6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ АВТОМАТИКИ

6.1 Управление электроприводом сталкивателя блюмов

Система базовой автоматизации (СБА) сталкивателя блюмов представляет собой программируемый логический контроллер (ПЛК) Simatic С7-635К на базе центрального процессорного устройства Simatic S7-314C производства фирмы Siemens и станцию распределённой периферии ЕТ200М (СРП). В качестве устройства диагностики системы, отображения служебных постоянных системы, а также контроля основных технологических параметров принято решение использовать операторскую панель производства фирмы Siemens OP170B.

Программируемый контроллер предназначен для решения следующих задач:

· приёма от системы визуализации по шине MPI сигналов управления, а также основных параметров управления сталкивателем;

· сбора аналоговых сигналов от задатчиков скорости прямого и обратного хода ;

· для приёма сигналов от импульсных датчиков, на счётные входы;

· приём входных сигналов от станции распределённой периферии ЕТ200М по шине PROFIBUS;

· приём по шине PROFIBUS от частотного преобразователя, предназначенного для управления перемещением сталкивателя телеграмм с данными об их состоянии и основных параметрах.

· обработки программного обеспечения, разработанного для данного сталкивателя, с учётом полученных входных сигналов и данных от частотных преобразователей;

· формирование и выдача телеграмм для управления частотными преобразователями по шине PROFIBUS;

· формирование и передача выходных сигналов по шине PROFIBUS на станцию распределённой периферии ЕТ200М;

· формирование сигналов о состоянии оборудования, возникновения каких-либо аварийных, предаварийных и рабочих ситуаций, формирование параметров состояния сталкивателя (скорости, позиции и т.д.), предназначенных для отображения на системе визуализации.

Станция распределённой периферии предназначена для сбора сигналов от датчиков, конечных выключателей механизмов сталкивателя, сигналов от блок-контактов контакторов и автоматов, а также для управления контакторами и реле.

Программируемый логический контроллер и станция распределённой периферии располагаются в шкафу автоматизации ША, который в свою очередь располагается в непосредственной близости от сталкивателя блюмов.

Система визуализации предназначена для решения следующих задач:

· отображение и корректировка основных параметров управления перемещением (скорости, позиции и т.д.);

· отображение и корректировка основных параметров управления перемещением штанг (фактические позиции, значения подач, коэффициенты пересчёта и т.д.);

· отображение зависимостей основных параметров управления передвижением штанг (скорости, токи и моменты) от времени;

· отображение аварийных и предупредительных сообщений о работе сталкивателя.

6.1.1 Программное обеспечение системы базовой автоматизации

Программное обеспечение системы базовой автоматизации сталкивателя блюмов содержит в своём составе общее программное обеспечение, поставляемой изготовителем технических средств, и специальное программное обеспечение, разработанное для данного объекта с помощью общего программного обеспечения.

В качестве общего программного обеспечения использовалось:

· пакет программного обеспечения для программирования логических контроллеров Step7 v5.3 + HF1, разработанный фирмой Siemens;

· пакет программного обеспечения для программирования операторских панелей ProTool v6.0 + SP3, разработанный фирмой Siemens.

Специальное программное обеспечение состоит из основной программы, разработанной в Step7 и программы для операторской панели, разработанной в ProTool.

Основные функции специального программного обеспечения:

· обработка входных сигналов программируемого логического контроллера;

· обработка управляющих сигналов, параметров и констант, задаваемых от системы визуализации;

· обработка счётных входов контроллера и расчет позиций штанг;

· обработка сигналов о состоянии и анализ основных параметров частотных преобразователей, управляющих перемещением штанг;

· формирование управляющих сигналов на выходы программируемого логического контроллера;

· формирование управляющих сигналов и заданных значений основных параметров для частотных преобразователей;

· формирование необходимых для отображения на системе визуализации сигналов и параметров работы сталкивателя.

Связь и передача данных между программируемым логическим контроллером и операторской панелью осуществляется по информационной шине PROFIBUS.

6.1.2 Аппаратное обеспечение системы базовой автоматизации

Конфигурация аппаратного обеспечения программируемого логического контроллера представлена в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Конфигурация аппаратного обеспечения ПЛК

№ слота	Заказной номер	Описание	Адресация
			Входы	Выходы
2	6ES7635-2EC01-AE3	Панель оператора и ПЛК в общем корпусе
2.1		DP - Интерфейс "DP"	1023*
2.2		DI24/DO16 - Встроенные дискретные входы/выходы	124 - 126	124 - 126
2.3		AI5/AO2 - Встроенные аналоговые входы/выходы	256 - 265	256 - 259
2.4		Count - Счётные входы/выходы	768 - 783	768 - 783
2.5		Position - Позиционные входы/выходы	784 - 799	784 - 799

Конфигурация аппаратного обеспечения станции распределённой периферии представлена в табл 6.2

Таблица 6.2 Конфигурация аппаратного обеспечения СРП

№ слота	Заказной номер	Описание	Адресация
			Входы	Выходы
1
2	6ES7153-1AA03-0XB0	Интерфейсный модуль	1021
3
4	6ES7321-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входовDI32x24VDC	0 - 3
5	6ES7321-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входов DI32x24VDC	4 - 7
6	6ES7321-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входов DI32x24VDC	8 - 11
7	6ES7321-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входов DI32x24VDC	12 - 15
8	6ES7322-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входов DO32x24VDC/0.5A		0 - 3
9	6ES7322-1BL00-0AA0	Модуль дискретных входов DO32x24VDC/0.5A		4 - 7
10	6ES7332-5HB01-0AB0	Модуль аналоговых выходов		260 - 263

6.2 Структурная схема сетевых подключений

Системы управления, реализованные на контроллерах фирмы SIEMENS, имеют схожие структуры. Существует универсальная шина PROFIBUS при помощи которой, осуществляется взаимодействие всех модулей системы. Одним из модулей является Simatic С7-635К. Наглядно это представлено на рис 6.1

Рис 6.1 Структурная схема сетевых подключений

6.3 Краткое описание программы контроллера

6.3.1Организационные блоки

Организационный блок ОВ1 - блок циклического исполнения. В нём реализованы вызовы функций, предназначенных для:

· считывания информации по шине PROFIBUS от частотного преобразователя;

· опроса аналоговых входов и преобразования значений с них в реальные физические величины;

· обработки значений со счётных входов;

· формирования режимов работы;

· формирования взаимных блокировок механизмов;

· формирования готовностей к работе механизмов;

· управления перемещением штанг;

· управления вспомогательными механизмами стлкивателя;

· управления сигнализацией на пульте управления;

· формирования сигналов об аварийных, предаварийных и рабочих ситуациях при работе сталкивателя для дальнейшего отображения на системе визуализации;

· формирования значений основных технологических параметров для дальнейшего отображения на системе визуализации в виде трендов;

· формирования управляющих сигналов и заданных значений параметров для передачи по PROFIBUS частотному преобразователю;

· формирования реального даты и времени для системы визуализации.

Организационный блок ОВ40 - блок, который обрабатывается по аппаратному прерыванию от счётных входов. Предназначен для остановки перемещения суппортов при достижении заданной позиции.

Организационный блок ОВ80 - блок, который вызывается при превышении времени цикла контроллера. Блок является вспомогательным и предназначен для удерживания контроллера в режиме «RUN» при возникновении превышения времени цикла.

Организационный блок ОВ82 - блок, который вызывается при возникновении прерывания от модулей контроллера, для которых разрешены аппаратные прерывания при возникновении какой-либо аппаратной ошибки. Блок является вспомогательным и предназначен для удерживания контроллера в режиме «RUN» при возникновении аппаратного прерывания об ошибке от какого-либо модуля контроллера.

Организационный блок ОВ86 - блок, который вызывается при возникновении несоответствия между фактической конфигурацией аппаратных средств и той, которая загружена в память контроллера. Блок является вспомогательным и предназначен для удерживания контроллера в режиме «RUN» при возникновении несоответствия между фактической и заданной конфигурацией аппаратной части контроллера.

Организационный блок ОВ100 - блок, который вызывается при старте контроллера. Предназначен для установки ручного режима работы и битов для автоматической корректировки позиции штанг, запрещающих перевод сталкивателя в автоматический режим. Это обусловлено тем, что существует возможность изменения позиции штанг в то время, когда контроллер был выключен или находился в режиме «STOP».

Организационный блок ОВ121 - блок, который вызывается при возникновении программной ошибки. Блок является вспомогательным и предназначен для удерживания контроллера в режиме «RUN» при возникновении какой-либо программной ошибки (обращение по несуществующему адресу, вызов несуществующего блока и т.д.).

6.3.2 Блоки функций

Блок функция FC1 - блок, предназначенный для преобразования значений от аналоговых входов в реальные.

Блок функция FC2 - блок, в котором происходит обработка всех аналоговых входов, а также обработка принимаемых от частотного преобразователя параметров (скорость, ток, момент).

Блок функция FC3 - блок, в котором происходит формирование бита действующего режима работы сталкивателя.

Блок функция FC4 - блок, в котором формируются биты готовности к работе всех механизмов сталкивателя, а также формируется готовность к работе частотного преобразователя.

Блок функция FC5 - блок, в котором формируются биты блокировок для всех механизмов сталкивателя.

Блок функция FC8 - блок управления перемещением штанг.

Блок функция FC9 - блок, в котором формируются блокировки на перемещение штанг.

Блок функция FC12 - блок, предназначенный для преобразования заданных с системы визуализации параметров из реальных единиц в относительные.

Блок функция FC13 - блок, предназначенный для преобразования вещественного числа из определённого интервала в целое число из другого соответствующего ему интервала. Этот блок используется для формирования сигнала для аналоговых выходов, а также для формирования заданных параметров для преобразователя частоты.

Блок функция FC20 - блок, предназначенный для обработки ввода начальной и конечной позиций как для обычного режима работы, так и для режима ускоренного прохода проёмов. Также в этом блоке обрабатываются корректировки позиций штанг при наезде на датчик крайнего или аварийного положения. Также в этом блоке происходит проверка правильности ввода позиций.

Блок функция FC23 - блок, предназначенный для изменения значения указателя. Этот блок используется при косвенной адресации к ячейкам памяти контроллера.

Блок функция FC45 - блок, предназначенный для управления лампами пульта.

Блок функция FC50 - блок, предназначенный для формирования значений параметров (скорость, ток и момент от ПЧ) для отображения на системе визуализации в виде трендов.

Блок функция FC51 - блок, предназначенный для формирования сигналов об аварийных, предаварийных или рабочих ситуациях, возможных при работе станка. В последствии эти сигналы выводятся системой визуализации в виде сообщений.

Блок функция FC100 - блок, предназначенный для приёма и обработки информации от частотного преобразователя по шине PROFIBUS.

Блок функция FC101 - блок, предназначенный для формирования и передачи информации для частотного преобразователя по шине PROFIBUS.

Блок функция FC200 - блок, предназначенный для начальной корректировки позиций штанг (после старта контроллера при наезде на датчик крайней или аварийной позиции).

Блок функция FC209 - блок, предназначенный для обработки счётного входа о позиционировании штанг.

Блок функция FC210 - блок, предназначенный для обработки счётных входов о позиционировании заготовки.

Блок функция FC211 - блок, предназначенный для формирования сигналов управления перемещением штанг, а также формирования задания скорости для частотного преобразователя.

Блок функция FC214 - блок, предназначенный для формирования смещений для заданных позиций останова.

Блок функция FC225 - блок, предназначенный для формирования двойного слова позиционирования стола.

Блок функция FC230 - блок, предназначенный для плавного снижения скорости штанг при подходе к заданной, либо при приближении к одной из крайних позиций сталкивателя.

Блок функция FC240 - блок, предназначенный для управления сталкивателем в автоматическом режиме.

6.3.3 Блоки данных

Блок данных DB3 - блок, в котором хранятся значения всех основных постоянных (скорости, задержки, разницы между позициями и т.д.) системы в относительных и реальных величинах.

