Разработка интегрированной системы управления отделением разваривания на спиртзаводе на основе программируемого логического контроллера Modicon TSX Momentum

Рис. 6.1. График кривой разгона для объекта управления.

На основании кривой разгона можно определить передаточную функцию объекта по каналу управления температурой. Для этого в точке перегиба кривой разгона проводят касательную и определяют длины отрезков и , отсекаемые этой касательной от временной оси и от пунктирной линии соответственно. Кроме того, по кривой разгона определяют также значение коэффициента передачи объекта по формуле

.

В рассматриваемом случае было установлено, что

; ; . (6.1)

На основании полученных значений параметров кривой разгона было определено искомое выражение для передаточной функции объекта для канала управления температурой

. (6.2)

Используя выражение (6.2) и равенства (6.1), а также полагая, что

, (6.3)

для уравнения (4.14) получим графическое решение, представленное на рис. 6.2.

Рис. 6.2.

В результате установим, что

. (6.4)

Принимая во внимание выражения (4.15) и (4.16), а также равенства (6.1) - (6.4) определим оптимальные значения параметров настройки ПИ регулятора

; . (6.5)

На рис. 6.3 и 6.4 представлены графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) замкнутой системы управления и по каналам и .

Рис. 6.3. АЧХ замкнутой системы по каналу .

Согласно рис.65.3 установим, что показатель колебательности замкнутой системы , определяемый равенством

, (6.6)

принимает следующее значение:

. (6.7)

Поскольку для обеспечения требуемого запаса устойчивости системы показатель колебательности должен удовлетворять неравенству

, (6.8)

то ввиду равенства (6.7) неравенство (6.8) выполняется, что свидетельствует о правильном выборе значения в соответствии с равенством (6.3).

Рис. 6.4. АЧХ замкнутой системы по каналу .

На основании рис. 6.4 приходим к выводу, что интервал частот , в котором замкнутая система обладает фильтрующими свойствами, т.е. ослабляет действующее на нее возмущение , определяется неравенством

. (6.9)

На рис. 6.5 представлен годограф комплексной частотной характеристики (КЧХ) разомкнутой системы , причем

,

где и - КЧХ объекта и регулятора соответственно.

Рис.6.5. Годограф КЧХ разомкнутой системы .

По виду годографа КЧХ разомкнутой системы можно судить об устойчивости замкнутой системы, если воспользоваться критерием устойчивости Найквиста, который формулируется следующим образом: замкнутая система устойчива, если годограф КЧХ разомкнутой системы не охватывает на комплексной плоскости точку с координатами (-1, i 0).

Следовательно, замкнутая система управления, функциональная схема которой представлена на рис. 6.6, является устойчивой, т.е. нечеткая система управления отделением разваривания на спиртзаводе функционирует стабильно и с запасом на отказ.

В схеме на рис. 6.6 приняты следующие обозначения:

КБ - командный блок, вырабатывающий сигнал задания ;

- сигнал ошибки управления;

- управляющее воздействие на объект;

- выходной сигнал объекта (управляемая величина).

Отметим, что сигнал ошибки управления задается следующим равенством:

. (6.10)

Рис. 6.6. Функциональная схема одноконтурной системы управления.

График переходного процесса , возникающего на выходе системы управления при подаче на ее вход единичного ступенчатого воздействия

(6.11)

представлен на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Переходный процесс при действии возмущения по каналу .

Согласно рис. 6.7 величина перерегулирования составляет

, (6.12)

что вполне допустимо.

Кроме того, переходный процесс на рис. 6.7 достаточно быстро затухает, причем его время затухания составляет 76 секунд.

Отметим также, что график единичного ступенчатого воздействия (6.11) представлен на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Единичное ступенчатое воздействие.

В заключении отметим, что при выполнении расчетов динамических характеристик системы управления использовался программный пакет MAPLE 7.

Система Maple предназначена для символьных вычислений, имеет ряд средств и для численного решения дифференциальных уравнений и нахождения интегралов. Обладает развитыми графическими средствами. Имеет собственный язык программирования, напоминающий Паскаль.

Рассмотрим лишь интерфейс пакета, работающего под Windows. Окно Maple содержит многие атрибуты, привычные пользователю других приложений Windows: заголовочную часть, строку ниспадающих меню, панель управления, линейку вертикальной прокрутки, строку состояния и т.д. Основную часть базового окна занимает еще одно окно, в котором обычно располагаются один или несколько рабочих документов (Maple worksheet). В этом же окне могут располагаться окна помощи (рис 6.9-6.11). Состояние ниспадающих и контекстного меню и кнопок на панели управления зависит от того, какое именно окно активно в настоящий момент и месторасположения курсора в окне Maple worksheet.

Рис. 6.9. Меню Help справочной системы Maple 7

Рис. 6.10. Начало диалога с системой Maple 7

7. Интегрированная система управления

Цель создания и внедрения интегрированных систем управления отделением разваривания заключается в повышении его экономической эффективности, т.к. благодаря более согласованной работе всех его служб и подразделений.

На рис. 7.1 приводится функциональная схема интегрированной системы управления современным производством.

Рис. 7.1. Общая функциональная схема современного производства.

Нижний уровень этой схемы составляют измерительные приборы и исполнительные механизмы. В настоящее время они могут быть аналоговыми или цифровыми (интеллектуальными). Аналоговые представляют измеренную величину в форме определенного значения напряжения или силы тока. Цифровые - это встроенные логические схемы, они представляют измеренную величину в виде цифрового сигнала, соответствующего спецификации протокола передачи данных, определенного для этих устройств. Для обмена информацией с приборами первого вида необходимо использовать АЦП/ЦАП (аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи). С приборами второго типа можно обмениваться информацией непосредственно по сети передачи данных.

Следующий уровень - контроллеры. Они выполняют функцию автоматического управления технологическим процессом. Целью управления является выдача сигналов на исполнительные механизмы в результате обработки данных о состоянии технологических параметров, полученных посредством измерительных приборов, по определенным алгоритмам.

