Производство кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации

Производство кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации

Производство кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации

Аннотация

кремнийорганическая смола технология

Целью дипломного проекта является автоматизация производства кремнийорганической смолы.

В основу проекта автоматизации положена АСУТП на базе современной микропроцессорной техники, которая полностью замешает локальную автоматику и позволяет решить задачу комплексной автоматизации производства. В проекте предоставлено техническое и технико-экономическое обоснование применения новых средств автоматизации. Также рассмотрены вопросы по охране труда и охране окружающей среды.

Проект включает пояснительную записку и графическую часть.

Пояснительная записка содержит:

страниц - 109,

таблиц - 36,

рисунков - 1.

Графическая часть, дающая наглядное представление о проектных решениях, содержит чертежи и плакаты, выполненные на листах ватмана формата А1, А2, А3, А4.

Чертежи:

. Схема автоматизации.

. Схема соединений внешних проводок.

. Принципиальная схема электропитания.

. Схема подключения модуля.

Плакаты:

. Структурная схема КТС.

. Экономическая оценка проектных решений.

Введение

Интенсификация и ускорение производственных процессов заставляют в настоящее время по-новому относиться к управлению отдельными операциями и производства в целом.

Существующие методы управления с помощью локальных измерительных приборов и регуляторов (а иногда при помощи лабораторных анализов периодически отбираемых проб), контролирующих и регулирующих отдельные параметры, требуют частого вмешательства обслуживающего персонала (операторов) для ручного управления и не дают руководству отдела или предприятия достаточно достоверной информации для оперативной оценки того, насколько нормально протекали процессы на том или ином участке, и принятия соответствующих мер.

Основным перспективным направлением в совершенствовании управления является создание автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

АСУТП является новой качественной ступенью развития методов управления. Автоматизация в химической промышленности может дать:

Снижение себестоимости продукции благодаря оптимальному расходованию толуола, ИБС, ФТХС, азота, тепло- и энергоносителей;

Повышение качества продукции благодаря точному выполнению технологического процесса, возможности объективного контроля качества полупродуктов и конечных стоков;

Повышение производительности труда путем интенсификации процессов и улучшения использования оборудования, которое при автоматизации не ограничивается человеческими возможностями;

В отдельных случаях экономию рабочей силы;

Улучшение условий труда;

Снижение вероятности появления аварийных ситуаций;

Снижение влияния «человеческого фактора»;

Дистанционное управление процессами, управление которых по месту затруднено или токсично.

В химическом производстве ввиду характера протекания технологических процессов существуют большие возможности для использования современной измерительной и вычислительной техники для реализации АСУТП.

1. Описание технологического процесса и схемы

.1      Химизм и стадии процесса

Синтез кремнийорганической смолы (далее смолы) осуществляется гидролизом (1) и этерификацией (2) фенилтрихлорсилана в среде толуола с последующей поликонденсацией (3) силанола:

. nC₆H₅SiCl₃+3nH₂O ® nC₆H₅Si(OH)₃+3nHCl+(225950+3836) дж/моль ОХС

2. C₆H₅SiCl₃ + 2H₂O + ROH ® C₆H₅Si(OR)(OH)₂ + 3HCl­

. nC₆H₅Si(OH)₃ + m C₆H₅Si(OR)(OH)₂ ®

[C₆H₅SiO_1,5]_n [C₆H₅SiO(OH)]_m [C₆H₅SiO(OR)]_1-(m+n)+(1+0.5n-0.5m)H₂O

Процесс получения смолы проводится периодическим методом и состоит из следующих стадий:

1 Подготовка сырья и приготовление реакционной смеси.

2 Гидролиз фенилтрихлорсилана с частичной этерификацией. Разделение, промывка и отстой раствора силанола смолы.

3 Отгонка растворителя.

4 Отстой, комплектация, розлив, упаковка и маркировка готового продукта.

1.2 Подготовка сырья

Фенилтрихлорсилан принимают по трубопроводу насосом Н 1 из цеха № 16 в ёмкость поз. Е1, стальной аппарат вместимостью 25 м³. «Дыхание» ёмкости поз. Е1 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11, связанный с системой азотного «дыхания» поз. Е13, в который подается азот с давлением 0,05 - 2,0 кПа и заполняется жидкостью ПФГОС-1 или ПЭС-5. Качество принимаемого ФТХС контролируют путем отбора пробы на анализ через пробоотборник, установленный на трубопроводе приёма. Подача фенилтрихлорсилана блокируется по достижении максимального уровня отсечным клапаном. Предусмотрена сиигнализация и извещение, а также защита насоса Н1 по минимальному давлению нагнетания, минимальному уровню ёмкости поз. Е1.

Толуол принимают насосом поз. Н 2 из цеха № 45 в ёмкость поз. Е 2, нержавеющий аппарат вместимостью 50 м³. «Дыхание» емкости поз. Е 2 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 11. Качество толуола контролируют путем отбора пробы на анализ из автоконтейнера на внешний вид и содержаение влаги. По достижении максимального уровня включается сигнализация и подача толуола блокируется отсечным клапаном, по достижении минимального уровня блокируется работа насоса поз. Н2 с извещением. Дополнительно для насоса поз. Н2 предусмотрена защита по минимальному давлению нагнетания, а также контроль наполненности полости ротора электродвигателя продуктом через технологический смотровой фонарь.

ИБС или бутиловый спирт поступает от поставщика или принимают из корпуса 220 цеха № 12 в автоконтейнерах, стальных или алюминиевых бочках, вместимостью 200 -250 дм³. Тара возвратная.

Предусмотрены дистанционный пуск и остановка насосов поз.Н1, поз.Н2 со щитовой КИПиА.

.3 Приготовление реакционной смеси

Продолжительность операции - 1 час 30 минут

Таблица 1

Загрузка на операцию

Наименование	Относительная моляр-ная масса	Массо-вая доля, %	Масса, кг		Кол-во вещества, моль	Плот- ность, г/см3	Объем, дм3
			в пересчете на массовую долю 100 %	технич.
ФТХС	211,50	99,00	445,50	450,0	2,11	1,320	340,91
Растворитель	92,14	99,75	448,97	450,1	5,00	0,867	519,15
ИТОГО:				900.1			860.06

Приготовление реакционной смеси проводят в стальном эмалированном сборнике поз. Е 4, вместимостью 2,5 м³ «Дыхание» в сборнике поз. Е4 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11.

Толуол из ёмкости поз. Е2 насосом поз. Н2 подаётся в ёмкость поз. Е4. Давление на трубопроводе нагнетания контролируется.

Перемешивание реакционной смеси проводят барботажем азота с давлением 0,07 МПа через сифон в течение 0,5 часа и подают в реактор поз. Р1 на гидролиз.

Во время приготовления реакционной смеси проводится контроль воздушной среды возле насосов поз. Н1, Н2, сборника поз. Е2.

В случае производственной необходимости предусмотрено аварийное освобождение сборника поз. Е4 от реакционной смеси в реактор поз. Р1.

.4 Гидролиз фенилтрихлорсилана с частичной этерификацией.

Разделение, промывка и отстой раствора силанола смолы

Продолжительность операции - 11 часов 15 минут.

