87
Разработка структурной схемы управления
Решаемые цели и задачи скомпоновали облик современных систем
управления в виде иерархической структуры, которую упрощенно можно описать
следующим образом.
Нижний уровень (уровень регулирования) представляет собой сочетание
датчиков и исполнительных механизмов, необходимых для выполнения задач
регулирования. Эти элементы объединяются информационными потоками
с центральным звеном – контроллером, принимающим сигналы от датчиков
и выдающим управляющие сигналы соответствующим исполнительным
механизмам.
Логика работы контроллера закладывается либо на этапе производства
(жестко прошитые контроллеры), либо на этапе проектирования и наладки
системы управления (свободно программируемые контроллеры). Последний
вариант более универсален и предпочтителен в силу своей гибкости.
Примененный комплект автоматики реализует цели и задачи регулирования
в полной мере, соответствуя строгим требованиям, предъявляемым к современным
системам управления. Несмотря на это, не стоит забывать о том, что максимальная
отдача от введения автоматики возможна лишь при объединении всех инженерных
систем здания в единое информационное пространство.
Описание схемы сигнализации
Схема сигнализации предназначена для оповещения звуковыми и световыми
сигналами оператора о возникновении аварийной ситуации либо нарушении
заданных параметров технологического процесса. Представленная на формате
схема контролирует следующие параметры:
Падение уровня жидкости в емкости;
Превышение температуры в емкости;
Погасание пламени;
Контроль данных показателей организован при помощи соответствующих
датчиков ST1, SL1, SB1. Контроль напряжения питания осуществляется
по индикатору HL. Включение схемы происходит путем нажатия клавиши SB1.
88
После этого происходит включение электромагнитного релеК1. Это приводит
к замыканию контактов данного реле: К1.1, K1,2, K1.3. K1.1 подает питание
на звонок, который будет срабатывать при возникновении аварийной ситуации.
K1.2 совместно с клавишей SB2 выполняют функции контроля системы
сигнализации.K1.3 подает питание на соответствующие цепи датчиков,
контролируемых параметров.
Рассмотрим действие сигнализации на примере датчика контроля уровня –
SL1. После замыкания контакта K1.3 подается питание на цепь SL1-VD2. Данная
цепь будет оставаться разомкнутой до включения датчика SL1.После этого
произойдет включение реле K2 и, соответственно, замыкание /размыкание
контактов K2.1-K2.3. Контакты K2.3 замыкает питание реле на фазу и работает
как триггер – после включения сигнализация будет работать до размыкания
контактов датчика SL1, либо до прекращения подачи питания. Переключение
контакта К2.2 приводит к включению сигнальной лампы HL1.
Работа схемы по остальным каналам аналогична рассмотренному выше
примеру. При срабатывании реле К2 или К4 происходит размыкание контактов
реле УА, отвечающего за аварийную отсечку водопровода.Также это может быть
выполнено при помощи клавиши SB3.
89
3. Обоснование экономической эффективности проекта
3.1 Выбор и обоснование методики расчёта экономической
эффективности
Дипломный проект специальности АТП представляет собой разработку
технико-экономического обоснования проектного решения по созданию,
реконструкции или модернизации систем автоматического управления
технологическими процессами и оборудованием в различных отраслях народного
хозяйства.
Выбор технологически и экономически обоснованного проектного
решения по созданию, реконструкции или модернизации системы (САУ)
или ее элементов с помощью творческого поиска новых решений с использованием
функционально-стоимостного анализа (ФСА) объекта проектирования (творческая
форма ФСА), либо рационализации существующих САУ, имеющих признаки
технологической, экологической или организационной несостоятельности,
с применением корректирующей формы ФСА (вариант выбирается студентами
самостоятельно по согласованию с преподавателем).
Функционально-стоимостной анализ системы управления после
автоматизации.
ФСА - это метод системного исследования функций объекта проектирования
(в нашем случае САУ), направленный наминимизацию затрат в сфере
проектирования строительства, изготовления и эксплуатации САУ при сохранении
или даже повышении ее качества, полезности, надежности и безопасности.
Анализ требований к разрабатываемой систему автоматизации ВЗУ.
Проектируемая САУ должна:
Обеспечивать поддержание в требуемого уровня воды в резервуарах
и давления в трубопроводе в течение рабочей недели(понедельник-пятница);
Контролировать температуруводы в трубопроводе.
Система должна обеспечивать постоянный контроль состояния
запорных механизмов для исключения возможности возникновения аварийной
ситуации.
90
Система должна обеспечивать звуковую и световую индикацию
при возникновении аварийной ситуации.
Вся информация должна отображаться на пульте управления
в диспетчерской и должна быть доступна для редактирования
Формирование целей и задач
1. Основная цель разработки САУ – автоматизация работы
водозаборного узла.
2. Задачи, которые нужно решить:
Разработка подсистемы контроля работы насосов;
Разработка подсистемы контроля температуры;
Разработка подсистем управления и сигнализации.
Определение относительной важности функции (R)
Учитывая многоступенчатую структуру ФМ, наряду с оценкой значимости
функций по отношению к ближайшей вышестоящей функции, определяется
показатель относительной важности функции любого i-го уровня R
ij
по отношению
к изделию в целом:
ij
G
i
ij
rR
П
1
, (3)
где G – количество уровней ФМ.
В случае, если одна функция участвует одновременно в обеспечении
нескольких функций верхнего уровня ФМ, ее значимость определяется для каждой
из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом
рассчитывается как сумма значений R
ij
по каждой ветви ФМ (от i
го
уровня
до первого), проходящей через эту функцию.
Оценка качества исполнения функций (Q)
Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения
функций оценивается по формуле:
m
n
nVnV
P*Q
1
, (4)
где
n
- относительная значимость n-го потребительского свойства;
nV
P
-
степень удовлетворения n-го свойства в V-ом варианте; m – количество свойств.
91
Важным элементом качества исполнения функций является функциональная
организованность изделий, которая определяется следующими показателями:
- показатель актуализации функций, который определяется коэффициентом
актуализации:
об
II
aF
F
F
k
, (5)
где F
П
– необходимые функции; F
об
– общее количество действительных
функций;
- показатель сосредоточения функций, который определяется
коэффициентом сосредоточения:
об
осн
сF
F
F
k
, (6)
где F
осн
– количество основных функций; F
об
– общее количество
действительных функций;
- показатель совместимости функций, определяющийся коэффициентом
совместимости:
об
с
совмF
F
F
k
, (7)
где F
с
– функции согласования; F
об
– общее количество действительных
функций;
- показатель гибкости функций, который определяется коэффициентом
гибкости:
рП
р
F
FF
F
k
2
, (8)
где F
р
– количество потенциальных функций; F
П
– количество необходимых
функций.
Учитывая (5), (6), (7), (8), выражение качества выполнения функций будет
иметь вид:
).P*(*k*k*k*kQ
m
n
nvnFсовмFcFaFFv
1
2
(9)
92
Построение функциональной модели
Таблица 3.1
Инде
кс
Наименование функции
Материальный
носитель
функции
r
R
Q
Sабс
Sотн
1
2
3
4
5
6
7
8
f1.1
Автоматизация работы
ВЗУ
ПЛК ОВЕН
110
0,5
0,5
0,42
500
0,07
f1.2
Поддержание давления в
трубопроводе
ОВЕН САУ-
М6
f1.3
Управление работой
насосов
ПЛК ОВЕН
110
0,1
0,1
0,035
400
0,03
f1.4
Контроль температуры
Датчики
серии ОВЕН
ПД311
0,1
0,1
0,03
400
0,02
f2.1
Сигнализация
ПЛК ОВЕН
110
0,3
0,06
0,04
180
0,09
Автоматизированная
система ВЗУ
Подсистема
контроля давления
Водозаб
ор
Подсистема
управления
работой насосов
Подсистема
контроля
температуры
F=1
F2=0,1
F1=0,5
F3=0,1
F4=0,3
93
Для вычисления оценки качества исполнения функции Q будем
использовать формулы (4) – (9).
Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта
исполнения функций оцениваем по формуле (4). Коэффициент актуализации
определяем по формуле (5):
4
0.6
6
k
aF
.
