комплексе.

Из климатических факторов наиболее существенно на объекты влияют солнечная радиация, низкие и высокие температуры воздуха, влажность воздуха, скорость ветра, туманы, метели, пыльные бури и т.п. Изменения свойств материалов также зависят от интенсивности и продолжительности воздействия перечисленных факторов и их наиболее неблагоприятного сочетания. Воздействие климатических факторов вызывает определенного вида отказы, интенсифицирует потоки отказов, возникающих в результате случайных перегрузок, усталостных явлений в металле, действия сил трения, несовершенства структурной схемы объекта и др.

Под субъективными эксплуатационными факторами, влияющими на надежность объектов, понимается:

- квалификация обслуживающего персонала;

- обученность обслуживающего персонала;

- организация и качество технического обслуживания и регламентных работ;

- методы и способы организации эксплуатации объектов;

- организация сбора и анализа сведений о надежности объектов.

Особо важное значение влияние субъективных факторов имеет для надежности сложных систем, таких, как «человек-техника».

Повышение эксплуатационной надежности, обусловленной влиянием на нее человека, осуществляется в двух направлениях: приспособления техники к психофизиологическим особенностям человека-оператора в процессе ее проектирования (рациональное расположение приборов, кнопок, рычагов, стрелок, индикаторов, выбор освещенности, ограничение шума, учет требований к быстроте реакции человека, к объему его памяти и т.д.); приспособления человека к техническим требованиям машины (отбор операторов, тренировка и обучение их выполнению операций обслуживания).

4.2 Классификация методов расчета систем на надежность

Расчеты систем на надежность занимают одно из центральных мест в теории и практике надежности. Рассчитать систему на надежность - это значит, определить одну или несколько характеристик надежности. Расчеты надежности производятся на различных этапах разработки, создания и эксплуатации объектов. Многочисленные цели расчетов привели к большому их разнообразию. Выбор метода расчета надежности системы зависит от ряда факторов. Основными из них являются:

- этап разработки системы;

- характер отказов элементов в системе;

- способ соединения элементов в системе;

- вид закона распределений времени безотказной работы;

- режим работы элементов системы;

- восстанавливаемость объекта;

- способ анализа объекта;

- класс системы и др.

На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования (предсказания) ожидаемой надежности проектируемого объекта. Такое прогнозирование необходимо для обоснования предполагаемого проекта объекта, а также для решения организационно-технических вопросов: выбора оптимального варианта структуры; способа резервирования; глубины и методов контроля; периодичности и объема профилактики; количества запасных частей; обоснования требований к надежности элементов системы. Поэтому на этапе проектирования выполняют следующие расчеты надежности:

- расчет норм надежности (распределение требований к надежности элементов системы);

- ориентировочный расчет надежности;

- окончательный (полный) расчет надежности.

На этапе создания и эксплуатации расчеты надежности проводят по результатам испытаний и эксплуатации. Такие расчеты носят, как правило, характер констатации. Результаты расчетов в этом случае показывают, какой надежностью обладали объекты, прошедшие испытания или используемые в некоторых условиях эксплуатации. На основании этих расчетов разрабатывают меры по повышению надежности, определяют слабые места объектов, дают оценки надежности объекта и влияний на нее отдельных факторов.

По характеру отказов элементов системы различают методы расчета надежности при внезапных, постепенных и перемежающихся отказах, а по способу соединения элементов в системе - расчет надежности при основном и резервном соединении элементов.

В зависимости от вида закона распределения времени безотказной работы применяют расчеты надежности при экспоненциальном, нормальном, вейбулловском и других законах распределения.

Режим работы объекта существенно влияет на выбор методов расчета надежности, которые в этом случае учитывают непрерывность действия (насосы, системы управления и защиты, тепловыделяющие сборки, турбины, генераторы и т.д.), периодичность действия (задвижки, клапаны, ЭВМ, если они не выполняют функций управления, элементы системы аварийного расхолаживания и др.), одноразовое и многократное использование элементов объекта.

По признаку восстанавливаемости объекта методы расчета можно разделить на методы расчета восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов. При этом может учитываться глубина и периодичность контроля объектов.

