Автоматизация очистительно-сушильных комплексов (зерно) СЗШ типа КЗС-20 (комплекс зерносушильный).

Содержание
Введение 1
1. Анализ технологического процесса 3
2. Обоснование целесообразности автоматизации процесса. Определение цели и задач проекта 9
3. Обзор современных технических средств по автоматизации технологического процесса 11
4. Обоснование принципа автоматизации технологического процесса. Составление функциональной схемы системы автоматического управления (САУ) и функциональной схемы автоматизации технологического процесса 16
5. Анализ объекта автоматизации. Математическое описание объекта автоматизации 19
6. Проектирование САУ 21
6.1. Разработка принципиальных схем САУ 21
6.2. Выбор и расчет технических средств автоматики 25
6.3. Анализ динамических показателей работы САУ 32
6.4. Разработка пультов и щитов управления. Выбор проводов и пускозащитной аппаратуры 36
7. Оценка надежности работы САУ. Расчет периодичности технического обслуживания системы. Определение состава службы КИПиА 37
8. Оценка экономической эффективности САУ 42
Заключение 46
Список использованной литературы 47

W(j()=W(p)(p=j(.

Выражение для комплексного коэффициента усиления разомкнутой и замкнутой системы.
Теорема Ляпунова
Знаменатель передаточной функции называется уравнением собственных движений, а характеристическое уравнение это уравнение собственных движений системы, приравненное к нулю, т.е. H(p) = 0.
Для замкнутой системы:
Т.к действительная часть корней характеристического уравнения отрицательная, то есть корни лежат в левой полуплоскости, следовательно САУ устойчива.
6.4. Разработка пультов и щитов управления. Выбор проводов и пускозащитной аппаратуры
Разрабатываемая в рамках данного курсового проекта система автоматического регулирования параметров рабочей среды в комплексе КЗС-20 является полностью автономной и автоматизированной, ее активизация производится совместно с включением комплекса, а функционирование происходит в соответствии с изначально загружаемой в микроконтроллер программой управления, так что необходимость в разработке пультов и щитов управления отсутствует.
Провода для разработанной слаботочной системы, ввиду незначительной протяженности, можно использовать типа UTP с экранированием от электромагнитных и электростатических помех и наводок, количество жил выбирается в соответствии с количеством сигнальных линий на соединениях соответствующих блоков. Прокладку кабелей, в соответствии с общими принципами построения электромеханических установок, необходимо осуществлять в защитных металлорукавах.
Необходимость в рассмотрении и выборе пускозащитной аппаратуры в исполнительных устройствах системы автоматизации КЗС-20 отсутствует, поскольку используются штатные средства комплекса.
7. Оценка надежности работы САУ. Расчет периодичности технического обслуживания системы. Определение состава службы КИПиА
Надежностью называют один из показателей качества, характеризующих способность системы выполнять свои функции в течение необходимого времени. Применительно к холодильным машинам и установкам надежность систем автоматизации рассматривают относительно выполнения основной задачи- поддержания заданной температуры воздуха или холодоносителя.
Оценку надежности систем автоматизации осуществляют с помощью количественных показателей, основу которых составляет понятие «отказ», т.е. неисправность, без устранения которой система не может выполнять полностью или частично свои функции.
Отказы подразделяют на внезапные и постепенные. Внезапные отказы являются следствием производственного брака, недостатков конструкции, дефектов монтажа, а также изменений рабочих условий (температуры, давления, вибраций, засорений и т.д.). Постепенные отказы возникают вследствие износа отдельных элементов, старения деталей. Поэтому такие отказы считаются неизбежными, появление их можно спрогнозировать и в значительной степени предотвратить проведением профилактических и ремонтных работ.
В процессе эксплуатации в первое время преобладают внезапные отказы. После доводки и приработки узлов и приборов количество внезапных отказов уменьшается и возрастает удельный вес постепенных отказов.