Коэффициент сосредоточения- по формуле (6):
5
0, 8 3
6
k
cF
.
Коэффициент совместимости – по формуле (7):
1
0,17
6
k
с о в м F
.
Коэффициент гибкости – по формуле (8):
5
0, 71
25
k
rF
.
По формуле (9) находим показатель качества выполнения функций.
Результаты вычисления Q приведены в таблице 5.1.
На основании данных вышеприведенной таблицы строим
функционально-стоимостную диаграмму и диаграмму качества исполнения
функций для базового варианта, которые приведены на рис.5.1 и рис.5.2.
(на листе графической части). После построения диаграмм можно видеть,
что в готовой системе не наблюдается значительных диспропорций между
качеством функций их значимостью и стоимостью.
94
Рисунок 3.1 – Функционально-стоимостная диаграмма
Рисунок 3.2 – Диаграмма качества функций
Таким образом, оптимизация системы не требуется.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
1 2 3 4 5 6
r
Sотн
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
1 2 3 4 5 6
R
Q
95
Технико-экономическая оценка и эффективность применения АСУ
Важное место в дипломном проекте занимают вопросы технико-
экономического обоснования научно-технических решений, которые принимает
дипломник для выполнения поставленной перед ним задачи.
Экономическая часть данного дипломного проекта представляет собой
технико-экономическое обоснование, основной задачей которого является:
‒ определение величины затрат на разработку и изготовление системы
управления;
‒ расчет себестоимости для определения экономического эффекта
от использования в промышленном производстве основных и сопутствующих
результатов, получаемых при решении поставленной задачи в данном проекте;
Оценка эффективности принятого научно-технического решения должна
быть комплексной. Для этого требуется провести ряд необходимых расчетов
по определенной схеме.
Найдём себестоимость нового варианта установки, для чего необходимо
определить затраты на производство изделия. Они классифицируются по статьям
расхода путём составления калькуляции затрат товарной продукции.
Расчёт себестоимости разрабатываемой системы управления проведем
по ценам на комплектующие, представленным в каталоге фирм «ОВЕН» на сайте
http://www.owen.ru/.
Стоимость требуемого сырья и материала составляет 6500 руб. (затраты
на DIN – рельсы и доработку шкафа).
Таблица 3.2 – Расчет стоимости требуемого оборудования
Наименование
Кол-во
Цена за
единицу,
руб.
Сумма
руб.
ПЛК ОВЕН 110
3
6090
18270
Модуль ОВЕН САУ-М6
6
4920
29520
Расходомер МастерфлоуD25 B
3
3380
10140
Датчик уровня воды
3
2890
8670
96
НасосWiloTOP-S 30/10 EM
5
3160
15800
Датчики серии ОВЕН ПД311
6
2720
16320
Гидроклапан
10
2850
28500
Итого:
127220
Таблица 5.2 – Расчет основной заработной платы.
Вид работ
Трудоёмкость изделия по учётным нормам при
расчёте цен
нормо-часы
Стоимость
одного нормо-
часа, руб.
Сумма
заработной
платы, руб.
Слесарные
24
1600
38400
Электромонтажные
16
1200
19200
Пуско-наладочные
24
1800
43200
Итого:
100800
Расходы на топливо и энергию со стороны составляют 15 % от расходов
на сырьё, основные и вспомогательные материалы:
127220 190830,15 .р у б
Дополнительная заработная плата производственных рабочих
для предприятий ЭТП устанавливается в размере 10 % от основной заработной
платы. В нашем случае она составит:
0 1 100800 10080 р уб .,
Отчисления от заработной платы на социальные взносы составляют 34 %
от суммы основной и дополнительной заработных плат:
37699, 2100800 10080 0 34 .( ) , р уб
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования включают затраты
на содержание, амортизацию и текущий ремонт оборудования и составляют60 % от
суммы основной и дополнительной заработных плат:
686 520 61 0 0 8 0 0 1 00 8 0, ( )
р уб .
К статье общепроизводственных расходов относятся затраты, связанные
с управлением предприятием и организацией производства и применяются