Курсовая Экономическая эффективность внедрения АСУ«Электра-174 (Сдана 5+).Является основой диплома.

курсовая работа по внедрению АСУ ...

1. Введение
2. Организационно-техническая характеристика электролизного цеха
2.1. Общие сведения об электролизном цехе
2.2. Продукция и сырье электролизного цеха
2.3. Качество металла. Пути улучшения качества.
3. Автоматизированная система управления электролизом алюминия «Электра-174»
3.1. Возможности системы
3.2. Основные технические характеристики системы
3.3. Архитектура и состав системы
3.3.1. Структура системы
3.3.2. Верхний уровень
3.3.3. Нижний уровень
3.4. Режимы функционирования системы
3.5. Функции автоматизированной системы
3.5.1. Автоматическое регулирование напряжения (задача АРН)
3.5.2. Контроль шумов электролизера (задача КШЭ)
3.5.3. Оценивание параметров волнения металлов (задача ОПВ)
3.5.4. Ликвидация волнения металла (задача ЛВМ)
3.5.5. Алгоритмы управления автоматической подачей глинозема (задача АПГ)
4. Экономическое обоснование проекта
4.1. Основные (базовые) технико-экономические показатели
4.2. Расчет технико-экономических показателей
4.2.1. Расчет дополнительных капитальных вложений
4.2.2. Расчет себестоимости по изменяющимся статьям
4.3. Финансово-экономическая оценка проекта
4.3.1. Источники финансирования капитальных вложений
4.3.2. Расчет чистой прибыли проекта
4.3.3. Расчет динамики показателей производительности труда
4.3.4. Оценка эффективности инвестиционного проекта
5. Заключение
Приложение А
Приложение Б

Развитие таких отраслей промышленности, как авиационная, электротехническая, химическая, автомобильная; гражданское и промышленное строительство, а также других отраслей народного хозяйства невозможно без широкого применения алюминия, из-за его разнообразных свойств и функциональных возможностей.
Алюминий представляет собой серебристо-белый металл (t =660°С, t = 2500°С), очень легкий (= 2,7 г/см3), но прочный и твердый. Алюминий характеризуется высокой тягучестью и ковкостью, а также высокой тепло- и электропроводностью, хорошей пла-стичностью и достаточной механической прочностью, коррозионной стойкостью. Он не токсичен и способен образовывать со многими металлами сплавы с уникальными свойст-вами.
Алюминий, из-за дешевизны, все больше применяют в качестве заменителя других цветных металл ов: олова - в производстве белой жести и фольги, свинца - в кабельной промышленности.
Замена алюминиевыми сплавами стали, в ряде производств, позволила снизить вес металлоконструкций, машин и т.д. Особенно широкое применение алюминий нашел в электротехнике, авиастроении, космической технике, газо- и нефтедобывающей промыш-ленности.

8. Измерение значений тока серии, напряжения групп электролизеров по бригадам, определение места нахождения нулевого потенциала серии относительно земли (оценка состояния изоляции серии по отношению к земле).
9. Контроль и диагностика технических и технологических нарушений, блокировка выполнения отдельных функций системы с целью предупреждения развития аварийных ситуаций.
10.Контроль перемещения привода анода.
11. Контроль работоспособности отдельных компонентов системы.
12. Обеспечение диалога технологического и эксплуатационного персонала с АСУТП при помощи систем индикации и меню на пультах оператора и контроллерах управления электролизеров с выходом до 10 параметров.
Дополнительные функции:
1. Контроль шумов электролизеров.
2. Оценивание параметров волнения металла.
3. Ликвидация волнения металла.
4. Управление автоматической подачей глинозема (АПГ) в режимах подачи глинозема по графику, автоматической стабилизации концентрации глинозема в оптимальном диапазоне, "Гашении анодного эффекта".

