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

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 задачиподдержания 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 =23 866 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 этапапервым является определение стоимости разработки и внедрения разрабатываемой системы, а вторымопределение экономического эффекта о внедрения и расчет срока окупаемости затрат.

Стоимость разработки и внедрения САУ определяется тремя составляющимистоимостью 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 16 600 754,5 69 52 061

Инженерконструктор 1к 14 280 649,1 73 47 384

Инженерконструктор 2к 12 598 572,6 77 44 090

Техник 10 597 482,7 66 31 858

Итого тарифная З.П. 175 393

Доплаты (30% от тарифн. З.П.) 52 618

Основная З.П. 228 011

Дополнительная З.П. (5% от осн. ЗП) 11 401

Сумма основной и дополнительной З.П. 239 412 ЕСН (34%) 62 247

Итого расходы на заработную плату 301 659

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 14 000

Дополнительные расходы на испытания

Итого: 52 410

Суммарная стоимость разработки изделия с учетом изготовления и испытаний опытного образца составляет 354 069 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 Саувеличиваются.

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 сметнофинансового расчета, выполняемого при составлении рабочего проекта.

К = Сп + См = 301 659 + 52 410 = 354 069 руб Рн = Сзп + Сэ + Сот + Стр + Са + Сдоп = 265 000 + 137 800 + 13 250 + 44 800 + 23 000 = 483 850 руб Ра = Сзп + Сэ + Сот + Стр + Са + Сдоп = 48 000 + 84 500 + 7800 + 75 400 + 23 000 = 238 700 руб Э = Рн — Ра = 483 850 — 238 700 = 245 150 руб О = К/Э = 354 069/245150 = 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 техникоэкономических показателей модернизируемой системы для повышения рентабельности, качества продукции и конкурентоспособности.

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., Колос

С, 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 ЛинияТелеком, 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

W

з

j







b

j







b







a

j











a

S



j









a