Серверы технологических данных обеспечивают обмен информацией между технологическими устройствами и сетью персональных компьютеров. Они поддерживают протокол работы с технологическими устройствами и протокол работы с сетью персональных компьютеров.

Данные о текущих параметрах технологического процесса могут быть использованы для контроля ее состояния и управления им с автоматизированных рабочих мест операторов; для архивирования истории изменения технологических параметров; для формирования суммарных отчетных форм в целях предоставления информации руководящему персоналу.

В данной схеме SСАDА-система представлена серверами технологических данных и автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов.

Отметим функции SСАDА-систем:

1. Сбор, первичная обработка и накопление информации о параметрах технологического процесса и состоянии оборудования от промышленных контроллеров и других цифровых устройств, непосредственно связанных с технологической аппаратурой.

2. Отображение информации о текущих параметрах технологического процесса на экране ПЭВМ в виде графических мнемосхем. Отображение графиков текущих значений технологических параметров в реальном времени за заданный интервал.

3. Обнаружение критических (аварийных) ситуаций.

4. Вывод на экран ПЭВМ технологических и аварийных сообщений.

5. Архивирование истории изменения параметров технологического процесса.

6. Оперативное управление технологическим процессом.

7. Предоставление данных о параметрах технологического процесса для их использования в системах управления предприятием.

На верхнем уровне управления (производством в целом) основой решения задач управления являются отдельные информационные сети, связывающие АРМ управляющего персонала на разных участках (мастеров, технологов, начальников цехов) с планирующими подразделениями. Эти сети взаимодействуют (или совпадают) с корпоративной сетью всего предприятия. В настоящее время абсолютно доминирующим типом таких сетей является Ethernet (сеть шинной технологии, случайного метода доступа, длиной в несколь^ ко десятков км в зависимости от физической среды передачи информации, со скоростью передачи данных 10 Мбод). Она используется и как сеть, связывающая отдельные пульты операторов ТП между собой, и как сеть, объединяющая плановые, диспетчерские, оперативные органы управления производством, и как корпоративная сеть предприятия. Развитие информационных сетей (ИС) осуществляется в направлении создания все более высокоскоростных магистралей передачи информации. В настоящее время разработаны и все шире используются (особенно при построении корпоративных сетей крупных предприятий) три типа магистралей:

* Fast Enthernet - шинная топология, случайный метод доступа, скорость передачи данных -- 100 Мбод;

* FDDI - топология типа "двойное кольцо", метод доступа - временный маркер, скорость передачи данных -- 100 Мбод. |

* АТМ - шинная топология, метод доступа - "точка к точке", скорость передачи данных - 155 Мбод.

Эти магистрали взаимодействуют с сетью Enthernet и постепенно заменяют ее при увеличении объемов информации, передаваемой по ИС в единицу времени. Последнее особенно актуально; для корпоративных сетей, которые включают в себя ряд новых функций. Кроме информационной связи между различными производственными и хозяйственными подразделениями предприятия; они обеспечивают работу местной АТС, охранно-пожарной сигнализации, видеосистем, инженерных обслуживающих систем. Сеть, интегрально обеспечивающая информационные связи этих служб, называют структурированной сетью предприятия. Узлы рассматриваемых сетей - АРМ управленческого персонала, серверы БД приложений, складов данных, Web-серверы (последние обеспечивают выход корпоративных систем в Enthernet.

Для контроля и управления финансовыми и материальными потоками предприятия в целом используются специальные пакеты программ, получившие названия интегрированных систем управления предприятием. Одной из таких систем является система "М-2".

Сфера применения интегрированной системы "М-2". Интегрированная система "М-2" предназначена для управления финансовыми и материальными потоками крупных и средних промышленных предприятий. Система разработана на основе применения мировых стандартов управления в реальных условиях функционирования российских предприятий. Интегрированная система управления предприятием "М-2" полностью соответствует требованиям, предъявляемым к интегрированным системам класса ЕRР.

Система управления предприятием "М-2" формирует единый информационный контур, объединяющий процессы финансового планирования, учета обязательств и расчетов, материально-технического обеспечения и сбыта, планирования и управления производством и складскими запасами, ведение бухгалтерского и управленческого учета и эффективного контроллинга деятельности предприятия.

Соответствие системы "М-2" реальным российским условиям. Интегрированная система "М-2" - одна из немногих российских систем, созданная на базе отечественного предприятия. Идеология системы апробировалась в рамках проекта информатизации крупного авиационного предприятия, удовлетворяющего наиболее сложным требованиям промышленности.

Система обеспечивает поддержку особенностей хозяйственной жизни российских предприятий, которые не полностью реализованы в западных ЕRР-системах:

- поддержка нескольких планов счетов и возможность ведения учета и формирования отчетности, как по российскому стандарту, так и по стандарту СААР;

- ориентированность на первичные документы, имеющие первостепенное значение в хозяйственной жизни российских предприятий, что позволяет системе "М-2" легко вписаться в традиционный документооборот предприятия;

- многовалютность, позволяющая вести учет и контроль в различных бизнес-областях одновременно в различных валютах.

Концепция автоматизации, реализованная в системе "М-2". В отличие от традиционной концепции автоматизации, предусматривающей автоматизацию уже существующих управленческих функций и написание АРМов (рабочих мест) без изменения технологии управления, внедрение современной интегрированной системы управления предприятием предполагает автоматизацию бизнес-процессов.

Внедрение системы "М-2" позволяет перейти на современную систему управления, ориентированную на управление по конкретным объектам и центрам ответственности, которая рассматривает предприятие не в виде структуры организационных подразделений, выполняющих отдельные функции, а как совокупность бизнес-процессов. Подобный подход обеспечивает не просто повышение производительности традиционных рабочих мест или отдельных структурных подразделений, а позволяет установить эффективный контроль и ответственность за достижение результатов конкретных бизнес-процессов.