Таблица 2

Загрузка на операцию

Наименование	Относительная молярная масса	Массовая доля, %	Масса, кг		Кол-во вещест-ва, моль	Плот- ность, г/см3	Объем, дм3
			в пересчете на массовую долю 100 %	технич.
Речная вода	18			1700,00		1,000	1700,00
Возвратные спирты				943,66		0,865	1090,93
Толуол	92,14	99,75		859,9		0,865-0,867	992,95
ИБС	74			312,00		0,802	383,03
Реакционная смесь				900.1		1,200	1125,08
ИТОГО:				4715.66			5294,05
Речная вода на промывку	18			1700,0		1,000	1700,0

Гидролиз ФТХС проводят в стальном эмалированном реакторе поз. Р1, вместимостью 6,3 м³ с мешалкой и пароводяной рубашкой.

В реактор поз. Р1 загружают расчётное количество речной воды из трубопроводной цеховой системы. Из ёмкости поз.Е3 насосом поз.Н3 подают возвратные спирты(см. раздел 5.5). Из ёмкости поз. Е2 подают насосом Н2 толуол. Расчётное количество реакционной смеси из сборника поз. Е4 самотёком сливают по сифону. Реакция гидролиза - экзотермическая, температуру реакции гидролиза регулируют подачей обортной воды в рубашку реактора от общецехового узла. Контролируют-скорость слива реакционной смеси в реактор поз.Р1 при работающей мешалке 100-500 кг/ч; -температуру реакции гидролиза.

После гидролиза реакционную массу при необходимости подогревают до температуры (60-80) ⁰С, затем останавливают мешалку и при температуре (60 - 80) ⁰С производят отстой реакционной массы в течение (1,0-2,5) часов с частичным разделением кислого водного слоя от органического. Контроль при разделении слоёв в реакторе поз.Р 1 осуществляют по смотровому фонарю. Во время подслива отбирают пробу нижнего слоя для определения массовой доли хлористого водорода. Отбор проб производится с линии нижнего слива из реактора поз. Р 1 через пробоотборник, установленный на линии слива.

Нижний - кислый водный слой сливают вместе с промежуточным органическим слоем во флорентийский сосуд поз.К 1, графитовую колонну, вместимостью 4,2 м³, где происходит непрерывное разделение органического и водного слоев.

Верхний - органический слой из флорентийского сосуда поз.К1 по переливу поступает в сборник поз.Е 6, стальной эмалированный аппарат, вместимостью 6,3 м³. «Дыхание» сборника поз.Е 33 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 12.

По мере накопления, органический слой из сборника поз.Е 6 вакуум-насосом вакуумируется на дальнейшую переработку для получения смолы более низкого качества. Разрежение в линии создаётся вакуум-насосом поз.Н5через каплеотбойник Т1, давление вакуумирования составляет -0.09 Мпа, аппарат из сплава ЭП с водяной рубашкой V=0.4м3. Затем охлаждённые сточные водя попадают в сборник поз.Е6.

Водный слой из нижней части флорентийского сосуда поз.К 1 по переливу поступает в емкость поз. Е7, горизонтальный цилиндрический аппарат, вместимостью 20 м³, «дыхание» сборника поз.Е 7 осуществляется через гидрозатвор поз.Е 12.

Предусмотрено периодическое вакуумирование накапливаемого органического слоя из сборника поз.Е 7 для дальнейшей переработки.

Промывку кислого раствора смолы проводят в реакторе поз.Р 1, в который загружают речную воду, перемешивают в течение 30 минут при температуре (50-80) ⁰С. Затем проводят отстой в течение (1,0-2,5) часа при температуре (50-80) ⁰С . После отстоя и полном разделении слоев производят слив нижнего водного слоя вместе с промежуточным слоем во флорентийский сосуд поз.К 1. После промывки из реактора поз. Р 1 отбирают пробу для определения показателя активности ионов водорода (рН) водной вытяжки раствора смолы . При рН меньше 4 промывку раствора смолы повторяют, соблюдая условия первой промывки. При рH 4-7 отбирают пробу для определения массовой доли нелетучих веществ.

Сточные воды от промывки оборудования направляются во флорентин поз.К 1, смывы полов, лабораторные стоки самотёком направляют в емкость сточных вод поз.Е 8, вместимостью 1,0 м³, уровень в которой контролируется, откуда по мере накопления насосом поз. Н 8, давление нагнетания которого контролируется ,откачивают в емкость сточных вод поз.Е 7 При положительных результатах сточные воды направляют в колодец № 8067, где анализируются, далее на стадию усреднения и нейтрализации сточных вод и на биологические очистные сооружения (БОС). Контролируется уровень емкости поз.Е8.

Во время работы оборудования проводится контроль воздушной среды возле реактора поз.Р 1, насоса поз.Н3..В случае производственной необходимости предусмотрено аварийное освобождение емкостей поз. Р1,Е3 от продуктов в аварийную стальную емкость поз. Е 9, вместимостью 50 м³, уровень в которой контролируется с отсечкой и сигнализируется, также предусмотрена сигнализация максимального уровня от двух независимых источников.

Примечания:

1.При плохом разделении силанола в реактор поз.Р 1 загружают 200 кг возвратных спиртов или толуола, перемешивают в течение (20-30) мин и проводят отстой (1,0-2,5) часа.

2 Допускается загрузка бутилового спирта или ИБС в таком же количестве.

1.5 Отгонка растворителя

Продолжительность операции - 12 часов 00 минут.

Таблица 3

Загрузка на операцию

Наименование	Относительная молярная масса	Массовая доля, %	Масса, кг		Кол-во вещества, моль	Плот- ность, г/см3	Объем, дм3
			в пересчете на массовую долю 100 %	технич.
Раствор смолы				3239,76		0,944	3431,95
ИТОГО:				3239,76			3431,95

Отгонку растворителя проводят в реакторе поз.Р 1_.

Контролируют отгонку: давление атмосферное, температура 100-120 С, регулируется подачей пара давлением не более 3.0 кгс/м2.

Пары из реактора Р1 поступают в холодильник поз.Т1, коробон с поверхностью теплообмена 16.0 м3, охлаждаемый оборотной водой, где они конденсируются. «Дыхание» коробона поз. Т1 осуществляется через гидрозатвор поз. Е 12. Конденсат из коробона поз. Т1 поступает в сборник поз. Е3 для последующего направления на стадию гидролиза в поз.Р1. Пробы возврата анализируют. Отбор пробы на анализ производится через пробоотборник, установленный на трубопроводе от поз. Е 3 ® поз. Н 3® поз. Р 1. После окончания отгонки прекращают подачу пара в рубашку реактора поз.Р1, перекрывают всю отсекающую арматуру на трубопроводах пара и конденсата, затем в рубашку реактора Р1 подают оборотную воду и охлаждают полученный продукт - кремнийорганическую смолу до температуры не более 40С. Во время отгонки проводится контроль воздушной среды возле реактора поз.Р1.