С точки зрения надежности холодильные установки оборудуют двумя видами автоматических устройств: непрерывно работающих (регуляторы и схемы управления) и работающих по мере надобности (приборы и схемы автоматической защиты). Для устройств, непрерывно работающих, характерна средняя наработка на отказ Т, которая равна среднему времени нормальной работы системы между двумя соседними отказами. Величину λ, обратную Т, называют интенсивностью отказов (26).
Для устройств, работающих по мере надобности, характерна средняя частота отказов λ, которая равна частному от деления среднего числа отказов на время нормальной эксплуатации. Обратную величину Т = 1/λ называют средней наработкой на отказ.
Основным количественным показателем надежности некоторого элемента является вероятность безотказной работы Pi, которую можно вычислить, если задать закон ее распределения (нормальный или экспоненциальный). В большинстве случаев вероятность безотказной работы элемента можно вычислить с достаточной точностью по экспоненциальному закону, математическое выражение которого имеет вид
где тр – заданная продолжительность нормальной работы системы.
Из формулы следует, что Pi < 1, так как тр > 0 и Т > 0. Вероятность безотказной работы уменьшается с ростом тр и увеличивается с ростом Т.
Система автоматизации состоит из ряда отдельных элементов, которые можно соединить между собой последовательно или параллельно. Если вероятность безотказной работы отдельных элементов равна Pi, то вероятность безотказной работы всей системы при последовательном соединении вычисляют по формуле
а при параллельном соединении-
Сравнивая различные результаты, находят, что при последовательном соединении элементов Р0 < Pi, а при параллельном Р0 > Pi.
Как видно из рассмотренных формул, имеется несколько путей повышения надежности. Прежде всего следует применять элементы с высокой надежностью Pi. Эта величина возрастает с увеличением средней наработки на отказ Т. В свою очередь, Т зависит от совершенства конструкции, стойкости материалов, качества изготовления и правильного использования данного элемента. Вероятность безотказной работы элемента можно повысить, уменьшая тр, т.е. чаще производить профилактические, ремонтные и другие работы, полностью или частично восстанавливающие утрачиваемые качества.
По возможности необходимо уменьшать число последовательно соединенных элементов, входящих в систему. Это особенно относится к рациональному составлению электрических схем, в которых необходимо устранять все лишние контакты, реле, ключи управления и т.д.
Наконец, в необходимых случаях можно применять резервные элементы, так как при увеличении числа параллельных элементов, выполняющих одну и ту же функцию, надежность системы увеличивается.
Количественные показатели надежности получают экспериментальным путем. Испытания, цель которых состоит в нахождении количественных показателей, называют определительными. Их проводят по специальным программам, составленным с таким расчетом, чтобы количество испытываемых образцов и продолжительность испытаний с достаточной достоверностью позволяли определить показатели надежности.
В процессе производства осуществляют контрольные испытания, цель которых состоит в подтверждении количественных показателей надежности. Как правило, эти испытания меньше по объему, их проводят на меньшем количестве образцов и в течение более короткого времени.
Определим показатели надежности для разрабатываемого устройства. На основе значений коэффициентов надежности, заявляемых производителями электронных компонентов (см. табл. 4), вычислим необходимые значения интенсивности отказов и показателей надежности.
Таблица 4 - Значения коэффициентов надежности
Обозначение на схеме (о*10(-6) 1/час Кн а1 а2 (i*10(-6) 1/час DA1 – DA4 1,5 0,5 0,3 1 (1= 0,22 DD1 – DD4 3 0,6 0,8 1 (2= 2,4 DD5 – DD7 0,1 0,5 0,8 2 (3= 2,16 DD8 2 0,5 0,7 2 (4= 2,2 DA5 1 0,6 0,8 1 (5= 1,93
Таким образом, средняя интенсивность отказов ( составит:
( = (0,22*4 + 2,4*4 + 2,16*3 + 2,2 + 1,93)*10(-6) ( 38,4*10(-6) 1/час.
Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказов Q(t) в течение времени t следует определять с помощью систем уравнений, характеризующих различные законы распределения. Для расчета на надежность первичных элементов, из которых состоит данная схема, будем использовать экспоненциальный закон распределения отказов, при котором:P(t) = e(-(t)
Q(t) = 1 – e(-(t)
Тср = 1/( ,
Вычисляем:Тср = 1/41,9*10-6 =23866 часов
P(5000) = 0,7796
Q(5000) = 1 - 0,7796= 0,23
Разработанная система автоматического управления состоит из печатной платы с микропроцессором, измерительных преобразователей/датчиков и исполнительных устройств, входящих в состав КЗС-20 и не рассматриваемых в рамках проекта. Печатная плата является необслуживаемой. Обслуживания требуют только датчики и измерительные преобразователи, причем причиной необходимости обслуживания является не малые значения наработки на отказ или необходимость их текущего планового ремонта, а то, что в процессе взаимодействия с рабочей средой и обрабатываемым продуктом они механически загрязняются, что требует периодической очистки их рабочих поверхностей. Данный вид обслуживания целесообразно производить одновременно в соответствии с обслуживанием механической части комплекса, при этом отсутствует необходимость в привлечении специалистов службы КиП.
8. Оценка экономической эффективности САУ
По предварительным оценкам, внедрение САУ в состав зерносушильного комплекса КЗС-20 приведет к положительному экономическому эффекту ввиду снижения энергопотребления, повышения производительности комплекса и повышения качества продукции.
Оценку экономической эффективности в рамках проектов такого рода производят в два этапа- первым является определение стоимости разработки и внедрения разрабатываемой системы, а вторым- определение экономического эффекта о внедрения и расчет срока окупаемости затрат.
Стоимость разработки и внедрения САУ определяется тремя составляющими- стоимостью проектных работ, стоимостью узлов и элементов системы и стоимостью монтажных и пусконаладочных работ.
Стоимость проектных работ определим условно, исходя из практики аналогичных проектов конструкторским бюро нашей страны. Условная трудоемкость проекта составит 1000-2000 человеко-часов.
Таблица 9. Расчет фонда оплаты труда разработчиков
Должность Д.О., руб/мес Оплата, руб/день Продолжительность работ, дни Итого, руб. Ведущий инженер 16600 754,5 69 52061 Инженер- конструктор 1к 14280 649,1 73 47384 Инженер- конструктор 2к 12598 572,6 77 44090 Техник 10597 482,7 66 31858 Итого тарифная З.П. 175393 Доплаты (30% от тарифн. З.П.) 52618 Основная З.П. 228011 Дополнительная З.П. (5% от осн. ЗП) 11401 Сумма основной и дополнительной З.П. 239412 ЕСН (34%) 62247 Итого расходы на заработную плату 301659
Таблица 10. Расчет стоимости изготовления опытной модели
Статья расходов Позиция Стоимость, руб Основные и вспомогательные материалы Механические комплектующие 2430 Датчики 1980 Исполнительные устройства 6700 Контроллер 4200 Прочие электронные компоненты, блоки питания 6400 Расходные материалы, хладагент 3500 Сборка модели системы 8200 Испытания системы 14000 Дополнительные расходы на испытания
5000 Итого: 52410
Суммарная стоимость разработки изделия с учетом изготовления и испытаний опытного образца составляет 354069 руб.
Основным количественным показателем экономической эффективности автоматизируемых ТП являются годовая экономия и срок окупаемости. Годовой экономией называют разность между расходами на эксплуатацию двух аналогичных комплексов с разными степенями автоматизации. Годовую экономию Э рассчитывают по формуле
Э = Рн – Ра
где Рн, Ра – эксплуатационные расходы на машину или установку соответственно с меньшей и большей степенью автоматизации.
Сроком окупаемости называют интервал времени, в течение которого капитальные затраты компенсируются экономией эксплуатационных расходов. Срок окупаемости О определяется по формуле
О = К/Э
где К – капитальные затраты.
Величина срока окупаемости позволяет оценить целесообразность капитальных вложений. Применение системы автоматизации принято считать целесообразным при сроке окупаемости, не превышающем 5 лет.