В зависимости от способа анализа объекта разделяют два больших класса методов расчета надежности: структурные и функциональные. При расчете структурной надежности осуществляется определение значений показателей надежности объекта, обусловленное надежностью его элементов и разветвленностью связей между элементами. Расчет функциональной надежности - это определение показателей надежности выполнения объектом заданных функций. Поскольку такие показатели надежности зависят от ряда действующих факторов (вида заданной функции, структурной надежности, математического и программного, обеспечения, работы операторов) то, как правило, расчет функциональной надежности более сложен, чем структурной.

Характер сложности системы предопределяет расчет надежности простых и сложных систем.

Выбор того или другого метода расчета надежности определяется заданием на расчет надежности. Естественно, что имеют место менее сложные методы расчета надежности систем и более сложные, трудоемкие. К наиболее простым методам относятся методы расчета структурной надежности простых систем, не резервированных, без учета восстановления работоспособности, при условии, что время работы до отказа подчинено экспоненциальному распределению. Более сложными являются методы расчета функциональной надежности сложных резервированных систем с учетом восстановления их работоспособности и различных законов распределения времени работы и времени восстановления.

4.3 Характеристики надежности системы управления дожимной насосной станцией

К основным характеристикам надежности системы управления дожимной насосной станцией относятся:

- обеспечение непрерывного круглосуточного ведения технологического режима;

- обеспечение сохранения состояния исполнительных устройств, при любых неисправностях системы управления, а также при переходе на резервное питание;

- применение программных и аппаратных средств защиты от неквалифицированных действий персонала, способных привести к нарушениям технологического режима;

- обеспечение живучести проектируемой системы путем выполнения следующих технических решений: операторская станция выполнена дублированной, обеспечивается автономная работоспособность системы управления при отключении электропитания в течение не менее 30 минут за счет применения источника бесперебойного питания;

- обеспечение диагностики технических средств системы в режиме нормальной работы;

- проведение в течение полного срока службы средних ремонтов путем замены отдельных блоков, узлов и деталей.

4.4 Расчет основных показателей надежности

Интенсивность отказов

Произведем расчет надежности на вводимую систему автоматизации. Наш расчет касается основной части системы, так как отказ именно этой части наиболее критичен.

Контроллер относится к восстанавливаемым (заменой блоков) изделиям, отказ которых создает опасность для людей и среды. Ущерб от отказа может быть кратен стоимости самого контроллера. Режим эксплуатации контроллера - непрерывный.

В соответствии с этим нам по номенклатуре показателей надежности необходимо привести следующие показатели: Тв (время восстанавливаемости), (интенсивность отказов), также рассчитать Тср (среднее время безотказной работы) и привести Р(t) (вероятность безотказной работы).

Интенсивность отказов и время обнаружения и устранения неисправности модулей контроллера представлены в таблице 4.1

Таблица 4.1 - Исходные данные для расчета надежности

Наименования элементов	Кол-во, шт.	Интенсивность отказов единицы •10-5, 1/час	Время обнаружения и устранения неисправности, мин
1747-L541	1	0,15	30
1746-NI16	3	0,06	15
1746-IB32	2	0,02	15
1746 - IB16	1	0,02	15
1746-OB32	2	0,02	15
1746-OB16	1	0,02	15
1746-P2	1	0,37	15

Отказ любого из модулей приведет к отказу всей системы, поэтому общая интенсивность отказов вычисляется как:

,	(4.1)

где _i - интенсивности отказов i - го модуля.

Таким образом, имеем:

общ=(1•0,15+3•0,06+2•0,02+0,02+2•0,02+0,02+1•0,37) •10-5=9.6•10-6 .	(4.2)

Среднее время безотказной работы

Рассчитаем среднее время безотказной работы по формуле (3.2):

,	(4.3)

Получаем:

.	(4.4)

Вероятность безотказной работы

Для данного расчета имеем, что:

- справедлив экспоненциальный закон надежности;

- отказы элементов взаимонезависимы.

