Рисунок 30 –Процесс подачи зерна на пресс
Оператор ведет визуальный контроль подачи зерна на установку
прессования и при необходимости производит изменение параметров
производительности подающего насоса.
Программой контролера линейно преобразуется значение, введенное
оператором в значение, переданное в модуль расширения контролера.
Для оценки качества системы автоматического регулирования АСУТП
варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» была сформирована
математическая модель для получения экспериментальной переходной
функции или кривой разгона, параметры которой приведены на рисунке 31.
0 100 200 300 400 500 600
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0
0.03
0.09
0.26
0.56
0.75
0.86
0.92
0.95
0.97
0.98
0.99
1
1
hэ(t), град.С° hM(t), град.С0
Рисунок 31 – Кривая разгона
75
По виду переходной характеристики приведенной на рисунке 32
предполагаем, что математическая модель объекта управления будет иметь
следующий вид:
W ( p )=
k
(T
1
p+1 )⋅(T
2
p+1)
.
Коэффициента усиления был определен по графику переходной
функции и исходя из условий:
k=h
(
∞
)
=1 , 0 .
Остальные параметры, такие как постоянная времени
T
1
,T
2
определялись по методу интегральных оценок. Схема, отображающая модель
резервуара для приготовления сыра с использованием прямых методов
оптимизации приведена на рисунке 32.
Рисунок 32 – Схема, отображающая модель резервуара для приготовления
сыра с использованием прямых методов оптимизации
76
В сформированной модели были идентифицированы параметр блоков 7
и 8. Для этого был задан интервал моделирования, задана целевая функция в
блоке 5, заданы минимальное и максимальное значение параметров с
последующим их заданием в блоке 8.
Далее были определены параметры переходных функций с оценкой
максимальной абсолютной ошибки. На основании кривой разгона
математическая модель была представлена в виде апериодического звена с
параметрами:
k =1, T
1
=16 ,7 c , T
2
=19 , 1 c .
Максимальная ошибка
регулирования по экспериментальной характеристике составила
Δh
max
=0 , 0056 .
В результате идентификации экспериментально полученной кривой
разгона были определены параметры математической модели, приведенные
на рисунке 33.
Рисунок 33 – Полученная математическая модель объекта управления
По полученной кривой разгона были определены следующие
параметры регулирования:
k
1
=1 ; k
2
=1;T
1
=16 ,7 c , T
2
=19 , 1 c .
В соответствии с математической моделью замкнутая система должна
иметь астатический характер в отношении задающего и возмущающего
воздействия.
Передаточную функцию замкнутой системы автоматического
регулирования приведем в следующем виде:
77
W
САУ
( p )=
k
0
k
p [(T
1
T
2
p
2
+(T
1
+T
2
+k
2
k )p+1+k
1
k ]
1+
k
0
k
p [(T
1
T
2
p
2
+(T
1
+T
2
+k
2
k ) p+1+k
1
k ]
=
=
k
0
k
T
1
T
2
p
3
+(T
1
+T
2
+k
2
k ) p
2
+(1+k
1
k ) p+k
0
k
=
=
1
T
1
T
2
k
0
k
p
3
+
(T
1
+T
2
+k
2
k )
k
0
k
p
2
+
(k
1
k +1 )
k
0
k
p +1
.
Поскольку разомкнутая система имеет инерционное звено второго
порядка то она примет следующий вид:
W
эм
( p)=
k
ЭМ
T
ЭМ
2
p
2
+2 T
ЭМ
d
ЭМ
⋅p +1
=
k
ЭМ
a
M 2
p
2
+a
M 1
p+1
a
M 2
=T
ЭМ
2
; a
M 1
=2 T
ЭМ
d
ЭМ
; k
ЭМ
=1.
Выполнив сравнение полученной передаточной функции, приведем
описание коэффициентов уравнения их знаменателей при одинаковых
степенях свободы:
T
1
T
2
k
0
k
=A
3
;
(T
1
+T
2
+k
2
k )
k
0
k
=A
2
;
k
1
k +1
k
0
k
=A
1
.
Следовательно:
k
0
=
T
1
T
2
kA
3
;
k
2
=
−T
1
−T
2
+ A
2
k
0
k
k
;
k
1
=
A
1
k
0
k−1
k
.
78
С целью обеспечения требования астатизма приравниваем
коэффициент усиления к 1.
Полученные результаты моделирования показали, что вид переходной
характеристики не будет изменяться. Построенные АЧХ, ФЧХ и АФХ
приведены на рисунке 34.
Рисунок 34 – Построенные АЧХ, ФЧХ и АФХ
Полученные результаты моделирования указывают на устойчивость
технологического процесса варки сыра в АО «Дмитровский молочный завод»
с предложенными средствами автоматизации.
3.3. Экономическая оценка эффективности предложенных рекомендаций
Экономическая оценка эффективности проекта модернизации АСУТП
варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» предусматривает
формирование бюджета затрат, определение показателей эффективности
использования ресурсов и является одним из наиболее важных условий
принятия решений по целесообразности данного проекта.
Экономическая оценка эффективности проекта модернизации АСУТП
варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» позволяет определить
79
рациональность использования выбранных средств автоматизации для
обеспечения необходимого уровня качества.
Как правило, контроль стоимости проекта предусматривает
выполнение учетной оценки или оценки фактической стоимости
выполненных работ и затрат на ресурсы и прогнозной оценки, то есть
будущей стоимости проекта.
Для оценки эффективности проекта модернизации АСУТП варки сыра
в установке сыроизготовителя «Bertsch» будем использовать метод SWOT-
анализа, который позволит выявить сильные и слабые стороны, возможности
и угрозы.
Также можно использовать метод чистого дисконтированного потока в
соответствии с которым которому необходимо определить следующие
коэффициент NPV по формуле:
NPV =
∑
t=1
n
B
t
+C
t
(
1+r
)
t
,
(1)
где
B
t
– полные выгоды за год t, руб.;
C
t
– полные расходы за год t, руб.;
t – соответствующий год проекта (1, 2, 3.n), года;
n – срок службы проекта, дней;
r – ставка дисконта, %.
Критерий отбора по чистой теперешней стоимости значит, что проект
модернизации АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»
одобряется в случае NPV>0. При выборе из взаимоисключающих проектов
преимущество предоставляется тому, у кого высшее значение чистой
теперешней стоимости.
80
Значение коэффициента дисконтирования определяется по следующей
формуле:
КД
i
=
1
(
1+r
i
)
t
.
(2)
Для определения окупаемости инвестиций используется следующая
формула:
ИР=
∑
i=1
n
Д
i
(
1+r
)
n
: K .
(3)
Внутренняя норма прибыльности (ВНП) достаточно широко
используемым показателем оценки экономической эффективности проекта.
Далее на основании выбранных методов выполним расчеты
экономической эффективности.
В качестве преимуществ модернизации АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch» следует отметить:
- предложенная система автоматизации обеспечивает большую
надежность технологических процессов варки сыра за счет применения
современного контроллера Omron CJ2MCPU33, в сравнении с контроллером
Simatic S7-400;
- в системе предусмотрены новые первичные преобразователи JUMO
CTI-750, Pt100 Фирмы Элемер, IFT200 и пневмораспределители SMC
SY3A00-5UF1;
- повышение эффективности работы обслуживающего персонала;
- сокращение времени при получения информации от датчиков;
- снижение затрат на обслуживание системы и выполнения ремонтов;
- экономия затрат на обслуживание технологического процесса
регулирования давления;
81
- возможность модернизации и добавления другого оборудования,
поскольку эта система является стандартизированной и отвечает
требованиям международных стандартов;
- упрощение механизмов программирования системы за счет
применения стандартизированных алгоритмов;
- учитывает технологические процессы, протекающие на тепловых
электрических станциях.
В таблице 7 приведена матрица SWOT-анализа для предложенной
АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch».
Таблица 7 – Матрица SWOT –анализа для предложенной АСУТП варки сыра
в установке сыроизготовителя «Bertsch»
Сильные
стороны
Возможности Угрозы. Итого
Повышение уровня
автоматизации
процесса варки сыра
Улучшение качества
технологических
процессов варки
сыра
Останов установки
сыроизготовителя
«Bertsch»
Катастрофы,
ухудшение
экологической
ситуации
1. Наличие SCADA-системы,
которая интегрируется с
предложенной системой
автоматизации
++ 0 ++ + +5
2. Повышение качества
технологических процессов
++ ++ ++ ++ +9
Всего +5 +2 +4 +3 +14
Слабые стороны
1. Необходимость капитальных
вложений
– – – – – – – –7
2. Замена уже использующегося
оборудования
– – – – 0 – – –6
Итого –4 –4 –1 –4 –13
Общий итог +1 –2 +3 –1 +1
Проанализировав полученную SWOT-матрицу, можно сделать
следующие выводы, что реализация проекта модернизации АСУТП варки
82
сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» позволит увеличить уровень
автоматизации АО «Дмитровский молочный завод», а также улучшить
качество технологических процессов.
Выявленные угрозы являются существенными, но вероятность их
возникновения достаточно низкая, поскольку АО «Дмитровский молочный
завод» ведет постоянное развитие автоматизации и выделяет капитальные
средства на ее развитие.
Расчет затрат оплаты труда для команды внедрения проекта приведены
в таблице 8.
Таблица 8 – Расчёт затрат на оплату труда для команды внедрения проекта
модернизации АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch»
Показатель Значение
Число участников управления проектом внедрения новой
системы автоматизации, чел.
3
Трудоёмкость задач, чел.-час. 120
Значение часовой ставки, руб. 200
Фонд оплаты труда, руб. 72000
Отчисления во внебюджетные фонды (30 % от ФОТ),
руб.
21600
Составим смету затрат на разработку, внедрение и обслуживание
предложенной АСУТП варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» в
АО «Дмитровский молочный завод» (таблица 9).
Таблица 9 – Смета затрат на разработку, внедрение и обслуживание
предложенной системы автоматизации АО «Дмитровский молочный завод»
Наименование статьи затрат
Значение, тыс.
руб.
Покупка средств автоматизации 72000
Фонд оплаты труда 21600
Амортизация оборудования 2365,0
Накладные расходы 32650,0
Прибыль 15000,0
Налоги 4000,0
Итого по смете 147615
83
Следовательно, на разработку, внедрение и обслуживание АСУТП
варки сыра в установке сыроизготовителя «Bertsch» в АО «Дмитровский
молочный завод» необходимы инвестиции в размере 147615 тыс. руб.
Предполагаемым инвестором будет выступать ПАО «Сбербанк».
Инвестиции используются в течение трёх лет, годовая процентная ставка за
кредит составляет 17%.
Рассчитаем чистую приведенную стоимость (NPV):
NPV =
360000
(1+0 ,17 )
+
360000
(
1+0 , 17
)
2
+
360000
(
1+0 , 17
)
3
−147615=647835 ,59 тыс . руб .
Полученное значение чистой приведенной стоимости указывает на
целесообразность проекта модернизации АСУТП варки сыра в установке
сыроизготовителя «Bertsch».
Значение накопленной величины дисконтированных прибылей
составит (PV).
PV =
360000
(1+0 , 17)
+
360000
(
1+0 ,17
)
2
+
360000
(
1+0 , 17
)
3
=795450 ,6 тыс . руб .
Также выполним расчет индекса рентабельности инвестиций (PI):
PI =
∑
k
P
k
(1+r )
k
/IC
(4)
PI =
360000
(1+0 , 17 )
+
360000
(
1+0 ,17
)
2
+
360000
(
1+0 ,17
)
3
147615
=5 ,39 .
84