Розробка апаратно-програмного забезпечення системи управління транспортними платформами в Simatic Step-7

Розробка програмного забезпечення для управління транспортними платформами на базі програмованого логічного контролера S7-300 в Simatic STEP-7. Аналіз програмного забезпечення, розрахунок показників його надійності. Опис алгоритму функціонування системи.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык украинский
Дата добавления 17.05.2012
Размер файла 2,1 M

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

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

де n - кількість одиничних показників, прийнятих для оцінки якості системи, що проектується;

Кі - коефіцієнт вагомості і-го одиничного показника якості, що визначає його відносну значимість, %.

Для визначення коефіцієнтів вагомості були використані результати роботи семи незалежних експертів. Результати їх експертних оцінок наведенні в таблиці 6.2.

Таблиця 6.2 - Коефіцієнти вагомості показників якості

Показники якості

Коефіцієнт вагомості, (%)

Точність роботи системи

20

Швидкодія

10

Надійність

20

Довговічність

15

Ремонтопридатність

10

Безпечність використання

10

Зручність використання

15

Комплексний показник якості, згідно формули (6.2) рівний 1,41. Згідно отриманого значення показника якості можна судити про доцільність впровадження нової системи. Так як Пк >1, то це свідчить про те, що проектована система забезпечує кращі показники якості і її впровадження є доцільним, оскільки вона має більшу точність і швидкодію, а також кращу точність і довговічність, завдяки чому зменшуються втрати електроенергії час простою, а отже і збитки підприємства. Також скорочується кількість ремонтів.

Для зручності та наочного відображення впливу технічних параметрів на зміну експлуатаційних витрат оформимо таблицю 6.3.

Таблиця 6.3 - Вплив технічних параметрів на експлуатаційні витрати

Статі витрат

Параметри

Довговічність

Надійність

Точність

Продуктив-ність

Основні матеріали

+

-

+

-

Зарплата

-

-

+

+

Енергія

-

+

-

+

Витрати на ремонт

+

+

-

-

Періодичність наладки

+

+

+

-

Умовно-постійні витрати

-

+

-

+

6.3Розрахунок і побудова сіткового графу

6.3.1 Сітковий граф і його характеристики

Автоматизовані системи управління користуються математично-економічними методами моделювання, науковою організацією економічної інформації, використовують обчислювальні машини. В плануванні і управлінні складними розробками високоефективними виявились сіткові методи.

Сіткове планування і керування - це системи планування комплексу робіт, орієнтовані на виконання кінцевої мети. Сітковий граф є основним документом в системі сіткового планування, що являє собою інформаційно-динамічну модель, в якій зображаються взаємозв'язки і результати всіх робіт, тобто сітковий граф - це відображення плану робіт. В сітковому графі детально показано, що, в якій послідовності, коли, за який час, для чого необхідно виконати, щоб забезпечити закінчення всіх робіт не пізніше заданого терміну.

Головними елементами сіткового графі є події і роботи.

Подія - це стан, момент досягнення проміжної або кінцевої мети розробки. Подія має тривалість в часі.

Робота - це розтягнений в часі процес, необхідний для здійснення події. Кожна робота має попередню подію і закінчується визначеною подією. На сіткових графах подія відображається колом, а робота - стрілкою.

Основними параметрами сіткового графа є: критичний шлях, резерви часу подій і резерви часу робіт.

Критичний шлях - це найбільш тривала по часу послідовність робіт, які ведуть від вихідної до завершальної події. Величина критичного шляху визначає термін виконання всього комплексу по плануванню робіт. Зміна тривалості будь-якої роботи, що лежить на критичному шляху, відповідним чином змінює термін настання завершальної події, тобто дату досягнення кінцевої мети. При плануванні комплексу операцій критичний шлях дозволяє знайти термін наступлення завершальної події. В процесі керування ходом розробки увага керівництва зосереджується на роботах критичного шляху. Це дозволяє найбільш доцільно і оперативно контролювати обмежене число робіт, що впливають на термін розробки, а також краще використати існуючі ресурси.

Резерви часу існують в сітковому графіку в усіх випадках, коли існує більш ніж один шлях різної тривалості. Величини резервів часу уважно аналізуються керівниками комплексу робіт [11].

Резерв часу події - це такий проміжок часу, на який відкладається здійснення цієї події без порушення термінів завершення розробки в цілому.

Резерв часу події визначається як різниця між пізнім і раннім термінами завершення події за формулою:

(6.1)

Найбільш пізній з допустимих термінів - це такий термін здійснення події, перевищення якого викличе аналогічну затримку завершальної події.