Исходя из этого и данных, полученных ранее построим график вероятности безотказной работы по формуле (4.5):

,	(4.5)

График представлен на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Вероятность безотказной работы

Среднее время восстановления

Рассчитаем среднее время восстановления по формуле (5.6):

,	(4.6)

где Р_i - вероятность того, что отказ системы вызван выходом из строя элемента i-й группы:



	(4.5)

где _i - среднее время, затрачиваемое на обнаружение и устранение неисправности (отказа) элемента данной группы;

К - количество групп однотипных элементов с одинаковыми режимами; количество элементов с одинаковыми режимами N_i.

Результаты расчета Р_i сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Вероятность отказа системы в случае выхода из строя модуля

Наименования элементов	Рi
1747-L532С	0,14
1746-NI16I	0,43
1746-IB32	0,04
1746-OB32	0,04
1746-HSCE2	0,03
1746-P2	0,33

Таким образом, среднее время восстановления равно:

=0,11•30+0,23•15+0,06•15+0,04•15+0,05•15+0,54•15=17,1 .	(4.6)

Выводы по разделу: система восстанавливаемая, путем замены модулей, отказ создает ущерб кратный по стоимости, стоимости самой системы. Режим эксплуатации непрерывный.

Интенсивность отказов системы: 1,11•10^-5, .

Среднее время восстановления: 17,1 .

Среднее время безотказной работы: 90090 .

5. Оценка экономической эффективности проекта

5.1 Расчет показателей экономической эффективности проекта

Для обоснования эффективности единовременных затрат широко используется метод дисконтирования или чистой текущей стоимости [11].

Метод дисконтирования или чистой текущей стоимости базируется на дисконтных вычислениях по приведению связанных с реализацией проекта доходов и расходов к некоторому моменту времени (к расчетному году).

Чистый дисконтированный доход рассчитывается по формуле

ЧДД = , (5.1)

где ЧДt - чистый доход в году t, тыс. р.;

t - коэффициент дисконтирования (приведения), доли ед.;

tн, tк - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода.

Если ЧДД имеет положительное значение, то проект можно считается прибыльным, а если нет, то убыточным. Отдельный член денежного потока наличности равен разности между ожидаемой величиной доходов от реализации проекта и всеми видами затрат и может отличаться от другого как по знаку (т.е. быть отрицательным), так и по величине, и рассчитывается по формуле:

ЧД_t = П + A_t - H_t - K_t, (5.2)

где П - прибыль, обеспечиваемая внедрением системы в году t;

Аt - амортизационные отчисления от стоимости системы, тыс. р.;

Ht - сумма налогов, выплачиваемых предприятием из прибыли в бюджет, тыс. р.;

Кt - единовременные затраты в году t, тыс. р.

При анализе эффективности инвестиций рассчитывается рентабельность капитальных вложений по формуле:

(5.3)

где К - общие единовременные затраты.

. (5.4)

Считается, что если Р=100%, то рентабельность проекта равна заданной, если Р > 100%, то имеет место сверх рентабельность, если Р < 100 проект не обеспечивает заданный уровень рентабельности.

Коэффициент дисконтирования определяется по формуле:

_t = (1 + E_н)^{tp - t}_, (5.5)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный ставке банковского процента за долгосрочный кредит, выраженный в долях единиц;

tp - расчетный год;

t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году.

В качестве расчетного года берется самый ранний из всех рассматриваемых вариантов календарный год, предшествующий началу использования в организации разрабатываемой системы.

В качестве начального года расчетного периода берется год начала финансирования работ по созданию проекта, включая проведение научных исследований.

Конечный год расчетного периода определяется моментом заключением цикла АС, прекращением его использования на производстве.

Для анализа эффективности единовременных затрат на разработку и внедрение системы используется показатель - внутренняя норма доходности (коэффициент эффективности единовременных затрат ВНД), определяемый из соотношения

. (5.6)

Коэффициенты эффективности судя по различным проектам показывает об общем и минимальном уровне эффективности капитальных, осуществляемых в организации и выбрать к реализации наиболее эффективные из них.

Другим показателем ВНД является оценка возможности привлечения заемных средств на разработку и внедрение АС. Расчетное значение ВНД равно максимально допустимому проценту за кредит, который может быть применен для полного финансирования капитальных вложений по данной АС.

Если величина ВНД соответствует проценту за кредит, тогда текущая стоимость равна нулю.

Таким образом, вычисляемое значение позволяет судить о приемлемости для предприятия условий кредитования.

