64
звеном первого порядка с запаздыванием
Статическая ошибка регулирования при использовании ПИД - регулятора
равна нулю.
Делаем следующие выводы:
Увеличение времени такта квантования в данной САР до величины Т
kw
=2с
практически не влияет на качество показателей процесса регулирования.
Динамическая ошибка и время регулирования увеличивается незначительно.
Увеличение Т
kw
эквивалентно увеличению транспортного запаздывания в
системе, отрицательно влияет на устойчивость и качество работы системы.
Поэтому, дальнейшее увеличение времени Т
kw
приводит к ухудшению
показателей качества регулирования.
Отличительной особенностью интегрирующей составляющей является то,
что он всегда приводит регулируемый параметр к заданному значению без
статической ошибки.
Введение дифференцирующей составляющей в законе регулирования
наиболее эффективно при небольших значениях такта квантования. Увеличение
времени такта квантования снижает влияние С
2
на динамическую точность и
быстродействие работы САР.
Согласно данным (см. таблица 10), требуемые значения показателей
качества работы цифровой САР могут быть обеспечены при настройках ПИД -
регулятора.
3.2 Надёжность системы управления
Надёжность – обязательное требование технического задания,
предъявляемое к системе автоматизации при её проектировании, изготовлении и
эксплуатации, выражаемое количественно. Надёжность – комплексное свойство,
включающее в себя 4 составляющие: безотказность, ремонтопригодность,
долговечность и сохраняемость. Из них самым важным для технических средств
автоматизации является безотказность.
Наука о надёжности тесно взаимодействует с другими науками, такими
как физика, химия, математика, определяя параметры, характеризующие
безопасность, отказы оборудования, нарушения работоспособности системы.
65
Проводится анализ риска для того, чтобы определить последствия отказов в
смысле ущерба, наносимого оборудованию, и последствий для людей, которые
находятся вблизи него [11].
Установка воздухоразделительная А-8-1 №1 имеет следующие показатели
надёжности:
- назначенный ресурс до остановки для полного отогрева - не менее 17520
часов;
- назначенный срок службы до капитального ремонта – 8 лет;
- назначенный срок службы – 15 лет.
Поскольку высокая надёжность систем автоматизации является основой
правильного и безопасного управления производством, необходимо принятие
всех возможных мер по обеспечению повышенных показателей безотказности
средств автоматизации, входящих в систему управления.
Установка разделения воздуха относится к блокам пониженной
пожароопасности (Д) взрывоопасности и оснащается согласно ПБ 09-540-03
электронными средствами контроля, автоматики и защиты[26].
Для обеспечения надёжности системы управления и ПАЗ предусмотрены
аппаратное резервирование, системы диагностики и самодиагностики,
избыточная и функциональная избыточность.
Поддержанию высокого уровня эксплуатационной надёжности и удобству
обслуживания необходимо уделять особое внимание, как при проектировании,
так и при внедрении АСУТП.
Автоматизированная система контроля и управления (АСКУ)
предназначена для контроля и управления ходом технологического процесса
воздухоразделительной установки (ВРУ) А-8-1, имеющей в своём составе блок
комплексной очистки воздуха (БКО) [20].
Система является двухуровневой и состоит из:
- устройств с размещёнными в них средствами измерений и
электротехническим оборудованием (нижний уровень – далее КТС НУ);
- измерительно-вычислительного и управляющего комплекса (верхний
уровень – далее УВК).
В состав КТС НУ входят:
66
- измерительные приборы и первичные преобразователи технологических
параметров, устанавливаемые на оборудовании установки по монтажным
чертежам соответствующих узлов установки и отдельно по чертежам проектной
организации;
- газоанализаторы, микропроцессорный анализатор влажности, первичные
преобразователи технологических параметров;
- аппаратура распределения электропитания, защиты и управления
электрическими ИМ, электронагревателями и насосами;
- пневмораспределители для управления пневматическими запорными
ИМ;
- оборудование схемы электропитания АСКУ, включает автоматические
выключатели для распределения питания, блоки питания 24 В, источники
бесперебойного питания (ИБП);
- анализная панель.
Измерительно-вычислительный и управляющий комплекс выполнен на
базе оборудования и программных продуктов фирмы ROCKWELL
AUTOMATION. Он включает в себя:
- операторскую станцию, состоящую из пультовых станций А801 и А802,
обеспечивающую взаимодействие оператора-технолога с объектом управления
во время ведения технологического процесса;
- инжиниринговую станцию А803, обеспечивающую конфигурирование
сети, загрузку, редактирование и тестирование прикладных программ АСКУ в
процессе пусконаладочных работ (ПНР) и эксплуатации;
- контроллеры семейства Control Loqix, с взаиморезервируемыми
процессорами, с модулями ввода/вывода, обеспечивающими сбор данных и
управление установкой.
Сеть ControlNet – открытая высокоскоростная детерминированная
сеть,которая используется для передачи информации, критичной ко времени,
обеспечивающая управление в реальном времени и сервис обмена сообщениями
для одноранговой связи. Сеть Control Net объединяет работу в качестве сети
ввода/вывода и сети обмена сообщениями между одноранговыми устройствами
[28].
67
Сеть ControlNet – осуществляет высокоскоростную связь между
контроллером 1756-L61 и модулями входа/выхода. По сети осуществляется
передача информации между абонентами сети в реальном времени [34].
Сеть Ethernet – это локальная сеть со скоростью связи 10 Мбит/с,
поддерживающая протокол обмена TPC/IP.
Ethernet – одна из самых популярных сетевых технологий, позволяющая
создать единую коммуникационную инфраструктуру предприятия и
распространению на системы промышленной автоматизации такие
преимущества Ethernet, как простота интеграции с Internetустройств и
компонентов, массовое производство подобных продуктов гарантирует их
достаточно низкую стоимость.
Сеть Ethernet применяется для организации связи между контроллером
1756- L61, персональными компьютерами операторской и инжиниринговой
станции, принтерами и источниками бесперебойного питания (UPS).
Для активации программных пакетов фирмы ROCKWELL AUTOMATION
ALLEN-BRADLEY использован аппаратный ключ (dongle) в качестве HostID.
Пакет программ RSNet Worxfor ControlNet предназначен для
конфигурирования сети ControlNet в автоматизированных системах контроля и
управления.
Пакет RSLinx является программой, обеспечивающей связь компьютеров
с контроллерами серии ControlLogix по сети Ethernet. Связь между
персональными компьютерами и RSLinx осуществляется для работы с RSLinx)
драйверов.
Пакет RSLogix Emulate 5000 – это пакет программ, который предназначен
для имитации работы реальных контроллеров серии Control Logix на
компьютере пользователя для отладочных целей.
Пультовая станция устанавливает связь между оператором и управляемым
объектом в автоматизированной системе контроля и управления. Для
повышения надёжности и оперативности в состав АСКУ входят две пультовые
станции и инжиниринговая станция, которые работают синхронно и
равнозначные по своим возможностям (рисунок 21).
68
Рисунок 21 – Пультовая станция
Пультовая станция представляет собой информацию на экране монитора о
состоянии воздухоразделительной установки (ВРУ), отдельных узлов и
конкретных параметров в удобной для восприятия форме, позволяет
осуществлять автоматизированное управление установкой, ведёт объективный
контроль работы установки, электротехнического оборудования и средств
АСКУ, а также за действиями оператора и обслуживающего персонала.
Связь станций А801, А802, А-803 между собой и их связь с
программируемыми контроллерами осуществляется по сети EtherNet, а связь
контроллеров с модулями – по сети ControlNet.
Диалог с системой контроля и управления происходит через диалог
оператора с пультовой станцией. Для организации взаимодействия оператора с
АСКУ используется многооконный интерфейс. Изображение на экране
представляет собой набор окон дисплеев, мнемосхемы, таблиц, отличающихся
69
содержанием, размером, цветом.
3.3 Расчет затрат на содержание и эксплуатацию оборудования
Состав работников по эксплуатации и обслуживанию наружной установки
А-8-1 №1. Для данной работы выбраны 2 сменных режима работы - по 8 и 12
часов [29]. Для эксплуатации оборудования и электрохозяйства согласно
нормативных документов и правил необходимо 31 человек. Принимаем
круглосуточное дежурство, смена по 8 часов, четырехбригадная. Из них 6
человек работают по 6 разряду и 14 человек по 5 разряду. Оплата почасовая.
Расчет производим по средней наработке 22 рабочих дня в месяц.
Среднемесячный фонд рабочего времени 176 часов.
Количество рабочих 31 человек, из них 4 машиниста компрессора К-350
1а 5 разряда, 2 слесаря-ремонтника 5 разряда, 1 слесарь по КИПиА 6 разряда, 4
слесаря по КИПиА(д) 5 разряда, старший мастер КИПиА, 1 электромонтера 6
разряда, 4 дежурных электромонтера 5 разряда, мастер-, механик, начальник
отделения, 4 начальника смены, мастер смены, 4 аппаратчика блока
воздухоразделения 6 разряда.
Оплата почасовая. Основная заработная плата рабочих:
Машинист компрессора К-350 1а 5 разряда – 16500 руб, слесарь-
ремонтник 5 разряда – 11500 руб., слесарь по КИПиА 6 разряда – 11100 руб.,
слесарь по КИПиА(д) 5 разряда – 16500 руб., старший мастер КИПиА – 16000
руб., 4 лаборанта химического анализа 6 разряда – 11000 руб., электромонтер 6
разряда – 12000 руб., дежурный электромонтер 5 разряда – 16500 руб., мастер-
электрик – 15300 руб., механик – 18300 руб., начальник установки – 17400 руб.,
начальник смены – 22900 руб., мастер смены – 24200 руб., аппаратчика блока
воздухоразделения 6 разряда –.20200 руб.
И
зп. осн
= С
n
· п
n
· 12 [тыс. руб/год]
(23)
где С
n
– заработная плата рабочих;
п
n
– количество рабочих.
И
зп. осн
= (20,2*4 + 11,5*2 + 11,1 + 16,5*4 + 16 + 12 + 16,5*4 + 15,3 + 18,3 +
17,4+ 22,9*4 + 24,2 + 16,5*4 + 11*4)*12 = 6620,4 тыс. руб./год.
Дополнительная зарплата – премия 80% от тарифной ставки
70
И
доп. зп
= 0,8 · И
зп. осн
[тысруб/ мес]
(24)
И
доп. зп
= 0,8 · 5077 = 5296,32 тыс. руб/ год
Отчисление на социальные выплаты 30,2%:
И
отч
= 0,302 · (И
зп. осн
+ И
доп.зп
) [тыс.
руб/ год]
(25)
И
отч
= 0,302 · (6620,4+ 5296,32) = 3598,84944 тыс. руб/ год
Для замены, восстановления основных производственных фондов
рассчитываются амортизационные отчисления.
Амортизационные отчисления – отчисления стоимости основных фондов
для возмещения износа. Амортизационные отчисления включаются в издержки
производства. Рост амортизационных платежей после внедрения проекта
электроснабжения, рассчитывается из 27 летнего срока амортизации и величины
К.
а
а
С
К
=И
[руб/год]
(26)
где И
ам
– амортизационные отчисления, руб;
С
а
– срок амортизации (принимался условно по усредненному сроку
службы 27 лет);
И
ам
= /27 = 249,3472 тыс.руб/год
Затраты на ремонт оборудования, принимается в размере 7% от
капиталовложений:
[тыс. руб./год]
(27)
тыс.руб/год
Полные годовые затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
составляет:
И = И
зп. осн
+ И
доп. зп
+ И
отч
+ И
ам
+ И
р
[тысруб/год]
(28)
И = 9336 + 7468,8 + 5041,44 + 257,3712 + 568,0773 = 26192,12 тыс. руб./год
Результаты расчетов сведем в таблицу 10.
Таблица 10 - Затраты на содержание и обслуживание оборудования
71
Наименование расходов
Маркировка
Стоимость, тыс.руб./год
Заработная плата
И
зп. осн
6620,4
Премии
И
доп. зп
5296,32
Социальные выплаты
И
отч
3598,84944
Амортизационные
отчисления
И
а
249,3472
Затраты на ремонт
И
р
568,0773
Итого
И
16332,99394
3.3.1 Технико-экономическое обоснование модернизации
АСУТП
Одним из главных показателей при расчёте экономической эффективности
внедрения АСУТП являются капитальные затраты, связанные с созданием и
внедрением автоматизированной системы управления.
Вычисление затрат на проектирование и монтаж. Общий комплект
проектной документации включает в себя следующие решения: общесистемные
решения (ОР), организационное обеспечение (ОО), информационное обеспечение
(ИО), техническое обеспечение (ТО), математическое обеспечение (МО),
программное обеспечение (ПО).
Ключевым элементом раздела является расчёт эффективности и срока
окупаемости выбранного варианта или схемы модернизации. Так как это наиболее
ответственный этап экономического раздела, то здесь аккумулируются
полученные результаты для расчёта года, инвестируемые в выбранный вариант
начнёт приносить существенный результат [37].
Расчёт эффективности выбора варианта или мероприятий по модернизации
проводится пошагово, т.е. год за годом по формуле:
,
(29))
где С
Э1
– сумма экономии от модернизации по направлению 1, тыс.
руб/год;
С
Э2
– сумма экономии от модернизации по направлению 2, тыс. руб/год;
С
Э3
– сумма экономии от модернизации по направлению 3, тыс. руб/год;
72
В – упущенная выгода от отсутствия модернизации, тыс. руб/год;
И
а
– амортизационные отчисления, тыс. руб/год;
К – капитальные затраты на модернизацию, тыс. руб/год;
Е – дефлятор (индекс, показывающий в долях средний темп инфляции за
расчетный год, в расчетах принимают условно равным 0,1, что означает средний
темп инфляции 10% в год)
Рассмотрим возможные направления экономии, которые имеют место в
данном проекте.
Во-первых, опыт практической эксплуатации интеллектуальных датчики,
позволяет снизить затраты на ремонт системы АСУТП примерно на 60%. То
есть при использовании интеллектуальных датчики затраты на ремонт И
рмо
составили бы
И
рмо
= 1,6И
р
= 1,6 1787,13 =2859,4 тыс. руб./г
Таким образом, примем сумму экономии от модернизации по
направлению 1 равной:
С
Э1
= И
рмо
– И
р
= 2859,4 – 1787,13 = 1072,278 тыс. руб./г.
Во-вторых, использование интеллектуальных датчиков, а также
современной системы управления позволяет снизить количество простоев на 10-
15%, вызванных ненадежной работой элементов типовых схем. Так, если
принять сумму убытков, связанных с ремонтом технологического оборудования
из-за нарушений процесса вызванные некачественным регулированием и
несвоевременное включения ПАЗ, за упущенную выгоду от отсутствия
модернизации, то суммой выгоды можно считать средства, сэкономленные на
ремонт технологического оборудования. По данным бухгалтерии станции
очистки сточных вод, ежегодно на ремонт технологического оборудования из-за
незапланированных простоев тратится около 2500 тыс. руб./г. Эту сумму примем
в качестве упущенной выгоды В.
.
В-третьих, примененные Газоанализатор CGA 351 приводит к
сокращению 4 лаборантов химического анализа. Таким образом, сумма
экономии от модернизации по направлению 3 составит
И
зп. осн
= С
n
· п
n
· 12 [тысруб/год]
(30)
где С
n
– заработная плата рабочего;
73
п
n
– количество рабочих.
И
зп. осн
= 11*4*12= 528 тыс. руб./год.
Дополнительная зарплата – премия 80% от тарифной ставки:
И
доп. зп
= 0,8 · И
зп. осн
[тысруб/ мес]
(31)
И
доп. зп
= 0,8*528 = 422,4 тыс. руб/ год
Отчисление на социальные выплаты 30,2%:
И
отч
= 0,302 · (И
зп. осн
+ И
доп.зп
) [тыс. руб/
год]
(32)
И
отч
= 0,302*(528+ 422,4) = 287,0208 тыс. руб/ год
С
Э2
= И
зп. осн
+ И
доп. зп
И
доп. з
+ И
отч
С
Э2
=528+422,4+287,0208=1237,4208 руб/г.
С
Э2
= 1237,4208 руб/г.
Рассчитаем эффективность проекта и срок окупаемости:
Э1 =
=-1974,5661 тыс.руб;
Э2 =
=2350,7141 тыс.руб;
Таким образом, капиталовложения окупятся за 1,4 года.
Экономическая эффективность 0,72
Гистограмма окупаемости капиталовложений приведена на рисунке 22.