Место системы "М-2" среди интегрированных систем. Интегрированные системы, присутствующие в настоящее время на российском рынке, условно можно отнести к трем группам:

- "коробочная" продукция, характеризующаяся жестко заданным набором функций, не подлежащих изменениям и дополнениям;

- настраиваемые системы, позволяющие изменять функции за счет изменения параметров;

- разрабатываемые системы, проектируемые под индивидуального заказчика.

Система "М-2" сочетает преимущества настраиваемого продукта с индивидуальной разработкой под заказчика, так как поставляется в виде относительно неизменного ядра, достаточно легко модифицируемых модулей и системы разработки приложений.

В процессе внедрения проводится проектирование и конфигурирование индивидуальных рабочих мест. В дальнейшем клиенту предоставляется возможность самостоятельного написания рабочих мест, что обеспечивается возможностью поставки в составе системы комплекса средств разработки приложений 8ВК, а также обучением и сертификацией специалистов заказчика.

Защита информации. Интегрированная система "М-2" позволяет обеспечивать защиту информации от несанкционированного доступа и гарантировать ее целостность.

Программный комплекс "Интегрированная система управления предприятием "М-2" защищен сертификатом (№ 259 от 05 августа 1999 г.) Государственной технической комиссии при Президенте РФ на соответствие требованиям "Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации".

В случае необходимости обеспечения конфиденциальности внешнего и' внутреннего электронного документооборота, придания юридического статуса документам, передаваемым в электронном виде за счет использования средств электронной цифровой подписи, используются средства криптографической защиты информации, применение которых в системе управления предприятием позволит использовать открытые каналы связи для обеспечения взаимодействия между структурными подразделениями.

Особенности внедрения системы "М-2".Система "М-2" является открытой: при внедрении проводится доработка под конкретные потребности Заказчика, включая разработку специализированных сервисных функций и специализированных рабочих мест. В процессе внедрения проводится реинжиниринг бизнес-процессов предприятия Заказчика с целью кардинального улучшения деловых показателей деятельности предприятия

Совместно с. руководством предприятия определяется оптимальная конфигурация бизнес-процессов с последующим проектированием автоматизированных рабочих мест. К работе по конфигурированию активно привлекаются сотрудники, которым предстоит стать непосредственными пользователями индивидуальных рабочих мест. Подобный подход гарантирует успешное внедрение системы "М-2" на предприятии Заказчика.

Эффект внедрения системы "М-2"

Внедрение системы "М-2" обеспечит:

- качественное повышение управляемости предприятием за счет оперативного получения учетной и аналитической информации;

- управление полным циклом выполнения заказов клиентов с контролем на каждой стадии, включая контроль обеспеченности материальными ресурсами;

- реализацию современной технологии бюджетирования и обеспечения динамической увязки необходимых ресурсов с утвержденными проектами и направлениями деятельности;

- внедрение системы управленческого учета затрат в разрезе направлений деятельности, отдельных проектов и центров ответственности;

- реализация системы управления рисками.

Как показывает опыт работы российских предприятий, переход на современную систему управления с одновременным внедрением интегрированной системы управления предприятием позволяют добиться существенного снижения уровня производственных расходов при одновременном повышении потребительского качества товаров и услуг, что позволяет говорить о радикальном повышении эффективности работы всего предприятия. Внедрение информационной системы является эффективным средством снижения отрицательного воздействия рисков на деятельность предприятия Расчеты экономической эффективности внедрения интегрированной системы управления показывают, что экономический эффект от снижения потерь окупает все затраты на систему уже через 1-2 квартала после начала ее работы в полном контуре. Общий экономический эффект от внедрения системы составляет не менее 15% от годового объёма продаж, начиная с первого года после окончания внедрения системы.

Архитектура системы "М-2". Интегрированная система управления предприятием "М-2" представляет собой мощный программный комплекс, спроектированный как средство автоматизации предприятий любого масштаба, с учетом единой внутренней логики, а также с соблюдением максимальной открытости и устойчивости системы как по отношению к организационным изменениям на предприятии, так и с точки зрения возможных изменений законодательства.

На техническом уровне система "М-2" представляет собой двухуровневый клиент-сервер. В качестве сервера используется Огас1е, в качестве клиента Delphi с библиотекой Вог1апd Database Engine и драйвером Огас1е прямого доступа.

В "М-2" создано внутреннее системное ядро, обеспечивающее внутренние алгоритмы работы системы, такие, как визуализация клиентских форм, система разделения доступа, система фильтрации, система автонумерации, система построения отчетов и ряд других системных функций.

На прикладном уровне система "М-2" представляет собой ряд логических модулей, выполненных на единой, взаимосвязанной структуре базы данных. Модули оперируют такими центральными понятиями, как "объекты системы "М-2" и их статусы и аналитические признаки. Бизнес-логика их взаимодействия между собой, а также внутренние алгоритмы определяются настраиваемой в "М-2 САSЕ" схемой бизнес-процессов, исключая логически неделимые задачи, выполненные на единой форме.

Большая часть модулей образует определенное логическое ядро, то есть программный комплекс, обеспечивающий полноценную учетную информацию, на основе поставляемой по умолчанию схемы бизнес-процессов.

Независимость системы от действующего законодательства достигается определенной автономией бухгалтерского модуля. Основные процессы в системе привязаны непосредственно к гражданско-правовым понятиям, а не к бухгалтерским операциям; бухгалтерия лишь отражает данные процессы в бухгалтерских проводках. Соответственно, изменения законодательства приводят к изменению характера данного отражения, не затрагивая процессов в ядре системы как таковых.

Часть модулей позиционируется как периферийная, то есть они могут быть отделены от логического ядра без существенных нарушений полноты информации в системе.