Показатель период возврата, используется для анализа эффективности единовременных затрат. Экономическое содержание этого показателя заключается в определении момента времени, необходимого для покрытия единовременных затрат в проект. Период возврата единовременных затрат (Ток) определяется последовательным сложением величин:

. (5.7)

Полученная сумма не сравняется с величиной единовременных затрат, приведенных к расчетному году. Количество произведенных сложений равняется периоду возмещения капитальных вложений.

Сумма налогов на прибыль и имущество рассчитывается по формуле:

Н = Н_пр + Н_им, (5.8)

где Нпр - налог на прибыль, тыс. р.;

Ним - налог на имущество, тыс. р.

, (5.9)

где СТ_пр - ставка налога на прибыль.

, (5.10)

где К_оt - остаточная стоимость внедряемой системы в году t, тыс. р.;

СТ_им - ставка налога на имущество.

5.2 Расчет единовременных затрат

Единовременные затраты предприятия-заказчика на приобретение устройства включают единовременные затраты предприятия-изготовителя и его прибыль, а также НДС, т.е. определяются по формуле:

К_об = К*(1+r)*(1+НДС), (5.11)

где К - единовременные затраты на создание системы автоматизации, р.;

r-коэффициент рентабельности предприятия разработчика, доли ед.;

НДС - ставка налога на добавленную стоимость, доли ед.

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

К=К_раз + К_прог + К_изг, (5.12)

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

Кпрог - затраты на программирование, руб.;

Кизг - затраты на изготовление, руб.

5.3 Затраты на разработку

Затраты на разработку можно представить в виде

К_раз = З_о Т_раз (1+К_д) (1+К_р) (1+К_сн) (1+К_н.раз), (5.13)

где Зо - месячный оклад разработчика, р.;

Траз - трудоемкость разработки проекта и проектной документации, чмес.;

Кд, Кр - соответственно коэффициенты доплат к заработной плате и районный, доли ед.;

Ксн - коэффициент отчислений на социальные нужды, доли ед.;

Кнраз - коэффициент накладных расходов, доли ед.

Таблица 5.1 - Данные для расчета единовременных затрат предприятия разработчика

Показатель	Значение
Заработная плата разработчика, руб.	20000
Заработная плата программиста, руб.	20000
Заработная плата мастера, руб.	20000
Коэффициент доплат к заработной плате, доли ед.	0,5
Районный коэффициент, доли ед.	0,7
Единый социальный налог	0,26
Трудоемкость программирования, чел. мес.	0,5
Трудоемкость монтажа системы, чел. мес.	1
Коэффициент накладных расходов, доли ед.	0,15
Коэффициент затрат на монтаж, доли ед.	0,18
Годовой фонд работы ПК, час	2208
Зарплата персонала, обслуживающего ПК, руб.	1000
Норма амортизационных отчислений ЭВМ, доли ед.	0,2
Норма амортизационных отчислений здания, доли ед.	0,04
Площадь занимаемая ЭВМ, м2	4
Стоимость одного м2 здания (операторная УПСВ - 14,2 м2), руб.	12000
Стоимость ЭВМ, руб.	32000
Коэффициент накладных расходов на эксплуатацию ПК, доли ед	0,15
Потребляемая мощность ЭВМ, кВт	0,35
Стоимость кВт/часа, руб.	1,2
Коэффициент затрат на ремонт ЭВМ (от стоимости), доли ед.	0,05
Коэффициент затрат на транспортировку разработанной системы, доли ед.	0,08
Коэффициент интенсивного использования мощности ПК, доли ед	0,7
Коэффициент затрат на изготовление, доли ед.	0,15
Коэффициент перевода единиц времени	184

Данные для расчета трудоемкости представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Данные для расчета трудоемкости разработки

Стадии разработки	Трудоемкость, чел. месяц
1. Изучение патентов	0,2
2. Изучение литературных источников	0,3
3. Разработка технического задания	0,2
4. Разработка технического проекта	0,3
5. Разработка рабочего проекта	0,2
6. Внедрение проекта	0,3
ИТОГО	1,5

К_раз = 20000 1,5 (1+0,5) (1+0,7) (1+0,26) (1+0,15) = 110848,5 руб. (5.14)