Блок данных DB4 - блок, в котором хранятся значения позиций штанг в относительных единицах.

Блок данных DB10 - блок, посредством которого контроллер опрашивает счётный вход о позиционировании штанг.

Блок данных DB11 - блок, посредством которого контроллер опрашивает счётный вход о позиционировании блюмов.

Блок данных DB12 - блок, посредством которого контроллер опрашивает счётный вход о позиционировании.

Блок данных DB14 - блок, в котором содержатся данные, принятые по шине PROFIBUS от преобразователя частоты и прошедшие начальную обработку (байты в определённых словах перевёрнуты).

Блок данных DB15 - блок, в котором формируются данные для отправки по шине PROFIBUS на частотный преобразователь и не прошедшие предварительную обработку.

Блок данных DB16 - блок, в котором содержатся данные, принятые по шине PROFIBUS от преобразователя частоты и не прошедшие начальную обработку (байты в определённых словах перевёрнуты).

Блок данных DB17 - блок, в котором формируются данные для отправки по шине PROFIBUS на частотный преобразователь и прошедшие предварительную обработку.

Блок данных DB100 - блок, в котором содержатся сигналы для формирования на системе визуализации аварийных сообщений.

Блок данных DB101 - блок, в котором содержатся сигналы для формирования на системе визуализации предупреждающих сообщений.

Блок данных DB102 - вспомогательный блок данных для обмена с системой визуализации.

Блок данных DB103 - вспомогательный блок данных. Предназначен для обработки текущего экрана системы визуализации.

Блок данных DB104 - вспомогательный блок данных. Предназначен для формирования трендов на системе визуализации.

Блок данных DB200 - блок, предназначенный для управления коррекцией позиций стола и суппортов от системы визуализации.

Блок данных DB201 - блок, в котором содержится текущие дата и время для последующего использования в системе визуализации.

Блок данных DB203 - блок, в котором хранятся дата и время, предназначенные для установки часов в контроллере.

6.4 Описание экранов операторской панели OP170B

Стартовый экран системы.

Стартовый экран системы - экран, который появляется по окончании загрузки операторской панели.

Стартовый экран предназначен для перехода на другие рабочие экраны системы (сообщения, настройки, графики, пароли). Навигация по экранам системы осуществляется с помощью функциональных клавиш:

· чтобы перейти к группе экранов «Сообщения», необходимо нажать на кнопку F9;

· чтобы перейти к группе экранов «Настройки», необходимо нажать на кнопку F10;

· чтобы перейти к группе экранов «Графики», необходимо нажать на кнопку F11;

· чтобы перейти к группе экранов «Пароли», необходимо нажать на кнопку F13;

· для выхода из проекта необходимо нажать на кнопку F14.

Так как остальные группы экранов похожи на стартовый, то дальше уместно показать упрощенный вид.

Группа экранов «Сообщения»

Данная группа имеет в своём составе 2 экрана:

· экран аварийных сообщений - экран №11 (рис 6.2);

· экран предупреждающих сообщений - экран №12 (рис 6.3)

Ниже рассмотрены назначение и примерные виды этих экранов.

Экран аварийных сообщений

Этот экран предназначен для отображения аварийных сообщений, сформированных при возникновении соответствующей аварийной ситуации. С помощью данного экрана имеется возможность диагностировать систему на наличие аварийных ситуаций. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.2

Рис 6.2 Экран аварийных сообщений

Экран предупреждающих сообщений.

Этот экран предназначен для отображения предупреждающих сообщений, сформированных при возникновении какого-либо важного события. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.3

Рис 6.3 Экран предупреждающих сообщений

Группа экранов «Настройки».

Данная группа имеет в своём составе 3 экрана:

· экран основных позиций сталкивателя - экран №21;

· экран основных скоростей сталкивателя - экран №22;

· экран настройки основных таймеров системы - экран №23;

Ниже рассмотрены назначение и примерные виды этих экранов.

Экран «Настройки таймеров»

Этот экран предназначен для корректировки уставочных значений таймеров, используемых для управления станком. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.4. Следует отметить, что описания используемых таймеров можно посмотреть нажатием кнопки «HELP».

Рис 6.4 Экран «Настройки таймеров»

Группа экранов «Графики».

Данная группа имеет в своём составе 3 экрана:

· экран «График: фактическая скорость штанги» - экран №31;

· экран «График: заданная скорость штанги» - экран №32;

· экран «График: значение тока П.Ч.» - экран №33;

Ниже рассмотрены назначение и примерные виды этих экранов.

Следует обратить внимание на то, что на каждом экране имеются поля для ввода максимального и минимального значений шкалы Y.

Экран «График: скорость от ПЧ».

Этот экран предназначен для визуального наблюдения за изменением во времени значения скорости от ПЧ и заданной скорости стола станка. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.5.

Рис 6.5 Экран «График: скорость от ПЧ»

Экран «График: значение тока ПЧ».

Этот экран предназначен для визуального наблюдения за изменением во времени значения тока преобразователя частоты. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.7

Рис 6.7 Экран «График: значение тока ПЧ»

Экран «График: значение момента ПЧ».

Этот экран предназначен для визуального наблюдения за изменением во времени значения момента преобразователя частоты. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.8.

Рис 6.8 Экран «График: значение момента ПЧ»

Экран «Автоматическая корректировка позиций»

Этот экран предназначен задания значений крайних и аварийных позиций, а также расстояний между крайними и аварийными позициями для автоматической корректировки позиции штанги при наезде на один из датчиков крайних положений. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.9

Рис 6.9 Экран «Автоматическая корректировка позиций»

Экран «Работа с PROFIBUS».

Этот экран предназначен для выбора режима управления частотным преобразователем. Экран даёт возможность включить/отключить работу по шине PROFIBUS. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.10

Рис 6.10 Экран «Работа с PROFIBUS»

Экран «Установка даты и времени»

Этот экран предназначен для корректировки текущих даты и времени. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.11

Рис 6.11 Экран «Установка даты и времени»

Группа экранов «Пароли»

Данная группа имеет в своём составе 2 экрана:

· экран «Регистрация пользователя» - экран №51;

· экран «Users Administrator» - экран №52.