Іншими словами, якщо подія наступила в момент , вона потрапила в критичну зону і наступні за нею роботи повинні знаходитись під таким же контролем, як і роботи критичного шляху.

(6.2)

де - вихідна подія.

Найбільш ранній з можливих термінів здійснення події - це термін, необхідний для виконання всіх робіт, що передують цій події. Цей час знаходиться шляхом вибору максимального значення із тривалості всіх шляхів, що приводять до даної події.

(6.3)

де - заключна подія.

6.3.2 Побудова сіткового графа

Порядок побудови сіткових графів визначається прийнятою технологією і організацією робіт. Сіткові графи тільки відображають існуючу або проектовану черговість і взаємозв'язок виконання робіт.

По кожній роботі необхідно враховувати:

які роботи повинні бути завершені раніше, ніж почнеться дана робота;

які роботи можуть початись після завершення даної роботи;

які інші роботи повинні виконуватись одночасно з виконанням даної роботи.

Всі вихідні дані для розробки сіткового графа представлені в таблицях робіт і подій (таблиці 6.2 та 6.3).

Таблиця 6.2 -

Перелік подій сіткового графа

Подія

0

Отримання технічного завдання на дипломне проектування

1

Ознайомлення з завданням дипломного проекту

2

Стажування на підприємства

3

Ознайомлення з технічною документацією

4

Аналіз підібраного матеріалу

5

Ознайомлення з методами розв'язку поставленого завдання

6

Вибір і обґрунтування методу розв'язку поставленого завдання

7

Вибір мови програмування для реалізації завдання

8

Створення загальної блок-схеми алгоритму

9

Створення структури програм

10

Розробка алгоритмів обробки даних

11

Відлагодження алгоритмів обробки даних

12

Обєднання програм в єдину структуру програми

13

Відладка програми

14

Тестування програми

15

Виправлення помилок

16

Аналіз отриманих результатів

17

Написання пояснювальної записки

18

Завершення роботи

Таблиця 6.3 -

Види робіт та їх тривалість

№-№

Роботи

Тривалість, дні

0-1

Отримання технічного завдання на дипломне проектування

1

1-2

Ознайомлення з завданням дипломного проекту

2

1-3

Стажування на підприємства

5

2-4

Ознайомлення з технічною документацією

7

3-4

Аналіз підібраного матеріалу

4

4-5

Розгляд реляційного підходу до організації програми,

основні концепції. Базові поняття.

3

5-6

Ознайомлення з методами розв'язку поставленого завдання

3

6-7

Вибір і обґрунтування методу розв'язку поставленого завдання

5

7-8

Вибір мови програмування для реалізації завдання

4

8-9

Створення загальної блок-схеми алгоритму

3

9-10

Розробка інтерфейсу користувача

5

10-13

Створення структури програм

4

10-11

Розробка алгоритмів обробки даних

3

11-12

Відлагодження алгоритмів обробки даних

3

12-14

Тестування окремих модулів програми

5

13-14

Обєднання програм в єдину структуру програми

6

14-15

Відладка програми

5

15-16

Тестування програми

4

16-17

Виправлення помилок

6

17-18

Аналіз отриманих результатів

5

18-19

Написання пояснювальної записки

6

19-20

Завершення роботи

6

Сітковий граф представлений на рисунку 6.1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6.1 - Сітковий граф

6.3.3 Розрахунок параметрів сіткового графа

Для отриманого сіткового графа (рисунок 6.1) знаходимо критичний шлях і розраховуємо ранній час, пізній час і резерв часу подій.

Оскільки в нашому випадку сітковий графік має розгалужені ділянки, тому для знаходження критичного шляху знайдемо максимальні тривалості процесів на розгалужених ділянках:

L0-1-2-4-5-6-7-8-9-10-13-14-15-16-17-18-19-20 = 70 (днів),

L0-1-3-4-5-6-7-8-9-10-13-14-15-16-17-18-19-20= 70 (днів),

L0-1-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-14-15-16-17-18-19-20=72 (днів),

L0-1-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-14-15-16-17-18-19-20 =72 (днів).

Отже, критичний шлях буде рівний: 72 дні.

Дані розрахунків часу подій приведені в таблиці 6.4.

З таблиці 6.4 видно, що деякі події мають нульовий резерв часу, тобто для цих подій найбільший допустимий строк дорівнює найменшому очікуваному. Вихідна і заключна події також мають нульовий резерв часу. Таким чином, найбільш простий та надійний спосіб виявлення критичного шляху - це визначення всіх послідовно розміщених подій, які мають нульовий резерв часу.