Система "М-2" является открытой и предполагает возможность использования информации из имеющихся на предприятии Заказчика информационных баз. Такие внешние базы данных могут быть перенесены в систему "М-2" или функционировать одновременно с ней, через специально разрабатываемые программные мосты.

Сопряженные программные средства используются для соблюдения принципа специализации и максимального использования имеющихся стандартных приложений. В системе отсутствуют специальные Генераторы отчетов - любой отчет пользователь простым нажатием клавиши может перегрузить в М1сгоsoft Word или Ехсе1. Разработка отчетных форм осуществляется непосредственно в данных средствах с указанием соответствующих полей из базы данных. Это позволяет полностью индивидуализировать отчетные формы для отдельных предприятий, отделов и даже сотрудников, что существенно облегчает процесс внедрения.

Процесс разработки рабочих мест в системе "М-2" становится не столько программированием, сколько конфигурированием рабочего места с точки зрения определения используемой информации и наложения соответствующих фильтров, определения прав доступа, формирования индивидуального меню и отчетных форм. Будучи спроектирована на основе логики взаимодействия основных понятий и процессов, система "М-2" полностью независима от организационной структуры предприятия и бизнес-процессов. Система позволяет сконфигурировать любое рабочее место в смысле сочетания управленческих функций и используемой информации.

8. Безопасность и экологичность

Характеристика условий эксплуатации системы управления температурой в варочных колоннах отделения разваривания спиртзавода.

а) Санитарный класс производства и санитарные характеристики производственного процесса. Для создания нормальных условий в рабочей зоне производственных помещений установлены нормы метеорологических условий, которые включены в СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений". Нормы учитывают время года, характер производственного помещения и степень тяжести выполняемых работ.

Особая роль при работе в отделении разваривания отводится вентиляции, которая регулирует тепло- и воздухообмен, обеспечивает удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на место чистого воздуха. В проекте предусматривается естественная и искусственная вентиляция. В результате этого воздух в помещении отвечает санитарно-гигиеническим требованиям. Работа операторов в отделении разваривания относится к легкой категории 1а (затраты энергии до 120 ккал/час), т.к. к этой категории относится работа, производимая сидя или связанная с ходьбой без систематического напряжения и переноса тяжестей.

Таблица 8.1. Санитарно-гигиеническая оценка микроклимата.

Период года	Категория работ	Температура, С	Относительная влажность, %	Скорость воздуха, м/с
		оптимальная	допустимая	оптимальная	допустимая на постоянных и непостоянных местах	оптимальная	допустимая на постоянных и непостоянных местах
			верхняя граница	нижняя граница
Теплый	Легкая 1а	23-25	28/30	22/20	40-60	55 при 28 С	0,1	0,1-0,3
Холодный	Легкая 1а	22-24	25/26	21/18	40-60	75	0,1	?0,1

В табл. 8.1 приведены необходимые для оператора оптимальные и допустимые параметры микроклимата.

Допустимые метеорологические условия соблюдаются за счет естественной вентиляции, принудительной искусственной вентиляции и работы отопительной системы в зимний период.

б) Категории производства по взрыво- и пожароопасности. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются согласно НПБ-105-95 "Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности" на категории А, Б, В, Г и Д.

По пожарной опасности отделение разваривания относится к категории "А".

в) Класс производственного помещения по опасности поражения электротоком. Одно из главных требований ПУЭ "Правил устройства электроустановок" - хорошая изоляция электроустановок и электропроводок. Помещения с влажностью свыше 75%, к которым относится отделении разваривания, являются помещениями повышенной опасности поражения электротоком.

Анализ опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации проектируемого оборудования.

В этом разделе показаны виды опасных и вредных факторов, а также, при каких условиях они могут возникнуть в конструкции машины или в рабочей зоне при ее эксплуатации.

Группа ОВПФ	Факторы	Типичные источники ОВПФ
Физические	Механические факторы силового воздействия: движущиеся машины, механизмы, материалы, изделия, инструмент, части разрушившихся изделий, конструкций, механизмов высота, падающие предметы, острые кромки	Перемещаемые контейнеры, подвижные части технологического оборудования, приводы механизмов, манипуляторы, системы повышенного давления, емкости и трубопроводы со сжатым газом, пневмо- и грузоустановки Монтажные работы, обслуживание машин и установок, режущий и колющий инструмент, заусенцы, шероховатые поверхности, осколки хрупких материалов
	Акустические колебания: шум	Источники низкочастотной вибрации, двигатели внутреннего сгорания Технологическое оборудование, транспорт, энергетические машины
	Электромагнитные поля и излучения инфракрасное (тепловое) излучение статическое электричество	Линии электропередачи, трансформаторы, распределенные подстанции, установки токов высокой частоты, электроламповые генераторы, экраны дисплеев, антенны Нагретые поверхности, расплавленного вещества Электротехническое оборудование на постоянном токе, вентиляционные системы, пневмотранспорт, транспортеры
	Электрический ток	Электрические сети, электроустановки, распределители, электроприводы
	Повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов	Поверхности нагревательного оборудования, паропроводы, водопроводы горячей вод
Химические	Загазованность рабочей зоны	Утечки токсичные и вредных газов из негерметичного оборудования и емкостей, испарения из открытых емкостей, выбросы вредных газов при разгерметизации оборудования
Психофизиологические	Нервно- психические перегрузки: перенапряжение анализаторов	Работа операторов технических систем, операторов ЭВМ

а) Вероятность поражения электрическим током. С точки зрения опасности поражения человека электрическим током отделении разваривания относится к помещениям с повышенной опасностью (2 класс), так как он характеризуется влажностью 80% и температурой 22°С. Вероятность поражения человека электрическим током в отделении разваривания возникает при отсутствии заземления электродвигателей, используемых для его перекачки.

б) Пожаровзрывоопасность оборудования. К возникновению пожара в отделении может привести неисправность электроизоляции. Поскольку в отделении разваривания не используются взрывоопасные вещества или оборудование, то оно не относится к помещениям с повышенной взрывоопасностью.