3.5.1. Автоматическое регулирование напряжения
(задача АРН)
Характеристика задачи.
Задача АРН предназначена для:
- определения необходимости перемещения анода;
- расчета направления перемещения анода;
- расчета длительности перемещения.
Длительность перемещения анода определяется пропорционально приведенного напряжения электролизера за 5 минут от его заданного значения. В закон управления вводится зона нечувствительности и ограничение максимальной одноразовой длительности перемещения анода.
Если приведенное напряжение электролизера отличается от величины уставки более, чем на максимально допустимую величину отклонения, то автоматическое регулирование отключается и на верхний уровень посылается соответствующий признак.
В задаче предусмотрен постепенный возврат уставки напряжения к базовому значению в течение заданного времени после его коррекции по заявкам от задач регулирования при выливке металла, контроля анодного эффекта и действий при обработке электролизера. Причем обработка коррекции начинается после задержки, необходимой для стабилизации электрического и теплового режимов электролизера. Коэффициент передачи регулятора при движении анода автоматически уточняется и корректируется в зависимости от скорости перемещения анода на данном электролизере.
Добавка к уставке напряжения электролизера состоит из добавки для переключения штырей и добавки, поступающей из задач контроля анодного эффекта, выливки, обработки. Добавка для переключения штырей принимает максимальное значение в момент переключения и уменьшается пропорционально времени от момента переключения до нуля в течение заданного периода. Аналогично доуставка от других задач принимает максимальное значение в момент событий и уменьшается по заданной программе.
Результатом решения задачи АРН является заявка на перемещение анода.
Задача АРН прекращает работу в случае:
- запрета регулирования - переход на ручное управление при наличии анодного эффекта;
- запрета регулирования после прогноза анодного эффекта на заданном интервале;
- выливки металла;
- обработки с выдачей необходимой сигнализации.
3.5.2. Контроль шумов электролизера
(задача КШЭ)
Характеристика задачи.
Задача КШЭ предназначена для определения шумов электролизера. Под шумом электролизера понимается среднеквадратическое отклонение амплитуды шумов электролизера от среднего значения за данный период измерения. При этом текущая амплитуда шумов вычисляется как разность между приведенным напряжение электролизера (Uрr) и средним значением напряжения (Ucр) за одну минуту.
Напряжение для контроля шумов электролизера поступает с периодом 1 сек. В момент поступления напряжения происходит расчет суммарной дисперсии амплитуды шумов электролизера от среднего значения. Когда количество измерений превышает заданную величину, происходит расчет среднего значения величины амплитуды шумов и формирование признака повышенного шума.
На участке перемещения анода или в случае обрыва фаз задача не решается в течение заданного времени для того, чтобы изменение напряжения, связанное с перемещением, не воспроизводилось в качестве шума.
3.5.3. Оценивание параметров волнения металла
(задача ОПВ)
Характеристика задачи.
Задача ОПВ предназначена для определения волнения металла.
Под волнением металла электролизера понимается колебание приведенного напряжения с определенной амплитудой и периодом. Обычный диапазон частот 0,01-0,1 Гц.
Дополнительным условием решения задачи является истечение заданного времени после перемещений анода или времени после анодного эффекта, выливки или обработки.
Данные значения напряжения (для определения волнения металла) поступают с периодом 4 сек. В моменты поступления данных (значения напряжения) происходит формирование массива приведенного напряжения. Гармонический анализ массива осуществляется с помощью разложения его в ряд Фурье.
В результате этого анализа формируется массив гармоник отклонений приведенного напряжения электролизера от среднего значения за заданный период времени.
Так как одновременно могут существовать колебания с различными частотами, то определяется гармоника с максимальной амплитудой, и в окрестности этой гармоники формируется выходная амплитуда, которая энергетически эквивалентна действию 3-х гармоник в районе максимальной гармоники. На заключительном этапе задачи определяется признак волнения металла.
3.5.4. Ликвидация волнения металла
(задача ЛВМ)
Характеристика задачи.
Задача ЛВМ предназначена для ликвидации неустойчивости электролизера с помощью перемещений анода.
Целью режима является:
- гашение волнения металла с помощью повышения уставки приведенного напряжения на величину, пропорциональную амплитуде волнения металла;
- ступенчатого снижения этой установки за определенный период времени.
Для организации ступенчатого снижения уставки задается количество ступеней и общее время снижения.
Начало режима формируется при возникновении признака волнения и отсутствии следующих дополнительных ограничений:
- запрет решения задачи в специальных инструкциях;
- запрет регулирования;
- обработка;
- выливка металла;
- ручной режим;
- голодание;
- после начала обработки прошло меньше заданного времени;
- после начала выливки прошло меньше заданного времени;
- после начала анодного эффекта прошло меньше заданного времени;
- после начала установки анода прошло меньше заданного времени;
- количество попыток ЛВМ на заданном интервале времени превышает заданный допуск.
В последнем случае формируется признак неудачи ликвидации волнения металла, выдается звуковое сообщение "Запрет ликвидации волнения", запрещаются автоматическое регулирование и работа АПГ до исчезновения волнения металла.
После формирования начала режима однократно выполняются вычисления, определяющие величину доуставки. Во время выполнения режима на индикатор выдается мигающее сообщение "лик. волн", на верхнем уровне режим сопровождается значком, характеризующим волну.
После окончания 1-й ступени проверяется наличие волнения:
- если волнение исчезло, то происходит дальнейшее ступенчатое снижение уставки до окончания заданного интервала, при этом на следующих ступенях снижения уставки анализа признака волнения не происходит.
- если волнение не исчезло, то уставка остается такой же, как на 1-й ступени. После окончания ступени происходит повторная проверка волнения. Если после 2-й проверки волнение исчезло, то происходит дальнейшее ступенчатое снижение уставки.
- если волнение не исчезло поле 2-й проверки, то формируется признак неудачи ликвидации волнения, на индикатор выдается мигающее сообщение "неуд. лик", на верхнем уровне выдается звуковое сообщение "система не справилась с волнением".
Признак неудачи ликвидации сбрасывается после исчезновения волнения.
Во время неудачи ликвидации волнения запрещается:
- регулирование;
- работа АПГ;
- выполнение всех технологических операций.
В случае возникновения анодного эффекта задача прекращает решение, сбрасывая признаки ликвидации и неудачи ликвидации.
Решение технологической операции при волнении металла определяется параметром специальной инструкцией.
3.5.5. Алгоритмы управления автоматической подачи глинозема
(задача АПГ)
Назначение задачи
Данная задача реализована только на электролизерах оборудованных АПГ.
Задача АПГ предназначена для автоматической подачи глинозема и состоит из следующих частей:
- режим "Гашение анодного эффекта";
- режим "Голодание";
- подача глинозем по графику (пусковой период);
- автоматическая стабилизация концентрации глинозема в оптимальном диапазоне (пусковой период);
Количество механизмов АПГ задается в документации.
Режим работы АПГ задается на нижнем или верхнем уровнях с помощью меню, состоящего из указанных режимов, за исключением режима гашения анодных эффектов.
Выдача управляющей информации на дозаторы и пробойники запрещается при выполнении одного из следующих условий:
- запрет после начала обработки в течение заданного времени;
- запрет после начала выливки в течение заданного времени;
- запрет после начала установки анода в течение заданного времени;
- запрет после начала анодного эффекта в течение заданного времени в случае запрета гашения;
- запрет регулирования АПГ по календарному графику на одном из интервалов;
- запрет оператором с нижнего или верхнего уровней работы всех АПГ;
- нет питания механизации;
- есть неудача ликвидации волнения металла;
- отключено автоматическое управление подачей глинозема на панели управления контроллера.
Базовый и рабочий периоды работы АПГ
Базовый период питания глиноземом задается на нижнем или верхнем уровнях.
Рабочий период отличается от базового в следующих случаях:
- отдельный механизм АПГ с помощью меню на нижнем или верхнем уровнях;
- отдельный механизм АПГ отключен на панели контроллера.
В этом случае система управления рассчитывает рабочий период таким образом, чтобы суммарное количество глинозема, поступающее в электролизер, было таким же, как в случае исправности всех механизмов.
В случае отключения питания механизации АПГ работает.
Режим "Гашение анодного эффекта"
Целью режима является устранение анодного эффекта с помощью питания электролизера с повышенной частотой. Режим запускается при: - отсутствии запрета оператором работы АПГ;
- условии его разрешения;
- наличии анодного эффекта.
Необходимость запрета автоматического запуска может возникнуть в случае прогрева электролизера после отключения.
Режим запрещается в следующих случаях:
- время между двумя последними анодными эффектами меньше допуска;
- анодный эффект мерцающий;
- за последний период количество анодных эффектов превышает допуск;
- анодный эффект произошел во время выливки;
- электролизер находится в ручном управлении.
Режим сопровождается индикацией на нижнем и верхнем уровнях.
Режим "Голодание"
Целью режима "Голодание" является принудительное создание анодного эффекта.
Режим запускается двумя способами:
I способ: с помощью меню на нижнем или верхнем уровнях;

