5

5
6
7
8
АННОТАЦИЯ
Дипломный проект рассматривает вопросы разработки системы
контроля турбоагрегата на ТЭЦ.
Состоит из технологической, экономической части и охраны труда.
В технологической части рассматриваются основные технические
особенности турбоагрегата на ТЭЦ.
В части по охране труда и окружающей среде рассчитываются
освещение места оператора и организации рабочего места.
В экономической части рассчитывается расчет затрат на разработку
АСУ и программного обеспечения.
АНДАТПА
Дипломдық жобада ЖЭС турбоагрегатына бақылау жүйесінің әзірленуі
қарастырылады. Жоба технологиялық, арнайы, экономикалық және
өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімдерінен тұрады.
Технологиялық
бөлімде
ЖЭС-тағы
турбоагрегатының
негізгі
технологиялық ерекшеліктері қарастырылады.
Экономикалық бөлімде автоматтандырылған жүйені басқаруға және
бағдарламалық өнімді жобалауға кеткен шығындар есептелінді.
Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде жұмыс орнын орналастыру мен
жарақтындыру есептері шешіледі.
9
Содержание
Введение ....................................................................................................................... 8
1 Описание технологического процесса ................................................................... 9
1.1 Конструкция и работа котла ........................................................................ 10
2 Постановка задачи регулирования параметров технологического процесса .. 15
2.1 ..................Параметрический синтез системы автоматического регулирования 16
2.2 .................................................................................. Выбор закона регулирования 19
2.3 ...................... Табличный способ расчета настроечных параметров регулятора 23
2.4 ............. Определение настроечных параметров методом расширенных АФЧХ 24
2.5 ................................................................. Оценка качества переходного процесса 26
2.6 ..................................................... Анализ существующих систем автоматизации 27
2.7 ..........................Манометры дифференциальные мембранные типа ДМ-3583М 29
2.8 .......................................................................... Выбор технического обеспечения 32
2.9 ........................................................................................................ Выбор датчиков 34
3 Выбор модуля ......................................................................................................... 38
3.1Контроллера серии ADAM-4000-модули для распределенных систем сбора данных и
3.2 ......................................... ADAM-4017.Модуль аналогового ввода на 8 каналов 38
3.3 ...............................................................ADAM-4013. Модуль аналогового ввода 38
3.4 ... ADAM-4052. Модуль цифрового ввода-вывода с гальванической развязкой 39_To
3.5ADAM-4520/4510. Модули преобразователя RS-232 в RS-422/485 и повторителя
3.6Выбранные технические средства и их роль в структуре системы автоматического ко
3.7 ....................................................................... Система контроля и регулирования 39_To
3.8 .................................................................. Разработка операторского интерфейса 41_To
4 Безопасность жизнедеятельности ......................................................................... 43
4.1 ........................................................... Анализ условий труда сотрудников отдела 43
4.2 ...................................................................Расчет освещенности места оператора 44
4.3 ........................................ Организация рабочего места инженера-программиста 50
4.4 ........................................... Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности 53
5 Технико-экономическое обоснование применения АСУ котельного агрегата
типа БКЗ-75-39 ФБ .................................................................................................... 54
5.1Описание автоматизированной системы управления технологическим объектом
5.2 ........................................................................... Расчет затрат на разработку АСУ 55
5.3Расчет затрат на разработку программного обеспечения (ПО) первого варианта автом
5.4 ...................... Расчет затрат на оборудование первого варианта автоматизации 57
5.5 .. Расчет затрат на пусконаладочные работы первого варианта автоматизации 59
5.6Расчет затрат на амортизационные отчисления первого варианта автоматизации
5.7 ............... Расчет затрат на заработную плату первого варианта автоматизации 59
5.8 .................. Расчет затрат на электроэнергию первого варианта автоматизации 60
5.9 .................. Расчет затрат на прочие расходы первого варианта автоматизации 60
5.10 ................................ Расчет затрат на ремонт первого варианта автоматизации 60
5.11 ......... Расчет затрат на банковский процент первого варианта автоматизации 61
5.12Расчет затрат на разработку программного обеспечения (ПО) второго варианта авто
5.13 .................... Расчет затрат на оборудование второго варианта автоматизации 63
10
5.14 Расчет затрат на пусконаладочные работы второго варианта автоматизации 65
5.15 ................................. Вывод по разделу технико-экономического обоснования 68
Заключение ................................................................................................................ 69
Список литературы ................................................................................................... 70
11
Введение
В настоящее время в Казахстане возникла ситуация, когда тепловые
станции
испытывают
острую
необходимость
в
модернизации
технологического оборудования и особенно средств технологического
контроля и управления. Оборудование большинства энергопредприятий
эксплуатируется 15-20 и более лет, его физический ресурс исчерпан, оно
морально устарело.
Решением этой проблемы является интегрирование современного
технологического оборудование на базе устаревшего, которое позволит
максимально использовать системы управления, и тем самым повысит
контроль качества мониторинга.
Автoматизация
прoизвoдственных
прoцессов,
инженерного
проектирования и многих функций управляющего персонала является одной
из главных основ технического прогресса в отраслях промышленности.
Следствием использования АСУ наряду с новыми технологиями является
повышение производительности и качества на предприятиях, а также на всех
этапах подготовки производства и в планово-экономических мероприятиях.
Внедрение
автоматизация
в
производства
с
применением
робототехнических систем, с широким использованием вычислительной
техники облегчает человеческий труд, заменяя рутину. Труд становится более
интеллектуальным и интересным, что напрямую отражается на работе
персонала, меняя роль человека как наблюдателя и наладчика средств
автоматизации и наблюдению за их действием.
Большое значение имеет также автоматизация с использованием
роботов в аварийных ситуациях, при работе в экстремальной обстановке, где
затруднено или опасно пребывание человека.
По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих
мест среди других отраслей промышленности.
Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью
протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической
энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению
(нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках
механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно
быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой
энергетике.
Теплоэнергетика,
отличающаяся
широкой
механизацией
технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды,
требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного
источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно
находят приложения методы теории и новые технические средства
автоматического управления.
Темой дипломного проекта является разработка системы контроля
турбоагрегата на ТЭЦ.
12
1 Описание технологического процесса
В отопительных и отопительно-производственных котельных
применяются паровые котельные агрегаты. Котельная установка является
сложным комплексом машин и механизмов, работающих в одном
технологическом потоке. В объеме котельной установки, кроме основного
производства, могут входить несколько цехов: подготовки воды, подготовки и
транспортировки топлива, теплоснабжения потребителя сетевой водой для
отопления и водой для горячего водоснабжения.
В каждом из этих цехов находятся агрегаты и двигатели, многие из
которых автоматизированы, блокированы между собой или входят в систему
АСУ (автоматическую систему управления). Но все эти вспомогательные
цехи и установки либо направлены на создание бесперебойной работы
котлоагрегата и турбины ТЭЦ, либо являются устройствами, призванными
распределять энергию, вырабатываемую теплосиловой установкой.
Основным энергоемким агрегатом, от которого зависит экономичная
работа тепловой станции, остается котельный агрегат. Поэтому особое
значение придается системе регулирования теплового процесса котельного
агрегата.
В данном дипломном проекте рассматривается котельный агрегат типа
БКЗ-75-39 ФБ, вертикально-водотрубный, однобарабанный с камерной
топкой, естественной циркуляцией, с тремя ступенями испарения, с Побразной компоновкой поверхностей нагрева. Паропроизводительность котла
75 т/ч, давление перегретого пара 39 кгс/см2 , температура перегретого пара
440 ºС. В целях продления ресурса работы металла паропроводов и
пароперегревателей снижены номинальные параметры острого пара за
котлами: температуру до 410+50С, давление 33+1 P.
Топливом для котлоагрегата является бурый уголь. Согласовано
использование близких к нему по составу и характеристикам.
Принципиальная схема представлена на рисунке 1.
Рисунок 1
13
1.1 Конструкция и работа котла
Cжигаемое в топке топливо выделяет определенное количество тепла,
которое воспринимается активными поверхностями нагрева котла. Обычно
это экранные водонагревательные трубки, которые, спускаясь из барабана
котла, опоясывают топочное пространство и создают замкнутый контур
циркуляции воды.
Передаваемое экранным трубам горячими газами тепло заставляет воду
в трубах вскипать, и в последних образуется водяная смесь. Плотность такой
смеси меньше плотности воды, поэтому нагретая пароводяная эмульсия
подымается вверх по трубам и попадает в барабан котла, где пар отделяется от
воды и занимает верхний объем барабана. По опускным необогреваемым
трубам, которые внизу котла соединены с обогреваемыми трубами, на место
ушедшей в барабан котла эмульсии поступает новая вода и снова образуется
эмульсия, подымающаяся вверх. Таким образом, в котле создается постоянная
циркуляция воды.
Образующийся пар собирается в барабане котла и через
пароперегреватель поступает в паровую турбину. Продукты сгорания топлива
(в виде топочных газов) отсасываются дымососом. На своем пути топочные
газы омывают трубки пароперегревателя и водяного экономайзера. Вторичное
использование тепла дымовых газов повышает коэффициент полезного
действия, так как тепло используется для повышения энергетических
показателей пара, а подогретая питательная вода, поступая в барабан, не
охлаждает находящуюся там воду. Подогретая вода после водяного
экономайзера поступает через питательный клапан в барабан, восполняя
потери воды с отбираемым паром. О Топливе
Топливо в топку поступает через отсечной клапан и регулирующий
орган. Нормальный режим горения+ топлива обеспечивается подачей в топку
воздуха от вентилятора. Для того чтобы поддерживать экономичный и
устойчивый режим котельного агрегата, нужно прежде всего выбрать
параметр, который лег бы в основу регулирования подачи топлива в топку.
В индивидуальных котельных агрегатах, работающих каждый на свою
турбину, таким параметром является давление пара в барабане котла.
Действительно, если в топке сгорает столько топлива, сколько требуется для
образования пара, покрывающего его расход, то давление в барабане котла
будет неизменным. Иначе говоря, подвод тепла к котельному агрегату от
сгорающего топлива, с учетом коэффициента полезного действия, должен
соответствовать уходу тепла с отбираемым паром. ТОПКА
Если количество пара, поступающего в топку, превышает расход тепла с
уходящим паром, то парообразование в котле будет протекать более
интенсивно и давление в барабане увеличится. Если количество тепла,
отбираемое с паром, превышает тепло, подаваемое с топливом, давление в
барабане котла будет падать. Пыльный агрегат
14
Количество тепла, подаваемого в топку, может изменяться по причине
изменения состава и калорийности топлива. Но, если считать, что состав
подаваемого топлива не меняется, что соответствует действительности для
газового и жидкого топлива, то изменение подачи топлива может быть
вызвано только одной причиной – изменением количества отбираемого пара.
Поэтому процесс регулирования подачи топлива называется регулированием
нагрузки котла, а регулятор, ведущий этот процесс, называется регулятором
нагрузки.
Регулятор получает импульс давления в барабане котла и передает
команду на исполнительный механизм, который перемещает регулирующий
орган топлива. Регулятор не просто передает команду на регулирующий
орган, он ее обрабатывает в соответствии с законами регулирования. Дело в
том, что процесс образования пара в котле имеет определенную
инерционность, т.е. с изменением подачи топлива не сразу изменяется
количество выработанного пара. Причиной этого является то, что сам процесс
образования пара происходит во времени, кроме того, часть тепла тратятся на
нагревание топочных масс котла.
Для обеспечения процесса горения топлива в топку должно быть подано
определенное количество воздуха, кислород которого необходим для полного
сгорания топлива. Избыток подаваемого воздуха вызовет повышенный унос
тепла с топочными газами и приведет к переохлаждению топочного
пространства, а недостаточная подача воздуха – к неполному сгорания
топлива.
В топку всегда подается небольшой избыток воздуха по сравнению с
тем, который нужен для полного сжигания топлива. Этот избыток
определяется коэффициентом избытка воздуха, который устанавливается при
тепловых испытаниях котлоагрегата. Задача автоматического регулирования
заключается в обеспечении подачи воздуха в строгом соответствии с этим
коэффициентом. Если характеристика системы «топливо – регулирующий
орган» линейна, т.е. перемещение регулирующего органа прямо
пропорционально количеству топлива, подаваемого в топку, то сигнал о
количестве подаваемого топлива можно снять с датчика дистанционной
передачи исполнительного механизма регулирующего органа топлива. Этот
сигнал воспринимается регулятором избытка воздуха, который отдает
команду исполнительному механизму, служащему приводом направляющего
аппарата вентилятора.
Топочные газы должны быть полностью удалены. Полного удаления
продуктов сгорания можно достичь обеспечением определенной
производительности дымососа. Для того чтобы топочные газы не выбивались
из топки наружу, необходимо поддерживать определенное разряжение в топке
котла. Вместе с тем, увеличение этого разряжения приводит к повышенному
подсосу воздуха через неплотности в стенках котлоагрегата. В котел подается
неподогретый воздух. Повышаются потери с отходящими газами, так как
возрастает скорость дымовых газов, нерационально увеличивается расход
15
электроэнергии на привод дымососа. Все это ведет к уменьшению
коэффициента полезного действия котла.
Импульс разряжения снимается в верхней части топочной камеры в
связи с тем, что в нижней части топки могут быть различного рода подсосы.
Поэтому, поддерживая разряжение в верхней части топки, можно быть
уверенным, что в других частях топки разряжение может быть только больше,
но не меньше. Импульс разряжения передается на регулятор, который через
исполнительный механизм поворачивает направляющий аппарат дымососа.
Регулирование уровня в барабане котла осуществляется регулятором.
Команда уровня передается на регулирующий клапан. При снижении уровня
клапан открывается, при увеличении уровня – открывается.
Такой представляется упрощенная картина регулирования уровня. На
самом деле на уровень в барабане котла влияет целый ряд факторов: тепловая
нагрузка топки, давление пара в барабане котла, расход пара из барабана
котла и подача питательной воды в барабан.
В установившемся состоянии теплового режима количество тепла,
воспринимаемое экранными трубами, во времени постоянно и количество
образовавшегося пара в котле соответствует количеству пара, отбираемому
потребителем. При этом количество пузырьков пара в экранных трубках
постоянно и постоянна плотность и объем пароводяной эмульсии.
Любое нарушение установившегося состояния теплового режима
приводит к изменению соотношения между средним содержанием пара и
воды в экранных трубах.
При увеличении тепловой нагрузки топки количество тепла,
передаваемое поверхностям нагрева, увеличивается, следовательно,
увеличивается интенсивность парообразования. Увеличение количества
пузырьков пара в пароводяной эмульсии приводит к увеличению ее объема,
что сказывается на уровне в барабане котла – уровень увеличивается.
Увеличение давления в барабане котлоагрегата приведет к уменьшению
содержания пара в пароводяной эмульсии, так как при повышенном давлении
часть пузырьков пара сконцентрируется и превратится в воду. Поэтому при
повышении давления уровень будет понижаться.
Рассмотрим процесс изменения уровня при возмущении теплового
процесса в случае увеличения нагрузки на котел.
Увеличение потребления пара потребителями при неизменной подаче
топлива приведет к уменьшению давления в барабане котла, что вызовет
увеличение объема пароводяной эмульсии, так называемое «набухание». В
результате эффекта «набухания» уровень в барабане котла довольно
значительно возрастет. Величина изменения уровня зависит от
теплонапряженности поверхностей нагрева и количества воды, содержащейся
в котле.
В котлах с большим водяным объемом, не имеющих экранных
поверхностей, изменение уровня при изменении нагрузки почти не
ощущается. В котлах с одним барабаном «набухание» уровня может
16
достигнуть величины порядка сотен миллиметров. Увеличение уровня в
барабане котла воспринимается регулятором как сигнал к снижению подачи
питательной воды.
Уменьшение
количества
питательной
воды,
подаваемой в барабан котла, приведет к увеличению температуры воды, а
следовательно, к еще большему «набуханию». Однако с увеличением
нагрузки котла количество воды, уходящей в виде пара, увеличивается, что, в
конце концов, приведет к устойчивому снижению уровня в барабане.
Таким образом, увеличение нагрузки сначала приведет к резкому
увеличению уровня в результате «набухания», а затем к снижению его в
результате повышенного расхода воды.
Для того чтобы регулятор реагировал на причины, вызывающие
изменение уровня, он должен воспринимать сигналы не только уровня в
барабане котла, но и расхода пара, а часто и расхода питательной воды,
подаваемой в котел. Причем сигнал расхода пара подают в регулятор со
знаком, обратным сигналу уровня.
В результате явления «набухания» уровень в барабане котла изменяется
на столько быстро, что регулятор не может повлиять на величину этого
отклонения. Даже полное закрытие клапана питательной воды в момент
увеличения нагрузки почти не уменьшает отклонение уровня в процессе
«набухания». Но если позволить регулятору полностью закрыть питательный
клапан, то возникает опасность упуска уровня в последующий период, когда
уровень начнет устойчиво снижаться за счет несоответствия подачи воды в
барабан и расхода пара.
Поэтому при введении в регулятор сигнала по расходу пара процесс
регулирования будет выглядеть следующим образом: в первый период после
увеличения нагрузки регулятор, приняв сигнал увеличенного расхода пара,
выдаст команду на питательный клапан и он начнет открываться; в
следующий период начнется «набухание», этот сигнал заставит регулятор
прекратить команду на открытие питательного клапана. Если после этого
уровень в барабане не установится, а будет изменяться, то этот сигнал
изменения уровня, не скомпенсированный сигналом расхода, снова приведет к
перемещению питательного клапана до восстановления уровня.
Если питательный насос подает на параллельно работающие котлы, то
при отключении одного из них давление, создаваемое питательным насосом,
увеличится (вследствие уменьшения нагрузки насоса). Увеличение давления
приведет к повышенному количеству воды, подаваемой в оставшиеся в работе
котлы, вследствие чего уровень в них повысится. Для предупреждения
подобного явления в регулятор заводят еще один сигнал – по расходу
питательной воды.
Автоматический процесс регулирования теплового режима котельного
агрегата, работающего на турбину, осложняется еще тем, что турбина и котел
как объект регулирования имеют разные скорости разгона, т.е. скорости
восстановления номинала параметра. Турбина может изменять потребление
пара со скоростью, сопоставимой со временем закрытия регулирующих
17
клапанов. Изменение выработки пара котлом происходит значительно
медленнее. Поэтому при резком сбросе или наборе нагрузки давление пара в
паропроводе перед турбиной может значительно меняться.
Для защиты от резкого повышения давления в паропроводе служит
быстровключающаяся редукционно-охладительная установка (БРОУ). При
сбросе нагрузки, когда давление пара быстро растет и регулятор нагрузки не
успевает привести агрегат в нормальный режим, давление может подняться
выше определенного предела, тогда регулятор давления открывает клапан
БРОУ и сбрасывает излишек пара в конденсат турбины.
Обычно давление, на которое настроен регулятор давления, несколько
выше настройки регулятора нагрузки, и до тех пор, пока регулятор нагрузки
не приведет давление в барабане в норму, регулятор с помощью БРОУ будет
поддерживать давление несколько выше нормального.
На тракте газового топлива обязательно устанавливается отсечной
клапан. Его задачей является обеспечить отсечку газа в случае погасания
факела в топке котла, иначе газ может выходить в помещение котельной. В
качестве датчика погасания пламени используется фотоэлемент или
термопара. Ток, проходя по обмоткам соленоида отсечного клапана,
удерживает его в открытом состоянии. При погасании пламени выходной
сигнал термопары уменьшается и клапан закрывается. При розжиге котла
клапан открывается вручную.
Следовательно, котел представляет собой сложную динамическую
систему с несколькими взаимосвязанными входными и выходными
величинами. Система управления барабанным котлом включает автономные
системы регулирования процессов горения и парообразования, температур
перегрева пара, питания и водного режима.
18
2
Постановка
технологического процесса
задачи
регулирования
параметров
Котлоагрегат является энергетической установкой, в процессе
эксплуатации которой с высокой динамикой изменяется связанные между
собой технологические параметры. Автоматизация параметров дает
значительные преимущества: обеспечивает уменьшение численности
рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда, приводит
к изменению характера труда обслуживающего персонала, увеличивает
точность поддержания параметров вырабатываемого пара, повышает
безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает
экономичность работы парогенератора. Автоматическое регулирование
обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе
(питание водой, горение, перегрев пара и др.).
Необходимо обеспечить оперативный вывод информации о текущем
состоянии любого требуемого параметра, его отклонении от оптимального
установленного и о самом оптимальном значении этого параметра. Список
контролируемых параметров приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Наименование параметра
Температура перегретого
пара
Температура питательной
воды
Уровень в барабане котла
Требуемое
значение
440°С
I04° С
315 мм
Давление питательной воды
6 кГ/см2
Давление пара в барабане
котла
Давление перегретого пара
44 кгс/см2
Расход питательной воды
115 л/ч
Расход перегретого пара
75 т/ч
39 кгс/см2
19
2.1 Параметрический синтез системы автоматического
регулирования
2.1.1 Аппроксимация переходной характеристики объекта
апериодическим звеном I порядка
Аппроксимация переходной характеристики объекта – это определение
передаточной функции (математической модели объекта) по кривой разгона.
Таблица 2.2
t 0 10 20 30 40 50 60
70
80 90
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Р 0 0,8 2,0 4,0 6,8 10 13,5 17,4 21 24,5 27,7 30,5 33 35,5 37,5 39,0 40,5 41,6 42,5 43,3 43,8 44,0
По данным таблицы 2.2 построим экспериментальную переходную
характеристику.
Экспериментальная переходная характеристика объекта представлена на
рисунке 2.1
Рисунок 2.1
1)определяем на кривой (рис.2.1) участок запаздывания . Для этого
проводим касательную к точке перегиба переходной характеристики объекта
до пересечения ее с осью абсцисс. Постоянная запаздывания  равна длине
участка от начала координат до точки пересечения касательной с осью
абсцисс.
 = 15 мин.
2)определяем постоянную времени Т, для этого на оси ординат
откладываем значение равное 0,63*yуст(t) и находим время t*.
T  t* 
20
(2.1)
где Т – постоянная времени,
 - величина запаздывания.
Ведем прямую до пересечения с графиком, из точки пересечения
опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем t*= 100 мин[27].
Т = 100-15 = 85 мин,
К 
Y уст.
Х вхо д.
;
(2.2)
где К – коэффициент усиления объекта,
Yуст. – установившееся давление (в барабане котла).
К 
44
 44
1
3)подставляем найденные значения в исходную передаточную
функцию. Получаем передаточную функцию первого порядка:
44  e 15 р
W ( p) 
85 р  1
(
(2.3)
4)проверяем правильность определения передаточной функции объекта
с помощью программы MATLAB. Строим переходную характеристику по
полученной передаточной функции, полученную расчетную передаточную
характеристику
сравниваем
с
экспериментальной
переходной
характеристикой, совмещая одну с другой (см. рис.2.2).
21
Рисунок 2.2 - Совмещенные расчетная и экспериментальная переходные
характеристики
5)в таблицу заносим ряды значений теоретической и экспериментальной
переходной характеристики, а также значения разницы между ними (см.
табл.2.2). Находим ошибку аппроксимации[29].
Таблица 2.2
t
эксп.
1
5
,8
0
,0
0
,4
0
0
0
0
00
10
0
2
1,136364
0
2,272727
1
1,590909
3
4
4
,3
6
5
0,0
6
3,5
7
7,4
8
1
9
4,5
1
7,7
1
0,5
1
0,0
1
3,5
1
7,8
2
2
2
5,1
2
8,6
3
1,5
01
40
2,045455
6
,8
Р
t
эксп.
30
3
0
Р
20
2
0
Р
расч.
50
60
01
70
-1,36364
1
80
-2,27273
2
90
-2,5
2
00
-3,63636
2
10
1
3,0
1
5,5
1
7,5
1
9
1
0,5
1
1,6
1
2,5
1
3,3
2
3,8
2
4
Р