3. Инженерно-технические решения по безопасной эксплуатации представленной к защите разработки.

а) Рекомендации по пожаробезопасной эксплуатации оборудования.

Для тушения пожара предусмотрены следующие средства:

пожаротехнический инвентарь;

огнетушители типа "ОП-5" и "ОУ-5";

песок и вода.

Противопожарное водоснабжение представляет собой комплекс инженерных устройств для подачи воды к месту пожара под соответствующим давлением в течение получаса.

Системой внутреннего пожарного водоснабжения предусмотрено размещение пожарных кранов таким образом, чтобы загорание в любой точке помещения можно было тушить двумя струями одновременно. Внутреннее водоснабжение соединено с внешним двумя отводами.

В целях предупреждения пожара в электроустановках предусмотрены тепловые реле и плавкие вставки для защиты от токов короткого замыкания.

На предприятии имеется ДПД, члены которой имеют свои обязанности при выполнении задания по ликвидации очага загорания.

Для оповещения о возникновении пожара предусмотрена автоматическая сигнализация с биметаллическими датчиками, а также предусмотрена телефонная связь.

Имеется разработанный и изученный план эвакуации людей и материалов в случае возникновения пожара.

Расчет расхода воды для тушения пожара. Запас воды для внутреннего и внешнего тушения пожара в течении получаса рассчитывается по формуле:

 м³

где: n_в - нормативный расход воды для внутреннего (n₁) и внешнего (n₂) тушения пожара, дм³/с.,

n₁=10 дм³/сек,

n₂= 15 дм³/сек.

Объем помещения равен 12000 м³.

Категория производства по пожарной опасности - "А".

=11х10=110 м³.

=11х15=165 м³.

=275 м³.

б) Обеспечение электробезопасности. Только исправная изоляция защищает электроустановку от утечки тока. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5МОм. Неисправная изоляция ведет к поражению персонала электрическим током и возникновению пожаров.

Так как с течением времени качество изоляции ухудшается, все установки, находящиеся в эксплуатации, необходимо проверять на исправность изоляции.

Поэтому в данном проекте применяются закрытые электродвигатели, имеющие влагозащищенную конструкцию. Проводка в производственном помещении выполнена изолированными проводами, заключенными в металлические трубы, при прокладке в тех местах, где возможны механические повреждения провода.

Защита человека от повреждения электрическим током при прикосновении к металлическим частям машин и оборудования в случае пробоя изоляции осуществляется защитным заземлением.

Для защиты электроустановок от перегрузок и токов короткого замыкания в проекте предусмотрено применение автоматических выключателей и плавких вставок.

Все электродвигатели, металлические конструкции и щиты управления имеют заземление, причем каждая панель щита заземлена отдельно. Около щита и внутри его для защиты персонала предусмотрены резиновые коврики.

Находящиеся в эксплуатации заземляющие устройства, а также временно неиспользуемые, периодически контролируются. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

Рассчитаем искусственное защитное заземляющее устройство для цеха разваривания размером 50 х 30 м, состоящее из стальных заземлителей и полос. Грунт - супесь с удельным электрическим сопротивлением Ом*м.; заземлители - вертикальные электроды длиной м., диаметром м., середина которых, расположена на глубине Н=3,3 м, а верхние концы на глубине Н₀=0,8 м. Заземлители соединены между собой горизонтальным электродом из ленты сечением 4 х 40 мм или , м; отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине , т. е. м; допустимое сопротивление контурного ЗУ растеканию тока Ом.

Определяем сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя (в Ом):

.

Определяем расчетное сопротивление растеканию тока горизонтального электрода (в Ом):

.

По и находим значение и .

Общее сопротивление растеканию тока ЗУ (в Ом):

Проверяем соблюдение условия .

Так как 6,48 > 4, т. е. условие не соблюдено, в контуре увеличиваем на единицу число вертикальных электродов и соответствующую ему длину горизонтального электрода. Пересчитываем значения и .

м

(Ом)

(Ом)

5,16>4.

Проводя следующие итерации, рассчитываем R

м

(Ом)

(Ом)

3,55< 4.

Требование соблюдено: ; м.; Ом.

Контроль состоит в проверке технического состояния их наземной части, а также в измерении сопротивления растеканию тока в подземной части. Осмотр наземной части заземления проводится не реже одного раза в месяц, а подземной - не реже одного раза в 3 месяца.

Сопротивление заземления измеряют в период наименьшей проводимости почвы: один год летом, при наибольшем высыхании почвы, а в следующий год - зимой, при наибольшем промерзании почвы.

При работе с электроустановками обслуживающий персонал применяет также индивидуальные средства защиты. По степени надежности индивидуальные средства защиты подразделяются на основные и дополнительные. При эксплуатации электроустановок напряжением до 1000В к основным средствам защиты относятся: диэлектрические перчатки, инструменты с изолированными рукоятками, указатели напряжения, а к дополнительным - диэлектрические боты, коврики, изолирующие подставки.

Находящиеся в эксплуатации в эксплуатации индивидуальные защитные средства периодически испытывают под повышенным напряжением переменного тока с частотой 50 Гц. Периодичность испытаний зависит от вида индивидуальных защитных средств.

в) обеспечение требуемого уровня освещенности

Наряду с описанием предусмотренных проектом инженерных и технических средств по безопасной эксплуатации разработанной системы выполняется расчет средств по ликвидации наиболее отрицательного показателя, характеризующего данную систему. В данном случае таким расчетом является расчет естественного освещения, который сводится к определению площади оконных проемов. Этот расчет определяет правильное соотношение площади окон к площади пола.

Освещение рабочего места имеет высокое значение для безопасности труда, степени утомляемости работников и трудоспособности в течение рабочей смены.

