Реферат: Автоматизация котла типа АВ в сельскохозяйственных предприятиях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

по дисциплине

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Тема: АВТОМАТИЗАЦИЯ КОТЛА ТИПА АВ

ТЕПЛИЧНОГО КОМБНАТА.

Выполнил студент группы АТ-1-06 (Минубаева Т.В.)

Проверил (Гильфанов К.Х.)

Казань 2010.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.

Под энергообеспечением понимают надежное и бесперебойное обеспечение сельских потребителей топливом, теплотой, электро­энергией, газом, теплым воздухом и водой, горячей водой и па­ром.

Потребление энергии человечеством из года в год растет по экс­поненте. За последнее столетие в мире израсходовано энергии боль­ше, чем за всю историю своего развития, а за минувшую четверть века суммарное потребление возросло в 5 раз. Сельское хозяйство России с учетом местных видов топлива (в основном биомассы) по­требляет в год более 130 млн. т. Условного топлива , что состав­ляет около 10 % потребляемой энергии в целом по стране.

Огромное количество энергии расходуется в растениеводстве и на транспорте — около 50 %, в быту и коммунальном хозяйстве — 40 %, животноводстве —10 %.

По структуре потребления жидкое топливо составляет около 35 %, уголь — 30, местное топливо — 15, газ — 12 и электроэнергия — 8 %. От 60 до 80 % энергии этих источников преобразуется в тепло­вую энергию. Она расходуется на отопление жилых и производст­венных помещений, приготовление пищи и корма, подогрев воды и получение пара, подогрев почвы и воздуха в теплицах и т. П.

Автоматизация систем энергообеспечения имеет большое зна­чение, поскольку без нее невозможно организовать экономичное, надежное и бесперебойное энергоснабжение сельских потребите­лей. Она является основным средством повышения безопасности труда, КПД и энергосбережения при преобразовании, передаче и использовании энергии.

Теплоснабжение сельского хозяйства осуществляют в основ­ном от котельных и отдельных котлов низкого давления, теплоге­нераторов и электронагревательных установок. Котлы используют весьма широко, несмотря на их значительную металлоемкость и повышенную себестоимость тепловой энергии, а также большие потери теплоты при ее передаче от котельных к потребителям. Высокая пожароопасность и загрязненность отходами свойствен­ны таким котлам. На их эксплуатации только в сельском хозяй­стве занято более 500 тыс. операторов. Повсеместный переход на теплоснабжение от электроустановок в существенной мере устра­няет указанные недостатки, но сдерживается дефицитом и высо­кой стоимостью электрической энергии, а также малой пропуск­ной способностью сельских распределительных электросетей. Ав­томатизация котлов и теплогенераторов существенно облегчает труд операторов и частично их сокращает, повышает надежность и оперативность работы оборудования и снижает себестоимость по­лучаемой теплоты, уменьшает на 10 % расход топлива. В то же время есть ряд потребителей, получающих теплоту только от элек­трической энергии, например инкубатории, электросварочные ус­тановки, установки локального обогрева молодняка птицы и жи­вотных, электрокалориферы и электроплиты.

1.Характеристика объекта управления.

1.1 Котлы типа АВ.

Котлы типа АВ предназначены для получения горячей воды и пара, которая может быть использована в системах теплоснабжения жилищно-коммунальных объектов, технологических нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства, объектов промышленного и бытового назначения.

Котел АВ-3 применяется для обогрева теплиц, может работать как в водогрейном, так и в пароводогрейном режимах. В пароводогрейном режиме одновременно с нагревом воды котел вырабатывает насыщенный пар.

Котлы АВ-3 и АВ-4 - автоматизированные, жаротрубно-газотрубные, горизонтальные, с трехходовым движением газов, работают под наддувом. Для установки котлов не требуются специальные фундаменты.

Котлы предназначены для работы на природном газе. В качестве резервного топлива могут быть использован мазут.

Котлы состоят из блока котла, горелочного устройства, вентилятора, пароводяной и топливной арматуры, площадки обслуживания, системы автоматизированного управления.

Блок котла включает в себя горизонтальный барабан с дымогарными трубами и топкой, переднюю, заднюю и поворотную камеры, опорную конструкцию, паросборник.

В барабане размещается раздающее устройство обратной воды (в водо-щрейном котле), а также патрубок для отвода пара (в пароводогрейном котле). Жаровая труба соединяется сварным стыковым швом, сэлементами отбортовки переднего и заднего днищ барабана. В передней части жаровой трубы устанавливается горелка.

Доступ для осмотра внутренних поверхностей котлов — жаровой трубы, труб газохода, внутренних стенок барабана обеспечивается через лазы (один в верхней части, два — в нижней) и два лючка.

Котел установлен на раме, которая воспринимает нагрузки через две опоры. Задняя опора является неподвижной. Свобода температурных перемещений при нагреве и охлаждении барабана котла обеспечивается конструкцией передней опоре.

В задней части котла расположена охлаждаемая поворотная камера, в которой газы поворачивают из жаровой трубы в грубы второго газохода. Поворотная камера конструктивно выполнена из двух эллиптических днищ, надетых одно на другое с зазором и соединенных сваркой между собой по периферии и в центральной горловине. Камера соединяется с задним днищем через кольцо. Зазор между днищем и камерой заполняется теплоизоляционной массой (хромитовой массой ПХМ-6 или др.

В центре поворотной камеры устроен лаз, обеспечивающий доступ в жаровую трубу и заднюю поворотную камеру. Полость, образованная днищами поворотной камеры, сообщается с водяным объемом барабана котла одним подводящим и тремя отводящими патрубками.

Поворот газов из второго газохода в третий осуществлен в передней неохлаждаемой газовой камере, расположенной у фронта котла. Для очистки труб второго и третьего газоходов камера оборудована съемными дверцами, уплотняемыми прографиченным плетеным асбестовым шнуром. К опорному кольцу в центральной части газовой камеры приваривается топливно-горелочный блок.

К заднему днищу барабана присоединяется выходная газовая камера, в которой уходящие газы из обоих пучков третьего газохода объединяются и направляются к выходному патрубку, расположенному в верхней части задней стенки газохода. Осмотр соединений труб третьего газохода с задним днищем барабана котла и очистки выходного газохода возможны через две съемные крышки и лаз. Все элементы котла, имеющие повышенную температуру, имеют тепловую изоляцию.

Наружная поверхность котла покрыта теплоизоляционным материалом и металлической обшивкой.

Котлы оснащены предохранительными клапанами. Система автоматизированного управления обеспечивает автоматическое выполнение операций при пуске, регулировании нагрузки и останове котлов. Котлы могут быть укомплектованы блочными горелками фирм «Weishaupt», «SAAKE», « Oilon» и т. п.

Устройство специального фундамента для установки котла не требуется, так как нагрузка передается на пол через сравнительно большую опорную поверхность рамы.

Технические характеристики котлов приведены в таблице.

Таблица 1.1.

Рис.1.Горелка котла.

1.2. Управление процессами в котле.

Переходные процессы в котле протекают достаточно быстро, и поэтому выполнение технологических процессов с по­мощью ручного управления невозможно. Водогрейные котлы обо­рудуют регуляторами процесса сжигания топлива, а паровые кот­лы — еще и регулятором питания котла водой.

Процесс управления сжиганием топлива объединяет три взаи­мосвязанные системы: управления тепловой нагрузкой (т. е. мощ­ностью котла); управления экономичностью процесса сжигания топлива; стабилизации разрежения в топке.

Управление тепловой нагрузкой сводится к стабилизации тепло­вой нагрузки котла, и поэтому соответствующий регулятор назы­вается регулятором тепловой нагрузки (РТН).

Тепловая нагрузка или мощность котла в установившемся ре­жиме пропорциональна его паропроизводительности, а после­дняя пропорциональна давлению пара в барабане.

Регу­лируемый параметр процесса выработки пара — давление пара в барабане, а регулирую­щее воздействие — изменение подачи в топку количество топлива и воздуха, результатом чего является изменение количества теплоты Q, выделяемой в топке, и давления в барабане р. Основ­ным внешним возмущением при регулировании р является изме­нение потребления пара G_n и подачи питательной воды G_nB . Оба этих возмущения не связаны с работой топки и воздействуют только на режим работы котла.

В существующих способах регулирования тепловой нагрузки объединены принципы регулирования по отклонению и по возму­щению в зависимости от того, работает котел в базовом или регу­лирующем режиме.

В базовом режиме задача РТН — стабилизация тепловой на­грузки котла Q. При сжигании твердого топлива тепловую на­грузку котла оценивают по его паропроизводительности, а при сжи­гании газа или жидкого топлива она может быть определена по расходу топлива. Подачу жидкого топлива изменяют с помощью регулирующего клапана, а газообразно­го — регулирующей заслонки на газо­проводе к котлу.

Система автоматического управле­ния в базовом режиме настраивается таким образом, чтобы учитывать толь­ко внутренние возмущения (напри­мер, изменение качества топлива и т. д.) и не реагировать на внешние (измене­ние потребления пара). При измене­нии потребления пара, о чем свиде­тельствует соответствующее изменение давления р, главный регулятор изме­няет задание подчиненным ему РТН отдельных котлов. В случае необходи­мости любой котел может быть переведен в базовый режим ра­боты и обратно.

Управление экономичностью процесса сжигания топлива. Регули­рование количества воздуха, подаваемого в топку, является основ­ным условием экономичной работы котла. Это условие обеспечи­вается регулятором экономичности (РЭ), автоматически поддер­живающим расчетное соотношение между количествами подавае­мых в топку котла топлива G_T и воздуха G_B .Схема «топливо — воздух» применима в случае работы котла на газообразном топливе, расход которого может быть точно изме­рен. Расход воздуха в схемах РЭ измеряется по перепаду на возду­хоподогревателе (Ар_вп ). При сжигании твердого и жидкого топли­ва в котлах малой мощности характеристикой расхода топлива мо­жет быть принято положение исполнительного механизма ИМ ре­гулятора РТН.

Наиболее точный способ контроля экономичности процесса горения — измерение содержания кислорода в выпускных газах. Использование этого параметра в схемах регулирования сдержи­вается невысокой надежностью серийных газоанализаторов.

Стабилизация разрежения в топке. Наличие небольшого (20...30 Па) постоянного разрежения в верхней части топки ис­ключает выброс газов в помещение котельной, способствует ус­тойчивости горения и является косвенным признаком материаль­ного баланса между нагнетаемым в топку воздухом G_B и выпуск­ными газами G_r .

Регулятор разрежения воздействует на направляющий аппарат дымососа, а при работе дымососа на группу котлов — на поворотную заслонку в газоходе за водяным эконо­майзером. Топка котла, как объект регулирования разрежения об­ладает весьма незначительной инерцией.

Автоматическое управление процессом питания котла водой определяется жесткими требованиями к точности поддержания ее уровня в барабане, которые объясняются опасностью заброса воды в пароперегреватель («перепитка» котла) или оголения и пе­режога экранных труб («упуск» уровня).

Особенность барабана котла как объекта регулирования — за­полнение его двухфазной средой (пароводяной смесью), плот­ность которой существенно зависит от давления.

Автоматическое регулирование температуры воды осуществляется в соответствии с температурой наружного воздуха , как того требует температурный график тепловой сети

В водогрейных котельных принципы регулирования темпера­туры Г_пр прямой воды зависят от вида сжигаемого топлива.

При сжигании газа минимальная температура воды на входе в котел должна быть не менее 60 , при сжигании малосернистого мазута — 70, высокосернистого — 110 °С и более. Поскольку боль­шую часть отопительного периода температура 7 обратной теп­лофикационной воды не превышает 60 °С, то нужное значение температуры воды на входе в котел достигается подмешиванием к ней с помощью рециркуляционных насосов части воды, нагретой в котлах.

1.3. ПАРАМЕТРЫ КОНТРОЛЯ, УПРАВЛЕНИЯ И

СИГНАЛИЗАЦИИ.

Контролю, регистрации и сигнализации подлежат следующие технологические параметры:

· Расход питательной воды F=3,5 т/ч;

· Расход воздуха F=800 /ч;

· Расход топлива F=4,5 т/ч;

· Температура t=450 в топке;

· Температура воды 97 ;

· Содержание =2,5% в дымовых газах;

· Температура t=140 дымовых газов.

Контролю, регистрации, сигнализации и автоматическому ПИ-регулированию подлежат следующие технологические параметры:

· Разрежение в топке Р=6 кПа;

· Давление пара Р=0,96 МПа;

· Уровень в котле L=1,6 м.

Предусмотреть сигнализацию состояния и дистанционное управление электроприводом дымососа мощностью 40кВт.

3.Структурная схема сетевой АСУТП.

Внедрение АСУ является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием ЭВМ.

При использовании электрических приборов, ЭВМ применяется во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых может выполнять роль «советчика», при котором ЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса и, в третьих, сравнивая текущие знания с заданными, выдает корректирующий сигнал на регулятор или непосредственно на исполнительный механизм. Кроме того, работая в качестве управляющей системы по заданной программе, ЭВМ характеризуется гибкостью управления, т.е. появляется возможность перенастроить производство за короткое время на выпуск продукции другого качества, тем самым быстро среагировать на рынок.

В общем, система управления организована в виде двухуровневой структуры: верхний уровень и нижний уровень.

Верхний уровень реализован на базе станций оператора-технолога и оператора-инженера. Станции оснащены современными ПК. Верхний уровень обеспечивает ведение базы данных, визуализацию состояния технологического оборудования, обработку данных формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием.

Нижний уровень системы обеспечивает реализацию следующих функций:

- контроль технологических параметров;

- первичная обработка и расчет параметров;

- функционирование контуров регулирования;

-контроль безопасности и аварийную защиту технологического оборудования.

Нижний уровень системы управления является дублирующим (локальным) при выходе ЭВМ из строя. Он реализован в виде двух подсистем: подсистема РСУ (распределенная система управления) – собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия; подсистема ПАЗ (подсистема противоаварийной защиты) – контролирует нарушения входе технологического процесса, осуществляет защиту и блокировку аппаратов (вырабатывает защитные воздействия).

Функции РСУ выполняет программируемые контроллеры.

Контроллеры выполняют следующие функции:

-воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы;

-измеряют и нормируют принятые сигналы;

-выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;

-отображают информацию на экране;

-управляются при помощи стандартной клавиатуры.

При выборе контроллера решающими факторами являются:

-надежность модулей ввода/вывода;

-скорость обработки и передачи информации;

-широкий ассортимент модулей;

-простота программирования;

-распространенность интерфейса связи с ЭВМ.

В верхнем уровне использована сеть Ethernet.

Сеть Ethernet принята комитетом 802 IEE Е (Institute of Electrical and Electronic Engineers – институт инженеров по электротехнике и электронике) ECMA (European Computer Manufacturers Association ) в 1985 году в качестве международного стандарта IE ЕЕ 802.3 («eight oh two dot three »). Он определяет множественный доступ к моноканалу типа «шина» с обнаружением конфликтов и контролем передачи (CSMA /CD - Carrier-Seuse Multiple Access /Collision Detection -децентрализованный метод доступа к сети с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Распространение имеют две версии - Ethernet (протокол 802.3) и Fast Ethernet (протокол 802. 3u ).

В классической сети Ethernet применяется стандартный 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время все большее распространение получает версия Ethernet на витой паре, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. Доступ к моноканалу осуществляется по методу CSMA /CD . Передача идет пакетами переменной длины. Предусмотрена индивидуальная, групповая и широковещательная адресация.

Помимо стандартной топологии типов «шина» (рис. 2, а ) применяется также топология типа «пассивная звезда» и «дерево». При этом используются репитеры (повторители) и пассивные (репитерные) концентраторы, соединяющие между собой различные части (сегменты) сети (рис. 2, б ).

Рис. 2. Топология сети Ethernet.

В качестве сегмента может выступать единичный абонент. Главное – чтобы в полученной топологии не было замкнутых путей (петель). Таким образом, абоненты подсоединены к «шине» так, что сигнал от каждого из них распространяется во все стороны и не возвращаются назад. Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.

Для сети Ethernet , работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет 4 основных типа среды передачи:

· 10 BASE 5 (толстый коаксиальный кабель);

· 10 BASE 2 (тонкий коаксиальный кабель);

· 10 BASE -T (витая пара);

· 10 BASE -F (оптоволоконный кабель).

Подходит для любых задач: ПЛК для стоечного монтажа с номенклатурой модулей ввода/вывода, насчитывающей свыше 200 моделей

Контроллер OMRON CS1G/H

Контроллер.

CS1 - это наиболее обширное семейство программируемых контроллеров компании Omron, максимальная емкость ввода/вывода у которого составляет 5120 "локальных" дискретных входов/выходов. К одной стойке центрального процессора может быть подсоединено до семи стоек расширения, что позволяет довести общее количество модулей ввода/вывода в системе до 80. На выбор представлено свыше 200 моделей разнообразных модулей дискретных и аналоговых входов/входов, модулей регулирования и модулей связи, которые могут устанавливаться в стойки в любом сочетании и в любом порядке. Обширный набор команд и библиотека функциональных блоков позволяют создавать очень компактные программы, допускающие смешанное использование структурированного текста и "лестничных диаграмм" - языков стандарта IEC 61131-3.

-Быстрые ЦПУ с большим объемом памяти программ

-Программирование на языке структурированного текста в соответствии с IEC 61131-3, обширная библиотека функциональных блоков

-Гнездо для компактной карты памяти CompactFlash, предназначенной для хранения данных и обмена программами

-Простой переход от систем C200H с возможностью использования имеющихся модулей ввода/вывода

-Дублированная система ПЛК для отказоустойчивого управления.

CS1D дополняет хорошо проявившую себя архитектуру CS1 функциями дублирования, обеспечивающими абсолютно безотказное функционирование системы и исключающими даже самые минимальные простои. Сдвоенные центральные процессоры, с функциями управления циклом или без них, непрерывно следят друг за другом на предмет возникновения сбоев, что освобождает пользователя от написания специальных программ. Другим, еще более простым способом повышения надежности системы является применение сдвоенных источников питания. Возможность "горячей" замены модулей ЦПУ, источников питания и модулей ввода/вывода позволяет производить обслуживание системы практически без прерывания технологического процесса

CS1: Модули центрального процессора

Компания Omron выпускает две модели модулей центрального процессора серии CS1, отличающиеся скоростью выполнения операций, каждая из которых имеет несколько исполнений с различным объемом памяти. Помимо базовых моделей ЦПУ в состав серии входят модели, предназначенные для создания дублированных систем, поддерживающие "горячую" замену модулей ввода/вывода. Во всех моделях ЦПУ предусмотрено гнездо для установки специальной платы с непосредственным подключением к шине ЦПУ. В это гнездо может быть вставлена плата последовательного интерфейса или плата циклического управления. Все модули ЦПУ поддерживают программирование на языке структурированного текста и на языке релейно-контактной логики ("лестничных диаграмм"), предусмотренных стандартом IEC61131-3.

Обширная библиотека функциональных блоков компании Omron уменьшает трудоемкость программирования, кроме того, имеется возможность создания собственных функциональных блоков под конкретные требования.

Расширение системы - может быть подключено до 7 стоек расширения

CS1: Источники питания, Стойки расширения

Система CS1 может питаться от источника постоянного напряжения 24 В= или от электросети переменного тока с напряжением от 100 до 240 В~. Для небольших систем с преимущественно дискретными входами/выходами можно использовать недорогой источник питания небольшой мощности. Для систем, содержащих множество аналоговых входов/выходов и различные модули управления/связи, может потребоваться более мощный модуль источника питания.

Выпускаются стойки ПЛК различной ширины, с количеством установочных мест от 2 до 10. Для дублированных систем требуются специальные объединительные панели (стойки). В зависимости от типа ЦПУ, к стойке ЦПУ может быть подключено до семи стоек расширения, что позволяет расширить систему до 80 модулей ввода/вывода. Общая протяженность кабелей расширения в одной системе может достигать 12 м.

До 96 точек ввода/вывода в одном модуле - модули входов, модули выходов, комбинированные модули входов/выходов

CS1: Модули дискретных входов/выходов

Модули дискретных входов/выходов представляют интерфейс взаимодействия ПЛК с внешним миром, позволяя реализовать быстрое и надежное последовательное управление. Широкий ассортимент модулей, от скоростных входов постоянного напряжения до релейных выходов, позволяет гибко конфигурировать ПЛК CS1 под конкретную задачу управления.

Семейство CS1 включает модули с различной плотностью входов/выходов и различными способами подключения. До 16 входных/выходных цепей можно подключать к модулю с помощью отсоединяемых блоков винтовых клемм диаметра M3. Модули с высокой плотностью входов/выходов на 32 и 64 точки ввода/вывода снабжены стандартными разъемами на 40 выводов. Для простого подключения цепей к модулям с высокой плотностью входов/выходов предлагаются готовые кабели и клеммы.

От простого ввода/вывода аналоговых сигналов до управления процессами CS1: Модули входов/выходов для аналоговых сигналов

и сигналов процесса

Cерия CS1 объединяет большое количество модулей аналогового ввода, позволяя решать широкий круг задач, от многоканального измерения температуры с невысокой скоростью опроса до скоростного высокоточного измерения и сбора данных. Аналоговые выходы можно использовать для точного контроля или сигнализации.

В модулях уже предусмотрены такие функции, как масштабирование, фильтрация или сигнализация аварий, поэтому отпадает необходимость в написании сложных программ для ПЛК. Высокоточные модули ввода/вывода сигналов процесса допускают подключение разнообразных датчиков и обеспечивают быстрый и точный сбор измеряемых данных. Во всех модулях ввода/вывода температурных и процессных сигналов каждый канал гальванически развязан от всех остальных каналов.

Дополните любой ПЛК CS1 функцией многоосного управления перемещениями

Модули счетчиков получают информацию о положении от датчиков положения с последовательным интерфейсом (SSI) или от инкрементных датчиков положения. Фактическое положение объекта сравнивается с внутренним заданным значением.

Модули позиционного управления служат для координатного (поточечного) позиционирования с применением сервоприводов или шаговых двигателей. Задания и профили разгона/замедления можно корректировать "на лету".

Модули позиционирования и многоосного управления перемещениями снабжены интерфейсом MechatroLink-II и могут управлять одновременно несколькими приводами, связанными единым высокоскоростным каналом связи. Возможность маршрутизации сообщений через несколько сетевых уровней позволяет конфигурировать участвующие в работе приводы из любой точки сети управления.

Модули счетчиков получают информацию о положении от датчиков положения с последовательным интерфейсом (SSI) или от инкрементных датчиков положения. Фактическое положение объекта сравнивается с внутренним заданным значением.

Модули позиционного управления служат для координатного (поточечного) позиционирования с применением сервоприводов или шаговых двигателей. Задания и профили разгона/замедления можно корректировать "на лету".

Модули позиционирования и многоосного управления перемещениями снабжены интерфейсом MechatroLink-II и могут управлять одновременно несколькими приводами, связанными единым высокоскоростным каналом связи. Возможность маршрутизации сообщений через несколько сетевых уровней позволяет конфигурировать участвующие в работе приводы из любой точки сети управления.

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Принцип работы коммутатора.

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through).

Латентность, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Симметричная и асимметричная коммутация

Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с.

Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с.

Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиент-сервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того, чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти.

Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения или каналов между сегментами магистрали.

Буфер памяти

Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные.

Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов — буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам, пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения.

При буферизации в общей памяти, все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь.

Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит только после того, как пакет успешно отправлен.

Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты, могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, т. е. когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с.

Отображение данных, сигнализация на щите, а также запись выполняется многоканальным видеографическим регистратором «Метран-910», который подключен к коммуникационному модулю контроллера CS1D по интерфейсу

4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации. Функциональные схемы автоматизации разъясняют процессы, протекающие в системе, определяют уровень автоматизации, организацию пунктов контроля, управления и защиты, оснащение средствами сбора, обработки и передачи информации и др.) [3].

Технологическое оборудование на функциональной схеме изображают упрощенно (без масштаба и второстепенных деталей), но, как правило, в соответствии с действительной конфигурацией. Коммуникации, органы управления, средства измерения и автоматизации показывают схематически условными обозначениями. Технологическое оборудование и коммуникации должны показывать взаимное расположение и взаимодействие со средствами измерения и автоматизации. Элементы и детали, расположенные внутри объекта автоматизации, изображают на функциональной схеме только в том случае, если они соединяются или взаимодействуют со средствами измерения и автоматизации.

Трубопроводы показывают в соответствии с технологической схемой или только те части, где они взаимодействуют или соединяются со средствами измерения и автоматизации. Рядом с трубопроводами показывают стрелками направление потока среды в соответствии с технологической схемой.

На функциональной схеме изображаются системы автоматического контроля, регулирования, дистанционного управления, сигнализации, защиты и блокировок.

Температура дымовых газов, воды, в топке измеряется интеллектуальным преобразователем температуры Метран 280.

Давление пара измеряется Метран – 150 ДИ (избыточного давления).

Уровень в котле измеряется интеллектуальным датчиком давления серии Метран- 150 ДД.

Расход пит.воды, топлива, газа измеряется кориолисовым расходомером Метран - 360.Расход воздуха осуществляется расходомером по переменному перепаду давления на базе компактных диафрагм Rosemount 3051SFC.

Содержание кислорода в дымовых газах измеряется газоанализатором АКВТ-01.

Разряжение в топке интеллектуальным датчиком давления серии Метран-150 ДР.

Всё регулирование осуществляются программно, как контроллером, так и рабочей станцией оператора.

5. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НАСОСА.

Основным назначением принципиальных схем является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи между отдельными средствами автоматизации и вспомогательной арматурой, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия .

Обозначения аппаратов и их элементов на принципиальных электрических схемах указывают следующим образом:

· при горизонтальном положении электрических цепей – над графическим изображением аппаратов и их элементов;

· при вертикальном положении цепей – справа от графических изображений аппаратов и их элементов;

· для вращающихся машин (электродвигателей, генераторов и др.) – внутри графических изображений.

Схема состоит из двух частей: слева на схеме изображена силовая установка, справа – система местного и дистанционного управления. Силовая установка представляет собой трехфазный электродвигатель насоса. Она содержит переключатель М «местное», О «отключено» и Д – «дистанционное управление», магнитные катушки КМ1, КМ2 и KM3 с контактами, сигнальные лампы HL1 и HL2, сигнализирующие состояние задвижки (HL1 – «закрыта», HL2 – «открыта»), контакты теплового реле КК-1, КК-2 Дистанционное управление осуществляется кнопками SB1 (стоп) и SB3 (пуск), местное – SB2 (стоп) и SB4(пуск). При нажатии соответствующих кнопок постов кнопочных SB3, SB4, ток питает магнитную катушку КМ1, многополюсной выключатель замыкается – двигатель начинает работать. Нажатием кнопки SB1 или SB2 цепь размыкается, катушка перестает питаться, все контакты переходят в начальное положение, двигатель останавливается.

6. ЩИТЫ И ПУЛЬТЫ

Щиты и пульты являются постами управления и служат для связи оператора с объектом управления. На щитах и пультах систем автоматизации размещаются средства контроля и управления технологическим процессом, а также устройства сигнализации, защиты, блокировки, питания и линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация и т.п.). На лицевой панели щита располагают мнемосхемы, табло систем контроля .

По назначению щиты разделяют на местные, агрегатные, блочные и центральные (ЦЩУ) или диспетчерские. На местных щитах располагают средства измерения и автоматизации части технологической установки, на агрегатных щитах – средства контроля и управления одного агрегата, например щит питательного насоса. Блочные щиты (БЩУ) служат для управления работой блока котел – турбина, и на нем располагают средства контроля и управления этого блока.

На ЦЩУ сосредоточены приборы и аппаратура контроля и управления технологическим процессом цеха или завода. На чертежах общих видов щиты изображают в следующих масштабах: 1:10 – для единичного щита; 1:25 – для составного щита. При этом масштабы на чертежах не указывают.

Конструкция щита изготовляются по требованиям стандарта. Основная высота щитов 2200мм. Длина щита определяется числом и размещением стандартных секций шириной 1200, 1000, 800 или 600 мм.

Компоновку приборов и аппаратуры на щите выполняют с учетом слеледующих правил:

1)приборы располагаются таким образом, чтобы каждая панель или группа панелей отображали определенный участок технологического процесса и относились к одному агрегату;

2)приборы можно концентрировать по функциональному признаку (панель измерения приборов, регуляторов и т.п.);

3)можно объединять приборы, контролирующие определенный технологический параметр как одного агрегата, так и ряда агрегатов технологического процесса (панель расходомеров, газоанализаторов).

При компановке приборов на панелях необходимо также учитывать их функции:

1)приборы, контролирующие наиболее важные, ответственные пареметры процесса, располагают в зоне «эффективного вида» оператора;

2)приборы, используемые наиболее часто, также необходимо сконцентрировать в зоне «эффективного вида»;

3)приборы, контролирующие работу одного объекта, рекомендуется объединять на щите в компактную группу, зрительно четко выделяемую на фоне общего приборного комплекса;

4)размещение аппаратуры должно соответствовать зрительному маршруту снятия показаний с приборов, принятому согласно алгоритму контроля; при этом приборы размещают слева направо и сверху вниз.

Для облегчения работы оператора по управлению сложным технологическим процессом, для удобства и наглядности часто на щиты наносят мнемоническую схему технологического процесса при помощи условных символов. Мнемосхемы выполняют на фасадной стороне щита в верхней его части либо на специальных панелях. Под приборами и аппаратурой управления, не встроенными в мнемоническую схему, помещают рамки с соответствующими надписями.

В своем проекте по автоматизации я выбрала шкафной щит Sarel Special 6000 (2200х800х800 мм). Дверь находится сзади.

На щите на уровне 1650 мм от пола установлен многоканальный регистратор «Метран-910» поз.P1 размеры 200х150х178 мм, он является основным показывающим прибором, отражающим ход технологического процесса, поэтому размещен в зоне оптимального визуального восприятия; четыре поста кнопочных для дистанционного управления электроприводами поз. SB1, SB2, SB3, размеры 50х200х30 мм – на уровне 1175 мм. Контроллер располагается за щитом на стойке, т.к. не требуется оператору при управлении процессом. Под постами кнопочными установлены рамки для надписей, 66х28мм.

7. ПУНКТ УПРАВЛЕНИЯ.

Для размещения щитов, стативов и пультов с установленными на них приборами и средствами автоматизации в проектно-сметной документации предусматривают специальные помещения систем автоматизации.

В зависимости от назначения помещений различают:

-пункты оперативного контроля и управления (операторские),

-аппаратные залы,

-вспомогательные помещения и т. п.

В операторских помещениях, как правило, сосредоточена вся аппаратура, необходимая для оперативного контроля и управления, мнемосхема технологического процесса. В соответствии с принятой структурой управления на крупных объектах предусматриваются центральные пункты управления (ЦПУ) заводом и пункты контроля и управления отдельными производствами. Каждый пункт обслуживается одним или несколькими операторами.

Аппаратный зал служит для размещения неоперативных технических средств автоматизации, таких как регуляторы неприборного исполнения, функциональные блоки, релейная и другая вспомогательная электро- и пневмоаппаратура, устанавливаемая на объемных и плоских стативах, релейных щитах и щитах зажимов. Аппаратный зал не имеет постоянного обслуживающего персонала.

В производственных зданиях операторские пункты управления целесообразно размещать над аппаратным залом. Для производства с расположением технологического оборудования на открытых площадках, где для щитовых помещений предусматривают отдельно стоящие здания, аппаратный зал размещают над операторским пунктом управления. Между этими помещениями располагают кабельный полуэтаж, через который осуществляют ввод внешних электрических и трубных проводок.

Проектирование центрального щита на базе щитов панельных с каркасом и секций из них, а также пультов выполняют с учетом:

1) требований к организации рабочего места оператора (диспетчера), изложенных в ГОСТ 21958 – 76 «Система «человек –машина». Зал и кабины операторов. Взаимное расположение рабочих мест. Общие эргономические требования» и в руководящем материале РМ4-51–73 «Щиты и пульты управления. Принципы компоновки»;

2) требований к выполнению интерьеров диспетчерских помещений, требований к строительной и сантехнической частям и освещению этих помещений;

3) требований полносборного монтажа, предусматривающих поставку щитов возможно более крупными монтажными единицами ;

4) принципа идентичности компоновки щитов и пультов для однотипных технологических установок или агрегатов.

Номенклатура щитов панельных с каркасом и секций из них, а также их вспомогательных элементов позволяет выполнить практически любую форму центрального щита.

Компоновка центральных щитов и пультов в специальных помещениях зависит от их общей длины по фронту, характера и частоты использования средств информации и органов управления, установленных на них. Применяют следующие варианты компоновки щитов. Щиты прямоугольной формы применяют, когда они обозреваются с рабочего места оператора под допустимыми углами обзора. Оптимальный угол обзора в горизонтальной плоскости 30° (зона эффективной видимости); допустимый угол обзора в горизонтальной плоскости 90° при расположении рабочего стола или постоянно обслуживаемого пульта оператора (диспетчера) против середины фронта шита. Рекомендуемая дистанция обзора и считывания показаний приборов с мелкой шкалой и ножевидной стрелкой 1 – 2 м, приборов с хорошо видимыми шкалами и указателем 2 – 4 м, для мнемонических схем 4 – 5 м. В каждом конкретном случае дистанция обслуживания рассчитывается по наиболее важным приборам, информация с которых часто считывается.

При установке щитов разных типов и поставщиков в линии фронта центрального щита необходимо обеспечивать идентичность выполнения их фасадов в части цветового решения, отделки поверхности, надписей и т.п. Для установки щитов и стативов в специальных помещениях предусматривают двойные полы, позволяющие прокладывать линии связи в пределах помещения в любых необходимых направлениях.

Проектирование помещений пунктов управления должно быть подчинено задаче создания наиболее благоприятных условий для успешной деятельности оператора, отвечающих не только техническим нормам, но и требованиям инженерной психологии и технической эстетики.

8. РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА

Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, предназначенное для изменения расхода вещества или энергии в объект регулирования. Различают дозирующие и дроссельные РО. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы, компрессоры, плужковые сбрасыватели и др.). Дроссельный РО представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счет изменения своего проходного сечения; к ним относятся регулирующие клапаны, поворотные заслонки, шиберы и краны. Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная и условная пропускная способности, условное давление и условный проход.

Пропускной способностью К _v называется расход жидкости с плотностью 1000 кг/м³ , пропускаемой РО при перепаде давления на нем 10⁵ Па. Пропускная способность измеряется в кубических метрах в час (м³ /час).

Условной пропускной способностью К _{v у} называется номинальное значение пропускной способности РО при максимальном (условном) ходе затвора, выраженное в кубических метрах в час м³ /час). Условная пропускная способность зависит от типа РО и размера его условного прохода D _y .

Условным давлением Р _у называется наибольшее допустимое давление среды на РО при нормальной температуре.

Поверхность, по которой соприкасаются плунжер (золотник) и седло, называется опорной поверхностью, площадь щели между ними - проходным сечением F, внутренний диаметр поперечного сечения в месте присоединения клапана к трубопроводу (по фланцу) - условным диаметром прохода клапана D _y значения которого определяются ГОСТ 356-67.

Физические основы выбора регулирующего органа (РО)

Теплофизические условия непосредственно перед РО принимаются равными условиям в начале трубопровода, соответственно условия после РО аналогичны условиям в конце трубопровода. Определение потери давления в РО при максимальном расчетном расходе производится по уравнению.

Пит.вода.

DP _{РО max} = DP _сети - DP _л =1,6 – 0,01 = 1,59 МПа,

где DP _сети ^— общий перепад давлений в сети, МПа;

DP _л - потери давления в линии, а также в технологических аппаратах, МПа.

DP _сети = P ₀ - P _к = 1,8 - 0,2 =1,6 МПа,

здесь P ₀ – давление в начале трубопровода, МПа;

P _к – давление в конце трубопровода, МПа;

Высокое качество регулирования можно получить только в том случае, если перепад давления на РО больше максимальных потерь давления в трубопроводах и технологических аппаратах, т.е.

DP _{РО max} > DP _л : 1,59 МПа > 0,01 МПа.

Уравнение для потока жидкости:

Из перечня типоразмеров РО или по данным, приведенным в справочниках и каталогах, выбираем РО с условной пропускной способностью К _vу = 12м³ /час, ближайшей большей расчетного значения K_{v max} на 20%:

Односедельный клапан К_vу = 12 м³ /час, D_у = 32 мм.

Влияние вязкости жидкости на пропускную способность РО. Проверка влияния вязкости жидкости на пропускную способность РО производится после его выбора, так как увеличение вязкости протекающей через РО среды выше некоторого предела вызывает, как правило, уменьшение пропускной способности. Поправочный коэффициент на влияние вязкости зависит от вида РО и числа Рейнольдса протекающего потока.

Число Рейнольдса Re _y , отнесенное к условному проходу предварительно выбранного РО, определяем по формуле:

используя объемный расход

где m - коэффициент динамической вязкости среды, Па×с;

D _у – условный диаметр РО, м.

Re _y > 2000, выбираем РО с ранее определенной пропускной способностью К _{v у} .

Оценка возникновения кавитации при течении жидкости через РО. При дросселировании жидких потоков возможно явление кавитации, которое приводит к износу седла, клапана и плунжера РО. Для проверки РО на возможность возникновения кавитации определяем:

а) коэффициент местного сопротивления выбранного РО

,

где — площадь сечения входного патрубка РО, см² ;

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав =0,89

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

DP _кав = K _кав (P ₁ -P _нп )=0,89(1,8-0,07)=1,5397

где P ₁ — абсолютное давление перед РО, МПа;

Р _нп — абсолютное давление насыщенных паров жидкости при температуре перед РО, МПа.

Перепад давления на РО DP _{Ро max} £ DP _кав , выбираем РО с ранее найденной условной пропускной способностью K _{v у} .

Рис. 8. Зависимость коэффициента кавитации K _кав и K _{кав max} от z_у :

1 - K _кав для односедельных и двухседельных регулирующих органов при подаче среды на затвор, 2 — K _кав и K _{кав max} для односедельных регулирующих органов при подаче среды под затвор; 3 — K _{кав max} для односедельных и двухседельных регулирующих органов при подаче среды на затвор

Мазут.

DP _{РО max} = DP _сети - DP _л =0,3 – 0,002 = 0,298 МПа,

DP _сети = P ₀ - P _к = 0,5 - 0,2 =0,3 МПа,

Односедельный клапан К_vу = 8 м³ /час, D_у = 25 мм

см²

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав =0,87

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

DP _кав = K _кав (P ₁ -P _нп )=0,87(0,5-0,00001)=0,49 МПа.

Воздух

DP _{РО max} = DP _сети - DP _л =0,15 – 0,002 = 0,0,148 МПа,

DP _сети = P ₀ - P _к = 0,4 - 0,25 =0,15 МПа,

Односедельный клапан К_vу = 50 м³ /час, D_у = 65 мм

см²

б) коэффициент кавитации К _кав определяем при подаче среды под затвор; К _кав =0,88

в) перепад давления, при котором возникает кавитация,

DP _кав = K _кав (P ₁ -P _нп )=0,352 МПа.

8. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УРОВНЯ АВТОМАТИЗАЦИИ.

9.СПЕЦИФИКАЦИЯ НА ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

10.«Безопасность жизнидеятельности и охрана труда»

По НПБ-105-95 помещение пункта управления относится к категории Д (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии). В соответствии с ПУЭ помещение лаборатории относится к 1 классу - без повышенной опасности (сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и изолирующими деревянными полами).

В данном помещении возможно воздействие следующих факторов: поражение электрическим током и поражение разрядом молнии.

Щиты и пульты не загрязняют окружающую среду и является экологически чистыми.

Помещение находится на втором этаже трехэтажного здания, общая площадь 60 м² , окна с двойным остекленеем, что способствует улучшению естественной вентиляции и предотвращает проникновение влаги.

Оптимальная температура 20 – 21 °С.

Влажность 55 ± 5 %.

Атмосферное давление 760 ± 80 мм.рт.ст.

Запыленность не более 0,5 мг/м³ при величине частиц не более 3 мкм, концентрация газа не более 5 мг/м³ .

Технические мероприятия, обусловленные безопасностью эксплуатации объекта:

· к работе допускаются люди, изучившие инструкцию по эксплуатации установки и прошедшие инструктаж по ТБ на рабочем месте.

· ответственность за соблюдение ТБ лежит на начальнике цеха (участка) и персонале.

Санитарно гигиенические условия труда. В соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 88 и СН 2.24/2.1, 8-582-96 при проектировании технологических процессов и оборудования необходимо знать оптимальные данные уровня звукового давления, влияния шума и вибрации. Установлены допустимые уровни шума и вибрации на рабочих местах даны общие требования к шумовым характеристикам машин и механизмов и к их защите от шума и вибрации.

В помещении пункта управления уровень звукового давления не превышает допустимого значения 49 дБ. Источники вибрации отсутствуют.

Метеорологические условия производственной среды в производственных помещениях. Метеорологические условия определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры окружающих поверхностей. В рабочей зоне производственных помещений метеорологические условия регламентируются ГОСТ 12.1.005 - 88 «Воздух рабочей зоны».

Оптимальные нормы при холодном и переходном периоде года и легкой категории работ:

· температура t = 20 - 25°С относительная влажность j = 40-60%, скорость движения воздуха V = 0,2 м/с;

· в теплый период: t = 25 °С , j = 40 - 60%, V = 0,2 м/с

Допустимые нормы при той же категории в холодный и переходный период года: t = 19 - 25 °С, j =75%, V = 0,2 м/с, температура воздуха вне рабочих мест 15 - 26 °С.

Работа операторов относится к легкой категории 1, энергозатраты организма до 172 Дж или 150 ккал в час, проводится сидя, стоя или связана с ходьбой, но не требует систематической физической напряжения или переноса тяжестей.

Освещение помещения пункта управления. Расчет естественного освещения. Согласно СНиП 23.05-95 данное помещение по характеру зрительных работ относится к IV разряду (средней точности с наименьшим размером объекта различения 0,5-1 мм.) подразряда а .

Помещение помещения пункта управления имеет размеры:

· длина – 6 м;

· ширина – 4 м;

· высота - 3,6 м.

Освещение боковое, одностороннее, остекление вертикальное, рамы деревянные двойные.

Определим необходимую площадь световых проемов:

,

где S ₀ - площадь окон;

S_n - площадь пола 4×6= 24 м² ;

t₁ =3 – коэффициент учета отражения света при боковом освещении;

L _н - нормативный коэффициент естественного освещения (КЕО), определяемый по формуле:

.

Здесь L - значение КЕО в % при рассеянном свете от небосвода, определяемое с учетом характера зрительных работ;

m = 1 - коэффициент светового климата;

с = 1 - коэффициент солнечного климата;

= 9,5 - световые характеристики окна;

К_з =1 - коэффициент, учитывающий затемнение окон;

- общий коэффициент светопропускания

;

где

= 0,8 - зависит от вида светопропускающего материала;

= 0,6 - зависит от вида проема;

= 0,7 - зависит от степени загрязнения светопропускающего материала;

= 0,8 - зависит от несущих конструкций.

Площадь окон

.

Для естественного освещения необходимо 1 окно размером 1,5 м² , в этом случае общая площадь световых проемов составит 12 м² .

Расчет искусственного освещения. В помещении пункта управления длиной А = 6 м, шириной В = 4 м, высотой h = 3.5 м используются потолочно-люминисцентные светильники на высоте 3.5 м.

Индекс помещения:

.

Требуемое количество ламп:

.

Принимаем освещенность E =600 лк - нормативное значение освещенности по СНиП 23.05-95 данное помещение по характеру зрительных работ относится к IV разряду (средней точности с наименьшим размером объекта различения 0,5-1 мм ) подразряда а . Здесь

S_n - площадь помещения 6×4= 24 м² ;

k = 1,5 - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп.

Для рассчитанного индекса i коэффициент использования светового потока = 0,47.

Отношение средней освещенности к минимальной:

.

Светильники типа ОДОР 2-8, лампа ЛБ-80-1, световой поток ламп Ф=5400 лк.

шт.

Количество светильников в помещении пункта управления 12 шт.

Аварийное освещение. Аварийное освещение необходимо в помещении лаборатории в случае аварии или поломок в осветительной сети.

Наименьшая освещенность рабочих поверхностей, требующих обслуживания при аварийном режиме должна составлять не менее 20 лк внутри зданий и не менее 12 лк на открытых площадках.

Выбираем лампу БК-60, ее световой поток Ф=790 лк.

Требуемое количество ламп:

шт.

Вентиляция. Для обеспечения в помещениях необходимых по санитарным и гигиеническим или техническим требованиям параметров воздушной среды предусматривается вентиляция, кондиционирование воздуха и отопление (СНиП 2.04.05-91).

Выбор вентиляционных систем основан на расчете необходимого воздухообмена:

, м³ /час,

где

L - количество подаваемого (удаляемого воздуха);

t _п - температура подаваемого воздуха, К ;

t _у - температура удаляемого воздуха, К ;

Q _изб - избытки выделения тепла, кДж/час;

- плотность воздуха, r_н = 1,01 кг/м³ ;

с – теплоемкость воздуха, с = 1,29кДж/кгК.

Избытки выделения тепла

,

где

- теплопоступления через световые проемы и покрытия, кДж/час;

- теплопоступления от искусственного освещения, кДж/час;

- теплопоступления от людей, кДж/час.

Теплопоступления через световые проемы и покрытия

,

где

R - сопротивление теплопередаче заполнения светового проема, м² час°С/кДж;

- площадь светового проема, м² ;

t _н - температура наружного воздуха, °С;

t _в - температура воздуха в помещении, °С.

кДж/час.

Теплопоступления от искусственного освещения

;

здесь

N - потребляемая мощность одновременно включенных светильников,

кДж/час.

Теплопоступления от людей

,

где

n - количество человек, работающих в смену;

q - тепловыделение одним человеком,

кДж/час.

Избытки выделения тепла

кДж/час.

Количество подаваемого (удаляемого воздуха)

м³ /час.

После определения требуемого воздухообмена вычисляется кратность воздухообмена

,

где м³ - объем помещения;

Кратность воздухообмена

.

Для поддержания теплового равновесия между телом человека и окружающей средой в помещении лаборатории вентиляция имеет организованный характер.

При неорганизованной вентиляции воздух подается и удаляется помещения через неплотности и поры наружных ограждений, а также через окна и форточки.

Отопление. В соответствии со СНиП 2.04.05-91 системы отопления необходимо предусматривать в зданиях, расположенных с наружной зимней четной температурой по параметрам Б ниже 5 °С. Для отопления предусматриваются водные, паровые или воздушные системы.

Требования к оперативному персоналу, обслуживающему системы управления и меры безопасности.

1) к работе в пункте управления допускаются лица, изучившие инструкции по эксплуатации, прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте и имеющие квалификационную группу по ТБ не ниже 1 - для эксплуатации, не ниже 3 - для технического обслуживания и ремонта систем управления;

2) при работе в пункте управления за выполнение правил по ТБ несут ответственность, как руководитель участка (цеха), так и обслуживающий персонал; руководитель участка (цеха) несет ответственность за:

· проведение мероприятий по созданию безопасных условий работы, инструктаж и организацию обучения персонала технике безопасности при выполнении работ;

· контроль за выполнением «Правил и инструкций по технике безопасности»;

· обучение персонала инструкциям, правилами, нормами;

3) щиты, пульты и подключенное к ней оборудование должны быть заземлены;

4) не допускается эксплуатировать системы управления при отсутствии заземления при неисправных электронных приборах, поврежденной электропроводке.

Электробезопасность. В соответствии с ПУЭ помещение пункта управления относится к классу - без повышенной опасности (сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и изолирующими деревянными полами).

Защитные меры в электроустановках. В соответствие ГОСТ 2.007.0 - 75 «Изделия электротехнические» для защиты человека от поражения током предусмотрено защитное заземление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических токоведущих частой, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам. Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления - снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.

Поражающее действие тока в значительной степени зависит от частоты. Наиболее опасно напряжение с частотой 50 Гц. При поражении электрическим током необходимо:

· обесточить оборудование;

· освободить пострадавшего от соприкосновения с токоведущими частями электрооборудования;

· вызвать скорую медицинскую помощь;

· до прихода врача уложить пострадавшего в удобную для него позу и произвести искусственное дыхание, если оно нарушено, активным или пассивным способом;

· если у пострадавшего замедлилось или совсем прекратилось сердцебиение, то вместе с искусственным дыханием нужно делать массаж сердца.

К работе в пункте управления допускаются только лица, предварительно прошедшие инструктаж по технике безопасности и записавшиеся в журнале регистрации инструктажа по технике безопасности.

В случае обнаружения неисправности электропроводки, нарушение изоляции проводов, пробоя на корпус и других отклонений от правил безопасности эксплуатации следует обязательно довести до ведения ответственных лиц.

Пункт управления относится к помещению без повышенной опасности, т.е. к 1 классу по ПУЭ. Температура воздуха не более 30°С, сухое, относительная влажность не более 60%, с деревянными не токоведущими полами без проводящей пыли, атмосферное давление от 630-800 мм.рт.ст

Защита от статического электричества. Пункт управления относится согласно ЭСИБ к 1 классу электростатической искробезопасности (безыскровая электризация).

К классу ЭСИБ безыскровой электризации относятся объекты с заземленным электрооборудованием в котором не применяют вещества с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10⁵ Ом×м и отсутствуют процессы разбрызгивания, и т.п.

Принято, что при удельном объемном электрическом сопротивлении 10⁵ Ом×м, заряды не сохраняются и материалы не электризуются. Поэтому в пункте управления дополнительных средств защиты от статического электричества не требуются.

Молниезащита. Способ защиты от молнии выбирается по РД 34.21.122-87 в зависимости от назначения сооружения, интенсивности грозовой деятельности в данном районе, ожидаемого количества поражений молний в год. Ожидаемое количество поражений молний в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой определяется

,

где

S и L -длина и ширина защищаемого здания, м;

h _max - наибольшая высота здания, м;

n - среднегодовое число ударов молнии в одном квадратном километре земной поверхности в месте расположения здания, n =3 при интенсивности грозовой деятельности 20-40 гроз в год.

Ожидаемое количество поражений молний в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой

.

Расчет молниезащиты. Ожидаемое количество поражений молний в год зданий и сооружений, не оборудованных молниезащитой N < 1, то есть здание относится к 3-ей степени огнестойкости и соответствует 3-ей категории молниезащиты и зоне защиты типа Б. У зоны защиты типа Б степень надежности 95%. На объектах 3-ей категории молниезащиты молниеотводы устанавливаются непосредственно на самих зданиях и сооружениях.

По РД 34.21.122-87 радиус зоны защиты определяем по формуле:

м.

Высота молниеотвода k и радиус зоны защиты связаны формулой

.

Отсюда высота молниеотвода

м.

Для защиты от прямых ударов молнии применяем одиночный стержневой молниеотвод, имеющий зону защиты типа Б и степень надежности 95%.

Расчет защитного заземления. Проект предусматривает заземляющее устройство в виде П-образного контура вокруг здания и отдельных заземлителей, представляющих собой стальные стержни, диаметром d =2,5 мм и длиной l =2,5 м, забитые на расстоянии 3 м.

Сопротивление растеканию тока от стального стержня:

Ом,

здесь

Ом×см - удельное сопротивление песчаного грунта.

Все заземлители соединяются полосой из стали сечением 4×0,5 см на глубине 0,5 м. Длина полосы 60 м. Тогда сопротивление растеканию тока у полосы

Ом.

Проектом предусматривается забивка 20 стержней, когда их сопротивление растеканию тока составит

Ом.

Если коэффициент использования = 0,44,

Ом.

Сопротивление всего контура

Ом.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом, таким образом, заземляющее устройство спроектировано правильно.

Пожарная профилактика и средства пожаротушения. Мероприятия по пожарной профилактике и средства противопожарной защиты регламентируются по СНиП 2.01.02-85 «Пожарная безопасность. Общие требования».

В соответствии с СНиП 2.01.02-85 здание, в котором находится пункт управления, относится к III степени огнестойкости (все элементы здания выполнены из искусственных или естественных материалов, перекрытия деревянной конструкции защищены штукатуркой или другими трудносгораемыми материалами).

Решающее значение в предупреждении и ликвидации пожаров имеет пожарная сигнализация и связь. Она осуществляет:

· быструю и точную передачу информации о пожаре и месте его возникновения;

· приведение в действие автоматических средств пожаротушения;

· управление пожарными подразделениями и руководство при тушении пожаров.

Согласно НПБ-105-95 помещение пункта управления по пожароопасности относится к категории Д (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии).

Площадь составляет 60 м² . Ввиду того, что в помещении находятся электроустановки, в случае возникновения пожара тушение производить огнетушителем ОУ-7, предназначенным для тушения электроустановок.

Охрана окружающей среды . Работа пункта управления не оказывает на окружающую среду вредного воздействия. Управление исключает спуск сточных вод в водоемы, выброс пыли, дыма, аэрозолей и других вредных веществ в атмосферу, излучение радиации, не вызывает шума, вибраций, изменения температуры, влажности, давления и т.д., не создает неудобств для работы и жизнедеятельности людей.

11.Расчет капитальных затрат на создание и внедрение АСУ.

Одним из основных показателей при расчете экономической эффективности внедрения АСУ являются капитальные затраты, связанные с созданием и внедрением АСУ.

Эти затраты включают:

1. Себестоимость приобретения комплекса технических средств, рассчитанная по спецификации необходимого количества приборов и технических средств;

2. Затраты на монтаж и наладку приборов и технических средств автоматизации производственных процессов и их монтаж производятся по таблице:

1. Транспортно - заготовительные расходы составляют 10 % от стоимости средств автоматизации

Ктз = 0,10 ´ Кса = 0,10 ´ 1461673= 146167,3руб.

2. Затраты на проектирование составляют 20% от стоимости средств автоматизации

Кпр = 0,2 ´ Кса = 0,2 ´1461673 = 154334,6 руб.

3. Затраты на пуско-наладочные работы 22% от стоимости средств автоматизации

Кпн = 0.22 ´ Кса = 0,22 ´ 1461673 =321568,06руб.

4. Капитальные затраты на создание и внедрение АСУ

Кп = Кса + Км + Ктз + Кпр + Кпн = 1461673 +29160 + 146167,3 + 154334,6 +

+ 321568,06 = 2112902руб.

5. Капитальные затраты по заводским данным Кзав = 757830 руб.

6. Разница в капитальных затратах между проектными и заводскими данными за счет внедрения новых средств автоматизации

Рк = Кп - Кзав =2112902 - 1950000 = 162902руб.

Расчет изменения эксплуатационных расходов в связи

с внедрением предполагаемой АСУ

1. Амортизационные отчисления 15% от изменения разницы капитальных затрат

А = 0,15 ´ Рк = 0,15 ´162902 = 24435,3 руб.

2. Затраты на содержание приборов 5% от изменения разницы капитальных затрат

С = 0,05 ´ Рк = 0,05 ´ 24435,3 = 8145,1 руб.

3. Затраты на ремонт приборов 10% от изменения разницы капитальных затрат

Р = 0,1 ´ Рк = 0,1 ´ 162902 = 16290,2 руб.

4. Прочие расходы 20% от суммы предыдущих затрат

Рпроч = (А + Р + С) ´ 0,2 = (24435,3 + 8145,1 +16290,2) ´ 0,2 = 9774,12руб.

5. Изменение расходов на содержание и эксплуатацию оборудования

Рсэо = А + Р + С + Рпроч.= 24435,3 + 8145,1 +16290,2+9774,12 = 58644,52руб.

6. Изменение эксплуатационных расходов на 1т продукции

Рсэо_1т = Рсэо/(Вз ´ 1,007) = 58644,52/(20889,6 ´ 1,007) =

= 58644,52/21035,82 = 27руб.

Расчет экономического эффекта от внедрения АСУ

Внедрение АСУ позволяет:

· увеличить объем выпуска продукции на 1,6%;

· снизить нормы расхода по сырью на 0,15 %;

· снизить нормы расхода на

а) электроэнергию на 0,2 %;

б) пару на 0,2%;

в) воды оборотной на 0,1 %;

· высвободить 2-х основных рабочих.

1. Экономия за счет увеличения выпуска продукции:

Выпуск продукции по проекту

Впр = Вз ´ 1,016 = 20889,6 ´ 1,016 = 21223 т.

Прибыль по заводским данным

Ц = 12362,13 руб.

Сзав = 6145,71 руб.

Пзав = (Ц - Сзав) ´ Взав = (12362,13 -6145,71) ´20889,6 = 12985852,2руб.

Эвп = [(Впр - Взав)/Взав] ´ Пзав =

= [(21223-20889,6 )/ 20889,6 ] ´ 1298585= 130070074руб.

2. Экономия за счет снижения норм расхода по сырью

на изопропилбензол (ИПБ) на 0,15%

Нр ипб^пр = Нр ипб^зав ´ 0,9985 = 1,51096 ´ 0,9985 = 1,508593 т.

Эс ипб = [Нр ипб^зав - Нрипб^пр ] ´ Ципб ´ Впр =

= [1,51096 - 1,508593] ´ 5585,7 ´ 13289 = [8454,88 - 8442,19] ´ 13289 =

= 12,682 ´ 13289 = 168531 руб.

На 1 т = 12,682 руб.

Общая экономия по расходу сырья

Эс = Эс ипб = 168531 руб.

На 1 т = 12,682 руб.

3. Экономический эффект за счет снижения норм энергетических затрат

а ) электроэнергии на 0,2 %

Нр эл пр = Нр эл^зав ´ 0,998 % = 0,02999 ´ 0,998 = 0,02993 кВт/час.

Эсэл = [Нр эл^зав – Нр эл^пр ] ´ Цэл ´ Впр = [0,02999 - 0,02993] ´ 298,59 ´ ´13289 = [8,954 - 8,9362 ´ 13289] = 0,0178 ´ 13289 = 236,54руб.

На 1 т = 0,0178 руб.

б ) пара 0,2 %

Нр в^пр = Нр в^зав ´ 0,998 = 8,65528 ´ 0,998 = 8,637969 м³ .

Эс в = [Нр в^зав – Нр в^пр ] ´ Цв ´ Впр =

= [8,65528 - 8,637969] ´ 155,11 ´ 13289 = [1342,49 - 1339,805] ´ 13289 =

= 2,685 ´ 13289 = 35680,96 руб.

На 1 т = 2,685 руб.

в ) воды оборотной 0,1%

Нр св^пр = Нр св^зав ´ 0,999 = 1,04640 ´ 0,999 = 1,04535 м³ .

Эс св = [Нр св^зав – Нр св^пр ] ´ Цсв ´ Впр =

= [1,04640 - 1,04535] ´ 232,06 ´ 13289 =

= [242,836 - 242,593] ´ 13289 = 0,243 ´ 13289 = 3229,227 руб.

На 1 т = 0,243 руб.

Общая экономия за счет снижения энергетических затрат составляет

Ээнер = 236,54 + 35680,965 + 3229,227 = 39146,732 руб.

На 1 т = 2,945 руб.

Экономия за счет высвобождения основных рабочих

Штатное расписание

1. Экономия фонда заработной платы основных рабочих за счет их высвобождения

Эфзп = ФЗП^зав - ФЗП^пр = 1725264 - 1648464 = 76800 руб.

На 1т = 5,77руб.

2. Отчисления на социальное страхование (39%)

Эсоц=Эфзп ´ 0,39 = 76800 ´ 0,39 = 29952 руб.

На 1т = 2,25 руб.

3. Экономия отчислений на охрану труда

Эохр тр на чел/год = Зохр тр на 1 раб ´ Рвысв = 1500 ´ 2= 3000 руб.

На 1т = 0,22 руб.

Эн=Эфзп + Эсоц + Эохр тр = 76800 + 29952 + 3000 = 109752 руб.

На 1т = 8,25 руб.

4. Годовая экономия себестоимости с учетом эксплуатационных расходов

Эс/с = Эс + Ээнер + Эн - Рсэо =

= 168531 + 39146,732 + 109752 - 15268,2 = 301761,53 руб

5. Экономический эффект за счет внедрения АСУ

П = Эс АСУ = Эс/с + Эвп = 302161,532 + 227061,78=529223,31 руб

На 1 т =39,82 руб.

Расчет технико - экономических показателей (ТЭП)

и экономической эффективности.

1. Годовой объем производства в стоимостном выражении

Аз = Вз ´ Ц = 20889,6 ´ 12362= 258237235руб.;

Ап = Вп ´ Ц = 21223 ´ 12362 = 262358726руб.;

DА = Ап - Аз = 26235872- 258237235= 4121491руб..

2. Капитальные затраты

Кп = 2112902 руб.;

Кз = 757830руб.

3. Удельные капитальные затраты

Кп/уд = Кп/Вп =2112902 /12362 = 171руб./т;

Кз/уд = Кз/Вз = 757830/20889,6 = 37руб./т.

4. Себестоимость

а )себестоимость единицы продукции

Сз=6145,71руб.;

Сп=5950руб.

б )годового заводского выпуска

Сз = Сз ´ Вз = 4345,71 ´20889,6 =90777534 руб.;

Сп = Сп ´ Вп = 4323,01 ´12362 =53441049,62 руб.

5.Производительность труда

а ) ПТз = Вз/Рсч з = 20889/40 =522,2262 т/чел.;

ПТп = Вп/Рсч.п = 21223/38 = 558,5т/чел.

б ) в стоимостном выражении

ПТз = Аз/Рсч з =258237235 /40 = 6455930,9руб./чел;

ПТп = Ап/Рсч п =262358726 /38 = 6904177руб./чел.

6.Рост производительности труда

DПТ = (ПТп - ПТз)/ПТз ´ 100% = (6904177-6455930,9)/6455930,9 ´ 100% = 6,94%

7. Проектная прибыль

Пп = (Ц - Сп) ´ Вп = (12362- 4345,71) ´ 21223 = 17012972.7руб.;

DП = Пп - Пз =17012972.7 - 12985852,2= 4027120.5руб.

8. Годовой экономический эффект

Эп = DП - Ен ´ Кп =4027120.5 - 0,15 ´ 2112902 = 3710185.2руб.

9. Приведенные затраты

Зз = Сз + Ен ´ Кз/уд = 6145,71 + 0,15 ´ 37= 6151.26руб./т;

Зп = Сп + Ен ´ Кп/уд = 4323,01 + 0,15 ´ 171= 4348.66руб./т.

10. Коэффициент экономической эффективности

Ер = DП/Кп = 4027120.5/2112902 = 0,63

11. Срок окупаемости

Тр = Кп/DП = 2112902/4027120.5= 1,52года.

Технико - экономические показатели

12.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей курсовой работе я спроектировала автоматическую систему управления котлом типа АВ. Применяя современные приборы удалось получить высокие результаты автоматизации, были расчитаны экономические показтели, что показало эффективность внедрения АСУ.

Контролируются все необходимые параметры, а также ведется их автоматическая регистрация. Это, в свою очередь, приведет к более безопасной, экономичной работе установки.

Созданная сетевая АСУ ТП позволяет дистанционно и оперативно управлять ходом технологических процессов в котле тиа АВ, улучшить показатели качества их работы, уменьшить число обслуживающего персонала.

13.Список литературы.

1.Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов.-М.: КолосС, 2003.-344 с.:ил.

2.Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие/ Под.ред. А.С.Клюева. М.:Энергоатомиздат, 1990.464 с.

3.Гильфанов К.Х., Арапов В.А. Проектирование автоматизированных систем: Учеб. Пособие Казань: КГЭУ, 2006 г.-290 стр.

4.Гильфанов К.Х. Подготовка и оформление дипломных проектов на пк: Учебное пособие Казань: КГЭУ,2005 г.-172 стр.

5 http://www.kns.ru/vcd-303263-1-306108/goodsinfo.html

6 http://www.omron.spb.ru/?id=69

7.http://www.trevisvvk.ru/products/kabelno/kabeli_i_provoda_svyazi/kabel_ascab.jdx