расч.
3
4
3
6,6
3
8,2
3
9
4
9,8
4
0
4
1,5
4
2,5
4
3,5
4
4
3
-4,54545
22
3
3,86364
3
2,27273
3
1,59091
3
0
3
54545
4
72727
4
72727
4
18182
4
81818
4
0,4
2,2
2,2
1,8
0,6
0

Рэкс . (t )  Р рас. (t )
Руст. (t )
100%,
(2.4)
max = 4,545%, что не превышает нормы.
Из таблицы и рисунка видно, что погрешность не превосходит
допустимую погрешность в 5%. Отсюда делаем вывод, что выбранный метод
аппроксимации вполне подходит для данной передаточной функции.
44  e 15 p
W ( p) 
85 p  1
(2.5)
2.2 Выбор закона регулирования
Под выбором типа регулятора подразумевается выбор простейшего
закона регулирования наиболее дешевого и простого в эксплуатации
регулятора, обеспечивающего при различных возмущениях в заданных
пределах динамическую ошибку, время регулирования и статическую
ошибку. Следовательно, тип регулятора любой автоматической системы
может быть определен либо по 3 из этих показателей, либо по некоторым из
них.
Тип автоматического регулятора (закон регулирования) выбирается с
учетом свойств объекта регулирования и заданных параметров качества
переходного процесса. К качеству регулирования каждого конкретного
технологического процесса, имеющего только ему присущие особенности,
предъявляются конкретные требования. При выборе закона регулирования
учитывают:
1)свойства объекта;
2)максимальную величину отклонения;
3)принятый для данного технологического процесса вид типового
переходного процесса;
4)допустимые значения показателей качества процесса регулирования
(динамическая ошибка у1доп; статическая ошибка уст.доп; время регулирования
tр.доп).
В соответствии с требованиями технологии в качестве заданного
выбирают один из типовых переходных процессов:
1)апериодический;
2)20%-ым перерегулированием;
3)с минимальной квадратичной площадью отклонения.
Целесообразно использовать регуляторы наиболее простых типов.
Выбор регулятора осуществляется в следующей последовательности:
23
Подбор регулятора начинается с определения максимального
динамического отклонения регулируемой величины в замкнутом контуре. При
этом должны соблюдаться условия:
у1 < у1доп ,
где у1доп - максимально допустимое в системе регулирования
динамическое отклонение выходной величины.
Для устойчивых объектов величина у1 определяется по равенству:
у1 = Rд k0 xв ,
(
(2.6)
где Rд – динамический коэффициент регулирования в системах с
устойчивыми объектами;
k0 – коэффициент передачи объекта по каналу регулирующего
воздействия;
xв – регулирующее воздействие, вызывающее такое же изменение
регулируемой величины, как и максимальное возмущающее воздействие zmax.
Ориентировочно характер действия регулятора определяют по величине
отношения времени запаздывания /То.
Позиционный регулятор ………………………………………/То  0,2.
Регулятор непрерывного действия………………………0,2 /То  1,0.
Многоконтурная система регулирования……………………./То  1,0.
По значению Rд, определенному сначала для И-регулятора, вычисляют
значение у1 и сравнивают его с допустимым по условию. При удовлетворении
этого условия И-регулятор проверяют на время регулирования tр. Если он не
обеспечивает заданного динамического отклонения регулируемой величины в
заданном контуре или необходимое время регулирования, то последовательно
проверяют более сложные законы регулирования до удовлетворения условий.
В случае выбора П–регулятора дополнительно проверяют величину
статической ошибки регулирования на соблюдение неравенства:
ycт  yст.доп.
(2.7)
Статическую ошибку регулирования определяют по равенству:
уст = у*ст k0 хв.
(2.8)
Если полученное значение превышает допустимое, то переходят к
регуляторам, имеющим И - составляющую ( ПИ- или ПИД-регуляторам ).
Проверку регуляторов на время регулирования выполняют в
соответствии с условием:
24
tp< tp.доп,
где tр.доп- заданное максимально допустимое время регулирования.
Для автоматизации системы регулирования давления пара в барабане
котла выбрать автоматический регулятор, чтобы переходной процесс был с
20%-м перерегулированием, если данный объект регулирования
характеризуется следующими динамическими свойствами:
44  e 15 p
W ( p) 
85 p  1 ,
где Тo = 100 мин - постоянная времени;
o =15 мин - величина запаздывания;
ko = 44 (на 1% хода регулирующего органа) - передаточный
коэффициент;
возмущение, действующее на объект регулирования, принять равным
5% хода регулирующего органа, т.е. хв = 5%.
В качестве закона регулирования выбран ПИ – закон (пропорциональноинтегральный закон) регулирования. В данном законе регулирования
перемещение регулирующего органа пропорционально сумме отклонения и
интегралу от отклонения регулируемой величины:
X p  (Co  X об dt  C1 X ов )
(2.9)
Скорость регулирования пропорциональна отклонению регулируемой
величины и ее производной:
 ),
Х р  (С о Х об  С1 Х об
рХ р  (С о  С1 р) Х об ,
W ( h )  (
Cо
 С1 ),
р
где Со, С1 – настроечные параметры.
При С1=0 получаем И – закон регулирования, т.е. ФЧХ =