Следует обратить внимание, что для изменения большинства настроек, от оператора требуется определённый уровень доступа. Если пользователь не зарегистрирован и пробует изменить какие-либо настройки, на экране появится окно для ввода пароля, приведённое на рис 6.12

Рис 6.12 Экран «Пароли».

Оператору необходимо ввести свой пароль и, если его уровень доступа позволяет изменять настройки, то изменения произойдут, в противном случае - появится сообщение о недостаточности прав у пользователя.

Подобная система позволяет избежать несанкционированного доступа к основным данным проекта.

В группе экранов «Пароли» имеется экран для регистрации пользователя, суть которого в том, что оператор регистрируется, вводя свой пароль, и может уже полноценно работать с системой. Также имеется экран «Users Administrator» - экран для добавления пользователей и изменения паролей и уровней доступа у уже имеющихся пользователей.

Ниже рассмотрены назначение и примерные виды этих экранов.

Экран «Регистрация пользователя»

Этот экран предназначен для регистрации пользователя в системе и предоставления ему прав доступа к данным проекта, согласно его уровню доступа. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.13

Рис 6.13 Экран «Регистрация пользователя»

Экран «Users Administrator»

Этот экран предназначен для добавления пользователей и изменения паролей и уровней доступа у уже имеющихся пользователей. Примерный вид данного экрана приведён на рис 6.14

Рис 6.14 Экран «Users Administrator»

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО ВАРИАНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

7.1 Техническое описание

Целью данного раздела является расчет технико-экономических показателей электропривода сталкивателя блюмов.

В дипломном проекте нами был разработан электропривод сталкивателя блюмов выполненный по системе "ПЧ - АД". К достоинствам рассматриваемой системы относятся плавность и значительный диапазон регулирования скорости; большая жесткость получаемых искусственных характеристик; высокий КПД электропривода, определяемый высоким КПД преобразователя частоты; бесшумность в работе. Нами была разработана новая система управления на базе программируемого преобразователя частоты Altivar 71 производства фирмы Schneider Electric. Электродвигатель был выбран отечественного производства серии 4А.

Расчет экономической эффективности от внедрения нового оборудования ведется в сравнении с альтернативным вариантом технического решения. Базисный вариант - электромеханическая система «тиристорный преобразователь - двигатель» (ТП-Д), которая включает в себя тиристорный преобразователь КТЭУ - 230/200 - 13212 - УХЛ4 и двигатель постоянного тока серии Д808.

7.2 Экономический расчет

В этой части экономического раздела будет произведена оценка технико-экономического эффекта, определение ожидаемой экономической эффективности использования асинхронного двигателя с управляемым частотным преобразователем, по отношению к двигателю постоянного тока, управляемым тиристорным преобразователем. Расчет экономической выгоды от внедрения нового оборудования позволит сделать вывод о целесообразности замены оборудования.

1) Расчет капитальных затрат.

В состав капитальных затрат по каждому варианту входит:

· стоимость нового оборудования системы;

· стоимость монтажных работ по установке и наладке электрооборудования;

· транспортные расходы по доставке оборудования;

Стоимость нового и старого оборудования приведены соответственно в табл. 6 и 7.

Затраты на транспортировку и монтаж берем по 5 % от общей стоимости оборудования.

Таблица 3. Стоимость оборудования нового варианта

Статьи расходов	Марка	Сметная стоимость, р.
Асинхронный электродвигатель	4А160М6У3	67000
Преобразователь частоты	Altivar 71	320000
Итого по оборудованию	-	387000
Транспортные расходы	-	-
Стоимость монтажных работ	-	19350
Общая сумма	-	406350

Таблица 4 Стоимость оборудования базисного варианта

Статьи расходов	Марка	Сметная стоимость, р.
Электродвигатель	Д808	177500
Комплектный тиристорный электропривод	КТЭУ - 230/200 - - 13212 - УХЛ4	155000
Итого по оборудованию	-	332500
Транспортные расходы	-	16625
Стоимость монтажных работ	-	16625
Общая сумма	-	365750

При замене старого оборудования на новое будут иметь место затраты на демонтаж, который будут производить два человека с 5-м разрядом и часовой тарифной ставкой 70 руб./ч.

З_дем = n t Т_тар = 2 2 70 = 300 руб., (65)

где З_дем - затраты на демонтаж старого оборудования, руб.;

n - количество человек;

t - время работ по демонтажу, ч;

Т_тар - тарифная ставка работника 5-го разряда.

Так же необходимо посчитать остаточную стоимость оборудования базисного варианта при его использовании в течении 5-и лет.

Ф_ост = 0,5 Ф_осн = 0,5 365750 = 182875 руб., (66)

где Ф_ост - остаточная стоимость старого оборудования, руб.;

Ф_осн - первоначальная стоимость, руб.

В итоге получаем сумму долгосрочных инвестиций, связанных с приобретением нового оборудования.

И = К₁ + З_дем - Ф_ост = 406350 + 280 - 182875 = 223755 руб., (67)

где И - долгосрочные инвестиции, руб.;

К₁ - стоимость нового оборудования, руб.

2) Расчет и сопоставление эксплуатационных расходов.

Эксплуатационные расходы складываются из амортизационных отчислений и затрат на обслуживание.

Амортизационные отчисления:

, (68)

где З_а - затраты на амортизацию оборудования, руб.;

Н_а - норма амортизации;

К_об - стоимость оборудования.

руб.

руб.

В затратах на ремонт и обслуживание учитывается количество текущих, средних и капитальных ремонтов в течении всего срока службы и трудоёмкость ремонтов (табл. 8).

Ремонт будет проводить электрик 5-го разряда с часовой тарифной ставкой С_ч = 70 руб./час.

Затраты на заработную плату электрика за год по всему оборудованию.

З_з = Т С_ч, (69)

где З_а - затраты на зарплату электрика, руб.;

Т - суммарная трудоемкость ремонта, чел/ч;

С_ч - часовая тарифная ставка электрика 5-го разряда, руб./час.