Можна переконатися, що знайдений попереднім методом критичний шлях співпадає з критичним шляхом, знайденим з допомогою резерву часу подій.

У випадку, коли директивний термін виконання комплексу робіт є менш тривалий, ніж критичний шлях , виникають проблеми. Вони полягають у тому, що необхідно здійснити прискорене виконання комплексу робіт на величину .

Покриття дефіциту часу можна здійснити за рахунок прискорення вибраних критичних робіт.

Таблиця 6.4 - Параметри подій сіткового графіка

Ранній час

Пізній час

Резерв часу

0

0

0

0

1

1

1

0

2

2

3

1

3

5

6

1

4

10

10

0

5

13

13

0

6

16

16

0

7

21

21

0

8

25

25

0

9

33

33

0

10

35

37

2

11

31

35

3

12

37

38

1

13

43

43

0

14

48

48

0

15

52

52

0

16

58

58

0

17

63

63

0

18

69

69

0

19

75

75

0

6.4 Розрахунок витрат на розробку та вартість програми

В даний період часу можна спостерігати велику кількість програмних продуктів, які на даному етапі розвитку комп'ютерної техніки та програм морально застаріли. Тому зараз інформаційний ринок програм володіє великою кількістю інструментів програмування, які в порівнянні із своїми аналогами-попередниками дозволяють розробити набагато складніший продукт за значно коротший проміжок часу. Це є одним з ключових моментів здешевлення сучасних програмних продуктів [11].

Для даної програми сумарні витрати будуть складатися із витрат на програмування і витрат на експлуатацію персонального комп'ютера, на якому проводиться програмування.

Сумарні витрати на розробку програми Sр. п. (грн.) визначається як

Sр. п. = (1+н) (tр1Вр. о1 (1+д) (1+с) + н)) (6.5)

де tр1 - час, що витрачається на розробку даної програми працівником 1-ї кваліфікації (місяців);

Вр. о1 - коефіцієнт, що враховує додаткову заробітну плату розробника 1-ї кваліфікації (грн/міс);

д - коефіцієнт, що враховує додаткову заробітну плату розробника програми, в долях до основної заробітної плати;

с - коефіцієнт, що враховує нарахування органам соціального захисту на заробітну плату розробника програми, в долях до суми основної та додаткової заробітної плати;

н - коефіцієнт, що враховує накладні витрати установи, в якій розробляється ця програма, в долях до основної заробітної плати розробника;

н - норматив рентабельності, що враховує прибуток установи, яка розробляє дану програму, в долях до всіх витрат даної установи на розробку програми.

В цих розрахунках зазвичай приймають: д = 0.52, с = 0.375, н = 0.5, н=0,14.

Оскільки в нашому випадку розроблена програма повинна бути відпрацьована на ЕОМ, сумарні витрати на її розробку визначаються як:

Sр. п. = (1+н) (tр1Вр. о1 (1+д) (1+с) + н) + tм. оеч) (6.6)

де tм. о - машинний час на ЕОМ необхідний для налагодження даної програми;

еч - експлуатаційні витрати, що припадають на 1 годину машинного часу цієї ЕОМ.

Термін налагодження даної програми становить 3 робочих дні. При восьмигодинному робочому дні час налагодження даної програми становитиме tм. о = 24 години.

Експлуатаційні витрати, що припадають на одну годину машинного часу можуть бути визначені за витратами електроенергії, оскільки програма налагоджується в дисплейному залі:

еч = Рсп Сгод (6.7)

де Рсп - споживана потужність ЕОМ, Вт;

Сгод - вартість 1 кВт/год електроенергії.

Оскільки Рсп = 0,04 кВт, Сгод = 0,18 грн., то згідно (6.7)

еч = 0,04·0,18 = 0,0072грн/год.

Оскільки для можливості виходу на ЕОМ необхідно виконати визначені роботи з програмування, то сумарні витрати на розробку програми визначається як:

Sр. п. = (1+н) (tр1Вр. о1 (1+д) (1+с) + н) +tnh·bчh ( (1+д) (1+с)) + tм. оеч)

де tnh - витрати робочого часу програміста 1-ї кваліфікації на машину (людино-години);

bчh - основна погодинна заробітна плата програміста 1-ї кваліфікації, грн/год.

Приймемо tnh = 5 годин, bчh = 20 грн. Останні дві формули можна поєднати оскільки програму виконуватиме один робітник.