При Со =0 получаем П – закон регулирования, т.е. ФЧХ =

2,
2.
ПИ – регулятор является астатическим, с двумя настроечными
параметрами. ПИ – регулятор поддерживает установившееся значение
регулируемой величины. При отклонении текущего значения от заданного
25
регулятор в начальный момент времени переместит рабочий орган на
величину, пропорциональную величине отклонения. Но если при этом Х об не
придет к заданному значению, ПИ-регулятор будет продолжать перемещать
рабочий орган.
При малом значении Кр ПИ-регулятор может работать с объектами,
имеющими значительное запаздывание. Условие устойчивости системы
регулирования является необходимым, но недостаточным для получения
желаемого процесса регулирования. Необходимое качество регулирования
можно получить, подбирая соответствующую комбинацию закона
регулирования и величины возмущающего воздействия.
Задача настройки заключается в том, чтобы в заданной системе
регулирования выбрать и установить параметры регулятора, обеспечивающие
близкий к оптимальному процесс регулирования.
Амплитудно-фазовая характеристика получается, как обычно, заменой
оператора p на j:
W(jω) = -(Co+C1(jω)) = - (C1+j(Co/ω)),
(2.10)
или в показательной форме:
W(jω) = √(Co/ω)2+С12*еj(π/2+arctg(ωC1/Со),
А(ω) = √(Со/ω)2+С12,
φ(ω) = π/2+arctg(ωС1/Со).
(2.11)
По величине угла опережения этот регулятор занимает промежуточное
положение между П- и И- регуляторами, т.к.
π/2 <φ(ω) < π
ПИ-регулятор является астатическим с двумя параметрами настройки:
С1=Кр ,
С0= Кр / Ти ,
где Ти- время изодрома ,
Кр- коэффициент усиления.
В момент возникновения рассогласования Кр=С1
хр=Кр(1+t/Tи)
В момент времени t=Tи:
хр(t) = 2Kp
26
(2.12)
Увеличение Кр при рассогласовании приводит к увеличению глубины
обратной связи в САР, поэтому исчезает статическая ошибка.
ПИ-регулятор поддерживает установившееся значение регулируемой
величины. При отклонении текущего значения от заданного регулятор в
начальный момент времени переместит рабочий орган на величину,
пропорциональную величине отклонения. Но если при этом Хоб не придет к
заданному значению, ПИ-регулятор будет продолжать перемещать рабочий
орган.
При малом значении Кр ПИ-регулятор может работать с объектами,
имеющими значительное запаздывание.
Условие устойчивости системы регулирования является необходимым,
но недостаточным для получения желаемого процесса регулирования.
Необходимое качество регулирования можно получить, подбирая
соответствующую комбинацию закона регулирования и величины
возмущающего воздействия.
Задача настройки заключается в том, чтобы в заданной системе
регулирования выбрать и установить параметры регулятора, обеспечивающие
близкий к оптимальному процесс регулирования.
2.3 Табличный способ расчета настроечных параметров регулятора

Для ПИ-регулятора и полученного отношения
параметры настройки регулятора.
To
определяем

T
= 0 : 0,2,
1
1,1  kоб  
 

kр
T
 
1,1  44 15
 7,26
85
Tи  3,3    3,3 15  49,5
мин
C 

Wпи ( p)   C1  o 
p 

где kр = С1 = 1/ = 0,138
Со = kp/Ти = 0,003

0,003 

Wпи ( p)   0,138 
p


27
( 2.12)
С помощью программы MATLAB строим переходной процесс.
Рисунок 2.3 - Переходной процесс
2.4 Определение настроечных параметров методом расширенных
АФЧХ
Этот метод базируется:
1)на использовании в качестве критерия, определяющего качество
переходного процесса регулирования, степени затухания ψ;
2)определении расширенных амплитудно – фазовых характеристик
объекта и регулятора;
3)применении основного условия устойчивости.
Степень затухания – величина, характеризующая затухание переходного
процесса регулирования, равная отношению разности двух соседних
амплитуд колебания (направленных в одну сторону) к первой из них.

(hmax )1  (hmax ) 2
,
(hmax )1
(2.13)
где (hmax)1 и (hmax)2 – соответственно амплитуды первого и второго
полупериода наиболее слабозатухающей составляющей.
Но в непосредственных расчетах используем другой показатель
качества, функционально связанный со степенью затухания ψ.
Таким показателем является степень колебательности переходного
процесса m характеризует затухание его колебательных составляющих
процесса регулирования и численно равна абсолютному значению отношения
действительной части к коэффициенту при мнимой части корня
характеристического уравнения с наименьшим абсолютным значением этого
отношения.
Исходным условием при расчете является соотношение:
W(p)об * W(p)p = 1,
28
Для системы регулирования, рассматриваемой в данном проекте, ранее
были получены следующие данные:
44  e 15 p
W ( p) 
85 p  1
,
Wp(p)= - (0,138 +0,003/Р) ,
m = 0,6
где Wоб.(р) – передаточная функция объекта;
Wр(р) – передаточная функция регулятора.
Произведя в формулах замену p = ω*(j-m), получаем расширенные
АФЧХ.
k  e m 
T   (Tm  1)
2
Wоб.(m,jω) =
2
2
e
j ( arctg
(Co  C1m ) 2  (C1 ) 2
 m 1
Wp.(m,jω) =
Wоб.(m,jω)=1/Wp(m,jω)
2
e
T
 )
(Tm 1)

C1
j (  arctg
arctgm)
2
Co C1m
Решаем систему уравнений:

kem 
 m2  1

 2 2
2
 T   (Tm  1)
(Co  C1m ) 2  (C1 ) 2

T

C1

arctg





arctg
 arctgm

Tm


1
2
C

C
m

o
1

Решаем систему относительно Со и С1:
Co 

T  (1  m 2 ) 




cos


m



sin




k 2 e m  
T


C1 
T
ke m 



m 

2
2
m



cos




m



sin







T
T 



(2.14)
Строим зависимость Со = f( С1),подставляя в выражения (2.14) частоту ω
от 0 до значения, при котором Со становится отрицательным.
29
Рисунок. 2.4 - Линия равной степени затухания
С1 = 0,0969
С0 = 0,0013
Кр = С1
С0 = Кр/Ти
Оптимальные настройки регулятора:
Кр = 0,0969 Tи = 73,02 мин
Рисунок 2.5 - Переходная характеристика замкнутой системы
2.5 Оценка качества переходного процесса
Качество переходного процесса оценивается по переходному процессу с
оптимальными параметрами регулятора: Кр = 0,0969, T и = 73,02 мин.
Максимальное отклонение в переходный период (см. рис.2.4).
 