5.4 Расчет затрат на разработку программного обеспечения

Расчет затрат на разработку программного обеспечения проводится по формуле:

К_прог=З_о Т_прог (1+К_д)(1+К_р)(1+К_сн)(1+К_н.прог) +С_мч Т_прог К_ч, (5.15)

где З_о - месячный оклад программиста, тыс. р;

Т_прог - трудоемкость разработки программного обеспечения, ч/мес;

К_{н.прогр} - коэффициент накладных расходов, доли ед.;

C_мч - стоимость машино-часа ЭВМ, р.;

К_ч - коэффициент перевода единиц времени.

Стоимость машино-часа ЭВМ рассчитывается по формуле:

(5.16)

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

Т_пол - годовой фонд работы ЭВМ, час.

Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле:

S_экс =12З_о (1+К_д)(1+К_р)(1+К_сн)+А+Т_р+Э+М+Н_рэкс, (5.17)

где З_о - месячная оплата труда обслуживающего персонала, р.;

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

Т_р - затраты на ремонт, р/год;

Э - затраты на электроэнергию, р/год;

М - затраты на материалы, р.;

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

Затраты на амортизацию вычисляются по формуле:

А = К_эвм Н_эвм+С_здS_здН_зд, (5.18)

где К_эвм - балансовая стоимость ЭВМ, р.;

Н_эвм - норма амортизационных отчислений от стоимости ЭВМ, доли ед.;

С_зд - стоимость 1 м² здания, р/м²;

S_зд - площадь, занимаемая ЭВМ, м²;

Н_зд - норма амортизационных отчислений от стоимости здания, доли ед.

Затраты на ремонт вычислим по формуле:

Т_р = К_эвм К_трэвм, (5.18)

где К_трэвм - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт ЭВМ.

Подставив данные из табл. 5.1 в формулы (5.18) (5.19) получаем затраты на амортизацию (А) и затраты на ремонт (Т_р) соответственно.

А = 32000 0,2 + 12000 4 0,04 = 8320 руб. (5.19)

Т_р = 32000 0,05 = 1600 руб. (5.20)

Затраты на электроэнергию, потребляемую ЭВМ за год эксплуатации определяем по формуле:

Э = Ц Т_пол N К_м, (5.21)

где Ц - цена за один кВт/ч электроэнергии, р.;

N - потребляемая мощность, кВт;

Км - коэффициент интенсивного использования мощности вычислительной техники.

Подставив данные из табл. 5.1 в формулу (5.19) получаем затраты на электроэнергию (Э).

Э = 1,2 2208 0,35 0,7 = 649 руб. (5.22)

Затраты на материалы определяем по формуле:

, (5.23)

где i - вид материала;

Ц_i - цена i-того материала, р.;

М_i - количество i-го материала.

Расчет затрат на материалы представлен в табл. 6.3.

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

Н_рэкс = 12 З_о (1 + К_д) (1 + К_р) К_нэкс, (5.24)

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

Таблица 5.3 - Перечень и стоимость материалов, используемых для ЭВМ

Наименование материала	Ед. изм.	Количество в год	Цена за ед., руб.	Стоимость, р. руб.
Упаковка бумаги (500 листов)	шт.	5	120	600
Чистящий набор для компьютера	шт.	1	150	150
Тонер	шт.	2	1000	2000
Итого	2750

Подставив данные из табл. 5.1 в формулу (5.24) получим Н_рэкс.

Н_рэкс = 12 1000 (1 + 0,5) (1 + 0,7) 0,15 = 4590 руб. (5.25)

S_экс =121000(1+0,5)(1+0,7)(1+0,26)+8320+1600+1974,5+2575+4590=

=56465 руб. (5.26)

Вычислим стоимость одного машино-часа (С_мч), подставив данные из табл. 5.1 в формулу (5.16).

С_мч = 56465 руб./2208 ч = 26 руб./ч. (5.27)

Вычислим капитальные затраты на разработку программного обеспечения Кпрог, по формуле (5.15) и исходных данных табл. 5.1

К_прог=200000,5(1+0,5)(1+0,7)(1+0,26)(1+0,15) +260,5184=39302 руб. (5.28)

5.5 Затраты на изготовление, внедрение и отладку системы

Затраты на основную заработную плату при изготовлении устройства равны:

L₀ = Т_мЗ_о(1+К_д) (1+К_р)(1+К_сн), (5.29)

где З_о - месячная зарплата изготовителя устройства, р.;

Т_м - трудоемкость изготовления устройства, чел. мес.