З_з1 = (72 + 18) 70 = 6300 руб.

З_з2 = (270 + 18) 75 = 21600 руб.

Таблица 5. Затраты на заработную плату ремонтных рабочих

Оборудование	Кол - во ремонтов Т-С-К	Трудоемкость ремонтов, чел/ч.	Суммарная трудоемкость ремонта, чел/ч.
Асинхронный двигатель	20 - 5 - 1	2 - 4 - 12	72
Преобразователь частоты	4 - 2 - 1	1 - 2 - 10	18
Двигатель постоянного тока	40 - 10 - 1	4 - 8 - 30	270
Тиристорный преобразователь	4 - 2 - 1	1 - 2 - 10	18

Полные эксплуатационные расходы:

З_э = З_а З_з, (70)

где З_э - полные эксплуатационные расходы, руб.

З_э1 = 20317,5 + 6300 = 26617,5 руб.

З_э2 = 36575 + 21600 = 58175 руб.

Годовая экономия:

Э = З_э2 - З_э1 , (71)

где Э - годовая экономия, руб.

Э = 58175 - 26617,5 = 31557,5 руб.

По экспертной оценке стоимость станкочаса работы продольно-строгального станка составляет 800 руб. Благодаря тому, что высвобождается время на работу станка за счет снижения времени на ремонт, получаем:

В_вв = F С_с , (72)

где В_вв - выручка за счет высвобождения времени, руб.;

F - разница эффективных фондов времени, ч;

С_с - стоимость станкочаса работы продольно-строгального станка, руб.

В_вв = 198 800 = 158400 руб.

Так же нам удается увеличить выручку за счет повышения производительности на 10 %.

В_п = 0,1F_эф1 С_с , (73)

где В_п - выручка за счет повышения производительности, руб.;

F_эф1 - эффективный фонд времени нового оборудования, ч.

В_п = 0,11620 800 = 129600 руб.

При этом дополнительная выручка за счет повышения времени работы и роста производительности труда составит:

В = В_вв + В_п = 158400 + 129600 = 288000 руб., (74)

где В - общая выручка, руб.

Отсюда найдем прибыль:

, (75)

где П - прибыль, руб.;

R - рентабельность (15 %).

руб.

Определим сумму годовой экономии и прибыли от высвобождения времени и увеличения производительности:

= Э + П, (76)

где - сумма годовой экономии и прибыли, руб.

= 31557,5 + 37565 = 69122,5 руб.

Срок окупаемости:

Т_ок = И/, (77)

где Т_ок - срок окупаемости, лет.

Т_ок = 223755/69122,5 = 3,2 года.

Оценку инвестиционных проектов можно осуществить методом чистого дисконтирования.

, (78)

где ЧДД - чистый дисконтированный доход, руб.;

Т - горизонт прогнозирования, лет;

t - шаг прогнозирования, лет;

Э_t - экономический эффект каждого года, полученный в результате внедрения инвестиций, руб.;

Е - норма дисконта.

руб.

Если ЧДД > 0, значит, проект следует принять.

Технико-экономический анализ показал, что капитальные затраты на новую систему ЭП окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов и получения прибыли от высвобождения времени на ремонт и повышения производительности.

Основные показатели технико-экономического сравнения вариантов сведены в табл 6

Таблица 6. Таблица экономических показателей

Показатель	Единица измерения	Значение
		1-й вариант	2-й вариант
1. Капитальные затраты
Стоимость оборудования	руб.	387000	332500
Транспортные расходы	руб.	-	16625
Затраты на монтаж и наладку	руб.	19350	16625
Итого	руб.	406350	365750
2. Эксплуатационные расходы
Амортизационные отчисления	руб.	20317,5	36575
Затраты на ремонт	руб.	6300	21600
Итого	руб.	26617,5	58175
Годовая экономия на эксплуатационных расходах	руб.	31557,5
Прибыль	руб.	37565
Итого экономия ()	руб.	69122,5
Затраты на демонтаж	руб.	280
Остаточная стоимость	руб.	182875
Инвестиции	руб.	223755
Срок окупаемости с учетом дисконтирования	Г	3
Чистый дисконтированный доход (ЧДД)	руб.	9560

8. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

8.1 Безопасность жизнедеятельности

Введение

Охрана труда в России является одной из социально-экономических проблем, и предусматривает систему правовых, технических, санитарно-гигиенических и экономических мероприятий, направленных на обеспечение здоровья и безопасности условий труда. Причины несчастных случаев, как правило, связаны с неисправностью электрооборудования, с неправильной организацией отдельных производственных процессов, с нарушением технологической дисциплины, со слабым техническим надзором.

Улучшение условий труда, повышение его безопасности влияют на результат производства, на производительность труда, качество и себестоимость выпускаемой продукции.

На современном этапе создание новой техники составит задачу не только обеспечить труд человека, но и привести к изменению его роли и места в производственном процессе.

В условиях технического процесса увеличивается количество объектов, которыми человек должен управлять, возрастают скорости управляемых ими процессов.

8.1.1 Характер труда

Мы заменяем систему «ТП-Д» (тиристорный преобразователь-двигатель) привода сталкивателя блюмов более совершенной системой «ПЧ-АД» (частотный преобразователь асинхронный - двигатель). Кроме экономической выгоды, система «ПЧ-АД» имеет лучшие показатели в отношении безопасности труда.

Необходимо создать такие условия для работы, чтобы снизить утомляемость и повысить работоспособность. Следствием этого, являются определенные требования, предъявляемые к проектированию цехов.

Электрооборудование в данном проекте выбрано с учетом условий окружающей среды, в которой оно работает. Двигатели выбраны защищенного типа для предохранения от попадания в них пыли, грязи, воды, масла - все эти факторы могут вызвать короткое замыкание, искрение, нарушение изоляции.

По условиям эксплуатации электропривод сталкивателя блюмов разделен на части. Электродвигатели главного привода расположены непосредственно возле рольганга (в соответствии с кинематической схемой). Частотный преобразователь находится на некотором удалении от сталкивателя, в электропомещении. Управление электроприводом осуществляется автоматически (ПЛК) и дистанционно, оператором с пульта управления.