X max  X уст
Х уст
 100%
,
30
где σ – перерегулирование,

50,97  44
100  15,8 %
44
Время переходного процесса tр = 125 мин
Число колебаний N = 1
Время нарастания tн = 41 мин
Время достижения первого максимума tmax = 56 мин
Степень затухания ψ = 1
2.6 Анализ существующих систем автоматизации
2.6.1 Процесс регулирования основных участков
На главный регулятор поступают сигналы от датчика давления
перегретого пара в магистрали (39 кгс/м2) и от задающего устройства.
На регулятор тепловой нагрузки поступают сигналы от главного
регулятора, сигнал от датчика расхода пара (75 т/ч), сигнал от датчика
давления в барабане котла (39 кгс/м2) и сигнал от задающего устройства.
На регулятор подачи твердого топлива подается сигнал от регулятора
тепловой нагрузки и сигнал от задающего устройства.
На регулятор подачи питательной воды в котел поступают: сигнал от
датчика расхода перегретого пара, сигнал от датчика расхода питательной
воды (75 т/ч), сигнал от датчика уровня в барабане котла (±315 мм) и сигнал
от задающего устройства.
На регулятор температуры перегретого пара поступают: сигнал от
датчика температуры перегретого пара за главной паровой задвижкой (440 оС),
сигнал от датчиков температуры перегретого пара с правой и слевой сторон
котла и сигнал от задающего устройства.
2.6.2 Базовые приборы для регулирования параметров
Давление питательной воды, давление насыщенного пара в барабане
котла, давление перегретого пара измеряют преобразователи давления МЭД в
комплекте с прибором типа КСД-2.
Для измерения уровня воды в барабане котла, расхода питательной воды
и перегретого пара применяют дифманометр мембранный ДМ-3583М в
комплекте с прибором типа КСД-2.
Все технологические процессы регулирования на котле БКЗ-75-39
осуществляются приборами Р-25.
31
2.6.3 Регулирующие приборы типа Р-25
Регулирующий прибор типа Р-25 формирует, совместно с
исполнительным механизмом типа МЭО мощностью до 200 ВА и свыше в
комплекте с пускателем любого типа, ПИ – закон регулирования и
предназначен для применения в схемах автоматического регулирования и
управления технологическими процессами в котельных малой и средней
мощности.
Прибор выполняют следующие функции:
1) суммирование
сигналов,
поступающих
от
измерительных
преобразователей с неунифицированными (естественными) электрическими
выходными сигналами, а также корректирующих сигналов постоянного тока
или напряжения, введение информации о заданном значении, формирование и
усиление сигнала рассогласования;
2) формирование на выходе электрических импульсов постоянного или
переменного тока для управления исполнительным механизмом с постоянной
скоростью перемещения;
3) формирование совместно с исполнительным механизмом постоянной
скорости пропорционально - интегрального закона регулирования;
4) формирование совместно с дифференциатором и исполнительным
механизмом постоянной скорости пропорционально - интегрально дифференциального закона регулирования;
5) ручное управление исполнительным механизмом;
6) индикацию положения исполнительного механизма;
7) индикацию отклонения параметра (рассогласования).
Техническая характеристика
Питание прибора осуществляется от однофазной сети переменного тока
напряжением 220 В, частотой 50-60 Гц. Потребляемая мощность до 25 ВּА.
Входное сопротивление: для сигнала 0-5 мА не более 100 Ом; для 1-20 мА - 25
Ом; для 0-10 В - 15 Ом.
Выходные сигналы:
1) импульсы напряжения постоянного пульсирующего тока среднего
значения 24 В. Отклонение значений выходного сигнала от заданной
величины, при нагрузке 115 Ом: в режиме автоматического управления не
более 10%; в режиме ручного управления не более -10% и +20%;
2) диапазон изменения постоянной времени интегрирования Т и от 5с до
500 + 200с. Диапазон изменения постоянной времени демпфирования Тдф от 0
до 10. Диапазон изменения длительности интегральных импульсов выходного
сигнала tи от 0,1 до 1 с;
3) диапазон изменения сигнала корректора в процентах от номинального
диапазона изменения входного сигнала: для Р25.1 (изменение сигнала
переменного тока частотой 50 Гц от 0 до 0,5 В) - от -100 до+100; для Р25.2
(изменение активного сопротивления термопреобразователя сопротивления 46
32
Ом) - от -50 до +50; для Р25.3 (изменение термо-э.д.с. преобразователя
термоэлектрического от 0 до 50 мВ) - от 0 до 100;
4) диапазон изменения сигнала задатчика, в процентах от номинального
диапазона изменения входного сигнала: для Р25.1 - от -20 до +20; для Р25.2 от -7,5 до +7,5; для Р25.3 - от 0 до 21;
5) изменение состояния бесконтактных ключей, допускающих
коммутацию пульсирующего постоянного или переменного тока;
6) входные бесконтактные ключи приборов коммутируют переменный
частотой 50 Гц, 60 Гц и пульсирующий постоянный ток с амплитудным
значением до 1 А при действующем значении тока от 0,1 до 0,5 А и
действующем значении напряжения внешнего источника питания выходных
цепей;
7) вид нагрузки, подключаемой к внутреннему источнику, для входного
сигнала 24 В - активно-индуктивная. Активное сопротивление нагрузки не
менее 100 Ом и не более 240 Ом;
Масса прибора не более 5 кг. Средний срок службы приборов не менее
10 лет. Выше указанные допускаемые предельные отклонения параметров и
диапазонов их изменения, 90% приборов имеют параметры близкие к
номинальным.
Устройство и принцип работы
Во всех модификациях приборов применен субблок Р011,
выполняющий функции демпфирования, гальванического разделения,
формирования закона регулирования и коммутации выходных цепей. Два
других типа субблоков Р012 и Р013, называемые измерительными, выполняют
функции суммирования сигналов от датчиков, введение сигнала задания,
преобразования сигнала датчика положения рабочего органа исполнительного
механизма в сигнал постоянного тока и формирования стабилизированного
постоянного напряжения питания.
Во всех модификациях приборов используется один и тот же
трансформатор питания.
2.7 Манометры дифференциальные мембранные типа ДМ-3583М
Дифманометры предназначены для измерения давления, расхода и
уровня.
Приборы
представляют
собой
стационарные
измерительные
преобразователи перепада давления с унифицированным выходным сигналом
переменного тока, основанным на изменении взаимной индуктивности.
Принцип действия дифманометра основан на использовании
деформации упругого чувствительного элемента при воздействии на него
измеряемого перепада давления.
Под воздействием перепада давления нижняя мембранная коробка
сжимается, и жидкость из нее перетекает в верхнюю коробку, которая
расширяется, вызывая перемещение сердечника дифференциального
33
трансформатора, которое в свою очередь вызывает изменение взаимной
индуктивности между первичной и вторичной цепями дифференциального
трансформатора.
Деформация чувствительного элемента происходит до тех пор, пока
силы, вызванные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами
мембранных коробок.
Техническая характеристика
Питание первичной обмотки дифференциально-трансформаторного
преобразователя дифманометра осуществляется от вторичного устройства
переменным током 125 мА. Частота тока питания 50 Гц. Выходным сигналом
дифманометра является взаимная индуктивность между первичной и
вторичной цепями дифференциально-трансформаторного преобразователя,
зависящая от значения измеряемого перепада давления. Класс точности
дифманометра 1,5 (основная погрешность дифманометра не должна
превышать 1,5%).
Вероятность безотказной работы дифманометра за 2000 ч. не менее: по
метрологическим отказам - 0,92; по внезапным отказам - 0,94. Средний срок
службы дифманометра 6 лет.
2.7.1 Преобразователь давления типа МЭД
Прибор предназначен для непрерывного преобразования избыточного
или вакуумметрического давления в выходной сигнал переменного тока.
Преобразователь применяется в комплекте со вторичными
взаимозаменяемыми дифференциально-трансформаторными приборами и
регуляторами в системах контроля и управления (регулирования,
сигнализации и т.п.) различных технологических процессов.
В качестве измеряемых сред допускаются жидкости и газы, не имеющие
механических включений, не кристаллизирующиеся при температуре,
окружающей прибор, и не агрессивные по отношению к медным сплавам и
углеродистой стали.
Принцип действия приборов основан на уравновешивании измеряемого
давления силой упругой деформации чувствительного элемента одновитковой трубчатой пружины, подвижный конец, которой соединен
резьбовым штоком с плунжером дифференциального трансформатора.
Перемещение подвижного конца пружины пропорциональное измеряемому
давлению через резьбовой шток передается плунжеру. Перемещение
плунжера вызывает изменение значения взаимной индуктивности от 0 до 10
мГ между первичной обмоткой и двумя секциями вторичной обмотки
дифференциального трансформатора, включенными встречно.
Верхние пределы измерения: преобразователя модели 22365, Мпа:
2,5(25); 4,0 (40); 6,0 (60); 10,0 (100). Класс точности 1; 1,5. температура
окружающей среды от 5 до 50ºС. относительная влажность окружающей
среды до 80%.
34
2.7.2 Вторичные показывающие самопишущие и регулирующие
приборы с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой
КСД-2
Приборы типа КСД-2 предназначены в комплекте с первичными
приборами для измерения, регистрации и регулирования (при наличии
регулирующего устройства) следующих величин: расхода (газа, жидкости,
пара); избыточного давления газа, воздуха; уровня жидкости; разряжения газа.
Прибор преобразует измеряемую неэлектрическую величину в выходной
электрический параметр - комплексную взаимную индуктивность от 0 до 10
мГн. В зависимости от разновидности встроенных дополнительных устройств
приборы КСД-2 могут: осуществлять позиционное и пропорциональное
регулирование измеряемого параметра; интегрировать во времени расход
жидкости, газа, пара; обеспечивать дистанционную передачу информации.
По
виду
представления
информации
приборы
являются
показывающими и регистрирующими. На предприятии ТЭЦ-7 применяются
приборы КСД-2 обыкновенного исполнения УХЛ4.2 по ГОСТ 12997-76.
Электрическое питание прибора осуществляется от сети переменного тока
напряжением 220 В и частотой 50 Гц.
Техническая характеристика
Основная погрешность прибора, выраженная в процентах от
нормирующего значения, не превышает пределов допускаемых значений,
равных: + 1,0 - по показаниям и записи, и передачи показаний; + 1,5 - по
сигнализации и задании на регулирование. За нормирующее значение
принимают: 10 мГн - для приборов с пределом изменения входного сигнала от
0 до 10 мГн; 20 мГн - для приборов с пределом изменения входного сигнала
от -10 до +10 мГн.
Время прохождения указателем всей шкалы не превышает 10 секунд.
Номинальная скорость перемещения диаграммной ленты прибора может быть
от 20 мм/ч до 2400 мм/ч. Мощность, потребляемая прибором, 25 Вт - без
интегрирующего устройства; 30 Вт - с интегрирующим устройством. Масса
прибора не превышает 17,5 кг. Прибор рассчитан для работы (обыкновенного
исполнения УХЛ4.2) при температуре от 5 до 50 оС и относительной
влажности от 30 до 80%.
Автоматический
самопишущий
прибор
с
дифференциальнотрансформаторной схемой типа КСД-2 работает в комплекте с датчиками,
имеющими специальную трансформаторную катушку с подвижным
сердечником (плунжером), выполненным из мягкой стали. Перемещение
сердечника дифференциального трансформатора датчика осуществляется
чувствительным элементом и зависит от величины измеряемого параметра.
В прибор КСД-2 встроен аналогичный дифференциальный
трансформатор. Сердечник в катушке трансформатора перемещается с
помощью профилированного кулачка, поворот кулачка осуществляется
35
реверсивным двигателем. Обмотки катушек датчика (первичный прибор) и
прибора КСД-2 включены в дифференциально - трансформаторные схемы.
Первичные обмотки обеих катушек соединены последовательно и
питаются от специальной обмотки силового трансформатора усилителя
напряжением 24 В. Вторичные обмотки состоят из двух секций, включаемых
навстречу друг другу. Вторичные обмотки прибора и датчика соединены по
дифференциальной схеме и на выход схемы включен полупроводниковый
усилитель. При питании первичных обмоток дифференциальных
трансформаторов переменным напряжением во вторичных обмотках
индуктируется переменные напряжения, величина и фаза которых зависит от
положения плунжера в катушках.
При рассогласованных положениях плунжеров в катушках напряжения,
индуктируемые во вторичных обмотках, будут не равны друг другу и на вход
усилителя будет подаваться напряжение, величина и фаза которого зависит от
положения плунжеров в катушках.
Это напряжение, усиленное полупроводниковым усилителем приведет
во вращение реверсивный двигатель, который с помощью кулачка перемещает
плунжер в катушке прибора до того момента, пока разность напряжений не
станет равной нулю.
Таким образом, каждому положению сердечника дифференциального
трансформатора первичного прибора, определяемому величиной измеряемого
параметра, соответствует определенное положение сердечника вторичного
прибора и, следовательно, определенное положение указателя по шкале
прибора.
2.8 Выбор технического обеспечения
2.8.1 Выбор промышленного компьютера
Область применения промышленных компьютеров достаточно широка и
охватывает почти все сферы промышленного производства. Специально для
использования в промышленности различными фирмами разработано
большое количество специализированных индустриальных компьютеров.
Важной их особенностью является простота эксплуатации (они могут
обслуживаться неспециалистами в области автоматизации) и построения
систем автоматизации на их основе.
Промышленные компьютеры имеют большие отличия от офисных
компьютеров. К промышленным РС предъявляют совершенно другие
требования: сетевые возможности, вибростойкость, ударопрочность, пылевлагонепроницаемость,
диапазон
рабочих
температур,
габариты,
позволяющие их монтировать в стандартные стойки или встраивать в
технологическое
оборудование.
Иногда
требуется
искрои
взрывобезопасность, стойкость к радиационным и магнитным молям. От
промышленных компьютеров редко требуется большая мощь вычислений,
36
они вполне могут обходиться и 386 и 486 процессорами. Главной их чертой
является устойчивость к воздействию внешней среды, которая достигается
различными способами.
Для защиты плат РС от ударов и вибрации применяются прочные шасси
и корпуса, сами платы размещают на виброударостойкой подвеске и
закрепляют защитными скобами.
Для борьбы с пылью создают внутри корпуса избыточное давление
очищенного воздуха, а всасывающие вентиляторы снабжаются сменными
фильтрами.
Еще одной особенностью промышленных РС является отсутствие
материнской платы. Процессорная плата наравне с периферийными
вставляется в стандартный слот на объединительной пассивной кросс-плате.
Такое решение было принято в целях ускорения ремонта, модульная
конструкция позволяет производить замену плат за 5 – 10 минут. Для
повышения надежности в компьютеры дополнительно установлен сторожевой
таймер в задачу которого входит перезапуск системы через несколько минут в
случае зависания программы путем генерации сигнала RESET или IRQ15.
также прибегают к хранению параметров SETUP в энергонезависимой памяти.
Вместо винчестера может быть использован твердотельный эмулятор
дискового накопителя на базе флэш-ПЗУ, который полностью эмулирует
работу винчестера, но при этом в нем нет механических частей, что позволяет
использовать его в условиях вибрационных и ударных нагрузок.
Промышленные компьютеры имеют упрочненные металлические корпуса.
Индустриальные IBM PC совместимые системы на нашем рынке
представляются в основном фирмами Advantech, Octagon Systems. ICP,
Intecolor и другие. Для осуществления поставленной задачи в дипломном
проекте решено укомплектовать систему промышленным панельным
компьютером фирмы «Advantech» IPPC-950/920 с 15” TFT ЖК-дисплеем.
IРРC-950/920 - мощный высокоинтегрированный мультимедийный IBM
PC совместимый панельный компьютер для решения самого широкого круга
задач в области построения интерфейсов <человек-машина> (HMI) в
промышленности и на транспорте, в самых неблагоприятных условиях
внешней среды (степень защиты передней панели - IP65, металлический
корпус). Оснащение компьютера включает процессор Pentium MMXT,
плоский цветной дисплей с разрешением 1024x728 или 800x600 точек
(сенсорный экран - по заказу), НГМД, НЖМД, привод CD-ROM, 4
последовательных порта, 2 порта USB, контроллер Ethernet 100/10 Мбит, а
модульная конструкция обеспечивает максимальную гибкость использования.
− Конструкция: корпус из нержавеющей стали с алюминиевой
передней панелью;
− 2 вентилятора для охлаждения;
− Дисплей: цветной TFT с диагональю 15" и разрешением 1024x768
(IPPC-950) или с диагональю 12,1" и разрешением 800x600 (IPPC-920) точек;
− Процессор: до Pentium MMXT 233 МГц;
37
− Память ОЗУ: до 128 Мбайт (SDRAM);
− НЖМД: 1 место для 2,5" НЖМД;
− НГМД: 1 НГМД 1,44 Мбайт;
− CD-ROM: 24-скоростной;
− Контроллер Ethernet: NE2000 совместимый, 10/100Base-T;
− Порты ввода-вывода: 1 универсальный параллельный порт; порты
для подключения клавиатуры и мыши (PS/2); 4 последовательных порта: три RS-232, один - RS-232/422/485;
− 2 порта USB;
− Место для установки одной платы с шиной ISA/PCI;
− Габаритные размеры: 402x302x105 мм
− Масса 8,5 кг.
Промышленный компьютер фирмы «Advantech» рассчитан на
постоянную круглосуточную работу и имеет среднее время наработки на
отказ 50000 часов.
2.9
Выбор датчиков
2.9.1 Датчики давления Метран-22
Датчики давления серии «Метран-22» предназначены для работы в
системах автоматического контроля, регулирования и управления
технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование
значения измеряемого параметра – давления избыточного (ДИ), абсолютного
(ДА), разряжения (ДВ), давления-разряжения (ДИВ), разности давлений (ДД)
нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной
сигнал дистанционной передачи.
Преобразователи «Метран-22-ДД» могут использоваться в устройствах
предназначенных для преобразования значений уровня жидкости, расхода
жидкости или газа в унифицированный токовый выходной сигнал.
Преобразователи
предназначены
для
работы
с
вторичной
регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими
устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и
системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала 0-5
или 4-20 мА (преобразователи промышленного исполнения) постоянного
тока.
По устойчивости к климатическим воздействиям датчики в зависимости
от исполнения соответствуют виду климатического исполнения УХЛ
категории размещения 3.1 по ГОСТ 15150 (группе исполнения В4 по ГОСТ