При тривалості розробки програми 1 місяць і потребі 24 години робочого часу, при умові що програма розробляється тільки однією особою отримаємо наступні сумарні витрати:

Sр. п. = (1+0,14) (1·370 ( (1+0,52) (1+0,375) +0,5) +5·20 ( (1+0,12) (1+0375)) +24·0,0072) =1036

Sр. п. =1268 грн.

Вартість розробленої програми визначається як:

Zn = Sр. п/nn (6.8)

де Zn - вартість за якою продається програма, грн.;

Sр. п - сумарні витрати на розробку цієї програми, грн.;

nn - кількість установ, які придбають дану програму.

Щодо установ, на які орієнтована ця програма то планується що розроблену програму, будуть замовляти організації, фірми, науково-дослідні інститути, які займаються нафтовими проектами. Приймемо nn = 2. З врахування формули (6.8) отримаємо: Zn =1268/2=634грн.

Розроблена програма буде реалізована за ціною 634 грн.

6.4.1 Розрахунок капітальних вкладень

Додаткові капітальні вкладення 2/1, пов'язані з впровадженням розробленої програми визначаються за наступною формулою:

2/1 =, (6.9)

де КЕОМ - капітальні вкладення в ЕОМ та інші складові системи;

Тм. в2 - машинний час необхідний користувачу для тих задач, які він розв'язує за допомогою розробленої програми;

Тпол - корисний річний фонд роботи цієї ЕОМ (без врахування простоїв в ремонті);

Zn - ціна програми, грн.

При впроваджені даного програмного продукту, капітальні затрати будуть складатися з двох основних складових. Це вартість самої програми і вартість ЕОМ на якій вона виконуватиметься.

КЕОМ = Ссер. іком. і, (6.10)

де Ссер. і - вартість обладнання, грн.;

Ском. і - вартість комунікацій, грн.

Дана програма буде виконуватися на комп'ютері Intel Seleron 1.5, HDD 80Gb, 256MB RAM, FDD 3.5.

Вартість такої машини становить 2500 грн. Отже КЕОМ =2500 грн.

Корисний річний фонд роботи ЕОМ визначається за наступною формулою:

Тпол = Др · (1 - kn) · tp (6.11)

де Др - дійсний річний фонд часу, дні;

kn - коефіцієнт, що враховує профілактичні роботи та плановий ремонт (kn = 0,1);

tp - тривалість робочої зміни, год (tp = 8).

Тоді корисний фонд часу ЕОМ згідно (6.11) становить:

Тпол = 265 · (1 - 0,1) · 8 =1843,2 год/рік.

Машинний час ЕОМ необхідний користувачу для вирішення задачі з допомогою ЕОМ обчислюється за наступною формулою:

Тм. в 2 = Др · (1 - kn) · tз, (6.12)

де tз - час, який витрачає користувач на вирішення задачі на ЕОМ, год.

Отже машинний час ЕОМ становить:

Тм. в 2 = 256 · (1 - 0,1) · 5=1152 год/рік.

Додаткові капітальні вкладення згідно (6.9) становлять:

2/1 = 1112,5грн.

6.4.2 Розрахунок і співвідношення експлуатаційних витрат за варіантами, що порівнюються

Економія витрат пов'язаних з експлуатацією програми Ее2/1 визначається за формулою:

Ее2/1 = (1+д) (1+с) · Воі - (Тм. в 2 ·ег +) (6.13)

де Воі - основна заробітна плата і-ого робітника, який розв'язував цю задачу вручну, грн. /рік; Тс - термін служби програми, роки. Приймемо Тс = 3 роки, і = 2, Воі = 1000. Економія експлуатаційних витрат згідно (6.13) становить:

Ее2/1 = (1+0,375) · (1+0,12) ·2000 - (1152 · 0,0072+634/3) = 2860 грн.

6.4.3 Розрахунок зведених економічних показників

Термін окупності додаткових капітальних вкладень визначається за наступною формулою:

(6.14)

Отже, згідно (5.11) отримаємо:

1112,5/2860 = 0,39 (роки)

Грошовий річний ефект, який отримує користувач при застосуванні системи визначаються за формулою:

Wp. e2/1 = Ee2/1 - ен ·, (6.15)

де ен - норматив окупності

ен = 1/

При = 3,9 року використання розробленого алгоритму є економічно вигідним. Тому ен = 1/3,9. Тоді грошовий річний ефект згідно (6.15) становитиме:

Wp. e2/1 =2860 - 1112,5/3,9 = 2575грн

В таблиці 6.5 перелічені зведені економічні показники проектованого програмного забезпечення.