2 способ: автоматически через заданное время после анодного
эффекта при условии разрешения автоматического его запуска.
Режим сопровождается индикацией на нижнем и верхнем уровнях.
На заданном интервале времени ожидания анодного эффекта АПГ работает с пониженной частотой режима "Голодание".
Условием окончания режима является возникновение анодного эффекта или истечение заданной длительности режима. В последнем случае формируется признак неудачи режима "Голодание" с выдачей звукового сообщения на верхнем уровне и происходит возврат к номинальному режиму работы АПГ. При необходимости режим может быть сброшен с помощью меню на нижнем или верхнем уровнях.
В данном режиме запрещаются режимы:
- "Подача глинозема по графику";
- "Автоматическая стабилизация";
- задача ликвидации волнения металла.
На участке голодания допускается проведение всех технологических операций.
Режим "Подача глинозема по графику"
Режим запускается с помощью меню на нижнем или верхнем уровнях и обеспечивает подачу глинозема с базовым периодом.
В данном режиме запрещается режим "Автоматическая стабилизация".
Режим "Автоматическая стабилизация"
Цель режима - поддержание концентрации глинозема в оптимальном диапазоне.
Режим запускается с помощью меню на нижнем или верхнем уровнях и обеспечивает подачу глинозем с расчетным периодом.
В основе работы алгоритма лежит чередование базового, недостаточного и избыточного питания глиноземом.
В начале режима устанавливается базовый период питания, который держится до окончания запретов АПГ и выполнения условия нахождения среднего приведенного напряжения за 5 минут в допуске.
Этап базового питания заканчивается при следующих условиях:
- превышения его длительности заданной величины;
- нахождения среднего приведенного напряжения за 5 минут в допуске;
- запрете АПГ.
После этого начинается этап редкого питания с расчетным.
Этап редкого питания заканчивается при следующих условиях:
- превышения его длительности заданной величины;
- превышения среднего приведенного напряжения за 1 мин заданной величины относительно начала этапа или превышения производной напряжения заданной величины.
Далее идет этап частого питания с расчетным периодом.
Этап частого питания заканчивается при условиях:
- превышения его заданной длительности;
- положительного значения производной приведенного напряжения.
В конце этапа устанавливается базовый период питания.

4. Экономическое обоснование проекта
4.1. Основные (базовые) технико-экономические
показатели
На имеющихся производственных площадях электролизного цеха Богословского алюминиевого завода предлагается провести усовершенствование процесса производства. Это возможно за счет установки автоматической системы управления технологическим процессом "Электра - 174", что в свою очередь требует дополнительных инвестиций на приобретение и установку нового оборудования.
В начале приведем основные технико-экономические показатели электролизного цеха.
Таблица 4.1.
Основные технико-экономические показатели электролизного цеха
Показатели
проект
Объем продукции, тыс. руб.
3 794 624 410,37
алюминий чушковой, тыс руб.
 
алюминий чушковой, т
171 081,50
сплавы алюминия, тыс.руб.
 
сплавы алюминия, т
10 920,10
Стоимость основных фондов, тыс. руб.
1 196 317,60
Стоимость оборотных средств, тыс. руб.
392 399,30
Численность работающих, чел.
1 800,00
Себестоимость продукции, руб.
20 849,40
Рентабельность производства, %
26,115
Далее приведем калькуляцию себестоимости алюминия-сырца в базовом варианте.
Таблица 4.2.
Калькуляция себестоимости алюминия-сырца
Статьи затрат
Ед. изм.
На единицу
На годовой объем
Кол-во кг/т
Цена, руб.
Сумма, руб.
Кол-во кг/т
Цена, руб.
Сумма, руб.
1. Выпуск
т
182 001,60
Криолит ВСК
т
0,02482
8 626,83
214,10
4 516,92
8 626,83
38 966 663,94
Криолит свежий
т
0,00181
17 100,56
30,87
328,51
17 100,56
5 617 754,35
Фторалюминий
т
0,02413
18 377,34
443,37
4 390,97
18 377,34
80 694 359,68
Глинозем
т
1,93407
3 128,47
6 050,68
352 003,83
3 128,47
1 101 233 436,16
Анодная масса
т
0,47984
8 208,38
3 938,68
87 330,92
8 208,38
716 845 374,96
Итого по статье
 
 
 
10 677,70
 
 
1 943 357 589,08
2. Вспомог. мат.
 
 
 
 
 
 
 
Алюминий листовой
кг
1,14923
44,16
50,75
209 161,70
44,16
9 236 580,62
Штыри
т
0,00356
12 556,17
44,64
647,02
12 556,17
8 124 038,97
Жерди
шт
1,02137
4,68
4,78
185 890,61
4,68
869 968,06
Карбонат лития
кг
1,37190
58,43
80,16
249 687,63
58,43
14 589 248,28
Плавиковый шпат
кг
0,57774
5,66
3,27
105 149,42
5,66
595 145,73
Итого по статье
 
 
 
183,60
 
 
33 414 981,66
3. Энергозатра-ты
 
 
 
 
 
 
 
Технологическая
Мгвтч
15,12906
406,16
6 144,82
2 753 513,13
406,16
1 118 366 891,46
Силовая
Мгвтч
0,42809
370,74
158,71
77 913,06
370,74
28 885 489,70
Сжатый воздух
Тыс.м3
0,61764
45,69
28,22
112 411,65
45,69
5 136 088,30
Итого по статье
 
 
 
6 331,75
 
 
1 147 252 381,15
4. Зар. Плата
 
 
 
 
 
 
 
Основная
 
 
 
787,03
 
 
143 240 719,25
Дополнительная
 
 
 
156,39
 
 
28 463 230,22
Начисления
 
 
 
237,34
 
 
43 196 259,74
Итого по статье
 
 
 
1 180,76
 
 
214 900 209,22
5.Общепроиз-водственные
 
 
 
2 475,60
 
 
450 563 160,96
ЦЕХОВАЯ С/СТ-ТЬ
 
 
 
20 849,40
 
 
3 789 488 322,07
За счет внедрения АСУТ "Электра-174" увеличится производительность цеха электролитического получения алюминия с 182 001,6 т на 184 731,6 т (на 1,5%).
Внедрение АСУТП "Электра-174" имеет ряд преимуществ:
1. Повышение выхода по току на 1-2%, что позволит снизить температуру электролита в электролизере в среднем на 3С.
2. Повысить стабильность технологического процесса.
Приведем технологические показатели для расчета экономической эффективности от внедрения АСУТП "Электра-174"
Таблица 4.3
Технологические показатели для расчета экономической эффективности
от внедрения АСУТП "Электра-174"
Наименование показателя
Единица
измерения
Отклонение
Расхода криолита ВСК
кг/т
- 0,00356
Расход фтористого алюминия
кг/т
- 0,0046
Расход анодной массы
кг/т
- 0,1568
Расход электроэнергии
Мвт*ч/т
- 5,860
Выход по току
%
100
4.2. Расчет технико-экономических показателей
4.2.1. Расчет дополнительных капитальных вложений
Приведем сметную стоимость установки
Таблица 4.4
Сметная стоимость установки
Наименование затрат
Сумма, тыс. руб.
Материалы
1000
Услуги сторонних организаций
2000
Накладные расходы
2000
Итого затраты
5000
Плановые накопления
3000
Всего затрат
8000
Общая сумма инвестиций рассчитывается по формуле:
К = Кн + Кдем + Кост + Книр – Л, (4.1)
где Кн – балансовая стоимость нового оборудования;
Кдем – балансовая стоимость демонтажа оборудования; Кдем= 0;
Кост–остаточная стоимость ликвидируемого оборудования. Ликвидируемое оборудование отработало свой нормативный срок, Кост = 0;
Книр – затраты на научно-исследовательские работы, Книр = 0;
Л – реализация ликвидируемого оборудования по стоимости металлического лома.
Амортизация начисляется только на основные фонды, на оборотные средства не начисляется. Следовательно, сумма амортизации при На = 30%, составит:

1 196 317 6 х 0,3 = 358 895,28 тыс. руб.
Сумма оборотных средств = 392 399,30 тыс. руб.
4.2.2. Расчет себестоимости по изменяющимся статьям

Приведем калькуляцию себестоимости алюминия-сырца в до внедрения и после внедрения АСУТП «Электра-174»
Таблица 4.5.
Калькуляция себестоимости до внедрения и после внедрения проекта
(на единицу продукции)
Статьи затрат
до внедрения
после внедрения
Кол-во, кг/т
Цена, руб.
Сумма, руб.
Кол-во, кг/т
Цена, руб.
Сумма, руб.
1. Выпуск
на единицу
на единицу
Криолит ВСК
0,02482
8 626,83
214,10
0,02126
8 626,83
183,39
Криолит свежий
0,00181
17 100,56
30,87
0,00181
17 100,56
30,87
Фторалюминий
0,02413
18 377,34
443,37
0,01953
18 377,34
358,84
Глинозем
1,93407
3 128,47
6 050,68
1,93407
3 128,47
6 050,68
Анодная масса
0,47984
8 208,38
3 938,68
0,32304
8 208,38
2 651,60
Итого по статье
 
 
10 677,70
 
 
9 275,37
2. Вспомог. мат.
 
 
 
 
 
 
Алюминий листовой
1,14923
44,16
50,75
1,14923
44,16
50,75
Штыри
0,00356
12 556,17
44,64
0,00356
12 556,17
44,64
Жерди
1,02137
4,68
4,78
1,02137
4,68
4,78
Карбонат лития
1,37190
58,43
80,16
1,37190
58,43
80,16
Плавиковый шпат
0,57774
5,66
3,27
0,57774
5,66
3,27
Итого по статье
 
 
183,60
 
 
183,60
3. Энергозатра-ты
 
 
 
 
 
 
Технологическая
15,12906
406,16
6 144,82
9,26906
406,16
3 764,72
Силовая
0,42809
370,74
158,71
0,42809
370,74
158,71
Сжатый воздух
0,61764
45,69
28,22
0,61764
45,69
28,22
Итого по статье
 
 
6 331,75
 
 
3 951,65
4. Зар. Плата
 
 
 
 
 
 
Основная
 
 
787,03
 
 
787,03
Дополнительная
 
 
156,39
 
 
156,39
Начисления
 
 
237,34
 
 
237,34
Итого по статье
 
 
1 180,76
 
 
1 180,76
5.Общепроиз-водственные
 
 
2 475,60
 
 
2 475,60
ЦЕХОВАЯ С/СТ-ТЬ
 
 
20 849,40
 
 
17 066,98
Себестоимость производства алюминия в новом варианте изменяется за счет снижения расходов по следующим статьям:
1. Снизился расход криолита на 0,00356 кг/, экономия составила:
0,00356 · 8626,83 · 184 731,6 = 5 673 388,00 руб.
2. Снизился расход фтористого алюминия (AlF3) на 0,0046 кг/т, экономия составила:
0,0046 · 18377,34 · 184 731,6 = 15 616 428,97 руб.
3. Снизился расход анодной массы на 0,1568 кг/т, экономия составила:
0,1568 · 8208,38 · 184 731,6 = 237 763 267,27 руб.
4. Снизился расход электроэнергии на 5,860 Мвт*ч/т, экономия составила:
5,86 · 406,16 · 184 731,6 = 439 679 294,93 руб.
5. Экономия на условно постоянных расходах составила: (787,03+156,39+237,34+2475,6)*(184731,6 - 182001,6) = 9 981 862,80 руб.
6. Итого экономия на себестоимости составит:
С = 5 673 388,00 + 15 616 428,97 + 237 763 267,27 + 439 679 294,93 + 9981 862,80 =