L₀=1 20000(1+0,5) (1+, 0,7) (1+0,26)=46620 руб. (5.30)

Учитывая коэффициент транспортных затрат определим транспортные расходы по формуле:

Р_трп =Ц_об К_трп, (5.31)

где К_трп - коэффициент, системы учитывающий транспортные расходы, доли ед.;

Ц_об - сметная стоимость вводимой системы, руб.;

Для подсчета стоимости оборудования составим таблицу 5.5.

Таблица 5.5 - Смета затрат на материалы и покупные комплектующие изделия

№ п/п	Статьи затрат	Кол-во, шт.	Цена за единицу, руб.	Полная стоимость, руб.
	Контроллер микропроцессорный	1	84028	160920
	Шкаф для контроллера	1	750	750
	ПК	1	27800	27800
	Источник питания UPS	1	7485	7485
	Кабель контрольный	5	600	3000
	Кабель силовой	10	250	2500
7.	Датчики			247513
	Итого оборудования:			449968

Транспортные расходы равны

Р_трп = 450 0,08= 36 т. руб. (5.32)

Стоимость монтажных и работ по формуле

Р_м = Цоб К_м, (5.33)

где К_м коэффициент, наладочных учитывающий стоимость монтажных и наладочных работ, доли ед.

В результате

Р_м = 450 0,18 = 81 т. руб. (5.34)

Накладные расходы, связанные с изготовлением и отладкой проектируемой системы, рассчитаем по формуле

Н_ризг = Т_мон З_раз (1 + К_пр) (1 + К_р) К_нризг, (5.35)

Подставив данные в (6.35) получаем сумму накладных расходов

Н_ризг = 1 20000 (1 + 0.5) (1 + 0.7) 0.15 = 7650 руб. (5.36)

Полученные результаты заносим в таблицу 5.6 и находим общую сумму капитальных затрат на изготовление системы.

Таблица 5.6 - Результирующая таблица для расчетов по статьям калькуляции

№ п/п	Статьи затрат	Затраты на изготовление, т. руб.
1	Материалы и покупные комплектующие изделия	450
2	Производственная заработная плата	47
3	Транспортные расходы	36
4	Накладные расходы	8
5	Монтажные и наладочные работы	81
Итого	621

Итого: К=К_раз + К_прог + К_изг = 111+ 94+621= 771 т. руб. (5.37)

Годовые эксплуатационные затраты в условиях функционирования системы могут быть определены как сумма:

С = С_эл + С_рем, (5.38)

где С_эл - затраты на электроэнергию, потребляемую системой, р.;

C_зп - зарплата обслуживающего персонала с начислениями, р.;

C_рем - затраты на ремонт, р.

Исходные данные для расчета представлены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Исходные данные для расчета затрат на эксплуатацию

Показатель	Значение
Мощность потребляемая системой, Вт	250
Норма амортизации системы, %	20
Годовой фонд работы системы при выполнении задачи, ч	4380

Расчет годовых затрат на электроэнергию производим по формуле:

C_эл = N Ц_эл Т_зад К_инт, (5.39)

где N - мощность, потребляемая системой, кВт;

Ц_эл - стоимость одного кВтч электроэнергии, р.;

Т_зад - годовой фонд работы системы при выполнении задачи, час;

К_инт - коэффициент интенсивного использования мощности оборудования.

Годовые затраты на электроэнергию действующего варианта системы

C_эл = 0,25 1,2 4380 0,7 = 920 руб. (5.40)

Текущие затраты на ремонт системы находим по формуле:

(5.41)

где К_обор - балансовая стоимость устройства, р.;

К_пр - норма отчислений на ремонт, %.

C_пр = 450 0,05 = 22 т. руб. (5.42)

Введение в работу новой системы позволяет сократить 1 человека (снимается необходимость обслуживания системы слесарем КИПиА).