Двигатель установлен в пыльном, влажном, грязном помещении металлургического цеха, относящемуся к опасным с точки зрения поражения электрическим током.

По рольгангу транспортируются горячие заготовки (блюмы), помещение характеризуется категорией B по пожарной опасности.

Металлургический цех относится к пожароопасным помещениям с пожароопасными зонами класса II III, в которых обращаются горючие жидкости (масла) и твердые горючие вещества. Потенциальные опасности, связанные с технологическим процессом создают:

· наличие раскаленных материалов;

· наличие движущихся частей машин и механизмов в цехе;

· наличие шумов и вибраций.

К движущимся частям и механизмам относятся:

· штанги сталкивателя блюмов;

· рольганг;

· вращающиеся валы механических передач;

· движущиеся по цеху краны и транспортеры.

Опасность существует непрерывно во время работы установки.

Последствия возможного воздействия этой опасности на обслуживающий персонал - механические травмы, при получении которых возможна частичная или полная утрата трудоспособности, смертельный исход.

К раскаленным предметам и материалам относят заготовки (блюмы), которые транспортируются по рольгангу. При касании их человек получит ожоги и механические травмы, а также, как следствие, временная утрата трудоспособности.

8.1.2 Условия труда

Шум, возникающий при работе цеха, широкополосный постоянный и при длительном воздействии на человека приводит к развитию профессиональных заболеваний, связанных с потерей слуха, приводящей к утрате работоспособности. Заменяя систему «ТП-Д» на систему «ПЧ-АД» снимаем уровень шума на 4 %. Располагая тиристорными преобразователями и всей аппаратурой управления в машинном зале в соответствии с «Правилами технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок», добивается снижения шума до нормированных величин СН 2.2.4/2.1.8.562-96. [11]

Вибрации, возникающие при толкании заготовки, приводят к профессиональным заболеваниям.

Воздух рабочей зоны

Помещение металлургического цеха относится к помещениям со значительным избытком явного тепла. Допустимые нормы температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха в теплый период года составляют 21 ⁰С при влажности 75% и скорости воздуха 0.7 м/с, в холодный и переходный периоды года понижение температуры должно быть не ниже 10 ⁰С вне постоянных мест работы, а на рабочих местах для холодного и переходного периодов температура должна составлять 18 ⁰С при относительной влажности 60% и скорости воздуха 0.3 м/с (СаН ПиН 2.2.4.548-96).

В рабочей зоне механизма присутствуют следующие вредные вещества: медно-графитовая пыль, пыль оксидов железа, углерода.

Источниками медно-графитовой пыли являются коллекторные пластины и щеточные аппараты электрических машин, а пыли оксидов серы, железа, углерода - получаемые в процессе нагрева заготовок в печах мелкие частицы.

В кабине операторов присутствуют такие вредные вещества, как оксид углерода, пыль оксида железа. Углекислый газ образуется в результате дыхания самого оператора. В цехе имеется мощная система вытяжной вентиляции.

Воздействия вредных факторов на работающих заключается в попадании пыли в дыхательные пути и легкие организма человека, засорение пор кожи и ухудшение теплообменных свойств организма с окружающей средой.

Воздействие углекислого газа проявляется в затруднении дыхания и увеличении ритма работы сердца.

Предельно допустимые концентрации:

· медно - графитовой пыли 4.0 мг/м³;

· оксида железа (Fe₂O₃) 6.0 мг/м³;

· диоксида углерода (СO₂) 20.0 мг/м³.

Освещение

Рабочее освещение цеха - искусственное и естественное, аварийное - искусственное. Искусственное освещение в обоих случаях общее, выполнено газоразрядными лампами, размещенными в верхней (верхней зоне) части цеха равномерно.

В кабине операторов рабочее освещение общее, обеспеченное светильниками с люминесцентными лампами, расположенными в верхней части кабины. Эвакуационное освещение - искусственное, общее.

Выбор источников света произведен с учетом рекомендаций, приведенных в СНиП 23.05.95

Норма освещенности равна 200 Лк.

Наименьшая освещенность рабочей поверхности производственных помещений и территорий предприятия, требующих обслуживания при аварийных режимах составляет 5% от освещенности, нормируемой для рабочих помещений при системе общего освещения, но не менее 2 Лк.

В профилактике утомления в последние десятилетия возникло новое направление ? эргономика. Эта комплексная дисциплина основана на использовании данных ряда наук для приспособления работы к человеку с целью повышения производительности труда, сохранения здоровья, обеспечения безопасности и комфорта при работе. Одним из основных направлений эргономики является соблюдение физиологических и психологических требований человека при конструировании машин и другого оборудования, организации и планировки рабочих мест ниже на рис 7 представлен план рабочей зоны сталкивателя блюмов

Рис 7 Рабочая зона сталкивателя блюмов

Условные обозначения

1- Сталкиватель блюмов;

2- Панель оператора;

3- Противопожарный инвентарь;

4- Лестница;

5- Дверь кабины;

6- Пандус верхнего яруса;

7- Вентиляционная камера принудительной подачи воздуха;

8- Контур защитного заземления;

9- Кресло оператора;

10- Кабина оператора;

Кабельный канал, выполненный заземленной трубой;

Рабочая зона оператора;

Зона местного рабочего освещения;

Зона общего рабочего освещения;

8.1.3 Мероприятия по безопасности проектируемого электропривода

Электробезопасность.

Для предотвращения поражения людей электрическим током требуется правильная организация обслуживания действующих электроустановок, т.е. строгое выполнение ряда организационных и технических мероприятий и средств, установленных действующими «Межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок», «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Данные правила разрабатываются в соответствии с ГОСТами.

Согласно ГОСТ 12.1.030-96 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление и ГОСТ 12.1.019-96 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты должны быть предусмотрены следующие мероприятия по обеспечению электробезопасности электроустановки:

· режим контроля питающей сети;

· защита от случайного проникновения к токоведущим частям электроустановки;

· контроль и профилактика повреждений изоляции;

· заземление;

· защитное отключение;

· применение защитных средств;

· организационные и технические мероприятия.