1.6 Отстой, комплектация, розлив, упаковка и маркировка готового продукта

Готовую смолу из реактора поз. Р1 самотеком сливают в ёмкость поз. Е10, стальной эмалированный аппарат, вместимостью 10 м³. По мере накопления в ёмкости поз. Е10 необходимого количества продукта, смолу усредняют при помощи насоса поз. Н10, давление нагнетания которого контролируется, включив его на циркуляцию на 1,5-2 часа. Качество смолы в ёмкости поз. Е10 контролируют путём отбора пробы на анализ и при положительном результате анализа готовый продукт из ёмкости насосом поз. Н10 откачивают для залива в автоконтейнер или в бочки. «Дыхание» ёмкости поз. Е10 осуществляется через гидрозатвор поз. Е11.

Розлив смолы производят в стальные бочки, ёмкостью до 200 л по ГОСТ 13950-91, до 275 л по ГОСТ 17366-80 насосом поз. Н10 из емкости поз. Е10 в специально оборудованном месте под навесом, оснащенном отбортовкой по периметру места розлива. Вес смолы залитого в автоконтейнер контролируется на автовесах. Заполнение бочек и автоконтейнеров должно быть не более 96 % объема согласно ГОСТ 9980.3-86. Маркировка упаковочных мест производится согласно ГОСТ 9980.1-86-ГОСТ 9980.5-86.

Маркировка транспортной тары производится по ГОСТ 14192-96 с нанесением знаков опасности.

Готовую смолу из бочек, автоконтейнера анализируют на соответствие ТУ.

Вес залитой смолы фиксируется в паспорте качества. При соответствии ТУ продукт предъявляется в ОТК с отбором арбитражной пробы. После предъявления готового продукта в ОТК - бочки, автоконтейнер герметизируются, горловины пломбируются. Общая продолжительность получения смолы - 24 часа 45 минут.

1.7 Улавливание абгазов «дыхания»

Система «дыхания» оборудования поз. Е 1, Е2, Н 1, Е 4₁, Е 3, Н 2, К 1, Е 10, Н10, Е6, Е7, Т1, выходит на гидрозатворы поз. Е11, Е12 заполненные кремнийорганической жидкостью ПФГОС-1 (ПЭС-5), где давление азота контролируется автоматически. В гидрозатворах отходящие газы частично очищаются от НСl, органохлорсиланов, растворителей и далее направляются в змеевиковый абсорбер поз. Е13, орошаемый водой. Очищенные абгазы рассеиваются через «воздушку» высотой 33 м и диаметром 0,57 м в атмосферу, отработанная вода направляется во флорентийский сосуд поз.К 1.

Уровень ПФГОС-1 (ПЭС-5) в гидрозатворах поз. Е11, Е12 контролируют по смотровому фонарю, замену абсорбентов производят при повышении давления в системе азотного «дыхания» на гидрозатворах до 350 кПа (через 20-25 операций получения смолы).

Газоанализаторы ГАНК-4С(Р) предназначены для определения НКПРП в производственном помещении корпуса. Газоанализаторами осуществляется контроль выбросов толуола от поз. Е1, Е2, Е3, Е4 и поз. Р1.

Таблица 4

Перечень контролируемых и регулируемых параметров

п/п	Наименование параметра, место отбора измерительного импульса	Заданное значение параметра, допустимые отклонения		Отображение информации				Регулирование/отсечка	Наименование регулирующего воздействия, место установки регулятора, Dу	Характеристика среды в местах установки
				Показания	Регистрация	Суммирование	Сигнализация			Датчики		Регулирую-щий орган
										Агрессивная	Пожаро-взрывоопасная	Агрессивная	Пожаро-взрывоопасная
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	Уровень ФТХС в приёмнике поз.Е1	0.6-1.7 м		+	-	-	+	+	Изменение подачи ФТХС в приёмник поз. Е1	+	-	+	-
2	Содержание паров ФТХС в помещении стадии подготовки сырья	0-1 мг/м3		+	-	-	+	-	-	-	-	-	-
3	Давление в нагнетательной линии насоса поз. Н1	0-0.15 МПа		+	-	-	+	+	При падении давления ниже 0.15 Мпа выключение насоса Н1 и сигнализация	+	-	+	-
4	Уровень толуола в приёмнике поз. Е2	0.7-2 м		+	-	-	+	+	Изменение подачи толуола в приёмник поз. Е2	-	+	-	+
5	Содержание паров толуола в помещении стадии подготовки сырья	0-0.6 мг/м3		+	-	-	+	-	-	-	-	-	-
6	Давление в нагнетательной линии насоса поз. Н2	0-0.15МПа		+	-	-	+	+	При падении давления ниже 0.15 МПа выключение насоса Н2 и сигнализация	-	+	-	+
7	Уровень реакционной смеси в смесителе поз.Е4	0.75-3.1 м		+	+	-	-	-	-	+	+	-	-
8	Давление азота в трубопроводе на барботаж в ёмкость поз.Е4	0.07 МПа		+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
9	Содержание паров толуола в помещении стадии подготовки сырья	0-1 мг/м3		+	-	-	+	-	-	-	+	-	-
10	Расход реак-ционной смеси на выходе из поз. Е4	100-500 кг/ч		+	-	-	-	+	Изменение подачи реакционной смеси в реактор поз.Р1	+	+	+	+
11	Температура кремнийорганической смолы в реакторе поз.Р1		40-140 С	+	-	-	-	+	-	-	-	-
12	Давление в реакторе поз.Р1		0.07 МПа	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13	Уровень кремнийорганической смолы в реакторе поз.Р1		1100-4400 мм	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-
14	Содержание паров ИБС в помещении стадии подготовки сырья		10 мг/м3	+	-	-	+	-	-	-	-	-	-
15	Давление разрежения в сборнике поз.Е6		-0.09 МПа	+	-	-	-	-	-	+	-	-	-
16	Уровень реакционного раствора в сборнике поз.Е6		1.47м	+	-	-	-	-	-	+	-	-	-
17	Уровень реакционнго раствора в сборнике поз.Е7		1.47м	+	-	-	-	-	-	+	-	-	-
18	Давление в нагнетательной линии насоса поз. Н3		0.15 МПа	+	-	-	-	+	При падении дав-ления ниже 0.15 МПа выключение насоса Н3 и сигнализация	-	-	-	-
19	Уровень возвратных спиртов в сборнике растворителя поз.Е3	2.14м		+	-	-	+	-	-	+	-	+	-
20	Содержание паров ИБС в помещении стадии подготовки сырья	0.1мг/м3		+	-	-	+	-	-	-	-	-	-
21	Давление в нагнетательной линии насоса поз. Н8	0.15 МПа		+	-	-	+	+	При падении давления ниже 0.15 МПа выключение насоса Н8 и сигнализация	-	-	-	-
22	Уровень сточных вод в сборнике поз.Е8	0.5-2.07м		+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
23	Уровень слива в аварийном танке поз.Е9	0.5-2.2 м		+	-	-	+	+	Изменение подачи слива из реактора поз.Р1	-	-	-	-
24	Давление в нагнетательной линии насоса поз. Н10	0.15 МПа		+	-	-	+	+	При падении давления ниже 0.15 МПа выключение насоса Н8 и сигнализация	-	-	-	-
25	Уровень в емк. поз.Е10	0.5-2.07м		+	-	-	+	-	-	-	-	-	-
26	Давление в гидрозатворе поз.Е11	-0.09 МПа		+	-	-	-	+	Изменение подачи азота в систему азотного дыхания	-	-	-	-
27	Давление в гидрозатворе поз.Е12	-0.09 МПа		+	-	-	-	+	Изменение подачи азота в систему азотного дыхания	-	-	-	-
28	Давление в вакуумной линии насоса поз. Н5	-0.09 МПа		+	-	-	+	+	При повышении давления выше -0.09МПа включение насоса поз. Н5	-	-	-	-

. Обоснование выбора КТС АСУТП

Современные системы в химической промышленности, как правило, являются сложными системами. В сфере промышленного производства в настоящее время практический интерес представляют автоматизированные системы управления технологическими процессами - АСУТП.

При разработке схемы автоматизации нужно учитывать не только заданные параметры, но и условия среды, в которой работают приборы контроля, регулирования и управления.

.1 Обоснование выбора датчиков

Выбору датчиков уделяется особое внимание, что не удивительно. Только правильно подобранные приборы обеспечивают интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции. Также оказывает влияние простота их обслуживания, легкость монтажа и демонтажа, надежность и точность результатов.

В данном проекте уделено внимание отечественному производителю приборов автоматизации ЗАО ПГ «Метран», что не случайно. Приборы этой фирмы известны своими надежными, качественными и эксплуатационными характеристиками.

В качестве измерительных приборов давления выбраны датчики избыточного давления Rosemount 3051S с выходным унифицированным токовым сигналом 4÷20мА. Для измерения температуры использованы датчики ТСМУ Метран-274 с медным чувствительным элементом и номинальной статической характеристикой 100М с длиной чувствительного элемента 1250 мм для измерения показаний в реакторе. В качестве прибора для измерений массового расхода используется электромагнитный расходомер серии Метран-370 для агрессивных сред. Для измерения уровня в ёмкостях выбраны волноводные уровнемеры Rosemount 5301 с целью контролирования разделения фаз в реакторных ёмкостях и учёта образования продукта. Для контролирования уровня в ёмкостях выбраны гидростатические уровнемеры Rosemount 3051S-L. Для определения ПДК паров толуола в производстве используются газоанализаторы ГАНК-4С(Р). Для запуска и остановки работы центробежных насосов используются электромагнитные пускатели ПМЛ2100. Для регулирующих клапанов предусмотрены электромагнитные пускатели ПБР-2м, номинальное напряжение 380В. Все измерительные приборы имеют унифицированный выходной токовый сигнал 4÷20 мА, который непосредственно заводится в контроллер ТКМ 700 для обработки показаний. Ввиду наличия в производстве легковоспламеняющихся жидкостей, таких, как, например толуол и ИБС все датчики представлены во взрывозащищённом исполнении.

.2 Обоснование выбора клапанов

Регламентное протекание технологического процесса невозможно без регулирования определенных параметров. Точное регулирование оказывает большое влияние на протекание процесса, качество получаемой продукции. Поэтому при выборе регулирующих органов нужно учитывать не только их качественные характеристики, но и условия среды.

В качестве регулирующе-отсечных клапанов, где условия среды позволяют их использование, применены малогабаритные (D_y=50 мм) клапаны производства «ЛГ автоматика» серий КМРО ЛГ (клапаны малогабаритные регулирующее-отсечные). для вышеперечисленных клапанов научно-производственной фирмы "ЛГ автоматика" установлены механизмы электрические прямоходные кривошипные МЭПК-6300/50-30.

2.3 Обоснование выбора контроллера

За последние годы существенное развитие получили устройства и системы автоматического управления, требуемые для организации регулирования сложных процессов. С увеличением конкуренции на рынке химической промышленности резко увеличилась потребность предприятий в улучшении качества продукции, снижения его себестоимости, увеличения объема выпускаемой продукции, снижения потребления ресурсов необходимых для производства продукции. Во многом этого помогает достичь внедрение систем автоматического контроля и управления производством на базе современных микропроцессорных контроллеров. Системы управления производством с использованием контроллеров более надежны, экономичны в энергопотреблении, быстродейственны и снижают риск случайных ошибок до минимума, благодаря минимизации участия человека в регулировании технологического процесса.

Одним из важных показателей АСУТП является возможность их работы в реальном масштабе времени, моментальной (до 0.1-0.2 сек) реакции на изменения протекания процесса и расчет наиболее оптимального пути регулирования процесса.

Ввод на предприятиях системы децентрализованного управления технологическим процессом позволяет повысить надежность средств автоматизации, упростить программирование, настройку и отладку системы управления процессами, повысить быстродействие системы.

Широкое распространение сложных автоматизированных технологических комплексов, включающих в себя технологические объекты управления (ТОУ) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), требует достаточно высокого уровня подготовки обслуживающего их персонала, но в то же время делает АСУТП гибкой, более наглядной и легко управляемой.

Контроллеры в промышленности нашли широкое применение, что неудивительно ввиду развития автоматизации управления технологическими процессами. Они решают многие проблемы, такие как оптимизация параметров процесса, снижение травмоопасности на производстве, удаленное управление, снижение «человеческого фактора» и др.

Выбор контроллеров довольно таки разнообразен. Они отличаются исполнением корпуса (модульный или моноблочный), количеством каналов ввода-вывода информации, условий эксплуатации, поставленных задач.

На российском рынке можно встретить контроллеры как отечественного производства (КР-500, Decont-182, ТКМ410 и др.), так и зарубежного (Simatic S7-200, Modicon TSX 37 Micro, CS1 и др.). Все они отличаются не только перечисленными выше параметрами, но и ценой, программным обеспечением, необходимой для правильной работы контроллера.

В качестве микропроцессорного контроллера был выбран ТКМ700, производства ЗАО ПК «Промконтроллер», известный отечественный производитель, отлично зарекомендовавший себя на рынке автоматизации.

Многофункциональный программируемый контроллер ТКМ700 предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также построения отдельных подсистем сложных АСУ ТП.

Контроллер предназначен для работы:

• как автономное устройство управления небольшими объектами (автономный режим);

• как удаленный терминал связи с объектом в составе распределенных систем управления (режим удаленного терминала связи);

• одновременно как локальное устройство управления и как удаленный терминал связи с объектом в составе сложных распределенных систем управления (смешанный режим). Данный режим применим в моём проекте.

Задачи, решаемые контроллером:

• сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков, сигналов и т.п.)

• выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;

• контроль технологических параметров и аварийная защита многофунк-ционального оборудования;

• регулирование параметров по различным законам;

• логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматическое включение и выключение многофункционального оборудования;

• математическая обработка информации по различным алгоритмам;

• регистрация и архивирование параметров технологических процессов;

• обмен данными в распределенных системах, обмен данными с другими контроллерами, работа с интеллектуальными датчиками;

• обслуживание оператора-технолога, прием и исполнение команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, передача значений параметров и различных сообщений на панель оператора и в SCADA-систему верхнего уровня;

• диагностика контроллера в непрерывном режиме, вывод информации о техническом состоянии контроллера.

Контроллер соответствует требованиям стандарта ГОСТ Р 51841-2001 (МЭК61131-2-92) «Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний» и техническим условиям ДАРЦ.421243.008ТУ.

Совместно с ТКМ700 разработчик АСУ ТП может использовать модули ввода/вывода ТЕКОНИК R и интеллектуальные датчики ТСТ11, располагая их в непосредственной близости от объекта управления.

Таблица 5

Основные функциональные характеристики контроллеров серии ТКМ

Контроллер	ТКМ700		ТКМ52	ТКМ410
Конструкция	Модульная с крейтами расширения		4-модульный мноблок	Моноблок
Процессор	32-бит XScale 400 МГц	32-бит RISC 54 МГц	586/100/133 МГц	32-бит RISC 33 МГц
Системное ПЗУ	32Мбайта	1 Мбайт	16 Мбайт	2 Мбайта
Системное ОЗУ	64Мбайта	4Мбайта
Энергонез ОЗУ	3 Мбайта		512 Кбайт	512 Кбайт
Количество типов модулей ввода/вывода	16		12	-
Количество модулей ввода/вывода (макс.)	51		4	-
Горячая замена модулей	Есть		Нет	Нет
Максимальное число каналов: дискретные входы, дискретные выходы, аналоговые входы, аналоговые выходы.	3264 3264 408 408		192 160 64 32	36 24 16 2
Интерфейсы	Ethernet 10Base-T или Ethernet 10/100Base-T, COM1/RS-232 и COM2/RS-232/RS-485		Ethernet 10Base-T, COM1/RS-232,(COM2/RS-232/RS-485/VGA), LPT1	Ethernet 10Bas3xRS- 232, 1xRS-232/RS-485, 1xRS-485
Местный операторский интерфейс	V04M		V04, V03	V04M

Контроллер ТКМ700 был создан в тесном сотрудничестве с фирмой Тесо a.s. (Чехия). Такое международное партнерство позволило в короткие сроки создать современный продукт, сочетающий в себе европейский дизайн и качество с особенностями российской эксплуатации и требованиями отечественных ГОСТ. ТКМ 700 предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов среднего и большого, (по числу входов/выходов) уровня сложности. Открытые стандартные интерфейсы позволяют легко интегрировать контроллер в различные сетевые структуры АСУ ТП. Контроллер отличают гибкость при конфигурировании в составе ПТК АСУ ТП, расширенные функции непрерывной самодиагностики, высокая надежность и низкое энергопотребление.

Основные преимущества ТКМ 700:

• модульная структура и широкий выбор модулей ввода/вывода, включая 64-канальные дискретные модули;

• высокая надежность за счет низкого энергопотребления и применения современной элементной базы, оригинальных схемотехнических решений и отлаженной технологии производства;

• непрерывная самодиагностика процессорного модуля и модулей ввода/вывода;

• горячая замена и автоматическое конфигурирование модулей ввода/вывода ("plug-&-p]ay");

• невысокая стоимость при широких функциональных возможностях;

• возможность резервирования электропитания (источники питания могут работать параллельно).

Контроллер выполнен в виде крейта с устанавливаемыми на объединительную панель модулями. В состав контроллера входят: объединительная панель RM-7941 (8 посадочных мест) или RM-7942 (15 посадочных мест), источник питания PW-7903 (занимает 2 посадочных места), процессорный модуль СР-7010 или СР-7002, модули ввода/вывода. Максимальное количество модулей ввода/вывода - 56 объединительных панелей - 4, которые могут быть удалены на расстояние до 300 м. В состав объединительной панели входят металлический каркас, внутренняя шина с разъемами для подключения модулей, переключатель для установки адреса панели и разъемы для подключения дополнительных панелей расширения или установки терминаторов. При размещении дополнительных панелей расширения контроллера в одном шкафу по объединительным кабелям вместе с сигналами внутренней шины может передаваться питание. Контроллер позволяет резервировать источники питания, при этом нагрузка источников питания распределяется равномерно. Внутренняя диагностика контроллера позволяет определять работоспособное состояние и контролировать величину нагрузки для каждого источника питания.

В качестве SCADA-системы предполагается использование программного обеспечения Master-SCADA. Основные преимущества этого программного обеспечения:

. Комплексное ПО современного ПТК:

а) Мощные средства тиражирования проектных решений,

б) Однократный ввод параметра для использования во всем проекте,

в) Метрологическая поверка измерительных каналов АСУТП,

г) Паспортизация технологического оборудования,

д) Автоматизация настройки систем регулирования;

. 3D-графика и широкие возможности анимации:

а) Обширные библиотеки технологических элементов,

б) Динамизация свойств любых ActiveX без программирования,

в) Встроенный редактор мультфильмов,

г) Объемные элементы со встроенным индикатором уровня;

. Абсолютная гибкость обработки данных:

а) Редактор визуального создания схем функциональных блоков,

б) Широкие возможности формальных вычислений,

в) Библиотека из более 150 функций и функциональных блоков,

г) Первичная обработка и контроль границ всех сигналов,

д) Любые действия по расписаниям, событиям и командам,

е) Встроенные средства имитации сигналов и отладки;

. Архивы и тренды - без ограничений:

а) Единые тренды для архивных и текущих данных,

б) Компактный формат без ограничения длительности хранения,

в) Масштабирование шкал в режиме исполнения;

. Прозрачно-распределенная сетевая архитектура:

а) Единый проект для всех компьютеров и контроллеров системы,

б) «Прозрачная» распределенность без настройки связей узлов,

в) Перенос проектов на целевую сеть без перенастройки,

г) Интернет-клиенты для доступа к любым документам,

. Целевые системы для всех типов контроллеров:

а)Быстродействующий интерпретатор технологических программ,

б)Горячее резервирование, горячий рестарт, watchdog,

в) Удаленная отладка и «горячая» загрузка программ,

г) Архивирование данных в темпе опроса,

д) Связь по любому каналу (сеть, модем, GSM);

. Совместимость с внешними программами:

а)Встраивание внешних программ в оболочку MasterSCADA,

б)Экспорт проекта и всех документов в формат xml (html),

в)Обмен данными с SQL-серверами, экспорт архивов и журналов,

г) Создание рапортов в MS Excel;

. Наилучшее соотношение цена/качество:

а) Бесплатный инструмент разработки,

б)Бесплатная система на 32 точки,

в)Стоимость рабочего места оператора намного ниже аналогов,

г)Базовый комплект включает все типовые функции и модули,

д) Минимальная на рынке совокупная стоимость владения.

Для работы системы автоматизации контроллер ТКМ700 должен иметь определенные модули ввода и вывода. Предполагается использование следующих модулей:

PW-7903 - модуль источника питания. Представляет собой импульсный источник питания с выходным напряжением 24 В и максимальной мощностью 50 Вт, номинальное входное напряжение переменного тока 220В частотой 50 Гц. Основные особенности: технические средства диагностики и контроля выходной мощности (нагрузки), средства индикации для отображения состояния, входные и выходные цепи защиты от перенапряжения и перегрузки, занимает два посадочных места. Количество - 1 шт.;

CP-7002 - процессорный модуль. Основные характеристики: процессор RISC 54 МГц 32-бит, системное ПЗУ 1 Мбайт, системное ОЗУ 4Мбайта. Количество - 1 шт.;

IT-7607 - модуль вода аналоговых сигналов постоянного тока. 8 каналов ввода с индивидуальной гальванической развязкой. Входные диапазоны 0÷20мА, 4÷20мА, 0÷5мА, 0÷10В. Выходные диапазоны 0÷20мА, 4÷20мА. Пределы допустимой основной приведенной погрешности - ±0,1%. Встроенные настраиваемые фильтры, подключение плоским кабелем на ТСС9АО. Количество - 5 шт.;

ОТ-7652 - модуль вывода аналоговых сигналов постоянного тока. 8 каналов с групповой гальванической развязкой, одна группа из 8 каналов. Выходные диапазоны 0÷20мА, 4÷20мА. Пределы допустимой основной приведенной погрешности - ±0,1%. Количество - 2 шт.;

OR-7453 - модуль вывода дискретных сигналов переменного тока 220В и постоянного тока напряжением до 30В. 8 каналов с индивидуальной развязкой. Электромеханическое реле. Количество - 2 шт.

Таблица 6

Карта заказа контроллера ТКМ700

Наименование и комплект заказа	Дополнительное оборудование, программное обеспечение и опции	Кол.
1	2	3
RM- 7942 ДАРЦ.426471.032 объединительная панель на 15 посадочных мест		1
	КВ-0201 ДАРЦ.426476.010 согласующее устройство	2
PW-7903 ДАРЦ.426424.002 источник питания 220В, 50ГЦ		1
СР-7002 ДАРЦ.426418.001 процессорный модуль В комплект входит: MR-0102 модуль интерфейса RS-232 - 2 шт. SX-7153 DataBox 3Мб - 1 шт.		1
	TIL Pro Std Библиотека алгоритмов для среды ISaGRAF PRO	1
OR-7453 ДАРЦ.426436.032 модуль вывода дискретных сигналов, 8 каналов, 220 В В комплект входят ответные части разъемов TXN 102 30		2
IT-7607 ДАРЦ.426432.012 модуль ввода аналоговых сигналов, 8 каналов ввода		2
	ТСС9АО ДАРЦ.434400.033 модуль клеммных соединений	1
OT-7652 ДАРЦ.426435.002 модуль вывода аналоговых сигналов, 8 каналов. В комплект входят ответные части разъемов TXN 102 30		2

3. Разработка схемы автоматизации и рабочих чертежей

Под автоматизацией производственных процессов (АПП) понимают комплекс технических мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и созданию на их основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего все основные и вспомогательные операции по изготовлению изделий без непосредственного участия человека. АПП является комплексной конструктивно-технологической и экономической задачей создания принципиально новой техники.

Экономические преимущества, достигаемые при использовании автоматических систем в производстве, являются следствием технических преимуществ. К ним можно отнести возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование ресурсов (труда, материалов, энергии); более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от начала проектирования до получения изделия; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить число бумажных документов (чертежей, схем, графиков, описания и др.), необходимых в неавтоматизированном производстве, составление, хранение, передача и использование которых занимает много времени.

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, какие параметры необходимо контролировать и регулировать с целью поддержания оптимальных параметров технологических процессов, условия контролируемой (регулируемой) среды, необходимая точность приборов, надежность и простота эксплуатации.

Выбору комплексу технических средств уделяется большое внимание. Только их правильный выбор обеспечивает нормальное протекание технологического процесса и достижение поставленных задач. Каждый датчик должен соответствовать поставленной задаче. От этого зависит эффективность работы, минимизация затрат, надежность, работоспособность, качество получаемых продуктов.

В данном проекте установлено 28 контуров регулирования и контроля. Рассмотрим их подробнее.

Контуры 1, 5 и 27 представляют собой контуры регулирования уровня в ёмкостях поз. Е1, Е2 и Е9 соответственно. С этой целью установлены датчики измерения гидростатического давления Rosemount 3051S-2-L-D. Значение в виде унифицированного выходного токового сигнала (УВТС) 4-20 мА с датчика Rosemount 3051S-2-L-D поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных и видеоотображение. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ700 с целью поддержания заданного уровня, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50-30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее - отсечного.

Контуры 3, 7, 11, 18, 24 являются контурами контроля наличия паров толуола в рабочей зоне возле ёмкостей поз. Е1, Е2, Е3, Е4, Р1. ПДК составляет 0.6мг/дм³. Для этого установлены газоанализаторы стационарные универсальные ГАНК-4С(Р). Выходной сигнал в виде унифицированного выходного токового сигнала (УВТС) 4-20 мА поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных и видеоотображение, а, в случае превышения - речевое сообщение.

Контуры 4, 8, 22, 25, 29 представляют собой контуры регулирования подачи сырья и реакционной массы в ёмкости поз. Е1, Е2, Е3,Е8, Е9. Измерение давления производится датчиками Rosemount 3051S-2-T сигналы, с которых в виде УВТС 4-20 мА поступают на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления на трубопроводе нагнетания ниже 0.15 МПа с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 поступает дискретный выходной сигнал на электромагнитный пускатель ПМЛ2100, который останавливает работу центробежного насоса в одном из этих контуров.

Контуры 9 и 17 предназначены для контроля уровня реакционной массы в ёмкости поз. Е4 и реакторе поз. Р1. Измерение уровня осуществляется волноводными уровнемерами Rosemount-5301-Н-А. УВТС 4-20 мА с датчика Rosemount 3051S-2-L-D поступает на аналоговые вводы модуля IT-7607 микроконтроллера ТКМ 700, где происходит обработка данных видеоотображение, печать, и, при достижении значения 0.75-3.1 м и 1.1-4.4 м соответственно, срабатывает речевое сообщение.

Контур 12 является контуром регулирования расхода реакционного раствора из ёмкости поз. Е4 в реактор поз. Р1. Измерение расхода осуществляется электромагнитным расходомером Метран-370-Ex. Сигнал в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ700 с целью поддержания заданного расхода реакционного раствора 100-500 кг/ч, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50-30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее - отсечного.

Контур 14 является контуром регулирования температуры пара в рубашке реактора поз. Р1. Измерение температуры осуществляется датчиком температуры ТСМУ Метран-274 с номинальной статической характеристикой НСХ 100М, который установлен непосредственно в этот аппарат. Выходной сигнал в виде УВТС 4-20 мА с термопреобразователя поступают на аналоговые входы модуля IT-7607 контроллера ТКМ 700 с целью обработки и визуализации данных. Регулирующее воздействие с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 с целью поддержания заданной температуры, в виде дискретного выходного сигнала поступает на безконтактный реверсивный пускатель ПБР-2М, с которого управляющее воздействие подаётся на механизм электрический прямоходный кривошипный МЭПК-6300/50-30 регулирующего клапана малогабаритного, регулирующее - отсечного.

Контур 10 является контуром контроля давления азота поступающего в ёмкость поз. Е4 для барботажа. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления на трубопроводе нагнетания ниже 0.07 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 16 является контуром контроля давления в реакторе поз. Р1. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае падения давления в реакторе поз. Р1 ниже 0.3 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 19 является контуром контроля давления в ёмкости поз. Е6. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения давления в ёмкости поз. Е6 выше -0.09 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контуры 20, 21, 23, 26 и 30 является контурами контроля уровня в ёмкостях поз. Е6, Е7, Е3 и Е8 соответственно. Измерение уровня осуществляется датчиками Rosemount 3051S-2-L-D сигнал, с которых в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения уровня 1.71 м в ёмкостях поз. Е6 и Е7, 2.14м в ёмкости поз. Е3, 2.04 м в ёмкости поз. Е8, и 0.77-3.08 м срабатывает речевое оповещение.

Контуры 31 и 33 являются контурами контроля давления в гидрозатворах поз. Е11 и Е12. Измерение давления осуществляется датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае превышения давления в ёмкостях поз. Е11 и Е12 выше -0.09 МПа срабатывает речевое оповещение.

Контур 35 представляет собой контур регулирования разрежения в системе азотного «дыхания». Измерение давления производится датчиком Rosemount 3051S-2-T сигнал, с которого в виде УВТС 4-20 мА поступает на аналоговый ввод контроллера ТКМ 700 для визуализации и обработки данных. В случае повышения давления в системе азотного «дыхания» выше -0.09 МПа с модуля дискретного вывода OR-7453 микроконтроллера ТКМ 700 поступает дискретный выходной сигнал на электромагнитный пускатель ПМЛ2100, который регулирует работу поршневого насоса.

Таблица 7

Спецификация на приборы и средства автоматизации

№ п/п	Наименование и краткая характеристика Прибора	Тип прибора	Количество, шт	Примичание
3а, 6а, 8а, 12а,15а, 18а,19а, 22а,25а, 26а, 27а,28а.	Датчик избыточного давления и разрежения: -Диапазон давления Pmin= -0.1 МПа Pmax=1МПа -Токовый выходной сигнал 4-20мА -Напряжение питания 24В постоянное -Потребляемая мощность 1Вт -Относительная погрешность измерения ±0.04%	Rosemount 3051S-2-T-G-2A-2-A-1A-E1-M5-T1-GE	11шт
11а	Термопреобразователь измерения температуры -Диапазон рабочих температур от 0°С до 180°С -Приведенная погрешность ±0.5°С -Токовый выходной сигнал 4-20мА -Напряжение питания 24В -Потребляемая мощность 1Вт	ТСМУ Метран-274-Exia-100М-4-20-0...180-0,5-линейная	1шт
1а, 4а, 10а, 16а, 17а,18а,21а, 23а,24а	Гидростатический уровнемер: -Диапазон измерения от -0.25 до 0.25 МПа -Выходной токовый сигнал 4-20мА -Предел основной приведенной погрешности ±0.1% -Напряжение питания 24В -Потребляемая мощность 1Вт	Rosemount 3051S-2-L-D-1A-A-1A-3A-1-A-CA-E1-T1	8шт
10а	Электромагнитный расходомер: -напряжение питания 24В -Токовый выходной сигнал 4-20мА -Пределы допускаемой относительной погрешности расхода ±0.5% от диапазона измерения	Метран-370-Ex-150-Ф-Ф4-ОХЗ-2-12Х-25-32Е-И-Б-2-ЖКИ-К1	1шт
2а, 5а, 9а, 14а, 20а	Газоанализатор стационарный универсальный ГАНК-4С(Р): -продолжительность отбора пробы не более с = 30. -0.5ПДК-20ПДК М=3.5кг Т=+5..+50С	ГАНК-4С (Р)	5шт
7а, 13а	Волноводный уровнемер: - Выходной токовый сигнал 4-20мА -Предел основной приведенной погрешности ±0.1% -Напряжение питания 24В -Потребляемая мощность 1Вт	Rosemount-5301-Н-А-1-S-1-N-3В-М	2 шт
1б, 4б, 9б, 11б, 23б, 26б, 27б.	Пускатель безконтактный реверсивный: -Напряжение питания 220В, 50Гц -максимально коммутируемый ток 4А -время срабатывания 0.22с	ПБР-2М	7 шт
3б, 6б, 18б, 21б, 24б, 28б.	Электромагнитный пускатель: -рабочий ток контактов главной цепи 25А; -рабочее напряжение по изоляции 660В -потребляемая мощность: -при включении 87ВА -при удерживании 8 ВА -время срабатывания 0.22с	ПМЛ2100	6 шт.
1в, 4в, 9в, 11в, 23в, 26в, 27в	Клапан малогабаритный, регулирующее-отсечной, прямоходный с механизмом электрическим прямоходным кривошипным МЭПК-6300/50-30 Dy = 50 Py = 1.6 МПа, Р = 110 ВА	КМРО ЛГ 101 нж 50 50 Р НО УХЛ(1)	7 шт.

3.1 Описание схемы электропитания

Схема электропитания для производства кремнийорганической смолы представлена в виде чертежа в дипломном проекте. Исходными материалами для разработки принципиальной электрической схемы являются схема автоматизации и дополнительные требования, изложенные в задании па разработку принципиальных электрических схем. На чертеже принципиальной электрической схемы все элементы КТС АСУТП расположены в соответствии с логикой действия схемы и последовательностью действия отдельных ее элементов.

Основное электропитание шкафов автоматики и контроллера АСУТП осуществляется от сети переменного тока 1 категории напряжением ~220В.

Все цепи, приведенные на электрической схеме, имеют маркировку. Основным требованием при маркировке электрических цепей является условие неповторяемости марок. Цепи питания маркированы последовательными числами в пределах функциональной цепи.

В качестве АВР предусмотрен щиток автоматического питания ЩАП-12

Таблица 8

Спецификация на аппаратуру электропитания

№ поз.	Наименование и краткая характеристика	Тип	Кол.	Прим.
АВР	Блок автоматического ввода резерва двухфазный, 220В, 10А	ЩАП-12	1
А1, А2, А3, А4, А5, А6, А7, А8, А9, А10, А11, А12.	Блок питания с выходным напряжением 24В	Метран 602-Ех 220/24	12
QF1, QF14-QF26	Автомат выкл. дифференциальный	ABBDSC 941, 16A	14
QF2-QF13	Автомат выкл. дифференциальный	ABBDSC 941, 6A	12

На схеме предусмотрено питание всех электропотребителей производства кремнийорганической смолы.

.2 Описание схемы соединений внешних проводок

Схема соединений внешних проводок - это комбинированная схема, на которой показаны электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом оборудовании, вне щитов и на щитах, а также подключения проводок к приборам и щитам.

При необходимости раздельного изображения электрических и трубных проводок цеха, участка, технологического агрегата и т. п. допускается выполнять схемы соединений и подключения раздельно, на разных листах: для электрических и отдельно трубных проводок.

Схема соединений и подключения внешних проводок выполнена на основании следующих материалов: схемы автоматизации и электрической схем.

На схеме указаны:

·        Электрические провода и кабели (с указанием их номера, типа, длины и, при необходимости, мест подсоединения);

·        Датчики, регулирующие органы и т. п., встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы с указанием номеров их позиций по спецификации оборудования и номеров чертежей их установки;

·        Технические характеристики кабелей, проводов, соединительных и разветвительных коробок, труб, арматур и т. п., предусмотренных данной схемой и необходимое их число.