Расчет

Расчет осуществляется по формуле:

(8.1)

где S_o - площадь световых проемов, м²;

S_п - площадь пола помещения, м²;

е_н - нормированное значение коэффициента естественного освещения (е_н = е₁₀₅ -2);

К₃ - коэффициент запаса, величина, принимаемая в зависимости запыленности производственного помещения;

_о - световая характеристика окна, равная площади светового проема от площади пола;

r₀ - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле

(8.2)

r₁ - коэффициент светопропускания материала r₁ = 0,8;

r₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях при боковом освещении r₃ =1,1;

r₂ - коэффициент, учитывающих потери света в переплетах светопроема r₂ =0,7

r₁ - коэффициент, учитывающий повышение к.е.о благодаря свету, отражаемому от поверхностей помещения r₁ = 1,2.

Формула (1) имеет вид

Подставив значения в формулу, получим

м²

Согласно расчетам, площадь окна в помещении 20 м², окон 21

Произведен расчет искусственного освещения.

Цель расчета искусственного освещения сводится к определению оптимальной освещенности рабочих мест помещения с минимальным расходом электроэнергии.

Расчет освещенности сводится к определению светового потока ламп. Определяют необходимый световой поток по формуле:

лм; (8.3)

где Е_н - нормируемое значение освещенности лк (принимается по отраслевым нормам), Е_н =100 лк;

К_з - коэффициент запаса для люминесцентных ламп, К_з = 2,0;

S - площадь освещаемого помещения, S=1500 м²;

Z - коэффициент неравномерности освещения, Z=1,1;

N - число светильников, N=32;

n - число ламп в светильнике, n=4;

- коэффициент использования светового потока.

Коэффициент использования светового потока показывает, какая часть суммарного светового потока светильников попадает на рабочую поверхность. Величина этого коэффициента зависит от типа светильников, коэффициентов отражения стан, потолка, а также индекса помещения i, который характеризует геометрические соотношения в помещении и определяется по формуле:

(8.4)

где S - площадь помещения, м²;

А и В - длина и ширина помещения соответственно, А=50 м; В=30 м;

Н_р - расчетная высота подвеса светильника над рабочей поверхностью.

Рассчитываем по формуле:

м (8.5)

где Н - высота производственного помещения, Н=6 м;

h_c - свет светильника, при люминесцентном освещении, h_c = 0,0 м.

Подставив значения в формулу (5), получим

м.

Произведем вычисления по формуле (4), подставив имеющиеся значения

Имеющиеся значения подставим в формулу (3):

лм.

Необходимый световой поток одной лампы составляет F_л = 1934 лм.

Для различных типов светильников установлено наивыгоднейшее относительное расстояние между светильниками

м (8.6)

где Z - расстояние между светильниками, м;

Н_р - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

Расстояние между светильниками определяют из уравнения

, м (8.7)

где = 1,4 м.

Подставив значения в формулу (7), получим:

м

По расчетным значениям выбираем тип и мощность лап. Это лампы люминесцентного типа ЛХБ с цветопередающей мощностью 30 Вт.

Общий расход электроэнергии для целей освещения производственного помещения определяется по формуле:

, кВт (8.8)

где N - число светильников;

n - число ламп в светильнике;

Р_л - мощность ламп.

Подставив значения в формулу (8), получим:

кВт

В результате проведенных расчетов получаем:

необходимая площадь оконных проемов производственного помещения составляет S_o=20 м²;

необходимое число ламп составило 32, число светильников 4;

расстояние между светильниками для обеспечения равномерного освещения составило 5,6 м;

Соблюдение этих условий позволит обеспечить высокую производительность труда обслуживающего персонала и избежать нежелательной утомляемости работников, при общем расходе электроэнергии для целей освещения рабочего помещения Р_общ=3,84 кВт.

Экологичность проекта

Притично-вытяжная вентиляция предназначена для удаления из помещения загрязненного или нагретого воздуха.

В приточно-вытяжной вентиляции загрязненный воздух вытягивается из помещения, а свежий воздух поступает внутрь естественным путем или через приточную вентиляцию.

Приточно-вытяжная вентиляция устанавливается при необходимости обеспечения быстрого и эффективного удаление загрязненного воздуха из помещения.

Преимуществом приточно-вытяжной вентиляции является возможность эффективного удаления загрязненного воздуха из рабочей зоны даже в условиях, когда источник загрязнений не выделяет большого количества тепла и, следовательно, невозможен процесс термовытеснения воздушных масс.

9. Расчет показателей технико-экономической эффективности автоматизации

Внедрение систем автоматизации направлено на всемерное повышение эффективности производственных процессов за счет повышения производительности труда, увеличения объема производства, улучшения качества выпускаемой продукции, использования основных фондов, материалов и сырья, снижения объема незавершенного производства и страховых запасов.

Основанием для прогнозирования тех или иных технических параметров, свойств и характеристик проектируемой системы компьютерного управления служат результаты анализа технико-экономического уровня отечественной и зарубежной техники по данным литературной информации и патентным материалам, а также результаты изучения условий эксплуатации будущей компьютерной системы по исходным данным, техническому заданию и существующим прототипам систем. Технические требования к системам автоматизации формируются на основе изучения требований, выдвигаемых заказчиком, и возможностей их удовлетворения в условиях достигнутого уровня развития науки, техники и производства.

Экономическая оценка альтернативных вариантов принципиальных решений по компьютерным системам производственных процессов проводится на основе расчета технико-экономической эффективности. Решение о целесообразности создания и внедрения новой техники принимается на основе расчета годового экономического эффекта, который представляет собой суммарную экономию всех производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений), которую получает народное хозяйство в результате использования новой техники и, которая, в конечном счете выражается в увеличении национального дохода.

При оценке эффективности компьютерной системы управления определяют количественные показатели успешности выполнения системой поставленной задачи в заданных условиях эксплуатации и стоимостные показатели эффективности системы.