Питание сталкивателя блюмов осуществляется от распределительного пункта 0,4 кВ через предохранители. Питающий кабель или провода проходят по трубе, забетонированной в пол и подсоединённой (как и распределительный пункт) к заземляющему контуру цеха. Питание частотного преобразователя осуществляется от автоматического выключателя. Подвод питания к электродвигателю главного движения осуществляется с помощью кабеля, протянутого в трубе.

Для защиты от режима короткого замыкания в кабельных линиях, питающих двигатель, преобразователь и релейную схему управления применены автоматические выключатели, разрывающие цепь при коротком замыкании любой из линий на землю или между собой.

Все электродвигатели станка, частотный преобразователь и все металлические части (шкафы; трубы, в которых протянуты питающие кабеля; станина станка), на которые, в результате аварии может быть подано напряжение, заземлены, проводом сечением не менее 4 мм² (медь) и 6 мм² (алюминий), подключены к контуру заземления станка.

Контур заземления станка представляет собой металлическую полосу сечением не менее 24 мм² и толщиной 3 мм, к которой приварены болты.

Пожарная безопасность

Пожарная безопасность объекта обеспечивается организационно-техническими мероприятиями. Комплекс организационно-технических мероприятий определен ГОСТ 12.1.004-96 Пожарная безопасность. Общие требования и ППБ 01-03 Правила пожарной безопасности в РФ.

Для быстрой ликвидации очагов загорания используются огнетушители типа ОХП-4 и ОУ-2А, которые расположены в непосредственной близости от электропривода.

Для предотвращения возможного возгорания в опасных рабочих зонах цеха оболочки электрических аппаратов, приборов, шкафов выполнены со степенью защиты IP44. Также используются ряд других первичных средств пожаротушения, таких как песок, ломы, багры, ведра, находящиеся на пожарных щитах или возле них.

Организационные мероприятия по пожарной профилактике проводят с целью обеспечения правильной эксплуатации электроустановки и проведения противопожарного инструктажа среди оперативно - ремонтного персонала.

Помещение для постоянного пребывания обслуживающего персонала комфортабельное, с кондиционируемым воздухом. Это помещение построено с соблюдением строительных норм и правил и предусматривает шумоизоляцию от работающего электрооборудования и механизмов.

Проход между электроприводом и стеной здания цеха или рядом установленным агрегатом составляет не менее 0,6 м.

Для предотвращения попадания персонала под вращающиеся механические части оборудования, ограждение двигателей и механизмов осуществляется кожухами и перилами.

Таким образом, можно сделать вывод, что работа электропривода продольно- строгального станка отвечает всем нормативным требованиям.

Чрезвычайные ситуации

Чрезвычайная ситуация - это нарушение нормальных условий жизнедеятельности людей на объекте или определенной территории вызванная аварией, катастрофой, стихийным или экологическим бедствием, а также применение возможным противником современных средств поражения, и приводящее к людским и материальным потерям.

Структура объекта, исследуемого в данном проекте, заставляет отдельно рассмотреть чрезвычайные ситуации техногенного характера.

К ним относятся:

· взрывы и пожары;

· аварии в электрических сетях;

· внезапное разрушение сооружений.

Вышеперечисленные чрезвычайные ситуации могут произойти из-за ошибок в проектировании и эксплуатации, в частности, нарушения правил пожарной безопасности, и воздействия окружающей среды.

При возникновении наиболее вероятной чрезвычайной ситуации - пожара, необходимо:

· обеспечить эвакуацию персонала;

· оценить масштабы пожара и оповестить пожарных;

· принять меры по ликвидации пожара собственными силами;

· принять меры по оказанию помощи пострадавшим;

· принять меры по выявлению причин возникновения чрезвычайной ситуации для исключения ее повторения в будущем.

При изучении опасностей, возникающих в результате чрезвычайных ситуаций, можно выделить следующие:

1) Возникновение пожара.

2) Аварии на радиационно-опасных объектах (в частности на Белоярской АЭС), приводящие к выбросу радиоактивных веществ. Возникновение аварии на Белоярской АЭС может привести к радиоактивному заражению воздуха, местности и быть локальной - последствия не выходят за пределы сооружения; местной - последствия выходят за пределы сооружения; общей - ситуация выходит за пределы санитарно-защитной зоны (до 40 км). При аварии ядерного реактора с выбросом в атмосферу радиоактивных факторов на население:

· внешнее облучение при прохождении радиационного облака;

· внутреннее облучение за счет вдыхания радиоактивных аэрозолей, потребление продуктов и воды;

· контактное облучение при радиоактивном загрязнении кожных покровов и одежды;

· общее внешнее облучение (-облучение) людей радиоактивными веществами на поверхности земли, зданий и так далее.

8.2 Экологичность проекта

Человек зависит от окружающей среды. Изменение окружающей среды влияет на состояние здоровья всех людей. Биосфера, в которой живет человек, подвергается его воздействию. В результате чего биосфера находится в состоянии экологического кризиса, который определяется, в том числе и загрязнением окружающей среды.

Экологические знания необходимы каждому человеку, чтобы сбылась мечта многих поколений мыслителей о создании достойной человека среды, для чего надо построить прекрасные города, развить настолько совершенные производительные силы, которые смогли бы обеспечить гармонию человека и природы.

Отсюда следует, что в настоящее время остановить нарушение экологических законов можно, только подняв на должную высоту экологическую культуру каждого члена общества, а это возможно сделать, прежде всего, через образование, через изучение основ экологии. Что особенно важно для специалистов в области наук технического направления, в первую очередь для инженеров-строителей, инженеров в области химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и добывающей промышленности.

Загрязнение окружающей природной среды промышленными отходами является в настоящее время одной из наиболее острых экологических проблем. Промышленные (производственные) отходы ? это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Они бывают твёрдыми (отходы металлов, пластмасс, древесина и т.д.), жидкими (производственные сточные воды, отработанные органические растворители и т.д.) и газообразными (выбросы промышленных печей, автотранспорта и т.д.). Обезвреживается и утилизируется только 1/5 часть.