Сокращение персонала влечёт за собой сокращение расходов на заработную плату:

C_э = 12 14 (1+0,5) (1+0,7) (1+0,26) = 540 т. руб. (5.45)

Для полного расчета годовых эксплуатационных затрат в условиях функционирования системы нужно подставим полученные значения в формулу (6.38):

С = 1+ 22 руб.= 23 т. руб. (5.46)

Экономия составляет:

Э= C_э-С=540-23=516 т. руб. (5.47)

Показатели эффективности проекта приведены в таблице 5.8

Таблица 5.8 - Показатели эффективности проекта

Показатель	2009	2010	2011	2012	2013	2014
Единовременные затраты в проекте, руб.	771	-	-	-	-	-
Экономия эксплутационных затрат, руб.	-	516	516	516	516	516
Амортизационные отчисления, руб. (20%)	-	154	154	154	154	154
Налог на имущество, руб. (2,2%)	-	14	10	7	3	0
Налог на прибыль, руб. (20%)	-	101	101	102	103	103
Чистый доход, руб.	-771	248	251	253	256	259
Коэффициент дисконтирования (Е=12%)	1	0,893	0,797	0,712	0,636	0,567
Накопленный чистый дисконтированный доход, руб.	-771	-550	-350	-170	-7	140

Точка пересечения линии ЧДДН и оси абсцисс позволяет определить период окупаемости единовременных затрат. При вложении собственных средств предприятия в реализацию проекта срок окупаемости составит 4 года.



Рисунок 5.1 - Определение срока окупаемости проекта

Рентабельность составляет:

R = (НЧДД + К) 100 / К, (5.48)

R = (140+ 771) 100/ 771= 118% (5.49)

Для построения кривой зависимости текущей дисконтированной стоимости и коэффициента эффективности капитальных вложений зададимся несколькими значениями Ен, рассчитаем для них _т, определим НЧДД и по полученным точкам построим кривую.

На рисунке 5.2 точка пересечения НЧДД с горизонтальной осью показывает значение ВНД. Она составляет 19%.

Рисунок. 5.2 - Зависимость ЧДДН от нормы дисконта

Это значит, что при финансировании проекта автоматизации производства за счет заемных средств (т.е. с привлечением банковского кредита) реализация этого проекта целесообразна при ставке за кредит не больше 19%.

При большей ставке ЧДДН<0, то реализация проекта будет убыточной.

Для выявления устойчивости проекта к риску, проведем анализ чувствительности. В результате экспертной оценки было выявлено, что наиболее нестабильными параметрами, влияющими на эффективность проекта являются:

- капитальные затраты -8%; +8%;

- экономия эксплуатационных затрат -8%; +8%;

- налоги [-8%; +8%].

Для построения прямой, отображающей зависимость ЧДД_пр от изменения параметра, достаточно двух точек. Пересчет показателя эффективности осуществляется для крайних значений вариации фактора. Данные для построения диаграммы «паук» представлены в таблице 6.9.

Таблица 5.9 - Данные для оценки чувствительности проекта к риску

Параметр	Изменение параметра	ЧДДпр, тыс. руб.
Капитальные затраты	-10%	248
	0	140
	+10%	32
Экономия эксплуатационных затрат	-10%	21
	0	140
	+10%	259
Налоги	-10%	169
	0	140
	+10%	110

По данным таблицы 5.9 построим диаграмму чувствительности, отображающую зависимость ЧДДпр от изменения указанных параметров. Диаграмма представлена на рисунке 5.3.



Рисунок 5.3 - Диаграмма чувствительности проекта

Степень чувствительности проекта к изменению того или иного параметра определяется углом наклона прямой к оси абсцисс. Рассматриваемый проект наиболее чувствителен к изменению капитальных затрат и экономии эксплуатационных затрат. Наименьшее влияние на значение ЧДД_пр окажет изменение налоговых отчислений.

Изменения ЧДД при заданной вариации параметров находятся в положительной области, поэтому проект не имеет риска.

Заключение

автоматизация технический управление

В данном дипломном проекте был рассмотрен блок сепарации на ДНС-3 Северо-Лабатьюганского месторождения.

Система автоматизации была разработана на основе современных датчиков давления, уровня, температуры.