Экономическая эффективность системы автоматизированного управления оценивается по минимуму приведенных затрат на производство продукции в производственных процессах с используемой системой автоматизации:

,

где - приведенные затраты по базисному (существующему) варианту, рассчитанные на годовой объем продукции; - стоимость базисного образца; -удельные капитальные вложения базисного образца; - приведенные затраты по принятому прогрессивному варианту системы; - нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат (=0,15).

Затраты по базисному и прогрессивному вариантам систем привязывают к периоду составления технического проекта системы.

В соответствии с рациональной организацией проектирования систему автоматизации выбирают из списка альтернативных вариантов систем, при этом принимают во внимание, что система выбирается из числа ныне выпускаемых или подготовленных к выпуску или допускается проектирование новых систем с проведением комплекса исследовательских работ при корректировке исходных технических требований.

Стоимостные показатели эффективности системы оцениваются следующими данными:

а) стоимостью разработки , включающей в себя все виды работ, которую обычно относят к стоимости базисного образца :

,

где - коэффициент, зависящий от уровня технической разработки, применяемых новых принципов, новых средств управления, новых решений на всех этапах разработки системы автоматизации (значение этого коэффициента может изменяться в широких пределах);

б) стоимостью производства одного экземпляра системы , выражаемой через стоимость производства устройства (начиная с первого):

где - число устройств; - коэффициент, в ряде случаев близкий к 0,7;

в) стоимостью эксплуатации одного экземпляра системы в год , определяемой затратами на профилактику и ремонт, на содержание обслуживающего персонала и энергетическими затратами, которые обычно характеризуются коэффициентом :

,

где , , - стоимость соответственно энергии, ремонта и средняя заработная плата обслуживающего персонала; , , - показатели потребности в энергии, ремонте и средней зарплате; - показатель увеличения затрат на эксплуатацию системы по мере износа.

Значения указанных коэффициентов определяются на основании имеющегося опыта, либо на основе экспертных оценок.

В качестве практического показателя эффективности системы автоматизации целесообразно рассматривать средний реальный доход в единицу времени

где - затраты на изготовление системы; - предполагаемое время эксплуатации системы; - размер тиражирования, шт.

Внедрение в предприятие позволяет более эффективно использовать возможности основного технологического оборудования, при этом упрощая его обслуживание.

Так же это позволить сократить затраты на ремонт средств автоматизации. Планируется привлечение для внедрения новой техники собственных средств предприятия.

Для внедрения используется оборудование предприятия, не выработавшее срок эксплуатации, но демонтированное в связи с установкой более производительного.

В результате внедрения новой техники значительно увеличивается выпуск готовой продукции.

Таким образом, при сроке окупаемости капитальных затрат, равном 5 мес. Полученный показатель срока окупаемости затрат во много раз ниже, а коэффициент экономической эффективности во много раз выше нормативных показателей, что свидетельствует о высокой экономической эффективности внедряемого в производство спирта мероприятий.

Таблица

№ п/п	Наименование показателей	До внедрения	После внедрения	Источник данных
1.	Годовой объем производства спирта, тыс.руб.	4800	5000	Бизнес-план
2.	Количество рабочих в смену, чел.	6	6	Техн. докум. на линию
3.	Стоимость приборов с доставкой, тыс. руб.	13,2	32,4	Данные предприятия
4.	Установленная мощность электроприборов, кВт	6,0	10,0	Техн. докум. на линию
5.	Расход холодной вода на 1 тонну продукции, т	19,5	17,0	Техн. докум. на линию
6.	Расход пара на 1 тонну продукции, т	0,49	0,40	Техн. докум. на линию
7.	Стоимость 1 кВт электроэнергии, руб.	0,63	0,63	Бизнес-план
8.	Стоимость 1 тонны холодной воды, руб.	40	40	Данные предприятия
9.	Стоимость 1 тонны пара, руб.	36	36	Данные предприятия
10.	Средняя себестоимость 1 тонны продукции, тыс. руб.	12746		Бизнес-план
11.	Стоимость переработки 1 тонны возвратных отходов, руб.	1466	1466	Данные предприятия
12.	Недоамортизационная часть первоначальной стоимости приборов, %	60		Данные предприятия
13.	Зарплаты не демонтаж заменяемого оборудования, %	10		Данные предприятия
14.	Режим работы предприятия: -смен -дней	2 244	2 244	Инструкция по определению мощности
15.	Число часов работы в одну смену, час	8	8	Данные предприятия
16.	Число часов работы в одну смену, час	16	16	Отраслевой норматив
17.	Затраты на содержание и текущий ремонт оборудования, %	8	8	Данные предприятия
18.	Коэффициент использования мощности электродвигателя	0,80	0,80	Данные по заводу
19.	Потери сырья, %	2,5	2,5	Утвержденная рецептура
20.	Возвратные отходы, %	12	10	Данные предприятия
21.	Нормативный коэффициент сравнительной эффективности	0,15	0,15	Норматив для пищевой про-мышленности

Экономия по стоимости холодной воды:

Э_{хол.воды} = Р_г.об.пр С_хол.в(Р₁-Р₂) = 500040(19,5-17,0)=50000,042,5=

=500 тыс.руб.

Э_пар = Р_г.об.пр С_пар(Р₁-Р₂) = 500036 (0,49-0,40) =50000,0360,09 =

=16,2 тыс.руб.

Экономия по переработке возвратных отходов:

Э_{возв.отх.} = С_пер. (W₂ - W₁)В_{год.об.пр.} = 1,466(12-10)5000 = 1,4660,025000 = 146,6 тыс.руб.

Итого: Снижающиеся затраты:

Э_итог. = Э_{хол.воды} + Э_пар + Э_{возв.отх.}

Э_итог. = 500 + 16,2 + 146,6 = 662,8 тыс.руб.