К основным направлениям организации работы по ресурсосбережению в промышленности относятся экономическое стимулирование рационального использования материальных ресурсов, разработка прогрессивной нормативной базы, создание системы управления материальными ресурсами разработка и внедрение научно-технических мер регулирования.

В современных условиях существенно возрастает роль экономического стимулирования в обеспечении процесса ресурсосбережения. В настоящее время конкретные виды материальных ресурсов, за экономию которых могут выплачиваться премии, определяются непосредственно на предприятиях и объединениях.

Наряду с разработкой и внедрением системы материального стимулирования экономии сырья, топлива, материалов и энергии предусмотрены санкции за нерациональное их использование. Так введена имущественная ответственность предприятия за перерасход сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов и за использование их не по назначению, т.к. это напрямую связано с увеличением количества отходов.

Разрабатываемая в данном дипломном проекте система электропривода сталкивателя блюмов отвечает всем современным требованиям охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

8.2.1 Характеристика базового проекта

Модернизируемый сталкиватель находится в хвостовой части технологической линии обжимного стана (блюминга). На блюминге путем обжатия слитков, полученных из сталеплавильного цеха, производят блюмы - заготовки квадратного сечения от 200 Ч 200 мм до 300 Ч 300 мм, представляющие собой полуфабрикат для дальнейшей переработки в сортовой металл.

Рабочим органом сталкивателя являются две штанги. Движение передается штангам от двигателя через редуктор и ведущие шестерни, которые находятся в зацеплении с зубчатыми рейками на штангах. Электропривод сталкивателя блюмов работает по системе «ТП - Д» в повторно-кратковременном режиме с переменной нагрузкой.

При работе сталкивателя блюмов образуются отходы - материальные (пыль,окалина) и энергетические(шум, вибрация (Таблица 8.1).

Окалина и пыль образуется в результате обжима блюма. Для удаления окалины используется проточная вода, которая затем используется вторично. Для очистки воздуха от пыли используются воздушные фильтра, устанавливаемые в оборудовании вытяжной вентиляции. Для предотвращения выбросов в атмосферу вредных веществ система вентиляции оборудована специальной установкой. Шум и вибрация образуются за счет работы электродвигателей и от двигающихся частей сталкивателя блюмов

8.2.2 Экологическая эффективность

Основная цель данного проекта является улучшение работы механизма сталкивателя блюмов при помощи замены двигателя и управляющей части.

Разрабатываемая в данном дипломном проекте система электропривода сталкивателя блюмов отвечает всем современным требованиям охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов

Разработка и внедрение системы позволяет экономить сырье, топливо, электроэнергию, что приводит к рациональному их использованию и уменьшению количества отходов таблица 8.1

В новой системе так же применяется электроэнергия, но мощность, потребляемая из сети значительно меньше, чем в базовом варианте.

При использовании системы электропривода , шум, вибрация и ЭМП уменьшились.

Для изготовления новой системы потребности в ресурсах значительно уменьшаются.

Составим таблицу взаимосвязи основных показателей при реализации производственной системы, включающей в себя механизм сталкивателя блюмов с электроприводом в базовом варианте и новом варианте таблица 8.1

Взаимосвязь основных показателей при реализации производственной системы

Таблица 8.1

Показатели	Единицы измерения	Базовый вариант	Новый Вариант
1. Потребности в ресурсах:
а) электроэнергия	кВт/ч	11	9
2. Отходы энергетические:
а) шум	дБ	15,0	12,0
б) ЭМП	Вб	27,0	10,0
в) Вибрация	дБ	2,0	1,5

Из взаимосвязи основных показателей при реализации производственной системы, включающей в себя механизм нории с электроприводом в базовом варианте и новом варианте видим значительное снижение потребности в ресурсах включающих в себя следующие материалы медь, сталь; а также электрическая энергия таблица 8.1 По отношению к энергетическим отходам тоже видно снижение по таким показателям как шум, ЭМП, вибрация.

Выводы по внедрению данной модернизации

При внедрении данного проекта достигается следующая эффективность:

1. Экономия значительной части энергоресурсов:

- снижается потребление электроэнергии, что ведет к меньшему использованию природных ресурсов и загрязнению окружающей среды.

- снижается уровень электромагнитного загрязнения, и негативное влияние на окружающую среду.

2. Благодаря повышенной надежности оборудования снижается риск возникновения аварийных ситуаций, последствиями которых могут быть загрязнение окружающей среды, травмирование обслуживающего персонала или большой материальный ущерб; как следствие меньшее загрязнение окружающей среды.

3. Уменьшение влияния на окружающую среду за счет снижения уровня шума на 20-30%, за счет снижения вредного воздействия на природные экосистемы.

4. Электропривод практически безотказен за счет применения современной элементной базы и усовершенствованных алгоритмов управления; как следствие, повышается надежность агрегата в целом, что в значительной мере ведет к экономии материальных ресурсов, а, следовательно, меньшему загрязнению окружающей среды.

5. Высокая надежность и ремонтоспособность позволяют сократить затраты на ремонт и эксплуатацию (на 48% таблица 7.4), что в значительной мере ведет к экономии материальных ресурсов, а, следовательно, меньшему загрязнению окружающей среды.

9. МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Современные технологии, широко используемые в различных отраслях деятельности человека, диктуют ряд определенных условий, которые приходится учитывать при внедрении новых методов организации различных технологических процессов. К ним относится, в первую очередь, обучение специализированного персонала, глубокое понимание оператором всего технологического процесса в целом, а это, в свою очередь, возможно лишь при использовании современной материально-технической учебной базы.

Как в высших, так и в специализированных учебных заведениях, для подготовки квалифицированного персонала необходимо использовать средства, позволяющие максимально приблизить обучаемого к условиям реального производства. Это достигается использованием в процессе обучения различных имитационных стендов, проведением различных лабораторных работ с использованием ЭВМ, использованием обучающих программ-имитаторов, виртуальных сред.