Эксплуатационные расходы складываются из отдельных составляющих, однако при расчете необходимо учитывать только те из них, которые изменяются в результате автоматизации. К ним относят затраты на заработную плату Сзп, электроэнергию Сэ, охрану труда Сот, амортизацию средств автоматизации Са, текущий их ремонт Стр и прочие аналогичные весомые расходы. Все затраты должны быть отнесены на период в 1 год. Следовательно, годовые эксплуатационные расходы Р составляют
Р = Сзп + Сэ + Сот + Стр + Са + Сдоп
По этой формуле можно найти величины Ра и Рн, причем в результате автоматизации, как правило, составляющие Сзп, Сэ и Сот уменьшаются, а Стр и Са- увеличиваются.
Кроме того, в результате автоматизации повышается качество изготовляемой продукции и пр. Учесть все эти показатели трудно, поэтому обычно они составляют положительный запас расчета.
Практика показывает, что обычно основным источником экономии становится заработная плата.
Размер первоначальных капитальных вложений К вычисляют как сумму затрат Сп на приобретение приборов и средств автоматизации и затрат См на их монтаж и пусконаладочные работы
К = Сп + См
Величину К обычно находят на основании сметно- финансового расчета, выполняемого при составлении рабочего проекта.
К = Сп + См = 301659 + 52410 = 354069 руб
Рн = Сзп + Сэ + Сот + Стр + Са + Сдоп = 265000 + 137800 + 13250 + 44800 + 23000 = 483850 руб
Ра = Сзп + Сэ + Сот + Стр + Са + Сдоп = 48000 + 84500 + 7800 + 75400 + 23000 = 238700 руб
Э = Рн – Ра = 483850 – 238700 = 245150 руб
О = К/Э = 354069/245150 = 1.45 лет.
Заключение
Целью данной работы была разработка системы автоматизации управления в рамках модернизации комплекса КЗС-20. Основными задачами, решенными в работе, являются определение основных закономерностей для автоматического управления ТП, обзор современных технологий автоматизации таких установок, анализ аналогов, далее были составлены структурная схема, произведены необходимые расчеты для подбора комплектующих, выполнено составление схемы и согласование ее узлов.
Актуальность темы дипломного проекта обусловлена необходимостью повышения эффективности и технико- экономических показателей модернизируемой системы для повышения рентабельности, качества продукции и конкурентоспособности.
Список использованной литературы
Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. СПб., Наука и Техника, 2005
Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника. М., Недра, 1990
Боккер П. Передача данных. М., Связь. 1980
Бородин И.Ф., Андреев С.А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления. М., КолосС, 2005
Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства. М., Высшая школа, 2004
Воронов А.А. Теория автоматического управления. М., Высш. шк.,1986
Гонаревский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Наука, 1986
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. М., Энергоиздат, 1987
Гушенский Я.И. Определение экономической эффективности от внедрения систем автоматизации. М., Высшая школа, 1986
Емельянов Г.А., Шварцман В.О. Передача дискретной информации. М., Радио и связь, 1982
Изакво Ф.Я., Казадаев В.Р., Ройтман А.Х. и др. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации технологических процессов. М., Агропромиздат, 1988
Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М., Радио и связь, 1988
Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М., Горячая Линия- Телеком, 2002
Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М., Высшая школа, 1990
Кунаев Д.А., Платов В.П. Средства автоматической защиты электроустановок. М., Энергия, 1988
Мальцев П.П., Долидзе Н.С., Критенко М.И. Цифровые интегральные микросхемы. М., Радио и связь, 1994
Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на ИМС. М., Радио и связь, 1990
Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М., Финансы и статистика, 2002
Шувалов В.П. Передача дискретных сообщений. М., Радио и связь, 1990

47
W
з
j



b
1
j



b
0



a
2
j




2

a
1
S

j




a
0