Таблиця 6.5 - Зведені економічні показники розробки

Показник

Розмірність

Значення

Витрати на розробку програмного забезпечення

Грн

634

Капітальні вкладення

Грн

1112,5

Економія експлуатаційних витрат

Грн/рік

2860

Термін окупності

Рік

0,39

Річний грошовий економічний ефект

Грн/рік

2575

В даній економічній частині було проведено розрахунок вартості програмного забезпечення для автоматизації технологічного процесу керування двигунами змінного струму на основі програмованого-логічного контролера Simatic S7-300 з допомогою Step7 для економічного обґрунтування розробки та впровадження програми було обчислено:

витрати на розробку програмного забезпечення;

капітальні вкладення для впровадження програми;

експлуатаційні витрати;

зведені економічні показники.

З вищенаведених розрахунків видно, що розробка та впровадження даної системи є економічно доцільним. Використана при розрахунках методологія не є досконалою і не враховує всі переваги застосування інформаційних комп'ютерних систем.

Висновки

В результаті виконання дипломного проекту було розроблено систему автоматизації технологічного процесу управління транспортними платформами за допомогою контролера S7-300 в Simatic Step7. Дана система дає можливість передавати дані на вищий рівень, тим самим організовуючи управління об'єкта на рівні підприємства.

Крім того використання в проекті автоматизації управління транспортними платформами контролера Simatic S7-300 дає змогу гнучко змінювати контролер як на програмному рівні так і на апаратному. Завжди є можливість його нарощувати, монтувати нові модулі, підключати його до інших аналогічних систем, крім цього тут можна використовувати панель оператора.

Дана система автоматизації характеризується високою надійністю, хорошими технічними показниками, відсутністю невизначених станів чи конфліктних ситуацій. Все це робить цю систему автоматизації економічно вигідною, через малу кількість споживаної потужності і хорошими технічними показниками.

В даній роботі проведено економічний аналіз доцільності використання системи, економічне впровадження програми, а також розглянуті питання забезпечення безпеки життєдіяльності при експлуатації.

Перелік посилань на джерела

1. Виницький М.Ю. Програмовані логічні контролери.К. - 2003-135с.

2. Ганс Бергер. Автоматизация с помощью программ Step7 LAD и FBD.М. - 2004-678с.

3. LAD для S7-300 и S7-400, программирование. Справочное руководство.М. - 2003-244с.

4. Ганс Бергер. Программирование с помощью Step7 V5.0.М. - 2003-294с.

5. Конфигурация аппаратуры и проектирование соединений с помощью Step7 V5.0. Руководство.М. - 2003-164с.

6. www.siemens.ru

7. www.simatic s7-300.ru

8. Дружинин Г.В. Надёжность автоматизированных производственных систем. - М.: - Наука, 1986. - 425с.

9. Калічак О.В., Семенов Г.Н., Когут Я.Р., Охорона праці. Дипломне проектування: Методичні вказівки. - Івано-Франківськ: 2004. - 63с.

10. Сборник задач по охране труда в нефтяной и газовой промышленности. Под редакцией д. т. н. Б.Е. Прусенко. М. - 1989-108с.

11. Розрахунок економічної ефективності програми: Методичні вказівки. - Івано-Франківськ: 1999. - 18с.

Додатки

Додаток А

Представлення функціонального блоку двигуна на мові LAD

Додаток Б

Представлення організаційного блоку для управління транспортними платформами

Бібліографічна довідка

Тема: Розробка апаратно-програмного забезпечення системи управління транспортними платформами в Simatic Step7

Обсяг ПЗ складає 114 аркушів

Перелік креслень графічної частини:

ДП. АУ-30.00.00.000ВЗ Штангова глибинонасосна установка. Креслення загального вигляду. Аркушів - 1;

ДП. АУ-30.00.00.001 Тривимірне зображення двох видобуваних свердловин;

ДП. АУ-30.00.00.002 Графік визначення напруження в стінці металу труб обсадної колони. Схема можливої деформації труб НКТ. Аркушів - 1;

ДП. АУ-30.00.00.003 Візуальне зображення деформації колони штанг. Аркушів - 1;

ДП. АУ-30.00.00.004 Вікно обчислень основних показників. Аркушів - 1;

ДП. АУ-30.00.00.005 Порівняльні графіки залежності максимального напруження від кількості витків при деформації штангової колони. Аркушів - 1;

ДП. АУ-30.00.00.006 Математична модель процесу деформування штангової колони. Аркушів - 2.

Виконав ____________________ (__________)

(підпис) (дата)

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

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