В качестве контроллера был выбран контроллер SLC500, обладающий оптимальными характеристиками, которые полностью подходят для данного технологического процесса.

Разработанная система автоматизации позволяет осуществить управление ходом технологического процесса с минимальным участием оператора и осуществляет двухстороннюю связь с более высоким уровнем управления.

Был произведен выбор SCADA пакета. На основе, которого разработан верхний уровень управления - рабочее место оператора. На этом уровне реализуются следующие функции: отображение, регистрация, управление и регулирование параметров технологического процесса, аварийная сигнализация, обработка и хранение информации, формирование и вывод на экран монитора оперативных данных.

Разработанная система позволяет обеспечить более надежное и качественное управление технологическим процессом, решать задачи по автоматизации и оптимизации ведения технологического режима, увеличить экологическую безопасность и защиту труда за счет мониторинга технологического процесса и, как следствие, раннего предупреждения и локализации возможных аварий.

Произведён расчет экономической эффективности проекта. Введение разработанной АСУ ТП позволяет улучшить многие экономические показатели, что позволяет предложить ее к внедрению вместо существующей системы автоматизации, так как рентабельность проекта составила 118%, а срок окупаемости его - 4 года.

Список использованных источников

1 Технологический регламент ДНС-3.

2 Приборы и средства автоматизации. Каталог.Т.2. Приборы для измерения давления, перепада давления и разряжения. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2004. 168 с.

3 Номенклатурный каталог. Средства автоматизации. / Концерн МЕТРАН. - Челябинск, 2004.

4 www.metran.ru.

5 Приборы и средства автоматизации. Каталог. Т.4. Приборы для измерения и регулирования уровня жидкости и сыпучих материалов. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2004. 176 с.

6 www.rizur.ru.

7 Приборы и средства автоматизации. Каталог.Т.7. Приборы регулирующие. Сигнализаторы температуры, давления, уровня. Датчики реле. Исполнительные механизмы отечественного и зарубежного производства. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2005.488 с.

8 www.albatros.ru

9 Приборы и средства автоматизации: Каталог. Т.1. Приборы для измерения температуры. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2004. 276 с.

10 Приборы и средства автоматизации. Каталог. Т.5. Приборы для определения состава и свойств газа, жидкости, твердых и сыпучих веществ. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2005. 368 с.

11 Приборы и средства автоматизации. Каталог. Т.3. Приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа, пара и учета тепловой энергии. - М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2004. 238 с.

12 www.sibna.ru.

13 Семейство малых программируемых контроллеров SLC-500. / Allen-Bradly A Rockwell International Company. 1995 - 27 с.

14 Описание инструкций языка Ladder Logic. / Allen-Bradley A Rockwell International Company. 1995 - 74 с.

15 Аналоговые модули ввода-вывода (серия 1746) SLC-500. Руководство пользователя / Allen-Bradley A Rockwell International Company. 1996 - 66 с.

16 Дискретные модули ввода-вывода (серия 1746) SLC-500. Руководство пользователя / Allen-Bradley A Rockwell International Company. 1996 - 48 с.

17 RSView 32. Руководство пользователя.-Milwaukee: Rockwell Software Inc. 1997. - 557 с.

18 Ротач З.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. - М.: Энергоатомиздат, 2004. - 296 с.

19 Каменских И.А., Ведерникова В.А., Овчинникова В.А. Автоматизация процессов подогрева углеводородного сырья. - Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 56 с.

20 Бесекерский В.А. Теория автоматического управления. - СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. - 752 с.

21 Исакович Р.Я. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. - М. Недра, 1983. - 424 с.

22 Безопасность жизнедеятельности и промышленная безопасность: Учебное пособие. - 2-е изд. стереот./ Под ред. проф. В.Д. Шантарина - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 308 с.

23 Методические указания к выполнению раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах технологических специальностей. Составители: Г.В. Старикова, В.П. Милевский, В.Д. Шантарин. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.

24 Методические указания к оценке экономической эффективности технических систем в курсовом и дипломном проектировании для студентов направления АСОиУ, АТП, ИВТ дневного и заочного обучения. Составители: И.А. Силифонкина, М.П. Ермакова, Тюмень, 2002. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru