Автоматизация электролизного отделения цинкового завода «Казахмыс»

ВВЕДЕНИЕ

Цинковый завод с точки зрения управления и оптимизации относится к классу больших систем, для которых характерны сложная многоступенчатая технологическая схема, наличия прямых и обратных потоков. В связи с этим для такого производства  актуальной является задача оперативной координации и согласования работы всех цехов и агрегатов и единой технологической цепи.

Значительное повышение эффективности производства может быть достигнуто за счет оптимизации технологический процессов и автоматизированного управления всем комплексом. Данная задача может быть решена при условии системного подхода, то есть с учетом влияния возникающих изменений или введения управляющего воздействия на одном из технологических пределов на все остальные процессы технологического объекта.

Согласование работы всех цехов и агрегатов, решение сложных задач и обработка большого объема информации может быть достигнут только созданием автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП).

АСУТП – совокупность программных и технических средств, предназначенных для управления технологическими процессами без непосредственного участи я человека.

Основными задачами систем автоматизации являются:

- измерение параметров объекта управления и сравнения текущих с допустимыми значениями;

- регистрация значений параметров и их текущих отклонений от задания (установки);

- сигнализация аварийных и ненормальных ситуаций;

- устранение отклонений от заданных параметров путем подачи регулируемого потока на объект и так далее.

Целями использования АСУТП являются:

- оптимизация режимов работы оборудования в соответствии  с заданными критериями;

- освобождение человека от тяжелых физических и нервных нагрузок;

- обеспечение безопасного функционирования технологического объект управления;

- уменьшение износа оборудования за счет повышения качества управления.

Автоматизация производства имеет большое социальное значение. Оно способствует повышению производительности, улучшению условий труда, повышению качества продукции. Экономическая эффективность автоматизации определяется снижением производственных затрат при одновременном повышении выпуска продукции.

Основная задача проектирования – разработка схемы и выбор аппаратуры для контроля и автоматического регулирования и оформления принятых решений в виде технической документации определенного содержания и формы.

Основной вопрос, решаемый в процессе проектирования систем контроля и автоматического регулирования, - выбор рациональной схемы и аппаратуры автоматизации, обеспечивающих достаточную надежность работы комплекса при минимальных капитальных затратах эксплуатационных расходах.

 

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Электролиз является, по существу, завершающей стадией гидрометаллургического производства цинка. Получаемый путем электроосаждения катодный цинк мало чем отличается по своему составу от готовой продукции – цинкового металла. На процесс электролиза резко сказывается качество во всех предыдущих операциях – обжига,  выщелачивания и особенно очистки растворов от примесей.

Целью электролитического осаждения цинка является получение плотных листов катодного цинка, отвечающего по своему химическому составу требованиям ГОСТ 3640-94.

В виду того, что цинк – один из наиболее электроотрицательных тяжелых металлов и его стандартный потенциал равен –0,762В, для обеспечения преимущественного выделения его на катоде, необходимо соблюдение условий, обеспечивающих сохранение высокого перенапряжения водорода на цинке.

К таким условиям относятся:

- поддержание плотности тока не менее 240 а/м²;

- поддержание температуры и состава электролита, установленных данной инструкцией;

- введение поверхностно-активных веществ (столярного клея) для улучшения структуры катодного осадка;

- поддержание необходимого состояния поверхности катодов.

В зависимости от потенциала катода, состава электролита и условий электроосаждения протекает та или иная электрохимическая реакция. Для получения качественного катодного осадка большое значение имеет не только концентрация цинка в электролите, но и содержание примесей.

Железо – примесь, влияющая на расход электроэнергии и чистоту катодного цинка. Однако, при высоком содержании его в электролите, катодный цинк может загрязняться. Присутствие железа снижает выход по току цинка за счет челночных реакций окисления – восстановления.

В присутствии кобальта осадок имеет сквозные отверстия различной формы с характерной черной каймой со стороны катодного полотна. Вредное действие кобальта возрастает в присутствии других примесей.

Характерным признаком присутствия в электролите никеля выше допустимого количества, является получение катодного цинка с большими конусными отверстиями, вершина которых направлена к поверхности электролита. Примеси сурьмы, мышьяка и германия являются еще более вредными для электролиза, чем кобальт и никель.

Характерным признаком содержания в электролите сурьмы является появление в катодном осадке в начале полосок и бороздок, а затем образования губчатых сотовидных осадков, проросших многочисленными дендритами. Вредное действие сурьмы возрастает с повышением температуры. Сурьма играет положительную роль при трудной сдирке.
Введение добавки сурьмы (в виде сурьмяновиннокислого калия), особенно перед сдиркой катодного цинка, помогают ликвидировать явление трудной сдирки (3 мг/л).

Действие германия аналогично действию сурьмы, но еще в более сильной степени. Внешнее проявление действия германия на катодный осадок выражается в разъедании осадка до сквозных отверстий. Германий является весьма вредной примесью, вызывающей резкое снижение выхода по току цинка вследствие обратного растворения катодного осадка.

Присутствие мышьяка в растворах недопустимо, т.к. может привести к выделению в атмосферу цеха ядовитого газа – мышьяковистого водорода. Кадмий не влияет на выход по току, но загрязняет цинк.

Свинец переносится в катодный цинк в виде катионов Рв+2.

Источником этих катионов являются нейтральный электролит, свинцовая обшивка ванн и, главным образом, свинцово-серебряные аноды. Снижение содержания свинца можно добиться введением в электролит углекислого стронция.

Присутствие меди нежелательно в первую очередь потому что, будучи электроположительной, она выделяется на катоде, загрязняя цинк. Осаждаясь на катоде, она образует с цинком микропары, в которых является катодом, при этом цинк растворяется, в результате чего может снизиться выход цинка по току.

Характерным признаком повышения содержания меди в электролите является появление губчатых черных осадков. Иногда на катодном цинке образуются отверстия, и на алюминиевом катоде появляется черный осадок. Вторичное осаждение цинка на этом катоде возможно лишь после удаления этого осадка с поверхности алюминия.

Вредное действие меди усиливает кобальт и сурьма. Присутствие в электролите олова снижает выход цинка по току. Присутствие примесей натрия, магния, калия в электролите повышает его вязкость и снижает электропроводность, что приводит к повышению напряжения на ванне. Кроме того, эти примеси снижают выход по току цинка. Марганец присутствует в растворе в виде ионов Mn+2, Mn+4, Mn+6, Mn+7 и участвует в окислительно-восстановительных процессах и на катоде и на аноде. Повышенные содержания марганца повышают вязкость электролита, и снижает выход цинка по току. Основное вредное действие хлора заключается в том, что он разрушает аноды и катоды. Присутствие ионов фтора способствует срастанию катодных осадков с алюминиевой матрицей и возникновению явления трудной сдирки. Это объясняется тем, что ионы  фтора способствуют растворению окисной пленки на поверхности алюминия.

Электролиз цинка проводится в железобетонных ваннах с анодами и катодами, оборудованными токопроводящими шинами и приспособлениями для подвода и отвода электролита. Электролизные ванны объединены в две серии  по 250 ванн и расположены на одном уровне. Ванны размещены торцевыми стенками друг к другу рядами по 10 штук. Ряды сгруппированы в 12 блоков по 20 ванн и два полублока по 10 ванн.

Питание ванн раствором осуществляется из распределительных желобов, расположенных над рядами ванн. Желоба  длиной 30 м выполнены из винипласта, раствор в каждую ванну стекает через калиброванный штуцер, приваренный к желобу, через ванну протекает ≈2400 л/час.

В распределительные желоба охлажденный электролит самотеком поступает из напорного желоба, который расположен на 3200 мм выше распределительных и заполняется раствором не более чем на 2/3.
Из электролизной ванны через сливной лоток, отработанный электролит стекает в воронки сливной трубы и поступает в трубу отработанного электролита, расположенную под каждым рядом электролизных ванн. Далее отработанный электролит сливается в сборный желоб и поступает в один из двух коллекторов-сборников.

Из коллекторов-сборников большая часть отработанного электролита (до 90%) насосами 7КХ-13 перекачивается в желоб и самотеком поступает в баки горячего электролита ВИО, а остальная часть перекачивается в цех выщелачивания.

Отработанный электролит имеет следующий состав:

- цинк 46-56 г/л;

- серная кислота 130-180 г/л;

- медь до 0,1 мг/л;

- железо (общее) до 50 мг/л;

- марганец 2-7 г/л;

- кобальт до 1 мг/л;

- мышьяк до 0,1 мг/л;

- сурьма до 0,1 мг/л;

- никель до 0,1 мг/л;

- хлор 150 мг/л;

- фтор 30 мг/л.

Периодичность чистки желобов:

- распределительный желоб не реже 1 раза в 7 дней;

- желоба охлажденного электролита 1 раз в месяц;

- желоба отработанного электролита 1 раз в 3 месяца.

Конструктивно ванны для электролитического осаждения цинка
выполнены в двух исполнениях.

Ванны из железобетона со свинцовой футеровкой: наружные размеры ширина-1130мм; длина-2560мм; высота-1620мм; внутренние размеры 2400х910мм; максимальная глубина-1475мм; ёмкость 2,6м3, полезная ёмкость 2,4м3. В ванну установлены 36 анодов и 35 катодов. Ванны установлены на четырех фарфоровых изоляторах, которые чистятся от сульфата паром и протираются не реже одного раза в два месяца. В ваннах установлены аноды, рабочая часть которых выполнена из свинцово-серебряного сплава (1% серебра).

Аноды изготовлены в анодо-катодной мастерской цеха путем трехкратной прокатки между парой валков с целью придания им большей механической жесткости, затем парой валков наносится вафельное рифление поверхности прокатанных анодов глубиной до 1,0мм. На каждом аноде в нижней его части с целью фиксации межэлектродного расстояния установлены 2 полиэтиленовых изолятора на осях. Изоляторы должны иметь свободное вращение на оси.

Размеры анода: анодного полотна 1080х620мм; толщина 8+0,1мм. Длина анодной штанги-1110мм, высота-60мм. Чистка анодов от шлама производится не реже двух раз в месяц вручную специальной лопаткой. Срок службы анода 3 года.

Из электролизных ванн не реже одного раза в 30 дней системой вакуумного транспорта производится откачка марганцевого шлама. Шлам направляется в цех выщелачивания для использования в качестве окислителя. Катоды  изготавливаются из листового алюминия марки А-5, толщиной 4мм. Для уменьшения дендридообразования на краях, катоды в погруженной части на 10мм длиннее и шире анодов. На боковых краях катодов, для предотвращения наращивания на кромках цинка, устанавливаются резиновые планки.

Катодные штанги изготовлены из Т-образного  алюминиевого профиля. Катодный лист при помощи дуговой электросварки приваривается к штанге. Контактом катодной штанги является приваренный медный вкладыш. Не реже одного раза в двадцать дней производится чистка катодов на катодо-очистительной машине. Размеры катода:   катодного полотна 1100х660х4мм,  длина катодной штанги 1250мм. Срок службы катода – 6 месяцев.

Для фиксации положения катодов и анодов в ванне на бортах ванн установлены рейки из литого полиэтилена. Расстояние между одноименными электродами в ванне составляет 57 мм.

При установке катода в ванну зачищается шина и контакт. Ежесуточно контролируются короткие замыкания.

Для улучшения качества поверхности катодного осадка непрерывно централизованно задается раствор столярного клея. Расход клея составляет 50 г/т цинка. В случае растворения катодного осадка расход клея увеличивается в два раза, температура поступающего электролита снижается на 2-3°С.

Для уменьшения выделения паров серной кислоты и сульфата цинка в атмосферу цеха, в электролизные ванны централизованно или отдельно в каждую ванну задается раствор экстракта солодки. Расход экстракта солодки составляет 90 г/т цинка.

Для получения цинка с содержанием свинца  менее 0,003% в электролизные ванны задается углекислый стронций. Количество вводимого углекислого стронция и периодичность его подачи определяется зам. Начальника цеха.

Электролизные ванны на чистку от шлама отключаются поблочно, не реже 1 раза в 30 дней. Отключение блока на чистку осуществляется в следующем порядке:

- подводится замыкатель к предназначенному для отключения блоку, зачищаются участки прижима замыкателя к переходным шинам, проверяется исправность струбцин;

- снижается нагрузка на серии, в которой находится отключаемый блок, до 10 кА и вынимается по 22 катода из каждой ванны;

- снижается нагрузка до 0 кА, вынимаются остальные катоды, устанавливается замыкатель;

- запускается система вакуумной откачки шлама, электротельфером вынимаются аноды на специальную подставку, и откачивается пульпа из ванн в цех выщелачивания;

- очищенные ванны заполняются электролитом и устанавливаются аноды, снимается нагрузка на серии с отключенным блоком до 0 кА и загружается по 12 катодов в каждую ванну, снимается замыкатель;

- поднимается нагрузка до 10 кА, загружаются остальные катоды в ванну, блок ставится под нормальную нагрузку и проверяется контакт катод-шина (перепад не более 25 мВ).

Сдирка катодного цинка производится один раз в сутки. С целью уменьшения сцепления катодного осадка с матрицей и облегчения сдирки, перед началом сдирки в электролизные ванны может вводится раствор сурьмяновиннокислого калия. Количество сурьмы, вводимой с этим раствором, не должно превышать 3 мг на одну электролизную ванну.

Сдирка осуществляется следующим образом: электротельфером из электролизной ванны поднимается пакет катодов не более 12 штук и транспортируется к рабочему месту катодчика – сдирочному столу.

С помощью специальной лопатки (сдирочного ножа) производится отделение листов катодного осадка. После осмотра катодов пакет устанавливается в ванну, предварительно зачищается место контакта катодной штанги и шины.

Поднимать одновременно из одной электролизной ванны более 12 катодов запрещается.

Катодный цинк укладывается в пачки весом до 1,5 т и после взвешивания на электронных весах электрокарами транспортируется в катодо-плавильное отделение.

Схема технологическая предоставлена на чертеже 360140ДП01.01.

 

2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

 

При разработки функциональной схемы необходимо выбрать приборы и средства автоматизации, которые будут соответствовать заданным параметрам. Контролируемые  параметры приведены в таблице 2.1. 

Таблица 2.1 – Контролируемые параметры

Наименование контролируемых параметров	Диапазон
Температура отработанного электролита баках 8	плюс 35-70 0С
Температура смешанного электролита в желобе 2	плюс 20-40 0С
Уровень отработанного электролита в баках 8	760-3000 мм
Расход отработанного электролита в баках 8	110-120 м3/ч
Расход раствора столярного клея в баке 10	240-260 кг/ч
Расход раствора экстракта солодки в баке 11	610-620 кг/ч

 

Управление производиться:

- зумпфовыми насосами по уровню;

- вентиляторами;

- насосами;

- заслонкой после вентилятора приточной;

- заслонкой по воздуху.

 

2.1 Контроль температуры.

Контроль температуры электролита в баках и желобе осуществляется термопреобразователем сопротивления ТСП Метран-206 (100П), который предназначен для измерение температуры жидких и газообразных химических неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры.

Технический параметры:

- диапазон измеряемых температур: минус 200÷500 ⁰С;

- класс допуска: В;

- схема соединения: 3-х, 4-х проводная;

- материал головки: полиамид стеклонаполненный ПА-66;

- степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65 ГОСТ 14254;

- средний срок службы: не менее 5 лет;

- условное давление Р_у: 0,4 МПа;

- показатель тепловой инерции Т: 40 с;

- группа виброустойчивости В_у по ГОСТ 12997: V1;

- длина монтажной части для датчика в баках L: 2000 мм;

- длина монтажной части для датчика в желобе L: 500 мм.

 

2.2 Контроль уровня

Контроль уровня отработанного электролита в баках осуществляется двухпроводным радаром Sitrans Probe LR, который предназначен для измерений уровня и объема жидкостей и взвесей в резервуарах для хранения и простых рабочих резервуарах.

 Технический параметры:

- частота: 5,8 ГГц;

- диапазон измерений: 0,3-20 м;

- аналоговый выход: 4-20 мА;

- воспроизводимость: ± 5 мм;

- температура окружающей среды: минус 40÷80 ⁰С;

-  степень загрязнения: 4;

-давление в резервуаре: 3 бар;

- степень защиты: IP67.

Для данного прибора необходим блок питания БП96/24-4/80. Его назначение заключается в преобразовании  сетевого напряжение 20 В в стабилизированное напряжение 24 или 36 В и питания датчиков с унифицированным выходным токовым сигналом.

Технический параметры:

- выходное напряжение 24 В;

- максимальный ток нагрузки на каждый канал: 80 мА;

- потребляемая мощность: 15 Вт;

- количество гальванически развязанных каналов: 4;

- монтаж: в щите;

- устройство и работы блока питания: БП состоит из сетевого трансформатора и четырех независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор и схему электронной защиты;

- климатические условия: имеет исполнение С3 по ГОСТ 12997 для работы при температуре окружающей среды минус 10÷40 ⁰С, относительной влажности от 45 до 80 процентов  и атмосферном давлении от 84 до 107 кПа.

 

2.3 Контроль расхода

Расход электролита, раствора столярного клея и раствора экстракта солодки осуществляется расходомером УРСВ-010М-001, которые состоит из: ВП – вторичного преобразователя, ИЭ – источника электропитания, ПЭА – преобразователя электроакустического, УС – согласующего устройства.

Он предназначен для измерения расхода и объема различных жидкостей в напорных металлических и пластмассовых трубопроводах с помощью врезных или накладных ПЭА в различных условиях эксплуатации, в том числе во взрывоопасных зонах. Расходомер выполняет измерения при постоянном и переменном направлении потока жидкости в трубопроводе и архивирование измеренных значений объема для каждого направления отдельно с индикацией знака направления потомка, а также обеспечивает возможность вывода измеренных значений объемного расхода и объема на внешнее устройства.

Расходомер УРСВ-010М-001 поставляется в комплекте с накладным ПЭА, устанавливаемым на эксплуатационный трубопровод (без его вскрытия).

 

Технический параметры:

- диаметр условного прохода трубопровода D_у: 50÷4200 мм;

- измеряемый средний объемный расход жидкости Q_v: 126 м³/ч;

- температура измеряемой жидкости: минус 10÷180 ⁰С;

- наибольшее давление в трубопроводе: 2,5 МПа;

- длина сигнального кабеля между ВП и ПЭА: не более 100 м;

- потребляемая мощность: 15 Вт;

- среднее время наработки на отказ: 75000 ч;

- средний срок службы: 12 лет;

-степень защиты от проникновения влаги и пыли: ПЭА – IP68, ВП – IP54, УС – IP64.

 

2.4 Управление зумпфовыми насосами по уровню

Управление зумпфовыми насосами по уровню осуществляется датчиком реле уровня РОС 301, измерительным преобразователем переменного тока типа Е854/2 и пускателем ПМА – 3212.

Датчик реле уровня РОС 301 предназначен для контроля трех уровней электропроводных жидкостей по трем независимым каналам в одном или в различных резервуарах в стационарных и корабельных условиях вне взрывоопасных хонах.

Технический параметры:

- выходной сигнал: релейный, ток от 0,5 до 2,5 А;

- напряжение от 12 до 250 В;

- частота 50 Гц;

- напряжение питания: 220В;

- потребляемая мощность: не более 12 Вт на три точки контроля;

- рабочее избыточное давление Р_раб: до 2,5 МПа;

- температура контролируемой среды: не выше 80 ⁰С;

- удельная электрическая проницаемость: не менее 0,015 См/м;

- длина погружаемой части датчика L: 0,6 м при вертикальном монтаже или 0,1 м при горизонтальном монтаже;

- напряжение переменного тока на электроде датчика не превышает 6В.

Преобразователь измерительный переменного тока типа Е854/2 предназначен для линейного преобразование переменного тока в унифицированный электрический сигнал постоянного тока.

Технические параметры:

- питание осуществляется от сети  с номинальным напряжением 220 В  и частотой 50 или 400 Гц;

- предел  допускаемой приведенной основной погрешности ±0,5 процентов от номинирующего значения входного сигнала;

- температура окружающего воздуха: минус 30÷60 ⁰С;

- диапазон измерений преобразуемых сигналов: J= 0-1 0-5;

- диапазон изменения выходных сигналов в диапазоне измерений входного сигнала: 0-5;

- диапазон изменений сопротивления  нагрузки: 1-100;

- предел допускаемой дополнительной погрешности от нормирующего значения входного сигнала ±0,25 процентов.

 

2.5 Управление заслонкой после вентилятора приточной и заслонкой по воздуху

Управление заслонкой после вентилятора приточной и заслонкой по воздуху осуществляется блоком ручного управления БРУ-32, бесконтактным реверсивным пускателем ПБР-3М2.2 и исполнительным механизмом МЭО-1600/63-0,25-92К.

Блок ручного управления БРУ-32 предназначен для ручного или дистанционного переключения цепей, управления на два положения, световой индикации положения цепей и управления исполнительными механизмами.

Технические параметры:

- температура: от 278 до 323 К;

- относительная влажность: 30-80 процентов  при температуре 298 (плюс 25) К;

- вибрация, частота: до 25 Гц;

- коммутационная способность групп переключающих контактов реле и кнопок управления при активной нагрузке: постоянный ток до 0,25 А при напряжении до 34 В и переменный ток до 0,25 А при напряжении до 220 В;

- входной сигнал стрелочного индикатора: токовый;

- пределы изменения: 0-5 мА;

- входное сопротивление: 500 Ом;

- электрическое питание блоков должно осуществляться переменным однофазным током с напряжением 24 В при отключении от минус 3,6 до плюс 2,4 В и частотой 50 или 60 Гц;

- мощность, потребляемая каждым из блоков: не превышает 2,5 Вт;

Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-3М2.2 предназначен для управления электроисполнительными механизмами и приводами с трехфазными асинхронный двигатель  электродвигателями.

Технические параметры:

- входной сигнал: импульсы 2-х полупериодного выпрямленного синусоидального напряжения (24±6 В) с непрерывным изменением скважности, изменение состояния контактных или бесконтактных ключей;

- выходной сигнал: изменение состояния контактных или бесконтактных ключей;

- выходное сопротивление пускателя: 750 Ом;

- максимальный коммутируемый ток: 3 А;

- быстродействие: 25 мс;

- разница между длительностями входного сигналов не более: 20 мс;

- напряжение источника питания цепей управления: 22-26 В;

- норма средней наработки на отказ: 100000 час;

- полный срок службы: 10 лет;

- степень защиты: IP20;

- электрическое питании: 220/380 В, 50 или 60 Гц ; 230/400, 240/415 В, 50Гц;

- климатическое исполнение: для работы при температурах от минус 10÷55 ⁰С и относительной влажности воздуха при t=35 ⁰C  и ниже  до 98 процентов.

Механизм исполнительный МЭО-1600/63-0,25-92К предназначен для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Принцип работы механизма заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение выходного вала.

Технические параметры:

- номинальный крутящий момент на выходном валу: 630, 1600 Нм;

- номинальное время полного ходя выходного вала: 10, 25, 63, 160 с;

- номинальное значение полного ходя выходного вала: 0,25 об. (90⁰);

- напряжение и частота питания: 220/380. 230/400, 240/415 В частотой 50Гц; 220/380В частотой 60Гц;

- потребляемая мощность: 200, 300В;

- допускаемый уровень шума: 80 dBA;

- степень защиты: IP54;

- климатическое исполнение: У2, Т2;

Функциональная схема предоставлена на чертеже 360140ДП02.01.А2.

 

3 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИЛАЬНОЙ СХЕМЫ

 

Задача составления принципиальной электрической схемы сводиться к изображению на чертеже ее элементов, а также необходимые аппаратуры: питание, ручное и автоматическое управление, линии связи, защиты, сигнализация. Все эти приборы указываются упрощено в виде внешнего контура с изображением на нем его присоединительных зажимов, колонок, разъемов с указанием ее заводской маркировки. Так же на данном этапе разработки играет роль выбора контроллера, панели оператора и выбор модулей.

 

3.1 Контроллер SIMATICS7-300

SIMATIC S7-300 – это модульный программируемый контрол­лер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределен­но­го ввода-вывода, широкие коммуникационные возможно­сти, множество функций, поддерживаемых на уровне опера­ционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различ­ных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует воз­можность использования нескольких типов центральных про­цессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сиг­налов, функциональных модулей и коммуникационных про­цессоров.

Области применения SIMATICS7-300 охватывают: автоматизацию машин специального назначения; автоматиза­цию текстильных и упаковочных машин; автоматизацию ма­шиностроительного оборудования; автоматизацию оборудова­ния для производства технических средств управления и элек­тротехнической аппаратуры; построение систем автоматиче­ского регулирования и позиционирования; автоматизирован­ные измерительные установки и другие.

Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструк­цию и могут включать в свой состав:

- модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процес­соров, отличающихся производительностью, объемом па­мяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выхо­дов и специальных функций, количеством и видом встро­енных коммуникационных интерфейсов и т.д;

- модули блоков питания (PS), обеспечивающие возмож­ность питания контроллера от сети переменного тока на­пряжением 120/230В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В;

- сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вы­вода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами;

- коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface или орга­низации связи через PtP (point to point) интерфейс;

- функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позициони­рования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны вы­полнять возложенные на них функции даже в случае оста­новки центрального процессора программи­руемого контроллера.

- интерфейсные модули (IM), обеспечиваю­щие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры Simatic -300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных моду­лей, а также коммуникационных процессо­ров, распределенных по 4 монтажным стой­кам. Все модули работают с естественным охлаждением;

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

- все модули легко устанавливаются на про­фильную рейку S7-300 и фиксируются в ра­бочем положении винтом;

- во все модули (кроме модулей блоков пита­ния) встроены участки внутренней шины контроллера. Соединение этих участков вы­полняется шинными соединителями, устанавливаемыми на тыльной стороне корпуса. Шинные соединители входят в комплект поставки всех модулей за исключением цен­тральных процессоров и блоков питания;

- наличие фронтальных соединителей, позволяющих произво­дить замену модулей без демонтажа внешних со­единений и упрощающих выполнение операций подключе­ния внешних цепей модулей;

- подключение внешних цепей через фронтальные соедини­тели с контактами под винт или контактами-защелками. Механическое кодирование фронтальных соединителей, исключающее возможность возникновения ошибок при за­мене модулей;

- применение модульных и гибких соединителей SIMATIC TOP Connect, существенно упрощающих монтаж шкафов управления;

- единая для всех модулей глубина установки. Все кабели располагаются в монтажных каналах модулей и закрыва­ются защитными дверцами;

- произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках.

Фиксированные места должны занимать только блоки питания, центральные процессоры и интерфейсные модули.

Технические данные по контролеру SIMATIC S7-300 предоставлены в таблице 3.1

 

Таблица 3.1 - Общие технические данные контроллера SIMATIC S7-300

Наименование параметра	Значение
Степень защиты	IP20 в соответствии с IEC 529
Диапазон рабочих температур:
- при горизонтальной установки	0÷60 0С
- при вертикальной установке	0÷40 0С
Диапазон температур хранения и при транспортировки	минус 40÷70 0С
Относительная влажность	5÷95 процентов
Атмосферное давление	795÷1080 ГПа
Изоляция:
- цепи = 24 В	испытательное напряжение = 500 В
- цепи ~ 230 В	испытательное напряжение ~ 1460 В
Электромагнитная совместимость:	регламентируется German EMC Legislation
- устойчивость к шумам	по EN 50082-2, испытание по IEC 801-2, ENV 50140, IEC 801-4, ENV 50141, IEC 801-5
- наводки	По EN 50081-2, испытания по EN 55011, класс A, группа 1
Механические воздействия:
- вибрация	IEC 68, часть 2-6: 10 … 58Гц/ постоянная амплитуда 0.075мм; 58…150Гц/ постоянное ускорение 1g. Длительность вибраций: 10 циклов по каждой из взаимно перпендикулярных осей.
- ударные нагрузки	IEC 68

 

3.2 Панель оператора SimaticMP 370-12

Многофункциональные панели SimaticMP 370-12 является идеальной платформой для построения систем человекомашинного интерфейса и удачно сочетают в себе лучшие черты панелей оператора, программируемых контроллеров и промышленных компьютеров. Работа панели базируется на использовании функциональных возможностей операционной системы Microsoft Windows CE , что позволяет решать задачи оперативного управления, мониторинга и визуализации, применять дополнительное промышленное программное обеспечение. Отсутствие винчестера позволяет использоваться ее в сильной запыленности среды. Наличие разъемов для установки РС и CF карт позволяет легко наращивать возможности панели, например, для архивирования данных или хранения рецептов.

Отображение и модификация значений технологических параметров:

- визуализация: 256 цветов для графики, 16 цветов для текста;

- векторная графика;

- динамическое позиционирование, отображение/скрытие объектов;

- пиксельная графика, тренды кривых, бар-графика;

- отображение до 8 кривых в одном окне, поддержка функций прокрутки и масштабирование, просмотр кривых из архивов за указанный промежуток времени;

- исчерпывающий набор библиотек графических элементов;

- интервальный таймер для циклического выполнения функций.

Система обслуживания  сообщений:

- обслуживание статусных, аварийных и системных сообщений;

- поддержка статусных и аварийных сообщений с историческими трендами;

- предварительно конфигурируемые экраны, окна и строки сообщений;

- архивирование сообщений в CF-/PC-карте или на сетевом носителе с передачей данных через Ethernet;

- архивы с произвольной или последовательной выборкой данных;

- сохранение архивов в формате CSV файлов;

- интерактивная обработка значений технологических параметров и построение графиков кривых;

- обработка данных внешними приложениями (например, MS Excel или MS Access).

Управление рецептами:

- сохранения рецептур в CF-/PC-карте;

- интерактивное и автономное редактирование рецептур;

- сохранение рецептов в формате CSV файлов;

- обработка рецептур внешними приложениями (например, MS Excel или MS Access);

- мультиплексирование переменных;

- регистрация сообщений;

- 10-уровневая защита;

з) управление печатью;

- использование 5 интерактивных языков, выбираемых из списка 32 поддерживаемых языков, в том числе и русского;

- поддержка HTML-документов;

- поддержка Visual Basic Skript;

- загрузка/считывание параметров конфигурации через Ethernet/ PROFIBUS-DP/MPI/RS232/USB/модем/CF-карту (только загрузка).

Технические данные по панели оператора указаны в таблице 3.2

Таблица3.2 - Общие технические данные панели оператора Simatic MP 370-12.

Наименование параметра	Значение
Микропроцессор	64-разрадный RISC процессор, 188 МГц
Операционная система	Windows CE
Помаять пользователя	12 Мбайт

Продолжение таблицы 3.2

Дисплей	12,1’, TFT
- разрешение, точек/цветов	800x600/256
- размер экрана, мм	264x185
- наработка на отказ	50000 часов при плюс 25 0С
Клавиатура	сенсорная
Интерфейсы
- IF 1A	RS323/TTY активный/пассивный (15-полюсное гнездо)
- IF 1B	RS422/RS485 (9-полюсное гнездо)
- IF 2	RS232 (9-полюсное гнездо)
- Ethernet	встроенный, 10/100 Мбит/с, RJ45
-USB	12 Мбит/с
-А/В	PC/CF карты памяти
Количество переменных	2048
Система сообщений
- количество сообщений	до 2000 оперативных до 2000 аварийных сообщений
- длина сообщения	1 строка, до 70 символов на строку, до8 переменных на сообщение
- буфер сообщений	кольцевой, до 1024 записей
Количество экранов	до 300
Количество архивов	до 20
Количество рецептов	до 300
Потребляемый ток максимальный	1,5 А
Степень защиты	IP 65 / IP 20

 

3.3 Описание выбранных модулей

3.3.1 Центральный процессор CPU 314 используется для построения систем управления, предъявляющих высокие требования к скорости обработки информации и минимальному времени реакции системы на внешние события. CPU 314 характеризуется следующими показателями:

- микропроцессор: 100-200 нс на выполнение бинарной инструкции;

- рабочая память объемом 64 Кбайт, RAM (приблизительно 21 K инструкций): для выполнения загруженной секции программы и хранения оперативных данных. Микро карта памяти (до 8 Мбайт), используемая в качестве загружаемой памяти, а также сохранения архива проекта (с комментариями и таблицей символов), архивирования данных и управления рецептами;

- гибкие возможности расширения: подключение до 32 модулей S7-300 (4-рядная конфигурация);

- интерфейс MPI: позволяет устанавливать одновременно до 12 соединений с программируемыми контроллерами S7-300/400, программаторами, компьютерами и панелями операторов. Одно из этих соединений зарезервировано для PG-, одно - для OP функций связи. MPI позволяет создавать простейшие сетевые структуры с объединением до 16 центральных процессоров и поддержкой механизма передачи глобальных данных;

- соответствующий пакет для программирования Step 7, V5.1 + SP4.

  Функции:

- парольная защита доступа: для защиты от несанкционированного доступа к программе пользователя;

- буфер диагностических сообщений: хранит 100 последних сообщений об ошибках;

- необслуживаемое сохранение данных: при перебоях в питании контроллера центральный процессор автоматически сохраняет текущие данные и использует их после восстановления напряжения питания.

3.3.2 Интерфейсный модуль IM 360/ IM361 позволяют создавать многорядные конфигурации программируемых контроллеров S7-300 (от CPU 313C, CPU 314 и выше), в которых модули ввода-вывода размещаются не только в базовом блоке, но и в стойках расширения.
Подключение к базовому блоку до 3 стоек расширения. В каждой стойке может размещаться до 8 модулей. Расстояние между соседними стойками может составлять от 4 см до 10 м.

Модули IM 360 и IM 361 позволяют подключать к одному базовому блоку контроллера до 3 стоек расширения:

- IM 360 устанавливается в базовый блок контроллера.

- по одному модулю IM 361 устанавливается в каждую стойку расширения.

- питание модулей стоек расширения: в каждую стойку расширения необходимо устанавливать блок питания =24В. Он используется для питания интерфейсного модуля IM 361 и всех остальных модулей, установленных в данной стойке. Для этой цели рекомендуется использовать блоки питания PS 305/ PS 307 программируемого контроллера S7-300.

- отсутствие ограничений на состав модулей в стойках расширения: в стойки расширения могут устанавливаться все сигнальные, функциональные, коммуникационные модули, а также модули специального назначения программируемого контроллера S7-300.

Количество интерфейсных модулей на ЦПУ у IM 360 один, у IM 361 три.

3.3.3 Блок питания PS 307 предназначен для питания вашего программируемого контроллера и датчиков/исполнительных устройств напряжением 24 В постоянного тока.

Технические данные:

- выходной ток 2 A;

- выходное напряжение 24 В пост. тока; защита от короткого замыкания и обрыва цепи;

- подключение к однофазной системе переменного тока (входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц);

- надежная гальваническая развязка в соответствии с EN 60 950;

- может быть использован как источник питания нагрузки.

3.3.4 Модуль ввода аналоговых сигналов SM331 AI 8x12 выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровые значения мгновенных значений аналоговых величин. Эти значения используются центральным процессором в ходе выполнения программы.

К модулям могут подключаться датчики с унифицированными сигналами напряжения и силы тока, термопары, датчики сопротивления и термометры сопротивления.

Модули SM 331 характеризуются следующими показателями:

- разрешающая способность от 9 до 15 бит + знак (с различными временами преобразования), конфигурируется;

- возможность использования большинства модулей для измерения различных видов аналоговых сигналов на различных пределах измерения. Выбор вида аналогового сигнала производится аппаратно с помощью модулей выбора вида входного сигнала или соответствующей схемой подключения датчика. Выбор предела измерения выполняется программным путем с помощью "Hardware Configuration" STEP 7. В многоканальных модулях допускается выполнение индивидуальной настройки различных каналов на измерение заданного вида аналогового сигнала с заданным пределом измерений;

- поддержка прерываний: модули способны формировать диагностические прерывания, а также прерывания при достижении измеряемым параметром предельных значений;

- напряжение и ток: 24 В, 200 мА, от внутренней шины контроллера – 50 мА;

- потребляемая мощность: 1 Вт;

- количество аналоговых входов: 8;

- система соединения: фронтальный соединитель 20-полюсной.

Диагностика: модули способны пересылать в центральный процессор большой объем диагностической информации.

3.3.5 Модуль вывода дискретных сигналов  SM 322 DO 16x24 выполняет преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. При управлении цепями с низкими токами утечки (например дискретным входом  IEC типа I), цепь нагрузки может коммутироваться таким образом, чтобы исключить формирование ложного сигнала включения. Модуль способен управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными лампами и т.д.

Диапазон рабочих температур:  минус 25÷60 °C, допускается появление конденсата.

Условия эксплуатации: Работа в агрессивных средах (например, в средах с содержанием хлора и серы).

Модуль вывода дискретных сигналов SM322 характеризуется следующими показателями:

- зеленые светодиоды индикации состояний выходных цепей;

- штекер для установки фронтального соединителя, закрытый пластиковой защитной крышкой;

- паз для установки этикетки с маркировкой внешних цепей;

- два соединителя с тыльной стороны корпуса для подключения к внутренней шине S7-300/ ET 200M;

- равноценность посадочных мест;

- адреса выходов определяется номером посадочного места модуля;

- удобство подключения внешних цепей через съемные фронтальные соединители;

- возможность использования большинства дискретных выходов для управления дискретными входами контроллера;

- напряжение и ток: 24 В, 80 мА;

- потребляемая мощность: 4,9 Вт;

- количество дискретных выходов: 16;

- система соединения: фронтальный соединитель 20-полюсной.

3.3.6 Модуль ввода SM321 DI 16x24 дискретных сигналов предназначен для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модуль может работать с контактными датчиками, а также бесконтактными датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным схемам.

 Модуль ввода дискретных сигналов характеризуются следующими показателями:

- зеленые светодиоды индикации состояния входных цепей;

- красные светодиоды индикации отказов (только в некоторых модулях);

- штекер для установки фронтального соединителя, закрытый защитной пластиковой крышкой;

- паз для установки этикетки с маркировкой внешних цепей;

- два соединителя на тыльной части корпуса для подключения к внутренней шине S7-300/ ET 200M;

- равноценность посадочных мест;

- адреса входов, определяемые номером посадочного места;

- напряжение и ток: 24В, 25 мА, от внутренней шины контроллера – 10 мА;

- потребляемая мощность 3,5 Вт;

- количество дискретных входов: 16;

- система соединения: фронтальный соединитель 20-полюсной.

Разработанная электрическая принципиальная схема изображена на чертеже 360140ДП03.01.Э3 и 360140ДП03.02.Э3.

 

4 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВНЕШНИХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Под термином «электропроводка» понимается совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями. Проводки систем автоматизации, прокладываемые указанными способами по строительным конструкциям и поверхностям здании и сооружений, должны выполняться с учетом требований пожарной безопасности и конечно экономичности выбираемого кабеля. В большой мере на выбор электропроводок влияют условия окружающей среды, его сечение, сопротивление.

Для электропроводок систем автоматизации применяют изолированные провода и кабели с алюминиевыми и медными жилами. Провода и кабели с медными жилами допускается применять в случаях:

- в цепях термопреобразователей и преобразователей термоэлектрических;

- в цепях измерения, управления, питания, сигнализации и т.п. напряжением до 60В при сечении жил проводов и кабелей до 0,75мм²;

- во взрывоопасных установках;

- в установках подверженных вибрации;

- для питания переносного освещения и электрифицированного инструмента.

В основном  мы применяли провода с поливинилхлоридной изоляцией предназначенные для эксплуатации при температуре окружающей среды до плюс 70°С и относительной влажности воздуха не более 95 процента, длительно допускаемая температура жил при эксплуатации должна быть не более плюс 70°С.  В нашем случае это АКВВГ, КВВГЭ (с алюмелевым, медными жилами (соответственно), изоляция и оболочка из поливинилхлоридного пластиката). Условия применения: в сухих и сырых помещениях, в трубах, приборах (где возможно воздействие хлора или газов хлора применять запрещается).

Характеристика выбранных проводов:

- АКВВГ: номинальное сечение 2,5мм², число жил 14, наружный диаметр 15,8мм², масса 900кг/км;

- КВВГЭ: номинальное сечение 0,75мм², число жил 5, наружный диаметр 8,3мм², масса 96кг/км.

Схема внешних соединений изображена на чертеже 360140ДП04.01.Э4.

 

5 ВЫБОР ЩИТОВЫХ КОНСТРУКЦИИ И КОМПОНОВКА ЩИТОВЫХ ПРИБОРОВ

 

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация) и т.п.

Особенности принятой системы автоматизации и ее иерархии, а также особенности автоматизируемого технологического процесса (установки), включая ее топологию, условия окружающей среды, обусловливают оптимальные места размещения щитовых конструкций с приборами и средствами автоматизации. В результате щитовые конструкции устанавливают либо непосредственно в технологических помещениях - местные, агрегатные и частично блочные щиты, а также пульты, либо в специальных помещениях. Выбор места размещения щитовых помещений –операторных, диспетчерских, аппаратных и других, встроенных в технологические помещения или выносных отдельно стоящих зданиях, пристройках, -должен в каждом конкретном случае осуществляться с учетом особенностей технологического процесса, норм и противопожарных требований строительного проектирования, удобства управления автоматизируемым объектом, простоты обслуживания систем автоматизации и экономических факторов.

При выборе места для щитовых конструкции нужно учитывать:

- не должна распространяться вибрация от технологического оборудования;

- не должны размешаться в  подвальных и цокольных этажах, над помещениями с производством, сопровождающимся выделением избытков тепла (80кДж/м³·ч) или вредных газов, паров, пыли, а также под помещениями с мокрым ТП;

- не следует располагать над или под вентиляционными установками, конденсаторами, насосными компрессорными, машинами ударного действия и другими источниками вибрации и шума;

- не располагают в местах, на которые распространяется действие сильных магнитных полей от промышленного оборудования;

- площадь щитового помещения определяется с учетом площади рабочей зоны, заключенной между шиитами, экранами промышленного дисплея и рабочем столом, зоны отдыха, а также проходов для обслуживания монтажной стороны щитов. Также предусматривается возможность последующего расширения. Проходы для обслуживания монтажной стороны в ряде случаев являться эвакуационными, при отсутствии прохода открытых токопроводящих частей на высоте до 2,2м от пола, ширина не меньше 0,8м, если есть токоведущая часть с одной стороны при напряжении 600В 1м и длина шита до 7м, при более 600В 1,5м;

- освещение должно быть равномерным поверхностей щитов операторских столов, устранение прямой и обратной блесткости, отсутствие теней, отсутствие пульсации светового потока и т.п;

Взвесив все эти параметры был выбран: линейный шкаф TS8 RITTAL, 600x2200x600, арт№ = 8626.500, степень защиты - IP55, который предоставлен на чертеже 360140ДП05.01.А0.

 

6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ САР

 

Стабилизирующая САР – система, которая поддерживает выходную величину постоянной на заданном уровне, эта система замкнутая, то есть с обратной связью, работает по принципу отклонения. В системе осуществляется непрерывное сравнение выходной величины с заданным значением. Усиленный сигнал рассогласования воздействует на исполнительный механизм, приводит регулируемую величину в соответствие с заданным значением.

К динамическим характеристикам САР относятся:

- дифференциальное уравнение – основополагающее математическое описание уравнения динамики;

- передаточная функция – отношение преобразованной по Лапласу выходной величины к преобразованной по Лапласу входной величины;

- временные характеристики – кривая разгона. Кривую разгона динамического объекта по выбранному каналу управления получают путем быстрого перемещения регулирующего органа на несколько процентов его хода и последовательной регистрации выходной величины. В рассматриваемом случае кривая разгона дана в задании в безразмерной форме;

- частотные характеристики – отражают реакцию САР (рассматриваемую как соединение типовых динамических звеньев) на гармонические входные сигналы разной частоты.

АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) – показывает отношение амплитуд выходных и входных сигналов от частоты.

ФЧХ (фазо-частотная характеристика) – показывает зависимость угла     сдвига выходного сигнала по отношению к входному сигналу от частоты.

АФЧХ (амплитудно-фазовая частотная характеристика) – показывает отношение значений выходной величины к входной, выраженных в комплексной форме.

Для определения оптимальных настроечных параметров регулятора, обеспечивающих заданную степень затухания переходного процесса, необходимы расширенные ЧХ регулятора и объекта, то есть ЧХ, учитывающие заданную степень колебательности “m”.     

Любая САР подвержена разного рода воздействиям, которые вызывают отклонение управляемых величин от их заданных значений. Устойчивость САР – это ее способность возвращаться с определенной точностью в состояние равновесия после прекращения воздействий, выведших систему из этого состояния. Существует несколько методов анализа САР на устойчивость. В рассматриваемом случае применен метод критерия Найквиста.

Критерий Найквиста: САР, устойчивая в разомкнутом состоянии, устойчива в замкнутом состоянии, если АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от нуля до бесконечности не охватывает на комплексной плоскости точку (-1;j0).

Преимуществом критерия Найквиста является то, что он позволяет судить об устойчивости замкнутой системы по устойчивости разомкнутой системы и может быть применен для систем с транспортным запаздыванием.

По расположению АФЧХ относительно критической точки можно судить о запасе устойчивости замкнутой системы.

- запас устойчивости по модулю или по амплитуде (С) – расстояние от критической точки до точки пересечения АФЧХ отрицательной вещественной полуоси. Показывает, в каких пределах можно увеличивать коэффициент передачи разомкнутой системы, чтобы замкнутая система оставалась устойчивой;

- запас устойчивости по фазе (g) – угол между отрицательной вещественной полуосью и лучом из начала координат в точку пересечения АФЧХ и единичной окружности из начала координат. Показывает, в каких пределах возможно запаздывание по фазе в разомкнутой системе, чтобы замкнутая система оставалась устойчивой.

Устойчивость САР является необходимым, но недостаточным свойством системы. Так как, при устойчивой работе системы могут возникнуть слишком длительные переходные процессы или большие динамические отклонения. Поэтому возникает необходимость качественно оценивать параметры переходного процесса и другие показатели качества регулирования.

Показатели качества, определяемые по кривой переходного процесса.

- точность регулирования – определяется статической ошибкой установившегося отклонения, возникает при использовании статического регулятора (П);

- максимальное динамическое отклонение – разность между максимальной выходной величиной и установившимся значением;

- перерегулирование – отношение максимального динамического отклонения к установившемуся значению;

- время регулирования переходного процесса – время с подачи возмущающего воздействия до момента, когда регулируемая величина входит в заранее заданные пределы, не превышающие ±5% отклонения регулируемой величины от заданного значения;

- степень затухания – отношение разности первой и второй соответствующих амплитуд отклонений выходной величины к первой амплитуде.

 

6.1 Построение кривой разгона с учетом запаздывания

Диапазон температур составляет от 0 до 70 ⁰С. Ступенчатое возмущение х величиной 30 процентов нанесено по каналу регулирующего воздействия путем увеличения расхода теплоносителя. Величина транспортного запаздывания τ = 10 с. Степень колебательности m равна 0,22. Тип регулятора – ПИ.

Экспериментальная кривая разгона температуры в объекте в безразмерной форме, исключая участок транспортного запаздывания, представлена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Экспериментальная кривая разгона в безразмерной форме

S	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
q	0	0,07	0,25	0,43	0,58	0.78	0,80	0,84	0,89	0,92	0,94	0,96	0,97	0,98	0,985	0,99	0,995	1,00

 

Действительные значения ординат кривой разгона определяются по уравнениям время t, с, и температура Т, ⁰С:                                                          

t = a · S                                                                                                    (6.1)   

T = b · θ                                                                                                   (6.2)

где а – время, равное 5 с;

b – температура, равная 70 ⁰С.

На основе выше указанных данных находим координаты кривой разгона объекта в натуральной форме. Результат приведен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Экспериментальная кривая разгона в натуральной форме

t,с	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85
T,0С	0	4,9	17,5	30,1	40,6	54,6	56	58,8	62,3	64,4	65,8	67,2	67,9	68,6	68,95	69,3	69,65	70

Начало кривой разгона смещаем по оси t на время =10 с. Получаем экспериментальную кривую разгона с учетом . Результат приведен в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Экспериментальная кривая разгона с учетом времени

t, c	0	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40	44	48	52	56		60	64	68	72
T, ºC	0	0	4,9	17,5	30,1	40,6	54,6	56	58,8	62,3	64,4	65,8	67,2	67,9		68,6	68,95	69,3	69,65	70

В программе Razgon.exe рассчитываем координаты аппроксимирующей кривой  разгона, которые предоставлены в приложении Б. По данным таблицы 6.3 строим экспериментальную кривую разгона объекта с запаздыванием и аппроксимирующую кривую разгона. График натуральной и аппроксимирующей кривых разгона расположен на чертеже 360140ДП06.01.

 

6.2 Определение передаточной функции и дифференциального уравнения объекта

Определяем передаточную функцию объекта по методу площадей (метод Симою). С помощью этого метода находятся численные значения коэффициентов F₁ и F₂ в передаточной функции. В программе Perfun.exe находим коэффициенты F₁ = 20,6 и F₂ = 100,86. Результат предоставлен в приложении А. Передаточная функция будет иметь вид:

                                               (6.3)

где коэффициенты F_n…F₁  имеют смысл и размерность времени.

Ограничиваемся уравнением второго порядка:

                                                                            (6.4)

F связаны с кривой разгона интегральными соотношениями:

                                                                             (6.5)

.

                                                                 (6.6)

где θ = - безразмерное время.

При расчете исключается из рассмотрения участок транспортного запаздывания. При наличии запаздывания в полученную передаточную функцию вводится множитель . Тогда:

                                       (6.7)

Для определения передаточной функции объекта в численном виде находим значение передаточного коэффициента  объекта , :

                                                                                                 (6.8)

Подставляя численные значения F₁=20,6_, F₂=100,86, К_об=2,33 и τ =10 в выражение (6.7), находим передаточную функцию объекта в численном виде:

Находим дифференциальное уравнение объекта, исходя из выражения:

                                                                                      (6.9)

                                            (6.10)

                         (6.11)

Применяя обратное преобразование Лапласа к выражению, и подставляя численные значения F_1, F₂, К_об и τ  в выражение (6.11) получаем:

 

6.3 Определение максимального динамического отклонения аппроксимирующей кривой от заданной в натуральной форме

Находим максимальное отклонение аппроксимированной кривой разгона от натуральной кривой разгона с запаздыванием   .

По построенному графику натуральной и аппроксимирующей кривых разгона, который расположен на чертеже 360140ДП05.01 находим, что максимальное отклонение Y'(t) от Y(t) наблюдается в точке:

t = 35 c;

Y'(t) = 54,9

Y(t) = 49

                                                                 (6.12)

Следовательно, точность аппроксимации = 8,4%.

Находим постоянную времени объекта. Для этого из точки t = 10 c (соответствует времени запаздывания) к участку максимальной скорости нарастания температуры проводим касательную до момента пересечения её с линией  (T = 70 °С). Временной участок, заключенный между точкой пересечения касательной с  и , равен постоянной времени объекта T^’  = 42 c,  t = 10 c:

T=T^’ - t

Т = 42-10 = 32 с

 

6.4 Расчет расширенных АФХ ФЧХ объекта для заданного запаса устойчивости

Запас устойчивости системы может быть охарактеризована величиной степени затухания “Ψ”, которая связана со степенью колебательности системы”m” зависимостью:

                                                                                      (6.13)

Расчет на заданную степень затухания (заданный запас устойчивости m) проводят по расширенным частотным характеристикам – АФХ регулятора и объекта.

P = (j – m)·ω                                                                                          (6.14)

Используя критерий Найквиста, согласно которому система будет находиться на границе устойчивости, если АФХ разомкнутой системы пройдет через критическую точку с координатами (1; j0) и с учетом заданного запаса устойчивости m.

АФХ разомкнутой системы:

W_раз.(m ; jω) = -1                                                                                   (6.15)

W_R.(m ; jω) ·W_об.(m ; jω) = 1                                                                (6.16)

В регуляторе происходит перемена знака сигнала.

Представим АФХ регулятора и объекта в показательной форме, тогда:

                           (6.17)

При условии выполнения равенств:

                                                                        (6.18)

                                                                        (6.19)

Настроечные параметры регулятора, определяемые системой, будут оптимальными с точки зрения обеспечения заданной степени затухания m, и следовательно, заданного запаса устойчивости САР.

Выражение 6.7 преобразуем:

                           (6.20)

Тогда АФХ объекта:

                                     (6.21)

Тогда:

                                         (6.22)       

Подставим в формулу (6.22) вместо :

                      (6.23)

Преобразуем числитель:

       (6.24)

Из формулы (6.24) выделяем вещественную часть – P(m,ω) и коэффициент при мнимой части Q(m,ω):

                                         (6.25)

                                        (6.26)

Из общих преобразований находим АЧХ объекта:

(6.27)

Подставляем в выражение (6.27) для :

Подставляя вместо a и b в выражение (6.28) получим:

(6.28)

 

Находим ФЧХ объекта:

                                                        (6.29)

Для нахождения отношения , воспользуемся выражением (6.24):

 

                                   P(m,ω)                      -jQ(m,ω)

Тогда:

                                                                     (6.30)

                                (6.31)

Находим численные значения для расширенных характеристик объекта при F₁ = 20,6,  F₂ = 100,86, K_об = 2,33, τ = 10, m = 0,22:

Для построения графиков А_об(m,ω) и φ_об(m,ω) используется участок АФХ в области рабочих частот. Графики представлены на чертеже 360140ДП06.01.

 

6.5 Определение оптимальных настроечных параметров регулятора

Строим линию равного затухания переходного процесса в плоскости настроечных параметров. Расчет выполняется в программе Rcho.exe. Результаты расчета приведены в приложении В. График апмлитудно-фазовой характеристики объекта расопложен на чертеже 360140ДП.06.01.

Передаточная функция ПИ – регулятора:

                                                                             (6.32)

где  – коэффициент передачи пропорциональной части;

- коэффициент передачи интегральной части;

- время интегрирования:

Расчетные формулы для  и :

                                                    (6.33)

                               (6.34)

По программе Linz.exe получаем результаты, которые расположены в приложении Г, где Q[i] =, K[i] =  и X[i] = ω, i – номер точки. Строим график линии равной степени затухания переходного процесса, который расположен на чертеже 360140ДП06.01.

Из графика определяем оптимальные значения параметра. Условием оптимальности является минимум интегрального критерия качества, который обеспечивается при =max:

 = 0,42

Находим степень упругой связи δ, :

                                                                                                 (6.35)

Показатель затухания регулятора  находиться по формуле:

                                                                                   (6.36)

 

6.6 Определение запаса устойчивости САР по модулю и по фазе

Используя критерий Найквиста, находим АФХ разомкнутой системы с     ПИ -  регулятором. Передаточная функция разомкнутой системы:

                                                                (6.37)

Проведя преобразования получим:

                                           (6.38)

Найдем выражение для АФХ разомкнутой системы без запаздывания. Для этого в формуле (6.38) без сомножителя    заменим  р на  jw:

                                                 (6.39)

                                 (6.40)

                                 (6.41)

           (6.42)

                             (6.43)

АФХ разомкнутой системы с запаздыванием:

                                                                          (6.44)

Преобразовав выражение (6.44), получаем результат:

                 (6.45)

                                                                                  (6.46)

                                                                       (6.47)

Подставляя численные значения в выражении (6.42), (6.43), (6.46), (6.47), получаем искомый результат:

Расчет годографа производится в программе Ust-pi.exe и представлен в приложении Д. График АФХ разомкнутой САР предоставлен на чертеже 360140ДП01.06. Из графика определяем: система устойчива с запасом по модулю с = 0,01 по фазе γ =  4°.

 

6.7 Определение передаточной функцию замкнутой системы по задающему воздействию

Передаточная функция замкнутой САР находиться по формуле:

                                                                               (6.48)

Из выражений (6.37), (6.7) и (6.32) получаем преобразованную передаточную функцию:

 

                                       (6.49)

Подставляя значения в выражение (6.49) получаем:

 

6.8 Определение вещественной частотной характеристики замкнутой системы

В выражении (6.49) заменим :

  

 

 

 

  (6.50)

Выделяем из выражения (6.50) вещественную часть Р(ω):

                  (6.51)

Подставляя в выражение (6.51) численные значения и проведя преобразования, получим:

Значения вещественной частотной характеристики рассчитываются в программе Gchх.3401.exe. Результат расчетов предоставлен в приложении Е.