12997) для датчиков с аналоговым электронным преобразователем (АП) для
работы при температуре от +5 до +50ºС или от +1 до +80ºС.
38
Таблица 2.3 - Основные технические параметры и характеристики
Тип датчика
Модель
Метран-22-ДИ 2161
Метран-22-ДД 2410
2444
2444
Верхний предел
измерений
по ГОСТ 22520
16 МПа
1 кПа
160 кПа
250 кПа
Предел допускаемой
основной погрешности,
%
0,2; 0,25; 0,5
0,25; 0,5
0,25; 0,5
0,25; 0,5
Каждый преобразователь имеет устройства, позволяющие устанавливать
значение выходного сигнала, соответствующее нижнему предельному
значению измеряемого параметра (корректор «нуля») и верхнему
предельному значению измеряемого параметра (корректор «диапазона») и
может быть настроен на любой верхний предел измерения, указанный в
паспорте.
Электрическое питание датчиков осуществляется от источников
постоянного тока напряжением 36 В. Источник питания должен
удовлетворять следующим требованиям: сопротивление не менее 40 Мом,
выдерживать испытательное напряжение при проверке электрической
прочности изоляции 1,5 кВ. Пульсация выходного напряжения не должна
превышать 0,5%, от номинального значения выходного напряжения, при
частоте гармонических составляющих, не превышающей 500 Гц.
Нагрузочное сопротивление от 0,2 до 2,5 кОм для преобразователей с
выходным сигналом 0-5, 5-0 мА; от 0,1 до 1,05 кОм для преобразователей с
выходным сигналом 4-20, 20-4, 0-20, 20-0 мА при напряжении питания 36 В.
Потребляемая мощность преобразователя при напряжении питания 36 В
не более: 0,5 Вт для преобразователя с выходным сигналом 0-5, 5-0 мА; 0,8 Вт
для датчиков с выходным сигналом 4-20, 20-4 мА, 1,2 Вт для датчиков с
выходным сигналом 0-20, 20-0 мА.
Преобразователи предназначены для работы при атмосферном давлении
от 84,0 до 106,7 кПа и соответствуют группе исполнения Р1 по ГОСТ 12997.
Степень защиты преобразователей от воздействия воды и пыли IP65 по ГОСТ
14254.
По устойчивости к механическим воздействиям датчики соответствуют
виброустойчивому исполнению по ГОСТ 12997: N4 (от 0,4 до 100 Мпа), N3
(от 2,5 до 250 кПа), L3 (для датчиков с верхним пределом измерений менее 2,5
кПа). Допускаемое направление вибрации – вдоль вертикальной оси датчика,
установленного в рабочем положении.
Средний срок службы датчика 12 лет. Средняя наработка датчиков на
отказ 100 000 часов. Межповерочный интервал – 2 года, методика поверки – в
соответствии с МИ 1997 г.
Характеристика выходного сигнала – линейно-возрастающая или
линейно-убывающая. Преобразователи относятся к восстанавливаемым,
ремонтируемым, однофункциональным изделиям.
39
Устройство и работа датчика
Датчик давления состоит из преобразователя давления – измерительного
блока (ИБ) и электронного преобразователя (ЭП).
При измерении избыточного давления, абсолютного давления, давления
– разряжения датчиками Метран-22 (ДИ, ДА, ДИВ) давление рабочей среды
подается в камеру «+», при этом камера «-» сообщается с атмосферой. При
измерении разряжения (ДВ) убывающее давление перемещает мембрану в
сторону, противоположную от избыточного давления.
При измерении разности давлений (ДД) положительное и отрицательное
давления подаются в камеры « + » и « - » соответственно.
Давление (разность давлений) рабочей среды воздействует на мембраны
(мембраны соединены между собой центральным штоком, который связан с
концом рычага тензопреобразователя) и через жидкость воздействует на
мембрану тензопреобразователя[28].
Чувствительный элемент – пластина монокристаллического сапфира с
кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), соединенная с
металлической мембраной тензопреобразователя. Тензорезисторы соединены
в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны (деформация
мембраны тензопреобразователя) приводит к пропорциональному изменению
сопротивления тензорезисторов и рабалансумостовой схемы. Электрический
сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный
блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.
Монтаж датчиков на объекте следует производить в соответствии с
инструкцией по эксплуатации. При монтаже датчиков на объекте
соединительные трубки от места отбора давления к датчику должны быть
проложены по кратчайшему расстоянию. В случаях, когда температура
рабочей среды выше предельно допускаемой температуры окружающего
воздуха, датчик устанавливается на соединительной линии, длина которой не
менее 0,5 м, но не более 15 м. Масса датчиков от 1 до 10,4 кг в зависимости от
модели.
2.9.2 Термопреобразователь ТСПУ-205
Термопреобразователи предназначены для преобразования температуры
жидких и газообразных веществ в унифицированный токовый выходной
сигнал, состоит из первичного преобразователя и измерительного
преобразователя. В качестве первичных преобразователей используется
термопреобразователь сопротивления с НСХ-100П. Измерительный
преобразователь представляет собой печатную плату диаметром 43 мм,
залитую с двух сторон компаундом, на которой размещены элементы
электронной схемы.
Измерительный преобразователь преобразует сигнал, поступающий с
выхода первичного преобразователя в унифицированный токовых выходной
сигнал. ТСПУ-205 измеряет температуру от 0 до 500оС; предел допускаемой
40
основной приведенной погрешности, выраженной в процентах, равен 0,5;
длина погружной монтажной части 160 мм; предельное рабочее избыточное
давление 25 Мпа; выходной унифицированный сигнал в пределах от 4 до 20
мА; прибор периодической государственной поверки; показатель тепловой
инерции не более 10 секунд; масса прибора не более 300г. Схема
подключения двухпроводная, сопротивление нагрузки цепи до 1000 Ом.
Прибор соответствует техническим условиям эксплуатации ТУ 4227-0031328299795.
Термопреобразователи ТСПУ-205Ех имеют особо взрывобезопасный
уровень взрывозащиты соответствующий ГОСТ 12.2.020, обеспечиваемый
видам взрывозащиты "Искробезопасная электрическая цепь" по ГОСТ
22782.5. Материалы из которых выполнен корпус головки - термореактивная
пластмасса АГ-4В. Защитная арматура контактирующая с измеряемой средой
- сталь 12Х18Н10Т.
Диапазон преобразуемых температур от 0 до 200 оС; предел допускаемой
основной приведенной погрешности, выраженной в процентах, равен 0,5;
длина погружной монтажной части 500 мм; предельное рабочее избыточное
давление 20 Мпа; выходной унифицированный сигнал в пределах от 4 до 20
мА; прибор периодической государственной поверки; показатель тепловой
инерции не более 20 секунд; масса прибора не более 570 г. Схема
подключения двухпроводная, сопротивление нагрузки цепи определяется
используемым искробезопасным блоком питания и барьером искрозащиты.
Прибор соответствует техническим условиям эксплуатации ТУ 4227-0031328299795.
Средний срок службы ТСПУ-205 и ТСПУ-205 Ех не менее 12 лет.
41
3 Выбор модуля
3.1 Контроллеры серии ADAM-4000 – модули для распределённых
систем сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485
В последнее время в промышленной автоматизации стали широко
использовать модули для распределенных систем сбора данных и управления
типа ADAM-4XXX фирмы Advantech. Популярность этих модулей вполне
объяснима, если принять во внимание их универсальность, широкую
номенклатуру, насчитывающую более десятка типов, возможность создания
распределенных сетей сбора данных по сети RS-485, наличие драйверов к
популярным SCADA-системам, сравнительно доступную цену для мало
бюджетных проектов. Клоны "четырехтысячной" серии стали выпускать еще
несколько тайваньский фирм, среди которых ICP и AdLink, причем последние
не только ограничились копированием модулей ADAM, но и расширили их
номенклатуру несколькими своими моделями.
Модули серии ADAM-4000 предназначены для построения
распределенных систем сбора данных и управления и представляют собой
компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов датчиков,
специально разработанные для применения в промышленности. Наличие
встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять нормализацию
сигналов, операции аналогового и дискретного ввода-вывода, отображение
данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485.
Все модули имеют гальваническую развязку по цепям питания и
интерфейса RS-485, программную установку параметров, командный
протокол ASCII и сторожевой таймер. Питание модулей осуществляется
нестабилизированным напряжением 10…30 В постоянного тока.
Диапазон температур:
− Диапазон температур: рабочий -10…+70°С,
− Хранения -25…+80°С.
− Относительная влажность — до 95% без конденсации влаги.
3.2 ADAM-4017. Модуль аналогового ввода на 8 каналов
−
−
−
−
16-разрядный АЦП;
6 дифференциальных и 2 однополюсных канала;
Программная настройка для работы с мВ, В или мА;
Гальваническая изоляция 500 В.
3.3 ADAM-4013. Модуль аналогового ввода
−
−
−
16-разрядный АЦП;
Программная настройка для работы с термометрами-сопротивлениями
(Pt или Ni RTD);
Гальваническая изоляция 500 В;
42
−
Подключение по 2, 3 или 4 проводам.
3.4 ADAM-4052. Модуль цифрового ввода-вывода с гальванической
развязкой
−
−
−
−
6 полностью изолированных цифровых входов;
2 изолированных входа с общей землей;
Входное напряжение от 0 до 30 В;
Гальваническая изоляция 5000 В.
3.5 ADAM-4520/4510. Модули преобразователя RS-232 в RS-422/485
и повторителя
−
−
−
−
−
−
Скорость передачи до 38,4 кбит/с;
Автоматический контроль за направлением передачи;
Гальваническая изоляция 500 В (ADAM-5420);
Длина сегмента линии до 1200 м;
Напряжение питания: 10...30 В;
Легко устанавливаются на DIN-рельсы.
3.6 Выбранные технические средства и их роль в структуре системы
автоматического контроля и регулирования
В результате проведенного анализа и основанного на нем выбора
технических средств, необходимых для построения автоматической системы
контроля и регулирования давления пара в барабане котла, были выбраны:
1) промышленный компьютер «Advantech»;
2) термопреобразователи ТСПУ-205 и ТСМУ- 9313-3/1 (необходимое
количество – 3 шт.);
3) преобразователи давления типа Метран 22М-ДИ (необходимое
количество – 4 шт.);
4) преобразователи давления типа Метран 22М-ДД (необходимое
количество – 5шт.);
5) модули аналогового ввода ADAM-4017, ADAM-4013 (необходимое
количество – 4 шт.);
6) модули дискретного вывода ADAM – 4052 (необходимое количество
– 3 шт.);
7) модули преобразователя RS-232 в RS-422/485 и повторителя ADAM4520/4510 (необходимое количество – 4 шт.);
3.7 Система контроля и регулирования
Информация о текущих значениях технологических параметров
снимается с контролируемых объектов при помощи термопреобразователей
43
ТСПУ-205, ТСМУ-9313-3/1 и преобразователей давления типа Метран 22МДИ, Метран 22М-ДД.
Ввод сигналов от датчиков в промышленный компьютер «Advantech»
осуществляется с помощью модулей удаленного ввода информации серии
ADAM-4000 фирмы Advantech: ADAM-4017 – для ввода токовых сигналов,
ADAM-4013 – для термометров сопротивления, ADAM – 4052 – для
дискретных сигналов. Модули ADAM предназначены для преобразования
сигналов тока, напряжения, термоэдс в цифровые коды и передачи
информации в компьютер. Ввод информации от модулей в компьютер
осуществляется по интерфейсу RS-485 с помощью «витой пары».
Измерение технологических параметров выполняется в заданной
последовательности и с заданным темпом. Ввод относительно «быстрых»
параметров (расход, давление) производится с периодичностью 1с,
«медленных» (температурные параметры) – 3с.
Выходные сигналы модулей ADAM по интерфейсу RS-485 направлены
к модулю ADAM-4520, который является преобразователем RS-485 в
интерфейс RS-232, используемый для стыковки с компьютером.
Отображение информации на экране дисплея осуществляется в виде
мнемосхем, которые создаются с помощью специального графического
редактора. Мнемосхема представляет собой условное графическое
изображение технологической схемы определенной функциональной группы.
Каждому технологическому узлу соответствует своя мнемосхема.
Каждый объект информации или управления обозначается в качестве
элемента хотя бы в одной мнемосхеме и может быть вызван с ее помощью в
малое информационное окно для получения более детальной информации.
В протоколе событий отображаются все изменения дискретных
параметров и модулей управления за последние 12 часов. Перемещение по
протоколу возможно как построчно, так и постранично. В нижней строке
жестко выведено последнее событие. Оператор имеет возможность наблюдать
точные числовые значения параметров.
Дистанционное
управление
объектом
осуществляется
с
функциональной клавиатуры при наличии изображения этого объекта в окне
управления на дисплее. Управление осуществляется с помощью группы
клавиш клавиатуры или мышью. Объектами дистанционного управления
являются исполнительные механизмы котельной: задвижки, регулирующие
клапаны, двигатели и т.д.
Помимо управления исполнительными механизмами путем подачи
команд «открыть», «закрыть», «стоп», оператор имеет возможность оператор
имеет возможность переводить режим работы арматуры на автоматическое
управление от логических схем функционально-группового управления или
регуляторов более высокого уровня, включать/отключать блокировки и схемы
автоматического ввода резерва. Оператор имеет возможность отключения
регулятора и перевода на ручное управление. В случае исчерпания
регулировочного диапазона какого-либо регулирующего органа производится
44
изменение структуры системы регулирования согласно алгоритму. При этом
качество регулирования технологических параметров сохраняется.
3.8 Разработка операторского интерфейса
Операторский интерфейс должен отвечать следующим функциям:
− должен отображать максимальное количество информации о
технологическом процессе без перегрузки для оператора;
− прост и доступен для любого уровня пользователя (интуитивно
понятный интерфейс);
− иметь защиту от несанкционированного воздействия;
− иметь защиту от неправильных или случайных ошибочных действий
оператора.
Весь процесс управления котлоагрегата был разделен на следующие
этапы:
− мнемосхема котельной. Принцип работы всех котлоагрегатов
изображен на рисунке 3.1;
− регулирование температуры и давления изображены на рисунке 3.2;
− имитация аварийной ситуации.(см.рисунок 3.3).
Все кнопки на экранах выполнены в виде кнопок меню. По нажатию
оператору предоставляется возможность выполнить ту или иную операцию по
управлению тем или иным устройством, находящимся в том отсеке, как
показано на рисунке 3.1. Этим достигается удобство управления.
Рисунок 3.1
45
Рисунок 3.2
Рисунок 3.3
46
4 Безопасность жизнедеятельности
4.1 Анализ условий труда сотрудников отдела
В настоящее время развитие научно - технического прогресса позволяет
людям чувствовать себя более комфортно в городах. Сегодня появилось
множество различных, доступных большинству людей удобств, таких как:
водопровод, теплоснабжение, централизованная система освещения.
Теплоснабжение является одной из основных подсистем энергетики. На
теплоснабжение народного хозяйства и населения расходуется около 1/3 всех
используемых в стране первичных топливно-энергетических ресурсов.
Во время работы оператор достаточно длительное время наблюдает за
изменениями показаний датчиков с монитора компьютера. Происходит
нагрузка на зрение. В случае недостаточной освещенности помещения
нагрузка на органы зрения увеличивается. Рациональное искусственное
освещение предусматривает равномерную освещенность, без резких
изменений и пульсаций, благоприятный спектральный состав света и
достаточную яркость. Поэтому для рационального освещения помещений
необходимо создавать искусственное и естественное освещение. Сочетание
искусственного и естественного освещения образует комбинированное
освещение. Разряд зрительной работы III (в). В таком случае, для проведения
работ без нанесения вреда органам зрения, необходимо поддерживать
освещенность в помещении на уровне En=300 лк. Размеры помещения 7,3 х 5 х
4. Коэффициенты отражения потолка рп=70% , стен рст=50%, ρпол = 30% (т.к.
потолок, стены и пол покрашены в светлый цвет). Общая площадь окна S 0 К =
10м2 .Разряд зрительной работы III (в). Для оптимизации естественного
освещения, необходимо подобрать площадь световых проемов (окон) в
помещении.
Котлоагрегат является энергетической установкой, в процессе
эксплуатации которой с высокой динамикой изменяется связанные между
собой технологические параметры. Автоматизация параметров дает
значительные преимущества: обеспечивает уменьшение численности
рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда, приводит
к изменению характера труда обслуживающего персонала, увеличивает
точность поддержания параметров вырабатываемого пара, повышает
безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает
экономичность работы парогенератора. Автоматическое регулирование
обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе
(питание водой, горение, перегрев пара и др.).
47
Рисунок 4.1 – котлоагрегат
1.Топочная камера; 2.Кипящий слой; 3.Камера смещения; 4.Система
золоудаления; 5.Система подачи топлива; 6.Вентилятор разбавочного воздуха;
7.Вентилятор дутьевого воздуха; 8.Провальная трубная колпачковая
воздухораспределительная решетка; Т и F - средства измерения температуры
и расхода соответственно.
4.2 Расчет освещенности места оператора
Размеры помещения
Для оценки производственного освещения используются следующие
параметры:
- сила света - J;
- освещенность - Е;
- яркость - В;
- коэффициент отражения - Q;
- коэффициент пульсации - Кп;
- коэффициент естественной освещенности – КЕО.
В зависимости от природы источника световой энергии, различают
естественное, искусственное и совмещенное освещение. При работе с ПЭВМ,
как правило, применяют одностороннее естественное боковое освещение.
Рабочие места операторов, работающих с дисплеями, располагают подальше
от окон и таким образом, чтобы оконные проемы находились сбоку. Если
экран дисплея обращен к оконному проему, необходимы специальные
экранизирующие средства.
Светотехнические расчеты являются основополагающими при
проектировании осветительных установок. Задачей расчета обычно является
определение числа и мощности светильников, необходимых для получения
48
заданной освещенности.
Существует два метода расчета:
- определение освещенности с помощью коэффициента использования
светового потока при условии общего равномерного освещения
горизонтальных поверхностей и отсутствии крупных затеняющих предметов;
- расчет освещенности точечным методом при любом ее распределении
и при произвольном расположении поверхностей.
Для расчета искусственного освещения используем второй метод. В
методе «коэффициента использования» определения светового потока лампы
(или ламп) в светильнике, определяется по формуле (4.1):