Экономия по некоторым статьям

Увеличение статей затрат в себестоимости

1. Стоимость электроэнергии на технологические нужды:

М_эл = Т_1кВт/ч (М_эл.1 - М_эл.2)К_дн.год.К_сменП_{смены (ч)}К_{использ.электр.} =

0,00063(10,0-6,0)24427,50,80 = 7,37856 тыс.руб.

1. Стоимость амортизационного оборудования:

С_{ам..обр.} = (С_{ст.обр.2} - С_{ст.обр.1})Н_ам. = (32,4 - 13,2) 0,134 =2,5728 тыс.руб.

2. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования:

Р_обор. = (С_{ст.обор.2} - С_{ст.обр.1}) З_{сод.рем.обор.}=(32,4-13,2)0,08 =

=1,536 тыс.руб.

Итого:

Э_увл..=М_эл+А_отчис.+Р_обор.=7,37856+2,5728+1,536=11,48736 тыс.руб.

Э_{усл.год.} = Э_итог. - Э_увел. = 662,8 - 11,48736 =

= 651,3126 тыс.руб.

Срок окупаемости капиталовложений

Расчет суммы дополнительных затрат

К_{доп. =} С_обор.2 + (А_{недоамарт. часть}С_обр.1) +(Д_{демонтаж обор.}С_обр.1) =32,4 + +(0,613,2) + (0,113,2) = 32,4+7,92+1,32=41,64 тыс.руб.

Срок окупаемости капитальных затрат:

Т_ок = К_доп. / Э_у.г. 12 = 41,64/651,3126 = 0,7 год.= 8,4 мес.

Коэффициент экономической эффективности капитальных затрат:

Э_эк.эф. = 1/Т_ок = 1/0,7 = 1,42

Годовой экономический эффект

Э_г.эф. = Э_{усл.год.} - (Е_нор. К_доп) =651,3126 -(0,15 41,64) =

=645,06 тыс. руб.

Технико-экономические показатели

Показатели	Значение
	До внедрения	После внедрения
Выпуск продукции, в год, тыс. дал.	4800	5000
Капитальные затраты, тыс. руб.	25,3	41,64
Условно годовая экономия, тыс.руб.	610,3	651,31
Срок окупаемости, год	-	0,7
Годовой экономический эффект, тыс. руб.	600,8	645,06
Стоимость электроэнергии, тыс. руб.	9,46	7,37

10. Энергосберегающие технологии

Основные направления и способы энергосбережения.

Рассмотрим основные аспекты энергосберегающих технологий, применяемых в РФ.

Освещение. Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии - оптимизация потребления электроэнергии на освещение.

Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

· максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);

· повышение отражающей способности стен (поклейка светлых обоев, белый потолок);

· оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);

· повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);

· применение энергосберегающих ламп (люминисцентные, в том числе компактные люминисцентные, светодиодные);

· применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры);

· внедрение автоматизированной система диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО);

Электропривод. Основными мероприятиями являются:

· оптимальный подбор мощности электродвигателя;

· использование частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Электрообогрев и электроплиты. Основные мероприятия:

· подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств;

· оптимальное размещение устройств электрообогрева для снижения времени и требуемой мощности их использования;

· повышение теплообмена, в том числе очистка от грязи поверхностей устройств электрообогрева и комфорок электроплит;

· местный (локальный) обогрев, в т.ч. переносными масляными обогревателями, направленный обогрев рефлекторами;

· использование масляных обогревателей с вентилятором для ускорения теплообмена в квартире;

· использование устройств регулировки температуры, в т.ч. устройств автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от температуры, временных таймеров;

· использование тепловых аккумуляторов;

· замена электрообогрева на обогрев с использованием тепловых насосов;

· замена электрообогрева на обогрев газом или подключение к централизованному отоплению, в случаях, когда такая замена выгодна с учетом требуемых инвестиций;

· использование посуды с широким плоским дном.

Холодильные установки и кондиционеры. Для холодильных установок и бытовых холодильников основными способами снижения потребления электроэнергии являются:

· оптимальный подбор мощности холодильной установки;

· качественная изоляция корпуса (стенок), двери холодильной установки, холодильника, прозрачная крышка в холодильнике для продуктов, с качественной изоляцией;

· не допускать образования наледи, инея в холодильнике, вовремя размораживать;

· не рекомендуется помещать в холодильную установку (холодильник) материалы и продукты, имеющие температуру выше температуры окружающей среды - их необходимо максимально охладить на воздухе;

· качественный отвод тепла - не рекомендуется ставить бытовой холодильник к батарее или рядом с газовой плитой.

Для кондиционеров:

· необходимо корректно подбирать мощность и место установки кондиционера, исходя из объема помещения, количества и расположения человек, присутствующих в помещении и др. характеристик;

· при кондиционировании окна и двери должны быть закрыты - иначе кондиционер будет охлаждать улицу или коридор;

· чистить фильтр, не допускать его сильного загрязнения;

· необходимо настроить режим автоматического поддержания оптимальной температуры, не охлаждая, по возможности, комнату ниже 20-22 градусов;

· необходимо следить за тем, чтобы отключать кондиционер на ночь.

В данном дипломном проекте особое значение уделяется энергосберегающим технологиям персональных компьютеров, т.к. для управления технологическим процессом и для отображения технической информации о его ходе используется значительное количество компьютеров и мониторов.

Энергосберегающие технологии современной компьютерной техники. Современные технологические процессы пищевых производств широко используют различную компьютерную технику, которая потребляет значительную часть электроэнергии. Вопрос снижения энергопотребления компьютера наверняка интересует многих читателей, причем из разных соображений. Одни желают сэкономить на счетах за электроэнергию (особенно если домашний ПК функционирует круглосуточно), другие хотят уменьшить тепловыделение основных компонентов, тем самым добившись тишины в работе, третьи озабочены экологической ситуацией на Земле и желают внести свою лепту в сохранение ресурсов планеты. Эти ключевые моменты можно по-разному комбинировать - именно так и происходит в реальной жизни, ведь у каждого из нас свои приоритеты.