 

6.9 Расчет и построение переходного процесса методом трапецеидальных частотных характеристик

Кривая ВЧХ (вещественная частотная характеристика) строится по полученным результатам с помощью программы Gchх.3401.exe. Её график расположен на чертеже 360140ДП60.01. Кривая заменяется ломаной линией (касательными к каждой точке сопряжения). Ломаная линия заменяется трапециями так, чтобы площадь, ограниченная ломаной линией, была точно равна сумме всех трапеций, взятых с соответствующим знаком. Трапеции обязательно должны начинаться от точки  ω = 0 (одна боковая грань лежит на оси ординат), а основание должно быть параллельно оси абсцисс.

Для каждой определенной трапеции рассчитывается соответствующий переходный процесс и строится график переходного процесса. Графически складываясь, ординаты переходных процессов образуют переходный процесс системы в целом. Основные характеристики трапеций: r_о – высота, ω_d - частота, при которой заканчивается верхнее основание трапеции, ω _п – частота, при которой заканчивается нижнее основание трапеции, - наклон трапеции.

Действительное время , с, и амплитуда  для каждой трапеции переходного процесса системы в целом, находиться по формуле:

                                                                                          (6.52)

                                                                                                      (6.53)

 Сделанные измерения и данные по таблицам записаны в приложении Ж. Переходные процессы трапеций представлены на графике вещественной частотной характеристики на чертеже 360140ДП06.01.

 

6.10 Показатели качества регулирования

Из графика переходные процессы трапеций строится график переходного процесса системы, который расположен на чертеже 360140ДП06.01. По графику переходного процесса системы определяются показатели качества регулирования.

Время регулирования: Т_Р= 148 c.

Максимальное отклонение выходной величины = 1,39 °C.

Статическая ошибка.

Перерегулирование определяется по формуле:

                                                                         (6.54)

Степень затухания  определяется по формуле:

                                                                              (6.55)

где ,  - амплитуды.

Статическая ошибка  находится по формуле:

                                                                       (6.56)

 

6.11 Результат исследования локальной САР

Характеристики объекта:

- коэффициенты передаточной функции объекта F₁ = 20,6 F₂= 100,86;

- коэффициент передачи объекта  ;

- передаточная функция объекта в численной форме:

;

- дифференциальное уравнение в численной форме:

;

- точность аппроксимации ;

- постоянная времени объекта Т_об= 32с;

Характеристики регулятора:

- коэффициент передачи пропорциональной части   K_R = 0,42;

- коэффициент передачи интегральной части ;

- степень упругой связи ;

- степень затухания для регулятора ;

Характеристики САР:

- система устойчивая;

- запас устойчивости по модулю с = 0,01;

- запас устойчивости по фазе γ = 4°;

- время регулирования Т_р= 148 с;

- максимальное отклонение выходной величины Y_max= 1,39 °C;

- перерегулирование 24 %;

- степень затухания 69,2 %;

- статическая ошибка -1,96 %.

 

7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

 

7.1.1  Составляющие эффективности проекта

 Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

При создании АСУ ТП приходится сталкиваться с рядом проблем. Необходимость установки комплекса технических средств, обязательность значительных материальных затрат обуславливают некоторый барьер целесообразности создания АСУ ТП. Этот барьер носит экономический характер и определяется рентабельностью автоматизируемого процесса, с одной стороны, и минимальными затратами на создание АСУ ТП – с другой.

Экономический эффект от применения АСУ ТП обуславливается прежде всего повышением эффективности автоматизируемого производства, определяемым повышением качества и надежности управления, снижением потерь, повышением производительности. Сама АСУТП должна быть также экономичной.

7.1.2 С внедрением новой системы появятся широкие возможности по оперативному изменению параметров технологического процесса, что позволит, в конечном счете, увеличить качество выпускаемой продукции. Внедрение автоматизации ведет к улучшению условий труда, повышению его безопасности и безвредности, что имеет большое экономическое значение и положительно влияет на экономические результаты производства – производительность труда, качество и себестоимость выпускаемой продукции.

Также в результате автоматизации планируется снизить затраты на обслуживание и ремонт оборудования, так как внедряемое оборудование отвечает самым высоким требованиям надежности. Использование современной элементной базы и нового подхода в измерительной технике позволят значительно уменьшить затраты на создание и эксплуатацию АСУТП. Повсеместное внедрение аппаратных средств автоматизации в технологическую линию обеспечит снижение доли участия человека в процессе, позволит значительно сократить штат обслуживающего персонала и упростить структуру взаимосвязей между отдельными участками. Таким образом значительно снижается время внепланового простоя  оборудования, что положительно сказывается на общей производительности и имеет значительный экономический эффект. Данное обстоятельство позволяет обоснованно считать внедрение проекта эффективным и экономически выгодным с точки зрения возможности реализовать производство в непрерывном режиме, обеспечивающее максимальную производительность технологической линии в целом.

 

7.2 Капитальные затраты на создание системы автоматизации

 

7.2.1 Расчет капитальных вложений при внедрении оборудования:

Капитальные вложения по внедрению КВ, тенге,  определяются по формуле:

                                                                

где  - стоимость внедряемых приборов системы автоматизации с учетом транспортировки их к месту монтажа, тенге;

 - стоимость монтажа всех приборов новой системы на месте, эксплуатации, включая стоимость установленных конструкций, тенге;

 - стоимость проверки, принимается 15 процентов от стоимости внедряемого устройства, тенге;

 - стоимость наладки приборов, принимается 5 процентов от стоимости внедряемых устройств.

Стоимость внедряемых приборов с учетом транспортировки до места монтажа и стоимость монтажа приведены в таблице 7.2

Таблица 7.2 – Стоимость приборов и монтажа

 

Продолжение таблицы 7.2

 

 - стоимость проверки, принимается 15 процентов от стоимости

внедряемого устройства, тенге;

 =10652155*0,15=1597823,25

 - стоимость наладки приборов, принимается 5 процентов от стоимости внедряемых устройств.

=10652155*0,05=532607,75

 тенге.

7.3 Амортизационные отчисления на вычислительную технику

 

Норма амортизационных отчислений на полное восстановление установлена 10%, следовательно амортизационные отчисления составляют в денежном выражении:

А_общ. = КВ•0,1,                                        

А_общ. =13 165 292•0,1=1 316 529,2 тг.

 

7.3.1 Затраты на текущий ремонт средств автоматизации

 

Затраты на текущий ремонт  средств автоматизации и вычислительной техники составляют 2,5% от величины капитальных затрат на создание системы автоматизации.

С_т.р. = КВ • 0,025,                                     

С_т.р. = 13 165 292 • 0,025 =329 132,3  тг.

7.3.2 Затраты на содержание оборудования системы автоматизации

 

Величина затрат на содержание оборудования системы автоматизации составляет  2,3% от капитальных затрат на ее создание:

 

С_с.о. = КВ_.• 0,023,                                     

С_с.о. = 13 165 292• 0,023 = 302 801,7 тг.

 

7.3.3 Затраты на электроэнергию

 

Затраты за потребляемую электроэнергию основным оборудованием , тенге, рассчитываются по формуле:

                                             

где  - коэффициент использования учитывающий работу оборудования в течении года, равен 0,97;

N – количество основного оборудования использующего электроэнергию;

 - потребляемая электроэнергия основным оборудованием, КВт;

 - тарифная ставка за потребляемую электроэнергию, равна 12 тг/КВт.

К оборудованию, потребляемому электроэнергию, относятся: дымосос – 250 КВт, рабочие и резервные насосы 2x7,5КВт=15КВт, элеватор – 5,5 КВт, шнек 4,5 КВт, конвейер 2,2 КВт.

тенге.

Затраты на потребляемую электроэнергию приборами , тенге, рассчитывается по формуле:

                                                            

где  - потребляемая электроэнергия приборами, КВт, которая приведена в таблице.7.3

Таблица 7.3 – Потребляемая электроэнергия приборами.

Тип прибора	Кол.	Потребляемая мощность, , Вт
		На единицу	Общая
Sitrans Probe LR	6	4,8	22,8
РОС-301.2	8	12	96

 

Продолжение таблицы 7.3

Комплект УРСВ-010М-001	6	15	90
БРУ-32	4	2,5	10
ПБР-3М2.3	4	10	40
БП96/24-4/80	2	15	30
SimaticS7-300	1	250	250
Simatic МР370-12	1	36	36
Итог			574,8

 

 тенге.

 Величина экономии электроэнергии при внедрении приборов составляет 15 %, следовательно потребление электроэнергии новой системы равно 144 151 938тг.

 

7.4 Расчет годового фонда основной заработной платы для обслуживающего персонала

 

В таблице 7.4 приведен список обслуживающего персонала существующей системы:

 

Таблица 7.4 Штатное расписание обслуживающего персонала существующей системы

 

№	Должность	Кол-во	Мес.оклад, тг.	Общая сумма, тг.
1	Слесарь КИПиА(5)	3	70 000	210 000
2	Слесарь КИПиА(6)	2	80 000	160 000
	Слесарь КИПиА(7)	1	90 000	90 000
Итого                    6                                                   460 000

 

Годовой фонд заработной платы обслуживающего персонала существующего системы с отчислениями на социальные нужды составляют:

Заработная плата с отчислениями на социальный налог: С 01.01.2014 года МРП составляет 1 852 тенге.

Н_соц =( ЗП_общ – 1МРП• n_мес - (Н_п • ЗП_общ /100%))•Н_с

где  Н_п- норматив отчислений в пенсионный фонд,10 %; Н_с - норматив отчислений на социальный налог, 11%

Н_соц = (460 000-1852•6•12- 46 000)•0,11 = 30 872 тг.

З_разр = ЗП_общ+ Н_соц

где ЗП_общ - заработная плата разработчиков на период разработки.

 

З_разр. = 460 000+ 30 872=  490 872 тг.

 

При вводе в эксплуатацию новой автоматизированной системы управления будут произведены изменения в составе обслуживающего персонала в соответствии с таблицей 5.7:

 

Таблица 7.4.1

            Штатное расписание обслуживающего персонала новой системы

№	Должность	Кол-во	Мес.оклад, тг.	Общая сумма, тг.
1	Слесарь КИПиА(5)	1	70 000	70 000
	Слесарь КИПиА(6)	1	80 000	80 000
	Слесарь КИПиА(7)	1	90 000	90 000
	Итого                          3                                             240 000

 

Обслуживающий персонал сокращается на 3 человек, тогда годовой фонд заработной платы сокращаемого обслуживающего персонала с отчислениями составит:

Заработная плата с отчислениями на социальный налог:

Н_соц = (240 000-1852 • 3 • 12- 24 000)•0,11 = 16 426 тг.

З_{сок о п}= 240  000  + 16 426= 256 426 тг.

Экономия ФЗП=ФЗП_до - ФЗП_после=490 872 - 256 426 =  234 446 тг(в мес)

 

 

7.5 Расчет экономической эффективности внедрения системы автоматизации

Результат производственной деятельности предприятия является реализацией продукции покупателю, потребителю и выручка определенной суммы денег. Разность между денежной выручкой и издержками производства составляет прибыль предприятию.

Экономическая эффективность определяется на годовом объеме производства продукции в расчетном году, то есть является годовым экономическим эффектом. За рассчитанный год принимается первый год после окончания планируемого срока освоения новой техники. Годовой экономический эффект новой техники представляет собой суммарную экономию всех производственных ресурсов (живого труда, материалов, капитальных вложений), которые получает предприятие в результате производства и использования новой техники.

 

Экономия будет складываться из следующих составляющих:

− экономия энергии;

− сокращение обслуживающего персонала.

− сокращение бюджета на ремонт оборудования

Согласно нормам указанных в «Справочнике структурных показателей для формирования цен на энергоремонты» стоимость капитального ремонта который проводится раз в 2 года, составляет 2000000тг. Капитальный ремонт новой системы будет проводиться раз в 3 года, из этого следует экономия по ремонту оборудования составит 1000000тг

Смета эксплуатационных расходов до и после внедрения автоматизации, представлена в таблице 7.5

 

Таблица 7.5 -  Смета эксплуатационных расходов, тг/год

Статьи расходов	до	после	D
Потребление электроэнергии	169 590 516	144 151 938	25408578
Заработанная плата персонала	5 890 464	3 077 112	2 813 352
Капитальный ремонт	2 000 000	1 000 000	1 000 000
Амортизация		1 316 529,2	1 316 529,2
Итого	177 480 980     148 645 579,2    28835400,8

 

После расчета эксплуатационных расходов рассчитывается дополнительная прибыль (DП ) или дополнительный денежный приток (ДП) от проекта, которая получается за счет снижения эксплуатационных расходов после автоматизации

          

                                       ,                                               

                                                                                     

  177 480 980 – 148 645 579,2 = 28 835 400,8

7.6 Расчет срока окупаемости

Срок окупаемости – период, как правило, измеряемый в годах, за который  денежные оттоки сравниваются с притоками.

                                               , лет                                                  

где КВ – капиталовложения или капитальные затраты

?П – экономия или дополнительная прибыль без амортизации, тенге

 

                                       года

 

Расчетный коэффициент эффективности капиталовложений находиться по формуле:

 

По результатом можно сделать вывод, что модернизация электролизного отделения экономически целесообразна. Проведение комплексной автоматизации позволит оптимизироваться технологические процессы, а так же приведет к значительной экономии как материальных, так и денежных средств.

7.7 Теория временной стоимости денег

Инвестиции – вложение денег сегодня с целью получения прибыли в будущем.

Оценка инвестиционных проектов использует в основном не прибыль, а денежный приток, т.к. в оборудование вкладываются «живые» деньги оценивать необходимо на основе «живых» денег.

 

                                           ДП =  + А_общ.                                                                         

 28 835 400,8 + 1 316 529,2  = 30 151 930тг

 

Так как инвестиции – долговременные вложения, для оценки инвестиционных проектов используется временная стоимость денег, основанная на предположении, что деньги должны всегда приносить деньги.

Формула будущей и текущей стоимости денег выглядит следующим образом

                                                   ,                                             

 

где  FV – будущая стоимость денег;

PV – настоящая (текущая) стоимость денег;

(1+r)ⁿ– фактор (коэффициент) дисконтирования будущей стоимости.

 

                                                                                               

где r – средняя стоимость собственного и заемного капитала

 

                                                                                                  

 

В факторе дисконтирования обычно указывают процент и срок:

Существуют специальные таблицы факторов дисконтирования для разных сроков и разных ставок капитала (ставка доходности, процентов).

Дисконтирование – расчет будущей или текущей стоимости денег.

7.8 Чистая приведенная стоимость проекта (NPV)

 

Этот показатель позволяет сравнить вложения денежных средств в оборудование с альтернативным вложением денежных средств в ценные бумаги

 

                                          ,                                                

 

где  - настоящая стоимость будущих денежных поступлений от проекта.

Если NPV>0 проект следует одобрить, NPV<0 стоит отказаться.

 

Таблица 7.8 Чистая приведенная стоимость проекта

Годы	Денежный приток	Fd	PV
0	(13 165 292)	1	13 165 292
1	30 151 930	0,8929	26 922 658,3
2	30 151 930	0,7972	24 037 118,6
3	30 151 930	0,7118	21 462 143,8
4	30 151 930	0,6355	19 161 551 ,5
Итого			104 748 764,2

                                             

,тг.                                  

тг.

NPV больше нуля – проект следует одобрить.

 

8 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

 

8.1 Система управления охраной труда на производстве

СУОТ – это совокупность взаимосвязанных, организационных и технических мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности, трудящихся в процессе труда.

СУОТ должна обеспечиваться  выполнением следующих функций и задач:- организация, координация и регулирование работ по охране труда;

- планирование работ по охране труда;

- контроль за состояние охраны труда;

- учёт, анализ и оценка работ по охране труда;

- воспитание трудящихся и укрепление дисциплины.

В процессе функционирования СУОТ должны решаться следующие задачи по охране труда:

- профотбор и обучение работающих безопасным приёмам труда;

- пропаганда вопросов охраны труда;

- обеспечение единой технической политики по созданию безопасных и здоровых условий труда;

- обеспечение безопасной эксплуатации производственного оборудования;

- обеспечение безопасности производственных процессов;

- обеспечение безопасной эксплуатации зданий, сооружений и производственных сооружений;

- разработка и внедрение новой высокопроизводительной и безопасной технологии и техники;

- нормализация санитарно-гигиенических условий труда;

- обеспечение работающих спецодеждой, спец обувью и индивидуальными средствами защиты;

- обеспечение оптимальных режимов труда и отдыха;

- санитарно-бытовое обслуживание работающих;

- организация лечебно-профилактического обслуживания работающих;

- расследование н/с и аварий.

Организация работ по охране труда должна обеспечивать:

- приоритет жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной деятельности;

- всемерную поддержку деятельности трудящихся, коллективов, общественных организаций, направленную на обеспечение охраны труда;

- изучение и внедрение передового опыта по охране труда;

- координирующую и направляющую роль отделов техники безопасности в функционировании СУОТ и контроль её эффективности;

- распределение прав и обязанностей в области охраны труда между руководителями, специалистами и исполнителями.

Контроль за состоянием охраны труда.

Во всех подразделениях должен осуществляться ведомственный контроль за состоянием охраны труда, включающий:

- оперативный контроль – является основной формой ведомственного контроля и проводится в соответствии с тремя ступенями контроля;

- целевые проверки – проводятся с целью детального обследования состояния безопасности отдельных видов оборудования, технологических процессов, операций, приспособлений, инструмента и т.п.;

- комплексные проверки -  проводятся с целью детального изучения всех вопросов безопасности.

 

8.2 Трёхступенчатый контроль за состоянием техники безопасности

Первая ступень контроля производится на рабочих местах, производственных участках, отделениях, службах структурных подразделений производства.

На первой ступени контроля проверяется:

- выполнение мероприятий по устранению нарушений, выявленных и не устранённых предыдущей сменой;

- состояние, безопасная организация работ;

- состояние проходов, переходов, проездов;

- исправность и безопасность основного и вспомогательного оборудования, грузоподъёмных, транспортных средств и др. средств механизации;

- исправность эл.оборудования и соблюдение работающими правил эл.безопасности при работе на эл.установках и с эл.инструментом;

- наличие и исправность ограждений, защитных и блокировочных устройств, заземления эл.оборудования, знаков безопасности и предохранительных надписей и плакатов;

- исправность и эффективная работа приточной и вытяжной вентиляции, пыле- и газоулавливающих устройств;

- освещённость рабочих мест, проходов и проездов;

- соблюдение правил безопасности при  работе с вредными пожаро- и взрывоопасными веществами, а так же при выполнении всех видов работ и ведении технологических процессов;

- наличие и правильность использования работающими средств индивидуальной защиты;

- наличие у работающих удостоверений на право работы и нарядов-допусков на выполнение работ повышенной опасности;

- наличие необходимой технической документации на выполняемые виды работ и ознакомление с ней рабочих и ИТР под роспись.

Вторая ступень контроля проводится комиссиями, возглавляемыми руководителями цеха, совместно со специалистами цеха еженедельно каждый четверг.

Выявленные замечания заносятся в журнал второй ступени контроля с указанием даты и ответственного ИТР за устранение выявленных нарушений. Контроль за выполнением  всех мероприятий по устранению нарушений правил безопасности, выявленных в ходе проверок состояния охраны труда в цехах, возлагается на начальника цеха и главных специалистов цеха. Главные специалисты завода оказывают практическую помощь цехам в устранении нарушений.

Третья ступень контроля проводится ежемесячно в установленный день комиссиями, возглавляемыми руководителем, главным инженером завода и председателем профкома.

В состав комиссии включаются:

- зам. главного инженера по охране труда;

- руководители технических служб (по принадлежности);

- ответственный по надзору за ЗиС завода;

- ответственный по надзору за ГПМ завода;

- руководитель здравпункта.

На третьей ступени контроля проверяется:

- организация и эффективность контроля первой и второй ступени;

- выполнение мероприятий по материалам расследований н/с и аварий;

- техническое состояние и содержание зданий, сооружений, помещений цехов и прилегающих к ним территорий в соответствии с требованиями охраны труда, состояние проезжей и пешеходной части дорог, тоннелей, переходов и галерей;

- соответствие технологического, грузоподъёмного, транспортного, энергетического и другого оборудования требованиям стандарта ССБТ, правил безопасности и других нормативно-технических документов по охране труда;

- организация лечебно-профилактического обслуживания работающих;

- соблюдение установленного  режима труда и отдыха

 

8.3 Общие требования безопасности на производстве

Все вновь поступающие на работу, а также переведенные с одной специальности на другую, получают вводный инструктаж в отделе охраны труда и первичный инструктаж на рабочем месте в цехе, проходят десяти часовую программу обучения по ТБ с последующей сдачей экзаменов цеховой комиссии под председательством начальника цеха.

Руководитель цеха оформляет на работу только при наличии выписки из приказа или направления отдела кадров цинкового завода, в распоряжении о закреплении указывается, за кем закреплен обучающийся. Ответственность за общую постановку работы по технике безопасности в цехе возлагается на начальника и заместителя начальника цеха. Ответственность за текущий порядок на рабочем месте и за несчастные случаи, могущие произойти с рабочими цеха на работе, возлагается на руководителей служб, мастеров смен, которые своими действиями должны обеспечить безопасное ведение работ. Утвержденные инструкции по безопасности труда являются законом, за нарушение которого нарушители подлежат административным взысканиям вплоть до расторжения ИТД и передачи дел в суд для привлечения к уголовной ответственности.

Если лица административно-технического персонала своими действиями или распоряжениями, или отсутствием последних не обеспечили безопасное ведение работ, то они несут в зависимости от тяжести последствий, уголовную и материальную ответственность согласно законодательства РК. Для всех работающих в электролизном отделении опасным является электрический ток. Шинопроводы, электролизные ванны находятся под напряжением 540-880в.Нарушение правил техники безопасности может привести к смертельному исходу для нарушителей. Поэтому, важное значение приобретает спецодежда и защитные средства, защищающие рабочих от поражения электрическим током.

Рабочий выполняет только ту работу или часть её, которая ему поручена мастером или бригадиром.

Работа выполняется только в исправной спецодежде, установленной для работы в данном цехе. Волосы убираются под косынку или каску. Защитные средства: диэлектрические перчатки, калоши, штанги и инструменты должны быть исправны. Не допускается использование защитных приспособлений, обуви, инструмента, неисправных или с просроченной проверкой, т.к. это может привести к поражению электрическим током.

Не разрешается в цехе при выполнении заданий спать, читать, отвлекаться для посторонних разговоров, поручать исполнение своих обязанностей другим лицам без разрешения вышестоящего руководителя.

Перед началом работы проверяется исправность индивидуальных средств защиты: очков, щитков, перчаток, респираторов, неисправные средства защиты или средства защиты, срок годности которых истек, заменяются. Замена производится только при сдаче негодного к использованию.

Пользоваться открытым огнем, курить разрешается в отведенных для этого местах. Электрогазосварочные работы производятся в специально отведенных для этого местах и площадках или с разрешения мастера. В случае аварийного отключения электроэнергии, освещение цеха производится от аварийной сети с помощью аккумуляторных батарей.

Перед  началом работ производится осмотр рабочей площадки, крепление деталей, перекрытие проемов, ёмкостей, установку ограждений, которые должны соответствовать «Общим правилам безопасности», принимаются меры, исключающие опрокидывание или падение деталей и предметов, проверяется отсутствие нависшего груза. Не разрешается присутствовать посторонним лицам в цехе. В случае появления посторонних, принимаются меры к их удалению, ставится в известность мастер смены.

На все работы, проводимые в цехе подрядными организациями, выдается наряд-допуск, производится ознакомление с планом защиты персонала и ликвидации возможных аварий и инструктаж.

Работа в цехе с выключенной вентиляцией не допускается. При обнаружении неработающей вентиляционной установки ставится в  известность мастер, принимаются меры к её запуску.

При проведении работ по смазке, регулированию, текущему ремонту, установке ограждений и покраски оборудования разбирается схема и вывешивается плакат «Не включать. Работают люди»«Не включать. Работают люди».

После проведения ремонта или ревизии оборудования, все работающие удаляются на безопасное расстояние, подается трехкратный сигнал голосом «Бойся», после этого производится запуск.

При обнаружении неполадок механизм останавливается, и в работу не запускается до устранения неполадок.

Использование каких-либо деталей, предметов и механизмов не по назначению не допускается, так как это может привести к несчастному случаю (травме).

Управление кран-балками, тельферами, электропогрузчиками разрешается лицам, имеющих удостоверение на право управления кран-балкой, электропогрузчиком и прошедшим ежегодную проверку знаний.

При сбрасывании снега с крыши, зона падения снега ограждается. Лица, производящие сбрасывание снега, страхуются от падения испытанными поясами и веревками.

При производстве работ на высоте страховка производится с помощью испытанных монтажного пояса и веревки, веревка завязывается за строительную конструкцию.

Все работы производятся по наряду-допуску с проведением инструктажа.

 

8.4 Техника безопасности в электролизном отделении

В атмосферу помещения электролизного отделения выделяется значительное количество паров серной кислоты и сульфата цинка, в связи с чем, в дополнение к естественной вентиляции через фонарь, цех оборудован приточной вентиляцией.

Для снижения выделения вредных примесей в атмосферу особое внимание уделяется наличию на поверхности ванн пенного покрова.

Выделяющийся при электролизе водород и кислород могут образовать взрывоопасную гремучую смесь, поэтому курить разрешается только в специально отведенном месте.

Необходимо избегать коротких замыканий при установке катодов, которые приводят к искрообразованию и хлопкам от вспышек гремучего газа. Частые хлопки вредят слуху работающих на ваннах, поэтому ношение берушей обязательно и, кроме того, от хлопка возможен выброс пены и кислого электролита из ванн в глаза.

При установке в ванны новых свинцовых анодов наблюдается усиленное выделение газов, возможно выделение хлора. Во избежание этого в ванну нельзя устанавливать одновременно более 5 новых анодов.

Электролизные ванны представляют опасность поражения электрическим током, поэтому рабочие должны работать в специальной одежде из кислотостойкой ткани, исправной резиновой обуви (чуни, калоши, сапоги), резиновых диэлектрических перчатках, рукавицах с кислотостойкой пропиткой и т.д. (предусмотренные и соответствующие для каждой профессии).

Во избежание замыкания параллельных рядов ванн при сдирке катодного цинка запрещается передавать какие-либо токопроводящие предметы с одного ряда ванн на другой или с ванны на пол другому рабочему.

Проходы между ваннами должны быть сухими, свободными от посторонних предметов.

Для освещения во время ремонта или чистки ванн, испарителей, баков нужно пользоваться переносными лампами напряжением 12В с исправными проводами в резиновой изоляции.

При чистке анодов, ванн и изоляторов рабочие должны соблюдать правила электробезопасности, а также остерегаться попадания на кожу и глаза раствора и шлама.

При работе на катодоочистительной машине необходимо следить за исправной вытяжной вентиляцией и пылеулавливающей установки. Так как пыль, образующаяся при чистке катодов, является взрывоопасной термической смесью, то необходимо своевременно убирать пыль, не допускать искрообразования, сварочных работ вблизи установок и курения.

При приготовлении раствора, сурьму содержащего, необходимо надевать резиновые перчатки, тщательно мыть руки перед едой горячей водой с мылом.

Кроме указанных мер предосторожности и правил безопасной работы, рабочие электролизного цеха должны знать и соблюдать правила, предусмотренные инструкциями по технике безопасности для каждой профессии и видам работ.

Все работающие в цехе должны выполнять требования предупредительных знаков и сигналов

 

8.5 Влияние завода Казахмыс на окружающую среду

Горная добыча оказывает существенное воздействие на окружающую среду, целью являются управление и снижение вредного воздействия, как во время, так и после завершения нашей производственной деятельности. Это предполагает рациональное использование энергии, воды и прочих ресурсов; снижение выбросов парниковых газов, производственных отходов и вредных выбросов в атмосферу, на прилегающую территорию и в водные объекты, а также ответственное управление и рекультивацию земельных ресурсов во избежание утраты их биологического разнообразия.

 Компания производит обязательные платежи за эмиссии в окружающую среду, такие как отработанная вода, хвосты, зола и шлаки, и ежеквартально отчитывается уполномоченным органам в области охраны окружающей среды. Со стороны уполномоченных органов проводятся инспекционные проверки  предприятий на предмет соблюдения природоохранного законодательства.

Казахмыс производит значительные выбросы парниковых газов (ПГ) в результате потребления электрической и производства тепловой энергии на рудниках и других производственных объектах, сжигания угля на четырех электростанциях и использования топлива для транспорта. Ужесточающиеся законодательные требования в отношении выбросов ПГ, образуемые в результате использования ископаемого топлива, могут представлять долгосрочные риски для подразделений, занимающихся добычей угля, генерированием электроэнергии и разведкой нефти.

Компания намерена снизить выбросы ПГ предприятиями за счет энергосбережения и использования новых технологий.

Водоснабжение становится все более ограниченным по мере роста числа населения и всеобщей индустриализации. В горной добыче используются большие объемы воды, создавая риск конкуренции за водные ресурсы между предприятиями и населением в регионах, где запасы воды очень ограничены.

 В Казахстане водоснабжение сильно зависит от времени года и географического расположения. В некоторых районах,  запасы воды ограничены, особенно в засушливое время года. В связи с этим эффективное использование водных ресурсов является крайне важным для долгосрочной жизнеспособности ряда производственных предприятий. Кроме того, всем предприятиям необходимо тщательно контролировать сбросы в местные водоемы во избежание их загрязнения и для поддержания качества воды в местных источниках.

Компания осознает необходимость минимизации ущерба, наносимого земельным ресурсам, и защиты биологического разнообразия в течение всего срока эксплуатации наших производственных предприятий. Местное законодательство требует восстановления территорий по всем отработанным объектам. В подразделении Kazakhmys Copper для этой цели предусмотрены специальные резервы, являющиеся одним из условий контракта на недропользование.

 Производственными предприятиями проводятся различные мероприятия по управлению земельными ресурсами, такие как использование вскрышных пород, золошлаков для заполнения отработанных пространств рудников и восстановления ландшафта, а также озеленения территории производственных предприятий.

Все большая осведомленность и понимание причин и последствий вреда, наносимого окружающей среде, необходимы для изменения культуры и улучшения показателей деятельности. С этой целью предприятие принимает участие в различных мероприятиях таких как встречи с представителями Министра ООС РК, общественные собрания и семинары неправительственных организаций, а также написание и публикации различных статей на тему экологии в республиканских и региональных средствах информации.

 

8.6 Электробезопасность электролизного отделения

 В цехах электролиза электрическая аппаратура и другое оборудование переменного тока электроизолировано от строительных конструкций и заземлено, кроме электросварочного оборудования.

Электрооборудование, используемое в помещениях с химически активной средой, защищено от воздействия этой среды. Все элементы электропроводки, используемой в указанных помещениях, стойкие по отношению к среде или защищены от воздействия среды.

Грузоподъемные механизмы, обслуживающие электролизные ванны, имеют трехступенчатую электроизоляцию.

Подача раствора в ванну производится по трубопроводам, желобам и рукавам из неэлектропроводного материала.

Металлические каркасы желобов имеют электроизоляционные разрывы, расположенные:

1) вдоль ванн – между каждыми двумя ваннами;

2) поперек цеха – между каждыми двумя рядами ванн.

Корпус ванны гидроизолирован. Эксплуатация ванн с нарушенной гидроизоляцией не допускается.

Изоляторы под ваннами и обслуживающими площадками защищены от попадания на них растворов при переливах. Места их установки освещены и доступны для чистки.

Чистка изоляторов производится с площадок и лестниц, изолированных от пола.

Электролизные цехи и отделения оборудованы устройством контроля изоляции, сблокированным с подачей светового и звукового сигналов.

Для уменьшения выделения аэрозолей серной кислоты из ванн поверхность электролита имеет защитные покрытия.

Электролизные цехи и отделения оборудованы устройством аварийного отключения серии ванн на подстанции.

Перемычки для отключения ванн рассчитаны на допустимую силу тока, и хранятся на стеллажах.

Серии электролитных ванн пронумерованы. Номер хорошо видимый.

При складировании катодного цинка для перевозки, высота стоп катодных основ не более 0,8 м.

Полы в помещениях должны быть устойчивы к допускаемым в процессе производства механическим, тепловым или химическим воздействиям и выполняться:

в цехах электролиза - неэлектропроводными, влагонепроницаемыми и теплостойкими

 

8.6.1 Первая помощь при поражении электрическим током

 При поражении электрическим током у пострадавшего может прекратиться дыхание и прекратиться сердечная деятельность, что быстро (в течение нескольких минут) приводит к наступлению необратимых явлений в нервных клетках головного мозга, которыми управляются жизненно-важные функции организма. Поэтому весьма важно немедленное оказание помощи на месте происшествия.

Методы оживления включают в себя два основных приема:

- проведение искусственного дыхания путем ритмичного вдувания воздуха из своего рта в нос или в рот пострадавшего;

- поддержанию у него искусственного кровообращения путем сжатия сердца посредством ритмичных надавливаний на переднюю стенку грудной клетки.

Этим приемом, называемым наружным непрямым массажем сердца, выталкивается кровь из его полостей в кровеносные сосуды и таким образом поддерживается достаточный кровоток в организме при отсутствии самостоятельной сердечной деятельности. Оживление применяется всегда и везде, где произошел несчастный случай. В оживлении обычно участвуют два человека.

 

8.6.2 ТБ при работе с кислотами и щелочами

Концентрированные кислоты и щелочи вызывают ожоги трех степеней.

При химических ожогах поверхностей тела немедленно промыть пораженное место большим количеством холодной воды до прекращения пощипываний.

При обращении с кислотами и щелочами обязательно ношение защитных очков, резиновых перчаток, рукавиц КР, прорезиненных фартуков,  резиновых сапог, кислотостойких костюмов. Брюки одеваются поверх сапог.

Первая помощь при химическом ожоге

Ожоги бывают трех степеней, начиная от легкого покраснения до тяжелого омертвления обширных участков кожи, и иногда    более глубоких тканей. При тяжелых ожогах очень осторожно снимается одежда и обувь, лучше разрезать их. В загрязненной ране начинается загноение и рана долго не заживает. Поэтому нельзя касаться руками обожженного участка кожи  или смазывать его какими-либо мазями, маслом, вазелином   или  растворами. Обожженная  поверхность перевязывается так же, как свежая рана, покрывается стерилизованной салфеткой и сверху накладывается слой ваты, и все закрепляется бинтом, после чего пострадавший направляется в лечебное учреждение. Этим самым простым легко выполнимым способом достигаются лучшие результаты в дальнейшем лечении ожогов. Такой способ первой помощи применяется при всех ожогах, чем бы они ни были вызваны: паром, вольтовой дугой, горячим битумом. При этом не вскрываются пузыри, не уделяется  приставшая   мастика и другие смолистые вещества, так как при удалении  их легко сдирается кожа, и тем самым создаются благоприятные условия для заражения раны  микробами  и  последующим  нагноением. Не сдираются обгоревшие, приставшие кусочки одежды, в случае необходимости они обрезаются острыми ножницами.

При ожогах глаз вольтовой дугой применяются  холодные примочки из борной кислоты, и немедленно направляется  пострадавший к врачу. При ожогах, вызванных кислотами, щелочами и другими едкими веществами, пораженное место должно быть тщательно промыто большим количеством  воды. После этого обожженное место    промывается   5%  раствором перманганата   калия.

После промывки обожженные участки покрываются марлей, пропитанной смесью равных частей масла  (льняного или сливочного) и известковой водой. В случае попадания едких веществ в виде жидкости, паров и газов в глаза и полость рта, производится промывка или полоскание пострадавших мест. При попадании кислоты 5% раствором двууглекислого натрия, при попадании щелочи 3% раствором уксусной кислоты или 2 % раствором борной кислоты.

При оказании первой помощи необходимо строго придерживаться следующих правил:

- нельзя промывать рану водой или даже каким-либо лекарством, веществом, засыпать порошком и покрывать мазями, т. к. это препятствует заживанию ран, занося в нее грязь с поверхности кожи, вызывая тем самым последующее нагноение;

- нельзя стирать с раны песок, землю и т. д., т. к. удалить таким способом все, что загрязняет рану, невозможно, но при этом можно глубже втереть грязь и легче вызвать заражение раны, очистить рану как следует, может только врач;

- нельзя удалять из раны сгустки крови, так как это может вызвать сильное кровотечение; для оказания первой помощи при ранении вскрывается имеющаяся в шкафчике (сумке) первой помощи индивидуальный пакет (наставление напечатано на его обложке), накладывается содержащийся в нем стерильный перевязочный материал на рану и завязывается бинтом, производится нейтрализация распылением при помощи: пульверизатора 10% раствором двууглекислого натрия, а при попадании щелочи — распыленной 5% уксусной кислотой.

При порезах стеклом, при одновременном воздействии кислоты или щёлочи, прежде всего, необходимо убедиться в том, что в ране нет осколков стекла, а затем быстро промывается рана соответствующим раствором йода и перевязывается порез стерильной ватой и бинтом.

При значительных ожогах пострадавший после оказания первой помощи, сразу направляется к врачу.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данном дипломном проекте были изучены и описаны все необходимые разделы, которые учитываются при создании автоматизированной системы управления.

В дипломной проекте имеются 7 чертежей: описание технологического процесса электролиза цинка; структурная схема системы автоматизации; функциональная схема; электрическая принципиальная схема; чертежи общих видов и пультов; схема внешних соединений;  исследование локальной САР.

Было проведено исследование локальной САР, из чего был сделан вывод что система устойчива. Так же описаны правила техники безопасности на объекте, и рассчитаны капитальные затраты по внедрению данного проекта.

        Систему автоматизации можно реализовать в реальном времени, используя проектную документации дипломной работы. Первым плюсом системы автоматизации электролизного процесса, является минимум затрат на датчики т. к. используются распространенные модели. Второй плюс - в случае возникновения каких-либо новых требование к датчикам, можно заказать новый, подходящий для решения проблемы. Фирмы и адреса изготовителей известны.

Главной особенностью системы автоматизации технологического процесса является освобождения работника от тяжелой работы, он наблюдатель, а не исполнитель. Всю трудоемкую работу с высокой точностью выполняют приборы, увеличивая темп и скорость технологического процесса. Значительное повышение эффективности. Так же наблюдается обеспечение безопасного функционирования технологического объекта управления, снижается вредное воздействие химических веществ, становится более безопасной работа сотрудников цеха и уменьшение износа оборудования за счет повышения качества управления.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.            Бакланов А.Е., Проходова Л.А. «Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности 360140», 2007 г.

2.            Бушуев С.Д. «Автоматика и автоматизации производственных процессов».

3.            Волков О.И. «Экономика предприятия/ Учебник», 2000 г.

4.            Вознесенский В.Л. «Планирование эксперимента в технико-экономических исследованиях», Статистика, 1974 г.

5.            ГОСТ 2.105—95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.

6.            ГОСТ 21.404-85. Приборы и средства автоматизации. Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов.

7.            ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем.

8.            Диомидовский Д.А «Контроль и автоматизация в цветной метталлургии», Москва, 1967 г.

9.            Диев Н.П., Гофман Н.П. «Металлургия свинца и цинка», Москва, 196 г.

10.       Емельянов А.И., Кафник О.В. «Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие по содержанию проектов», Энергоатомиздат, 1983 г.

11.       Егорова Е.А., Грущина Е.С.  «Экономическая часть дипломного проекта», 2007 г.

12.       Клюев А.С «Проектирование систем автоматизации технологических процессов».

13.       Курс лекций по «Проектированию систем автоматизации и телекоммуникации».

14.       Конспект лекций по ТАУ.

15.       Каталог FI01-2007 «Контрольно-измерительные приборы», 2007г.

16.       Макаревич С.П. “Типовые расчеты по курсу ТАР и У”. Пособие к курсовому и дипломному проектированию. Усть-Каменогорск, 1996 г.

17.       Минько Э.В., Запаскин А.З. «Экономика приборостроительной промышленности», 2001 г.

18.       Наумов А.А. «Планирование эксперимента», Новосибирск, НЭИ 1981 г.

19.       Плоткин Я.Д.  «Экономика качества и надежности измерительных приборов», Издательство стандартов, 1976 г.

20.       Ротач В.Я. “Расчет настройки промышленных систем регулирования”, “Госэнергоиздат”, 1990 г.

21.       Сафронов Н.А. «Экономика предприятия».

22.       Солодовников В.В. и другие “Основы теории и элементы САР”,  “Машиностроение”, 1985 г.

23.       Снуриков «Гидрометаллургия цинка», 1981 г.

24.       Стефани Е.П. “Основы расчета и настройки регуляторов теплоэнергетических процессов”, М.: “Энергия”, 1972 г.

25.       Хартман К. и др. «Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов», Мир, 1977 г..

26.       Шенеленко Г.И. «Экономика организация промышленного производства».

27.       Шипетина Л.И. «Техника проектирования систем автоматизации технологических процессов», М.: Машиностроение, 1976 г.

28.       Электонный каталог Simatic S7300.

Приложение А

 

Расчет коэффициентов F1,F2 передаточной функции объекта по ординатам кривой разгона:

 

     0   0.00

     1   4.90

     2  17.50

     3  30.10

     4  40.60

     5  54.60

     6  56.00

     7  58.80

     8  62.30

     9  64.40

     10  65.80

     11  67.20

     12  67.90

     13  68.60

     14  68.95

     15  69.30

     16  69.65

 

17  70.00  для заданных 17 значений и интервала разбиения 5.00

   F1=20.6  F2=100.86  

Приложение Б

 

Расчет кривой разгона объекта по его передаточной функции (объект второго порядка):

F1=20.6  F2=100.86  K= 2.33  X=30.00

Время запаздывания 10

       T              Y[i-8]

   0.0             0.00

   5.0             0.00

  10.0             0.00

  15.0             6.23

  20.0             18.15

  25.0             30.36

  30.0             40.72

  35.0             48.91

  40.0             55.06

  45.0             59.53

  50.0             62.72

  55.0             64.96

  60.0             66.52

  65.0             67.59

  70.0             68.33

  75.0             68.84

  80.0             69.18

  85.0             69.41

  90.0             69.57

  95.0             69.68

 100.0             69.75

 

Приложение В

     

Расчет расширенных частотных характеристик объекта по коэффициентам F1,F2 передаточной функции:

F1 =20.6   F2 =100.86

K = 2.33   T = 10.00     m=0.22

       X              A(m,jX)         F(m,jX)       

1      0.00             2.33          0.00

2      0.01             2.47        -17.77

3      0.02             2.55        -35.82

4      0.03             2.57        -53.83

5      0.04             2.54        -71.48

6      0.05             2.45        -88.54

7      0.06             2.33       -104.85

8      0.07             2.19       -120.31

9      0.08             2.04       -134.92

10      0.09             1.89       -148.70

11      0.10             1.74       -161.70

12      0.11             1.61       -173.99

13      0.12             1.48       -185.64

14      0.17             1.01       -236.40

Приложение Г

 

Расчет линии равной степени затухания переходного процесса в плоскости параметров настройки ПИ-регулятора:

Степень колебательности m=0.22

             X[i]       A[i]     F[i]

 1          0.00      2.33     0.00

 2          0.01      2.47     17.77

 3          0.02      2.55     35.82

 4          0.03      2.57     53.83

 5          0.04      2.54     71.48

 6          0.05      2.45     88.54

 7          0.06      2.33     104.85

 8          0.07      2.19     120.31

 9          0.08      2.04     134.92

10          0.09     1.89     148.70

11          0.10     1.74     161.70

12          0.11     1.61     173.99

13          0.12     1.48     185.64

14          0.17     1.01     236.40

Приложение Д

 

АФХ разомкнутой САР с ПИ-регулятором:

F1 =20.60 F2 =100.86 K1 = 2.3

К = 0.42 Q = 0.02 T =10.00

       X              A               F             R(x)         jJ(x)    

1      0.01             6.80        -99.24         -1.09         -6.71

2      0.03             2.25       -117.90         -1.05         -1.99

3      0.05             1.32       -136.75         -0.96         -0.90

4      0.07             0.91       -155.38         -0.82         -0.38

5      0.08             0.77       -164.49         -0.74         -0.21

6      0.09             0.67       -173.42         -0.66         -0.08

7      0.10             0.58       -182.15         -0.58          0.02

8      0.11             0.51       -190.69         -0.50          0.09

9      0.12             0.45       -199.04         -0.43          0.15

10      0.13             0.40       -207.19         -0.36          0.18

Приложение Е

 

Расчет вещественной частотной характеристики замкнутой системы по управляющему воздействию  G(T) = 1(T):

ПИ – регулятор, значения коэффициентов передаточной функции объекта F1= 20.60 F2=100.86, коэффициент передачи пропорциональной части регулятора Р =  0.42, коэффициент передачи интегральной части регулятора Q =  0.03, коэффициент передачи объекта К =  2.33, величина транспортного запаздывания в объекте Т =  10.00.

1 dX= 0.00  R(X)= 1.00                 22 dX= 0.39  R(X)= 0.05

2 dX= 0.01  R(X)= 1.00                 23 dX= 0.44  R(X)= 0.03

3 dX= 0.02  R(X)= 1.01                 24 dX= 0.49  R(X)= 0.00

4 dX= 0.03  R(X)= 1.01                 25 dX= 0.54  R(X)=-0.01

5 dX= 0.04  R(X)= 1.01                 26 dX= 0.59  R(X)=-0.02

6 dX= 0.05  R(X)= 0.95                 27 dX= 0.64  R(X)=-0.02

7 dX= 0.06  R(X)= 0.72                 28 dX= 0.69  R(X)=-0.02

8 dX= 0.07  R(X)=-0.02                 29 dX= 0.74  R(X)=-0.01

9 dX= 0.08  R(X)=-1.37                 30 dX= 0.79  R(X)=-0.00

10 dX= 0.09  R(X)=-1.82

11 dX= 0.11  R(X)=-0.94

12 dX= 0.13  R(X)=-0.44

13 dX= 0.15  R(X)=-0.21

14 dX= 0.17  R(X)=-0.09

15 dX= 0.19  R(X)=-0.02

16 dX= 0.21  R(X)= 0.03

17 dX= 0.23  R(X)= 0.05

18 dX= 0.25  R(X)= 0.07

19 dX= 0.27  R(X)= 0.08

20 dX= 0.29  R(X)= 0.08

21 dX= 0.34  R(X)= 0.07

Приложение Ж

 

Таблица Ж.1 – Данные по трапециям

 

Таблица Ж.2 – Значения данных в результате полученных коэффициентов

tтабл	k1, k3, k7	k2, k6	k4	k5
0	0	0	0	0
0,5	0,282	0,267	0,259	0,297
1	0,547	0,519	0,505	0,575
1,5	0,776	0,74	0,722	0,813
2	0,957	0,919	0,899	0,991
2,5	1,084	1,05	1,03	1,105
3	1,154	1,131	1,116	1,169
3,5	1,174	1,165	1,158	1,175
4	1,156	1,163	1,162	1,141
4,5	1,111	1,132	1,138	1,085
5	1,053	1,084	1,097	1,019
5,5	0,994	1,032	1,05	0,962
6	0,949	0,984	1,001	0,922
6,5	0,92	0,984	0,965	0,906
7	0,911	0,927	0,941	0,911
7,5	0,92	0,922	0,931	0,934

 

 

Продолжение таблицы Ж.2

8	0,944	0,932	0,934	0,97
8,5	0,974	0,951	0,948	1,006
9	1,006	0,976	0,967	1,038
9,5	1,033	1	0,987	1,059
10	1,049	1,02	1,006	1,063
10,5	1,054	1,033	1,019	1,055
11	1,048	1,039	1,027	1,034
11,5	1,034	1,037	1,029	1,01
12	1,015	1,029	1,026	0,984
12,5	0,995	1,017	1,019	0,965
13	0,98	1,005	1,012	0,955
13,5	0,968	0,995	1,004	0,954
14	0,965	0,987	0,998	0,965
14,5	0,969	0,983	0,994	0,981
15	0,978	0,983	0,994	1,001
15,5	0,991	0,985	0,992	1,019
16	1,003	0,99	0,994	1,031
16,5	1,014	0,995	0,995	1,035
17	1,02	0,999	0,996	1,032
17,5	1,023	1,002	0,997	1,023
18	1,02	1,004	0,997	1,008
18,5	1,014	1,005	0,997	0,993
19	1,006	1,004	0,997	0,981
19,5	0,998	1,003	0,997	0,973
20	0,991	1,003	0,998	0,972
20,5	0,987	1,002	0,999	0,977
21	0,987	1,002	1,001	0,989
21,5	0,988	1,002	0,995	0,998
22	0,991	1,002	1,004	1,01
22,5	0,996	1,002	1,005	1,018
23	1,001	1,002	1,007	1,022
23,5	1,004	1,001	1,006	1,021
24	1,007	0,999	1,004	1,016
24,5	1,007	0,998	1,002	1,007
25	1,007	0,996	0,999	0,998
25,5	1,005	0,995	0,997	0,989
26	1,002	0,995	0,995	0,984

Таблица Ж.3 – Результаты расчетов

t1	h1	t2	h2	t3	h3	t4
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
7,14	0,28	3,85	-0,48	5,88	0,51	2,78
14,29	0,55	7,69	-0,94	11,76	0,99	5,56
21,43	0,78	11,54	-1,34	17,65	1,40	8,33
28,57	0,96	15,38	-1,66	23,53	1,73	11,11
35,71	1,08	19,23	-1,90	29,41	1,96	13,89
42,86	1,15	23,08	-2,05	35,29	2,09	16,67
50,00	1,17	26,92	-2,11	41,18	2,12	19,44
57,14	1,16	30,77	-2,11	47,06	2,09	22,22
64,29	1,11	34,62	-2,05	52,94	2,01	25,00
71,43	1,05	38,46	-1,96	58,82	1,91	27,78
78,57	0,99	42,31	-1,87	64,71	1,80	30,56
85,71	0,95	46,15	-1,78	70,59	1,72	33,33
92,86	0,92	50,00	-1,78	76,47	1,67	36,11
100,00	0,91	53,85	-1,68	82,35	1,65	38,89
107,14	0,92	57,69	-1,67	88,24	1,67	41,67
114,29	0,94	61,54	-1,69	94,12	1,71	44,44
121,43	0,97	65,38	-1,72	100,00	1,76	47,22
128,57	1,01	69,23	-1,77	105,88	1,82	50,00
135,71	1,03	73,08	-1,81	111,76	1,87	52,78
142,86	1,05	76,92	-1,85	117,65	1,90	55,56
150,00	1,05	80,77	-1,87	123,53	1,91	58,33
157,14	1,05	84,62	-1,88	129,41	1,90	61,11
164,29	1,03	88,46	-1,88	135,29	1,87	63,89
171,43	1,02	92,31	-1,86	141,18	1,84	66,67
178,57	1,00	96,15	-1,84	147,06	1,80	69,44
185,71	0,98	100,00	-1,82	152,94	1,77	72,22
192,86	0,97	103,85	-1,80	158,82	1,75	75,00
200,00	0,97	107,69	-1,79	164,71	1,75	77,78
207,14	0,97	111,54	-1,78	170,59	1,75	80,56
214,29	0,98	115,38	-1,78	176,47	1,77	83,33
221,43	0,99	119,23	-1,78	182,35	1,79	86,11
228,57	1,00	123,08	-1,79	188,24	1,82	88,89
235,71	1,01	126,92	-1,80	194,12	1,84	91,67
242,86	1,02	130,77	-1,81	200,00	1,85	94,44
250,00	1,02	134,62	-1,81	205,88	1,85	97,22
257,14	1,02	138,46	-1,82	211,76	1,85	100,00
264,29	1,01	142,31	-1,82	217,65	1,84	102,78
271,43	1,01	146,15	-1,82	223,53	1,82	105,56
278,57	1,00	150,00	-1,82	229,41	1,81	108,33
285,71	0,99	153,85	-1,82	235,29	1,79	111,11

Продолжение таблица Ж.3

300,00	0,99	161,54	-1,81	247,06	1,79	116,67
307,14	0,99	165,38	-1,81	252,94	1,79	119,44
314,29	0,99	169,23	-1,81	258,82	1,79	122,22
321,43	1,00	173,08	-1,81	264,71	1,80	125,00
328,57	1,00	176,92	-1,81	270,59	1,81	127,78
335,71	1,00	180,77	-1,81	276,47	1,82	130,56
342,86	1,01	184,62	-1,81	282,35	1,82	133,33
350,00	1,01	188,46	-1,81	288,24	1,82	136,11
357,14	1,01	192,31	-1,80	294,12	1,82	138,89
364,29	1,01	196,15	-1,80	300,00	1,82	141,67
371,43	1,00	200,00	-1,80	305,88	1,81	144,44
t1	t5	h5	t6	h6	t7	h7
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
7,14	3,85	0,15	1,00	0,02	2,00	-0,03
14,29	7,69	0,29	2,00	0,05	4,00	-0,05
21,43	11,54	0,41	3,00	0,07	6,00	-0,07
28,57	15,38	0,50	4,00	0,08	8,00	-0,09
35,71	19,23	0,55	5,00	0,09	10,00	-0,10
42,86	23,08	0,58	6,00	0,10	12,00	-0,10
50,00	26,92	0,59	7,00	0,10	14,00	-0,11
57,14	30,77	0,57	8,00	0,10	16,00	-0,10
64,29	34,62	0,54	9,00	0,10	18,00	-0,10
71,43	38,46	0,51	10,00	0,10	20,00	-0,09
78,57	42,31	0,48	11,00	0,09	22,00	-0,09
85,71	46,15	0,46	12,00	0,09	24,00	-0,09
92,86	50,00	0,45	13,00	0,09	26,00	-0,08
100,00	53,85	0,46	14,00	0,08	28,00	-0,08
107,14	57,69	0,47	15,00	0,08	30,00	-0,08
114,29	61,54	0,49	16,00	0,08	32,00	-0,08
121,43	65,38	0,50	17,00	0,09	34,00	-0,09
128,57	69,23	0,52	18,00	0,09	36,00	-0,09
135,71	73,08	0,53	19,00	0,09	38,00	-0,09
142,86	76,92	0,53	20,00	0,09	40,00	-0,09
150,00	80,77	0,53	21,00	0,09	42,00	-0,09
157,14	84,62	0,52	22,00	0,09	44,00	-0,09
164,29	88,46	0,51	23,00	0,09	46,00	-0,09
171,43	92,31	0,49	24,00	0,09	48,00	-0,09
178,57	96,15	0,48	25,00	0,09	50,00	-0,09
185,71	100,00	0,48	26,00	0,09	52,00	-0,09
192,86	103,85	0,48	27,00	0,09	54,00	-0,09
200,00	107,69	0,48	28,00	0,09	56,00	-0,09
207,14	111,54	0,49	29,00	0,09	58,00	-0,09

Продолжение таблицы Ж.3

214,29	115,38	0,50	30,00	0,09	60,00	-0,09
221,43	119,23	0,51	31,00	0,09	62,00	-0,09
228,57	123,08	0,52	32,00	0,09	64,00	-0,09
235,71	126,92	0,52	33,00	0,09	66,00	-0,09
242,86	130,77	0,52	34,00	0,09	68,00	-0,09
250,00	134,62	0,51	35,00	0,09	70,00	-0,09
257,14	138,46	0,50	36,00	0,09	72,00	-0,09
264,29	142,31	0,50	37,00	0,09	74,00	-0,09
271,43	146,15	0,49	38,00	0,09	76,00	-0,09
278,57	150,00	0,49	39,00	0,09	78,00	-0,09
285,71	153,85	0,49	40,00	0,09	80,00	-0,09
292,86	157,69	0,49	41,00	0,09	82,00	-0,09
300,00	161,54	0,49	42,00	0,09	84,00	-0,09
307,14	165,38	0,50	43,00	0,09	86,00	-0,09
314,29	169,23	0,51	44,00	0,09	88,00	-0,09
321,43	173,08	0,51	45,00	0,09	90,00	-0,09
328,57	176,92	0,51	46,00	0,09	92,00	-0,09
335,71	180,77	0,51	47,00	0,09	94,00	-0,09
342,86	184,62	0,51	48,00	0,09	96,00	-0,09
350,00	188,46	0,50	49,00	0,09	98,00	-0,09
357,14	192,31	0,50	50,00	0,09	100,00	-0,09
364,29	196,15	0,49	51,00	0,09	102,00	-0,09
371,43	200,00	0,49	52,00	0,09	104,00	-0,09