E S kЗ  z
nN
(4.1)
где Е - нормируемая минимальная освещенность, Лк (табличные
данные);
КЗ-коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и износ
источников света в процессе эксплуатации (табличные данные);
S - освещаемая площадь, м2;
z - коэффициент неравномерности освещения;
n – количество ламп в светильнике;
N - количество светильников;
  - коэффициент использования излучаемого светильником светового
потока, который показывает, какая часть от общего светового потока
приходится на расчетную плоскость.
По формуле (4.1) ведут расчет, если известно число светильников и
число ламп в светильнике, а требуется подобрать тип и мощность ламп. Для
расчетов по формуле (4.1) коэффициенты выбираются следующими:
- при
эксплуатации
ПЭВМ
в
помещениях,
освещаемых
люминесцентными лампами, и при условии чистки светильников не реже двух
раз в год Кз = 1,4.,.1,5;
- при оптимальном расположении светильников (исходя из условия
создания равномерного освещения) коэффициент неравномерности z = 1,1 для
люминесцентных ламп;
- коэффициент использования светового потока  зависит от типа
светильника, коэффициентов отражения потолка и стен, а также
геометрических размеров помещения и высоты подвеса светильников, что
учитывается одной комплексной характеристикой помещения (индекс
помещения), определяется по формуле (4.2):
i
A*B
h (A  B)
(4.2)
49
где А - длина помещения, м;
В - ширина помещения, м;
h - высота подвеса светильников над рабочим местом, м.
Лабораторный отсек имеет размеры:
- длина А = 3 м;
- ширина В = 2,4 м;
- высота Н = 2 м.
Для рабочих мест операторов ПЭВМ уровень рабочей поверхности над
полом составляет 0,8 м. Тогда: h = Н - 0,8 = 1,2 м.
Тогда индекс помещения равен и определяется по формуле (4.2):
i
3 * 2,4
1
1,2 * (3  2,4)
Коэффициент использования светового потока при
ст  30% равен -
 п  50% и
  0,46 .
Рассчитаем требуемый световой поток, полагая, что N=1, а n=2, по
формуле (4.1):

200  7,2 1,5 1,1 2376

 2582,61Лм
2 1 0,46
0,92
По полученному в результате расчета требуемому световому потоку
выбираем стандартную люминесцентную лампу ЛХБ 40 либо ЛТБ 40 с
характеристиками: мощность 20 Вт, световой поток 2780 лм, световая отдача
69,5 лм/Вт. Допускается отклонение величины светового потока лампы не
более –10…+20% (при выборе этих типов ламп отклонение +7%).
Определим количество светильников по формуле (4.3):
N
N
E  KЗ  S  z
n  л  
(4.3)
200 *1.5 * 2 * 7.2 *1.1 4752

 1,929  2
2 * 2780 * 0.46
2557,6
Таким образом, для освещения лабораторного отсека программноаппаратного комплекса необходимо две люминесцентных лампы ЛТБ 40 (ЛХБ
40).
Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в камере
сгорания
50
Количество частиц от не догоревшего топлива определяется по формуле
(4.4):
M TB  B  A r  χ  (1  η)
( 4 .4 )
где В = 278 (м3/час) = 75,9 (г/с) - расход топлива;
Аг = 0 (%) - зольность топлива;
 - доля твердых частиц улавливаемых в золоуловителях  = 0 (для
газа);  - коэффициент зависящий от типа топки  = 0.
Подставляя значения в формулу (4.4) получим:
M TB  278  0  0  (1  0)  0 т/год.
Количество оксида углерода определяется по формуле (4.5):
г
М СО  0,001  В  К СО  Q i  (1  q 4 /100)
(4.5)
где В - расход топлива В = 278 (м3/час) = 75,9 (г/с);
КСО - выход оксида углерода при сжигании топлива КСО = 0,25 (кг/ГДж);
q4 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива
q4=0;
Qгi - теплота сгорания натурального топлива Qгi = 38,5 (МДж/кг).
Подставляя значения в формулу (4.5) получим:
М СО  0,001  75,8  0,25  38,5  (1  0 / 100)  0,7295
г/с.
Максимальное количество оксидов азота выбрасываемых в единицу
времени рассчитывается по формуле (4.6):
М NO2  0,001  В  Q iг  К NO2  (1  β)
(4.6)
где В - расход топлива В = 278 (м3/час) = 75,8 (г/с);
Qгi - теплота сгорания натурального топлива Qгi = 38,5 (МДж/кг);
КNO2 - параметр, характеризующий количество оксидов азота,
образующихся на 1 ГДж тела КNO2 = 0,075;
 - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов в
результате технических решений  = 0,3.
Подставляя значения в формулу (4.6) получим:
М NO2  0,001  75,8  38,5  0,075  (1  0,3)  0,153
51
г/с.
Расчет максимальной концентрации окиси углерода определяется по
формуле (4.7):
C МCO 
А  М CO  F  m  n
H 2  3 V  ΔT
(4.7)
где А - коэффициент, зависящий от температуры стратификации
атмосферы;
МСО - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу МСО =
0,7295 (г/с);
F -безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания
вредных веществ в атмосферном воздухе F = 1;
 - коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности  = 1;
m и n -коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной
смеси из источника выброса m = 1, n = 1,2;
Н - высота источника выброса Н = 20 м;
V1 - расход газовоздушной смеси, м3/с.
Расход газовоздушной смеси определяется по формуле (4.8):
V1 
π  D2
ω
4
(4.8)
где  - скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника  =3
(м/с);
D - диаметр устья источника D = 0,5 (м);
Т - разность температур отходящих газов и воздуха Т = 200 (С).
Подставляя значения в формулу (4.7) и (4.8) получим:
π  D2
3,14  0,5 2
V1 
ω
 3  0,6 3
4
4
м /с,
200  0,7295  1  1  1,2
C МCO 
 0,1
20 2  3 0,6  200
мг/м3.
Расчет максимальной концентрации оксида азота определяется по
формуле (4.9):
C МNO 2 
А  М NO  F  m  n
H 2  3 V  ΔT
(4.9)
где МNО2 - масса вредного вещества, поступающего в атмосферу МСО =
0,153 (г/с).
Подставляя значения в формулу (4.9) получим:
52
C МNO 2 
200  0,153  1  1  1,2
20 2  3 0,6  200
 0,02
мг/м3.
Сравнение действующих выбросов с нормативами определяется по
формуле (4.10):
C м  С Ф  ПДК.
(4.10)
При анализе данных получим:
- действующая максимальная концентрация окиси углерода СМСО = 0,1
3
мг/м ;
- действующая максимальная концентрация окисида азота СМNO2 = 0,02
3
мг/м ;
- концентрация окиси углерода в атмосфере региона (фоновая) СФСО =
1,5 мг/м3;
- концентрация двуокиси азота в атмосфере региона СФNO2 = 0,0425
3
мг/м ;
- максимально допустимая разовая концентрация ПДКСО = 5 мг/м3;
- максимально допустимая разовая концентрация ПДКNO2 = 0,085 мг/м3.
Фактические выбросы окиси углерода и двуокиси азота не превышают
нормативов.
Расчет максимального расстояния от источника выброса, у которого
приземная концентрация достигает максимального значения определяется по
формуле (4.11):
XМ 
5F
dH
4
(4.11)
где d - безразмерный коэффициент d = 6,22.
Подставляя значения в формулу (4.11) получим:
XМ 
5 1
 6,23  20  124,6
4
м.
Согласно ОНД-86 значение предельно допустимых выбрасов для
одиночного точечного источника с круглым устьем при Т>>0 определяется по
формуле (4.12):
ПДВ 
(ППД  С Ф )  Н 2  3 V1  ΔT
A Fmn η
, (5.12)
(ППДСО  С ФCO )  Н  3 V1  ΔT
2
ПДВCO 
A F m n  η

(5 - 1,5)  20 2  3 0,6  200
 28,7
200  1  1  1,2  1
г/с
53
ПДВ NO2 
(ППДNО2  С ФNO2 )  Н 2  3 V1  ΔT
AFm n η

(0,085 - 0,0425)  20 2  3 0,6  200
 0,349
200  1  1  1,2  1
г/с.
Максимально допустимый выброс окиси углерода ПДВСО  28,7 г/с;
Максимально допустимый выброс диоксида азота ПДВ NO  0,349 г/с.
2
4.3 Организация рабочего места инженера-программиста
Производственная деятельность программиста, заставляет его
продолжительное время находиться в сидячем положении, которое является
вынужденной позой, поэтому организм постоянно испытывает недостаток в
подвижности и активной физической деятельности. При выполнении работы
сидя большую роль играет плечевой пояс. Перемещение рук в пространстве
влияет не только на работу мышц плечевого пояса и спины, но и на
положение позвоночника, таза и даже ног.
Чтобы исключить возникновение заболеваний необходимо иметь
возможность свободной перемены поз. Необходимо соблюдать режим труда и
отдыха с перерывами, заполняемыми “отвлекающими” мышечными
нагрузками на те звенья опорно-двигательного аппарата, которые не
включены в поддержание основной рабочей позы.
Антропологические характеристики человека определяют габаритные и
компоновочные параметры его рабочего места, а также свободные параметры
отдельных его элементов.
По условиям работы рабочее место программиста относится к
индивидуальному рабочему месту для работы сидя.
Рабочее место программиста должно занимать площадь не менее 6 м² ,
высота помещения должна быть не менее 4 м, а объем - не менее 20 м3 на
одного человека. После проведения анализа рабочего места программиста в
лаборатории было выяснено, что площадь данного рабочего места составляет
4 м2, а объем 12 м3, что не соответствует приведенным требованиям. Также в
результате анализа были выявлены нарушения в организации
непосредственно самого рабочего места программиста. В связи с этим было
предложено организовать рабочее место программиста, следующим образом.
Высота над уровнем пола рабочей поверхности, за которой работает
оператор, должна составлять 720 мм. Желательно, чтобы рабочий стол
оператора при необходимости можно было регулировать по высоте в пределах
680 - 780 мм. Оптимальные размеры поверхности стола 1600 х 1000 кв.
мм. Под столом должно иметься пространство для ног с размерами по глубине
650 мм. Рабочий стол оператора должен также иметь подставку для ног,
расположенную под углом 15° к поверхности стола. Длина подставки 400 мм,
ширина - 350 мм. Удаленность клавиатуры от края стола должна быть не
более 300 мм, что обеспечит оператору удобную опору для предплечий.
Расстояние между глазами оператора и экраном видеодисплея должно
составлять 40 - 80 см. [4]
54
Рабочий стул программиста должен быть снабжен подъемноповоротным механизмом. Высота сиденья должна регулироваться в пределах
400 - 500 мм. Глубина сиденья должна составлять не менее 380 мм, а ширина не менее 400 мм. Высота опорной поверхности спинки не менее 300 мм,
ширина - не менее 380 мм. Угол наклона спинки стула к плоскости сиденья
должен изменяться в пределах 90 - 110 °. Схема рабочего места оператора
приведена на рисунке 4.2.
На рисунке 4.2 цифрами обозначены:
1) стол;
2) стул;
3) подставка для ног;
4) системный блок;
5) монитор;
6) клавиатура;
7) принтер;
8) лоток для бумаги;
9) окно.
55
а)
9
5
4
6
7
8
380
3
720
680
б)
в)
1600
1000
Рисунок 4.2 – Схема рабочего места программиста
а)вид спереди;
б)вид с верху;
в)вид с боку.
56
2
500
4.4 Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности
В
данном
дипломном
проекте
в
разделе
Безопасность
жизнедеятельности произведен анализ условий труда при эксплуатации
котлоагрегата, анализ производственных факторов, влияющих на работников.
Были описаны мероприятия по обеспечению безопасности и здоровых
условий труда. Произведен выбор и расчет производственного освещения.
Таким образом, для освещения лабораторного отсека программноаппаратного комплекса необходимо две люминесцентных лампы ЛТБ 40 (ЛХБ
40). Также рассчитан выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.
Максимально допустимый выброс окиси углерода ПДВСО  28,7 г/с;
Максимально допустимый выброс диоксида азота ПДВ NO  0,349 г/с.
2
57
5 Технико-экономическое обоснование применения АСУ котельного
агрегата типа БКЗ-75-39 ФБ
5.1
Описание
автоматизированной
технологическим объектом
системы
управления
Дипломный проект посвящен разработке автоматизированной системы
управления (АСУ) котельного агрегата типа БКЗ-75-39 ФБ с использованием
интегрированной среды программирования TRACE MODE 6.
Объектом автоматизации является котельный агрегат БКЗ-75-39 ФБ с
естественной циркуляцией, который предназначен для получения пара
высокого давления при сжигании в виде факела жидкого топлива (мазута) или
природного газа.
Котельный агрегат
вертикально-водотрубный, однобарабанный с
камерной топкой, естественной циркуляцией, с тремя ступенями испарения, с
П-образной компоновкой поверхностей нагрева. Паропроизводительность
котла 75 т/ч, давление перегретого пара 39 кгс/см2 , температура перегретого
пара 440 ºС. В целях продления ресурса работы металла паропроводов и
пароперегревателей снижены номинальные параметры острого пара за
котлами: температуру до 410+50С, давление 33+1 P.
Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих
осуществлять производственные процессы без непосредственного участия
человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов
приводит к увеличению выпуска тепла, снижению себестоимости, уменьшает
численность обслуживающего персонала, повышает надежность и
долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и
техники безопасности. По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает
одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности.
Теплоэнергетические
установки
характеризуются
непрерывностью
протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой энергии в
любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке).
Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а
переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим
объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.
Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала;

приводит к изменению характера труда обслуживающего
персонала;

увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого
теплоносителя;

повышает безопасность труда и надежность работы оборудования;

увеличивает
экономичность
работы
теплогенерирующих
установок.
58
Автоматизация теплогенерирующих установок включает в себя
автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую
защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и
сигнализацию. Применение АСУ позволяет вести более надежный и
экономичный режим работы котлоагрегатов.
В настоящее время АСУ находит все большее применение в
промышленности с использованием свободно-программируемых логических
контроллеров. Это открывает новые возможности перед разработчиком
систем автоматизации, но и предъявляет новые требования к процессу
проектирования, производства и внедрения в эксплуатацию.
5.2 Расчет затрат на разработку АСУ
В данной дипломной работе необходимо сравнить два варианта
автоматизации котельного агрегата. По результатам расчетов выбрать
экономически эффективный вариант.
Затраты на разработку АСУ включают в себя стоимость оборудования,
затраты на пуско-наладочные работы, разработку программного продукта,
заработную плату, ремонт, электроэнергию, банковский процент и прочие.
Общие затраты рассчитываются по формуле
 З  (З
ПО
 ЗОбор  З ПНР ) * Н ао  З ЗП  ЗЭЛ  З ПРОЧ  З РЕМ  З% тыс. тг,
(5.2)
где ЗПО – затраты на создание программного продукта;
ЗОбор – затраты на оборудования для системы автоматизации;
З ПНР – затраты на пуско-наладочные работы;
– норма амортизационных отчислений;
(ЗПО  ЗОбор  ЗПНР ) * Н ао -основные производственные фонды;
– заработная плата персонала, обслуживающего систему
автоматизации;
– затраты на электроэнергию;
– прочие расходы;
– затраты на ремонт;
- банковский процент.
5.3 Расчет затрат на разработку программного обеспечения (ПО)
первого варианта автоматизации
Затраты на разработку программы определяются по формуле
З ПО  Зобор  З ЗП , тыс. тг ,
(5.3)
где З обор – затраты, связанные с оборудованием создания ПО, тыс. тг;
59
З ЗП – затраты по заработной плате специалистам, участвующим в
разработке программы, тыс. тг.
Затраты, связанные с оборудованием, на
программное обеспечение, приведены в таблице 5.1.
котором
создается
Таблица 5.1 – Затраты, связанные с оборудованием создания ПО
Наименован
ие
Системный
блок
Монитор
Клавиатура
Мышь
Принтер
Тип/марка
Стоимость Количество,
за
шт.
единицу,
тыс. тг
Системный блок Core 66,2
1
i3-3220 3.3 GHz/ MB
ASRock H61M-VG3/
RAM 4 GB 1600 MHz/
HDD
500
GB/
DVD±R/RW/
Case
ATX 400W
BenQ
G922HDAL 11,0
1
18.5", 1366x768
Zwerg KB250 Fang 0,9
1
Black USB
Delux, DLM-485BU
0,4
1
Принтер
лазерный 14,4
1
Pantum P2050, Черный
Итого
Общая
стоимость,
тыс.тг
66,2
11,0
0,9
0,4
14,4
92,9
Затраты на материалы создания программного обеспечения, то есть
программные пакеты и канцелярия, приведены в таблице 5.2.
Т а б л и ц а 5.2 – Затраты на материалы создания ПО
Единица
Цена
Наименование материалов
измерения
за ед.,
тыс. тг
Программное
обеспечение Программный
81,2
TRACE MODE 6
пакет
Программное
обеспечение Программный
128,3
TRACE MODE 6 Advanced v12 пакет
Бумага
Упаковка
0,7
Ручка
Итого
Штука
60
0,1
Колво,
штук
Сумма,
тыс. тг
1
81,2
1
128,3
1
0,7
1
0,1
210,3
Затраты, связанные с оборудованием, включают в себя затраты на
оборудования, и материалы, посредством которых создается программное
обеспечение
ЗОБОР=92,9+210,3=303,2 тыс. тг
Таблица 5.3 -Затраты на заработную плату
Этапы работы
Количество Заработная
Количество
месяцев
плата в месяц, людей
тыс. тг
Постановка
задачи
и
исследование предметной
области
2
50,0
1
Разработка ПО
Отладка ПО
Затраты из таблицы 5.3 по заработной плате определяются по формуле
ЗЗП  Ч * М * ЗУ *1,21 , тыс. тг
(5.4)
ЗЗП  1 * 2 * 50,0 *1,21  121,0 тыс. тг
Таким образом затраты на программное обеспечение
ЗПО=303,2+121,0=424,2 тыс. тг
5.4 Расчет затрат на оборудование первого варианта автоматизации
В таблице 5.4 показана структура затрат, необходимых для
приобретения оборудования.
Т а б л и ц а 5 . 4 - Затраты на приобретение оборудования
Название
Тип
Изготовитель
Кол-во
Общая цена,
тыс. тг
Блок питания
PS 307, 2 A
Siemens
1
27,2
Центральный процессор
CPU 312
Siemens
1
82,5
Siemens
1
34,2
Siemens
1
47,5
Siemens
1
104,9
2
364,7
Модуль
входных
дискретных сигналов
Модуль
выходных
дискретных сигналов
Модуль
аналоговых
входных сигналов
S7 SM 321
DI 16 24v
S7 SM 322
2x8 DO 25v/0.5A
S7 SM 331
1x8 AI 16 бит
Модуль
аналоговых S7 SM 331
4x2 AI TC 16 бит
входных сигналов
61
Siemens
Модуль
аналоговых S7 SM 331
входных сигналов
2 AI 14 бит
Коммуникационный
CP 343-1 Lean
процессор
Siemens
1
41,0
Siemens
1
175,3
Панель оператора
TP1200 Comfort
Siemens
1
639,9
Датчик давления
АИР-10
Элемер
2
75,7
Датчик температуры
ТХА-420-Л11-2
Овен
13
104,0
Расходомер
ДРГ.М-160
Элемер
2
53,4
Датчик уровня
АДУ-0.2/630
1
28,3
Регулятор уровня
АД52
1
88,5
Регулятор температуры
AVT/VGS
с Danfoss
наружной резьбой
6
583,8
Fantini Cosmi
Итого:
2450,2
5.5 Расчет затрат на пусконаладочные работы первого варианта
автоматизации
Пусконаладочные работы — это комплекс мероприятий по вводу в
эксплуатацию смонтированного на объектах строительства оборудования.
Целью проведения пусконаладочных работ является настройка
установленного оборудования, выявление недостатков электроустановки и
несоответствий проекту электроснабжения, способных негативно повлиять на
безопасность использования электрического оборудования а также проверка
готовности функционирования системы.
Для правильной работы оборудования, после монтажа требуется
провести пусконаладочные работы. Пусконаладочные работы помогают
выявить возможные нарушения при монтаже, недостатки в работе
оборудования до начала его эксплуатации, а также обеспечат его
бесперебойную работу на протяжении всего времени эксплуатации.
Затраты на пусконаладочные работы определяются как 5% от общей
стоимости оборудования
ЗПНР=ЗОБОР*0,05=2450,2*0,05=122,5тыс. тг
(5.5)
5.6 Расчет затрат на амортизационные отчисления первого
варианта автоматизации
Амортизационные отчисления (АО) входят в себестоимость и налогом
не облагаются. Амортизация – денежное возмещение износа фонда путём
62
включения части стоимости в затраты на выпуск продукции. Амортизация
есть денежное выражение физического и морального износа оборудования и
осуществляется в целях полной его замены при выбытии и идет на
капитальный ремонт и реновацию.
Амортизационные отчисления, следуя из формулы 5.2
ИАО= (ЗПО  ЗОбор  ЗПНР ) * Н ао =(424,2+2450,2+122,5)*0,15=449,5тыс.тг (5.6)
5.7 Расчет
автоматизации
затрат
на
заработную
плату
первого
варианта
Затраты на заработную плату рабочих определяются исходя из режима
работы на объекте, количество рабочих, месяцев и установленной зарплаты.
Режим работы автоматизируемого объекта характеризуется следующими
показателями: непрерывная рабочая неделя (семь дней); три смены в
сутках; восьмичасовая рабочая смена.
63
Таблица 5.5 – Режим работы персонала и оплата
Должность
Количество
Стоимость 1
Количество
рабочих
ставки в мес.,
занимаемых ставок
тыс.тг
Инженер
4
0,25
60,0
АСУ
ЗЗП  Ч * М * ЗУ *1,21 =4*12*0,25*60,0*1,21=871,2тыс.тг
5.8 Расчет
автоматизации
затрат
на
электроэнергию
первого
(5.7)
варианта
Определим затраты на электроэнергию
ЗЭЛ=РУСТ*ТН*18тг/кВт*ч,
(5.8)
где РУСТ-установленная мощность систем автоматизации, которая равна
0,5 кВт;
ТН – время использования, которая определяется как разность годового
времени и времени, отводимое на ремонт оборудования (длительность
ремонта равен одному месяцу).
Таким образом затраты на электроэнергию равны
ЗЭЛ = 0,5*8040*18=72,4 тыс. тг
5.9 Расчет
автоматизации
затрат
на
прочие
расходы
первого
варианта
Затраты на прочие расходы равны
ЗПРОЧ = ЗЗП*0,3=871,2*0,3=261,4 тыс. тг
(5.9)
5.10 Расчет затрат на ремонт первого варианта автоматизации
Задачи ремонта – поддержание оборудования в рабочем состоянии с
сохранением его нормальных эксплуатационных характеристик.
Сущность ремонта – чистка оборудования, замена изношенных деталей.
В основе организации ремонта лежит два принципа: профилактика и
плановость.
Межремонтное обслуживание включает мелкий ремонт, наблюдение за
эксплуатацией, технический осмотр, чистка, смазка.
Ремонт делится на два вида:
 текущий;
 капитальный.
64
Текущий ремонт – это замена быстроизнашиваемых деталей, промывка
и чистка масляных охлаждающих систем, испытание агрегата, проверка
деталей требующих замены, составление дефектной ведомости.
Капитальный ремонт – полная разборка, осмотр всех деталей, их замена,
исправление всех дефектов, испытание оборудования.
Задачи текущего ремонта – обеспечение работоспособности
оборудования до очередного планового ремонта.
Задачи
капитального
ремонта
–
полное
восстановление
производственной
мощности
и
начальных
технико-экономических
показателей.
Затраты на ремонт равны
ЗРЕМ=ИАО * 0,15=449,5*0,15=67,4 тыс. тг
(5.10)
5.11 Расчет затрат на банковский процент первого варианта
автоматизации
Процентная ставка — сумма, указанная в процентном выражении к
сумме кредита, которую платит получатель кредита за пользование им в
расчёте на определённый период (месяц, квартал, год).
Первоначальные инвестиции берутся из банка на сумму, которая
составляет
=424,2+2450,2+122,5=2997,0 тыс. тг
Кредит из банка берется на 5 лет, которые необходимо вернуть
,
(5.11)
где
– первоначальные инвестиции;
12% - процентная ставка банка.
Таким образом из формулы 5.2 следует, что затраты на разработку АСУ
первого варианта будут составлять
 З  (З
ПО
 ЗОбор  З ПНР ) * Н ао  З ЗП  ЗЭЛ  З ПРОЧ  З РЕМ  З%
 З1  (424,2+2450,2+122,5)*0,15+871,2+72,4+261,4+67,4+671.328=2393,263
тыс.тг
5.12 Расчет затрат на разработку программного обеспечения (ПО)
второго варианта автоматизации
Затраты на разработку программы определяются по формуле
З ПО  Зобор  З ЗП , тыс. тг,
65
(5.12)
где З обор – затраты, связанные с оборудованием создания ПО, тыс. тг;
З ЗП – затраты по заработной плате специалистам, участвующим в
разработке программы, тыс. тг.
Затраты, связанные с оборудованием, на котором создается
программное обеспечение, приведены в таблице 5.6.
Таблица 5.6 – Затраты, связанные с оборудованием создания ПО
Наименован
ие
1
Системный
блок
Монитор
Клавиатура
Мышь
Принтер
Тип/марка
Стоимость
за единицу
тыс., тг
2
3
Системный блок Core 66,2
i3-3220 3.3 GHz/ MB
ASRock H61M-VG3/
RAM 4 GB 1600 MHz/
HDD
500
GB/
DVD±R/RW/
Case
ATX 400W
BenQ
G922HDAL 11,0
18.5", 1366x768
Zwerg KB250 Fang 0,9
Black USB
Delux, DLM-485BU
0,350
Принтер
лазерный 14,37
Pantum P2050, Черный
Количество,
шт.
4
1
Общая
стоимость
тыс., тг
5
66,2
1
11,0
1
0,9
1
1
0,35
14,37
Итого
92,82
Затраты на материалы создания программного обеспечения, то есть
программные пакеты и канцелярия, приведены в таблице 5.7.
Т а б л и ц а 5.7. – Затраты на материалы создания ПО
Единица
Цена за
Наименование материалов
измерения
ед.,тыс.
тг
Программное обеспечение
Программный
39,9
Alen Bradley RSNetWorx v21.0
пакет
Программное обеспечение
Программный
135,5
Alen Bradley RSLogix5
пакет
Бумага
Упаковка
0,7
Ручка
Итого
Штука
66
0,1
Колво,
штук
Сумма,
тыс. тг
1
39,9
1
135,5
1
0,7
1
176,2
0,1
Затраты, связанные с оборудованием, включают в себя затраты на
оборудования, и материалы, посредством которых создается программное
обеспечение.
ЗОБОР=92,82+176,2=269,0 тыс. тг
Т а б л и ц а 5.8-Затраты на заработную плату
Этапы работы
Количество Заработная
Количество
месяцев
плата в месяц, людей
тыс. тг
Постановка
задачи
и
исследование предметной
области
2
50,0
1
Разработка ПО
Отладка ПО
Затраты по заработной плате определяются по формуле
ЗЗП  Ч * М * ЗУ *1,21 , тыс. тг
(5.12) ЗЗП  1 * 2 * 50,0 *1,21  121,0 тыс.тг
Таким образом затраты на программное обеспечение
ЗПО=121,0+269,0=390,0 тыс. тг
5.13 Расчет затрат на оборудование второго варианта
автоматизации
В таблице 5.9 показана структура затрат, необходимых для
приобретения оборудования.
Т а б л и ц а 5 . 9 - Затраты на приобретение оборудования
Название
Тип
Изготовитель
Кол-во, Общая
тыс. тг
штук
Блок питания
1771 PLC-5
Alen Bradley
1
Alen Bradley
1
511,1
Alen Bradley
1
57,6
Alen Bradley
1
56,7
Alen Bradley
2
313,4
Центральный
1785 PLC-5
процессор
Модуль
входных
1771 16 DI
дискретных сигналов
Модуль
выходных
1771 16 DO
дискретных сигналов
1771
AI
8
Модуль аналоговых плавающих
входных сигналов
дифференциальны
х входов
67
38,5
цена,
1771
6
RTD
Модуль аналоговых
входов
Alen Bradley
входных сигналов
(трехпроводной)
2
422,1
Шасси
PLC-5
Alen Bradley
1
31,4
1771 PLC-5
Alen Bradley
1
78,5
618F
Alen Bradley
1
582,3
Датчик давления
Элемер-100
Элемер
2
91,4
Датчик температуры
ТН-0502
Frontier
13
347,1
Расходомер
Реле потока
Элемер
2
186,9
Датчик уровня
Vegapuls 62
Veegapuls
3
126,0
Регулятор уровня
LC2610
Spirax sarco
1
101,0
Регулятор
температуры
Итого:
Тип 43-8
Самсон
6
810,0
Коммуникационный
процессор
Комплексный
компьютерный
дисплей
3754,0
5.14 Расчет затрат на пусконаладочные работы второго варианта
автоматизации
Пусконаладочные работы — это комплекс мероприятий по вводу в
эксплуатацию смонтированного на объектах строительства оборудования.
Целью проведения пусконаладочных работ является настройка
установленного оборудования, выявление недостатков электроустановки и
несоответствий проекту электроснабжения, способных негативно повлиять на
безопасность использования электрического оборудования а также проверка
готовности функционирования системы.
Для правильной работы оборудования, после монтажа требуется
провести пусконаладочные работы. Пусконаладочные работы помогают
выявить возможные нарушения при монтаже, недостатки в работе
оборудования до начала его эксплуатации, а также обеспечат его
бесперебойную работу на протяжении всего времени эксплуатации.
Затраты на пусконаладочные работы определяются как 5% от общей
стоимости оборудования
ЗПНР=ЗОБОР*0,05=3754,0 *0,05=187,7 тыс. тг
68
(5.14)
Амортизационные отчисления, следуя из формулы 5.2
ИАО= (ЗПО  ЗОбор  ЗПНР ) * Н ао =(390+3754,0+187,7)*0,15=649,8 тыс. тг (5.15)
Затраты на заработную плату рабочих определяются исходя из режима
работы на объекте, количество рабочих, месяцев и установленной зарплаты.
Режим работы автоматизируемого объекта характеризуется следующими
показателями: непрерывная рабочая неделя (семь дней); три смены в
сутках; восьмичасовая рабочая смена.
Таблица 5.10 – Режим работы персонала и оплата
Должность
Количество
Стоимость 1
Количество
рабочих
ставки в мес.,
занимаемых ставок
тыс. тг
Инженер
4
0,25
60,0
АСУ
ЗЗП  Ч * М * ЗУ *1,21 =4*12*0,25*60,0*1,21=871,2тыс. тг
(5.16)
Определим затраты на электроэнергию
ЗЭЛ=РУСТ*ТН*18тг/кВт*ч,
(5.17)
где РУСТ-установленная мощность системы автоматизации, которая
равна 0,5 кВт;
ТН – время использования, которая определяется как разность годового
времени и времени, отводимое на ремонт оборудования (длительность
ремонта равен одному месяцу).
Таким образом затраты на электроэнергию равны
ЗЭЛ = 0,5*8040*18=72,4 тыс. тг
Затраты на прочие расходы равны
ЗПРОЧ = ЗЗП*0,3=871,2 *0,3=261,4 тыс. тг
(5.18)
Задачи ремонта – поддержание оборудования в рабочем состоянии с
сохранением его нормальных эксплуатационных характеристик.
Сущность ремонта – чистка оборудования, замена изношенных деталей.
69
В основе организации ремонта лежит два принципа: профилактика и
плановость.
Межремонтное обслуживание включает мелкий ремонт, наблюдение за
эксплуатацией, технический осмотр, чистка, смазка.
Ремонт делится на 2 вида:
 текущий;
 капитальный.
Текущий ремонт – это замена быстроизнашиваемых деталей, промывка
и чистка масляных охлаждающих систем, испытание агрегата, проверка
деталей требующих замены, составление дефектной ведомости.
Капитальный ремонт – полная разборка, осмотр всех деталей, их замена,
исправление всех дефектов, испытание оборудования.
Задачи текущего ремонта – обеспечение работоспособности
оборудования до очередного планового ремонта.
Задачи
капитального
ремонта
–
полное
восстановление
производственной
мощности
и
начальных
технико-экономических
показателей.
Затраты на ремонт равны
ЗРЕМ=ИАО * 0,15=649,8 *0,15=97,5 тыс. тг
(5.19)
Первоначальные инвестиции берутся из банка на сумму, которая
составляет
=390,0+3754,0+187,7=4331,7 тыс. тг
Кредит из банка берется на 5 лет, которые необходимо вернуть
,
(5.20)
где
– первоначальные инвестиции,
12% - процентная ставка банка.
Процентная ставка — сумма, указанная в процентном выражении к
сумме кредита, которую платит получатель кредита за пользование им в
расчёте на определённый период (месяц, квартал, год).
Таким образом, затраты на разработку АСУ второго варианта будет
составлять
 З  (З
ПО
 ЗОбор  З ПНР ) * Н ао  З ЗП  ЗЭЛ  З ПРОЧ  З РЕМ  З%
 З 2  (390,0+3754,0+187,7)*0,15+871,2+72,4+261,4+97,5+
70
=
=2922,6008 тыс.тг
71
5.15 Вывод по разделу технико-экономического обоснования
По разделу технико-экономического обоснования были расчитаны 2
варианта автоматизации:  З1  2581,0 тыс. тг,  З 2  2922,6008 тыс. тг, Первый
вариант автоматизации является экономически эффективным и он принят в
реализацию проектирования в дипломном проекте.
72
Заключение
Котлоагрегат является энергетической установкой, в процессе
эксплуатации которой с высокой динамикой изменяется связанные между
собой технологические параметры. Автоматизация параметров дает
значительные преимущества: обеспечивает уменьшение численности
рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда, приводит
к изменению характера труда обслуживающего персонала, увеличивает
точность поддержания параметров вырабатываемого пара, повышает
безопасность труда и надежность работы оборудования, увеличивает
экономичность работы парогенератора. Автоматическое регулирование
обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе
(питание водой, горение, перегрев пара и др.).
Необходимо обеспечить оперативный вывод информации о текущем
состоянии любого требуемого параметра, его отклонении от оптимального
установленного и о самом оптимальном значении этого параметра.
Для выполнения поставленной в дипломном проектировании задачи
создания системы автоматического контроля и регулирования давления пара в
барабане котла БКЗ-7539 на ТЭЦ было выбрано техническое обеспечение
системы: промышленный компьютер, модули удаленного ввода-вывода
информации, подобраны преобразователи давления, термопреобразователи.
Проведено экономическое обоснование проекта, на основании которого
был сделан вывод об экономической эффективности внедрения
спроектированной системы и рассчитаны экономический эффект и
окупаемость капитальных вложений, необходимых для установки системы на
производстве.
Также в дипломном проекте были рассмотрены вопросы
жизнедеятельности человека, охраны труда и окружающей среды
применительно
к
рассматриваемому
производству
и
внедрению
спроектированной автоматической системы.
По сравнительным оценкам такой подход экономически оправдан и по
объему затрат на внедрение, и по показателям эффективности (экономии
энергоресурсов,
снижению
аварийности,
более
рациональному
использованию оборудования). Кроме того, появляются возможности
реализовать широкий круг экологических мероприятий и повысить общую
культуру производства.
73
Список использованной литературы
1. Клюев А.С., Говарнов А.Г. Наладка систем автоматического
регулирования котельных агрегатов.- Москва, Энергия 1970
2. Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых
электростанций.- Москва, Энергоиздат, 1981 г.
3. Ковалев А.П., Пелеев Н.С. Парогенераторы.- Москва, Энергоиздат,
1985
4. Зотов Б.И., Курдюмов В.И. Безопасноть жизнедеятельности на
производстве: Учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по
специальностям 311300, 311500, 311900. 2-е издание - Москва, Колосс 2003
г.
5. Добкин В.М., Дулеев Е.М. Автоматическое регулирование тепловых
процессов на электростанциях государственное энергетическое издательство,
Москва.- 1959
6. Доронин В.А., Буйлов Г.П. Автоматизированые системы управления
теплоэнергетических процессов и процессов отрасли.- Санкт-Петербург 2001
7. Буйлов Г.П., Доронин В.А. “Автоматика и автоматизация
производственных процессов ЦБП.- Москва Экология 1995
8. Дятлова Е.П., Сафонова М.Р. Проектирование автоматизированных
систем управления технологическими процессами ЦБП.- Санкт-Петербург,
1999 (уч.пособие)
9. Бараранов П.А. Предупреждение аварий паровых котлов- Москва,
Энергоатомиздат 1991
10. Кузьменко Д.Я. Автоматическое регулирование и технологические
защиты паровых котлов.- Москва, “Энергия”, 1970
11. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок- Москва,
издательство литературы по строительству, 1973
12. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы- Москва,
Энергоатомиздат 1987
13. Эстеркин Р.И. Котельные установки - Ленинград, Энергоатомиздат
1989
14. Файерштейн Л. М. Справочник по автоматизации котельных
установок- Москва, Энергия 1978
15. Сидельсковский Л.И., Юренев В.И. Котельные установки
промышленных предприятий. М.: Энергоиздат, 1998. - 425с.
16. Будников Е.Ф. и др. Производственные и отопительные
котельные. М.: Энергоиздат, 1984.- 287с.
17. Корытин А. И., Петров Н. К., Радимов С. П., Шапарев Н. К.
Автоматизация типовых технологических процессов и установок; Учебник
для ВУЗов. - М.:Энергоатомиздат, 1988., ил.
18. Методические указания для расчета экономической части
дипломного проекта: методическая разработка. – Павлодар: ПГУ, 2003.- 21 с.
74
19. Экология: учебное пособие / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкин. М.: Издательский центр Академия 2004. – 480 с.
20. Волков О.М. Пожарная безопасность вычислительных центров /
О.М. Волков. – М.: Строй издат., 1990. – 200с.: ил.
21. Черкалин К.А. Охрана труда в электрохозяйствах промышленных
предприятий / К.А. Черкалин, Г.Н. Полухина, С.А. Черкалина. - М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 292 с.
22. О труде в Республике Казахстан: закон: [принят 28 февр. 2004 г.]. Алматы: Аян. 2004. - 35 с.
23. Трудовой кодекс Республики Казахстан. Закон Республики
Казахстан от 15 мая 2007 года № 252-III.
24. Правила работы с персоналом в энергетических организациях
Республики Казахстан.
25. Правилами пользования электрической и тепловой энергией
(утверждены приказом Министра энергетики и минеральных ресурсов
Республики Казахстан от 24 января 2005 года № 10 Об утверждении Правил
пользования электрической энергией и Правил пользования тепловой
энергией).
26. О государственном надзоре и контроле. Закон Республики Казахстан
от 06.01.2011 года, № 377 – IV.
27. А. Я. Красовский ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
Конспект лекций
28 Каталог продукции Эмерсон .
29 Дорф Н. Бишеп Т. Современные системы управления.
30 В. Н. Пантелеев, В. М. Прошин основы автоматизации
производства.
75