Таблица 9

Спецификация на схему внешних соединений

Обозначение на схеме	Наименование	Кол.	Прим.
1-23, 30-43	Кабель КВВГ4×1,0 с медными токопроводящими жилами с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке, с защитными покровами, предназначенный для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С	1141м
24-29	Кабель КВВГ10×1,0 с медными токопроводящими жилами с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке, с защитными покровами, предназначенный для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С	420 м
КСК-8	Коробка соединительная клемная, 8 пар зажимов	6
С 10х15	Сальники уплотнительные для клеммной соединительной коробки КСК-8 d=10мм D=15мм, материал-резина	29 шт

.3 Описание общего вида щита с размещением типовых систем автоматизации (ТСА)

Общий вид щита с размещением ТСА - это графический чертёж, показывающий габаритные размеры щита ВРУ-1 с размещением в нём пускателей безконтактных реверсивных ПБР 2М.

Корпус щита серии ВРУ-1 напольногоо исполнения предназначен для монтажа силового электрооборудования, изготовления вводно-распределительных устройств, панелей распределительных щитов, которые применяются в сетях напряжением до 0,4кВт промышленных и общественных зданий.

В базовой конструкции щита является неразборная сварная рама без боковых панелей. Боковые панели выполнены съёмными для возможности прокладки межпанельных соединений и стыковки щитов между собой. Съёмные двери облегчают доступ при монтаже. Вертикальные перфорированные направляющие (уголок) служат для закрепления монтажных панелей. Направляющие поставляются в комплекте и регулируются по глубине.

В щите располагаются пускатели безконтактные реверсивные, которые устанавливаются на монтажные панели.

Таблица 10

Обозначение	Наименование	Количество	Прим.
ВРУ-1	Корпус вводно-распределительных щитов 1800х600х450. Применяется в сетях напряжением до 0,4 кВ. Запорное устройство-1шт; монтажный уголок-2шт; монтажная панель 160мм-2шт; монтажная панель 220мм-1шт; перфопрофиль 50мм-1шт.	1	Боковые панели в комплект не входят и заказываются отдельно. Ст 1,5мм и Ст 1мм
ПБР 2М	Пускатель безконтактный реверсивный. Входной сигнал-24В, Максимальный коммутируемый ток-4А, Потребляемая мощность 7Вт. Время срабатывания 0,22с	7

4. Охрана труда, окружающей среды и безопасности обслуживания технологического процесса

По характеру применяемого сырья (ФТХС, толуол, ИБС, бутиловый спирт), промежуточных продуктов (силанол смолы, раствор соляной кислоты) - производство смолы относится к числу токсичных, пожаровзрывоопасных производств.

Основные опасные и вредные производственные факторы, встречающиеся в производстве смолы связаны с применением:

1 ФТХС, толуола, ИБС, бутилового спирта, силанола смолы, которые могут вызвать отравления и химические ожоги работающих;

2 пара с давлением не более 0,3 МПа, который может вызвать термические ожоги при нарушении теплоизоляции, неплотностях во фланцевых соединениях;

3 азота, который может вызвать удушье;

4 Толуол, ИБС, бутилового спирта, ФТХС, смолы, пары которых в смеси с воздухом могут привести к взрыву или загоранию;

5 легковоспламеняющихся жидкостей (толуол, ИБС, бутилового спирта, ФТХС), при транспортировке которых по трубопроводам могут накапливаться заряды статического электричества, что опасно для жизни работающих;

6 огневых работ при ремонте технологического оборудования, которые при несоблюдении основных правил ведения огневых работ, могут привести к загоранию или взрыву;

7 электрического тока высокого напряжения, опасного для жизни работающего, при неисправности электрооборудования (повреждение электроизоляция кабелей, пускателей) и нарушении заземления;

8 движущихся механизмов, погрузочно-разгрузочных работ, неисправных ограждений и площадок обслуживания, которые могут привести к механическим травмам у работающих.

Наиболее опасные места в производстве в результате нарушений норм техрежима:

9 возможен выброс пожароопасных продуктов при приготовлении реакционной смеси (сборник поз.Е 4);

10возможен выброс пожароопасных продуктов на стадии гидролиза (реактор поз.Р 1);

11возможен выброс пожароопасных продуктов на стадии отгонки растворителя (реактор поз. Р1)

Основные опасности могут также возникнуть при несоблюдении требований настоящего регламента и требований ПБ 09-170-97, условий эксплуатации используемого оборудования.

Для предупреждения аварийных ситуаций и локализации их последствий предусмотрены следующие мероприятия:

1. Приемные емкости ФТХС, толуола, автоконтейнеры для приема сырья и залива готового продукта расположены на поддонах

2. На линиях приема сырья в емкости поз. Е1, Е2 установлены отсечные клапаны, которые автоматически закрываются при достижении максимального уровня.

3. Все насосы, перекачивающие ЛВЖ, оснащены необходимыми системами противоаварийной защиты.

4. Все ёмкости, содержащие ЛВЖ, находятся под «азотным дыханием».

5. Установлены автоматические газоанализаторы для контроля за содержанием паров толуола, ксилола, ИБС, ФТХС, НСL в воздухе рабочей зоны в местах их возможного выделения.

6. Применяется герметичное оборудование, выполненное из конструкционных материалов, соответствующих рабочим средам и технологическим параметрам процесса.

7. Предусмотрено оснащение помещения эффективной вентиляцией, не допускается работа производства при остановленной приточно-вытяжной вентиляции.

8. Осуществляется контроль над соблюдением технологических параметров в аппаратах, сигнализация предельных параметров.

9. Электрооборудование выполнено во взрывобезопасном исполнении.

10.Подача ЛВЖ в аппараты производится по сифонам.

11.Предусмотрена промывка водой, продувка азотом перед пуском и ремонтом трубопроводов, аппаратов, арматуры, содержащих ЛВЖ.

12.Предусмотрена защита от статического электричества и вторичных проявлений молний.

13.Теплоизоляция аппаратов и трубопроводов выполнена таким образом, чтобы температура наружных поверхностей не превышала 45 ⁰С в соответствии с требованием ПБ 09-540-03.

14.Предусмотрено наличие установки пожаротушения соответствующего направления.

Таблица 11

Пожаро- и взрывоопасность.

Температура вспышки (воспламенения) °С	Температура самовоспламе-нения, °С	Область воспламенения паров, % об.	Пределы воспламенения, °С
			нижний	верхний
8-9 (з.т.) 12 (о.т.)	532	1,3-6,7	-	-

Таблица 12

Опасность для человека.

ПДК, мг/м3 по толуолу	ЛД50, мг/кг (при попадании внутрь)	ЛД50, мг/м3 (через кожу)	ЛК50, мл/м3
150/50	12000±593 (крысы) 6900±332 (мыши)	-	-
Пути поступления в организм		Через кожу и органы дыхания
Токсическое действие (определяется токсичностью применяемого растворителя)		Толуол в высоких концентрациях действует на организм человека наркотически, повышает ко-личество лейкоцитов в крови, вызывает пораже-ние печени
Воздействие на кожу и слизистые оболочки		Раздражает кожу и слизистые оболочки глаз
Экологическая безопасность		При попадании смолы в сточные воды изменяется санитарный режим водоемов и органолептических свойств воды

Таблица 13

Огнегасительные средства.

Рекомендуемые		Запрещаемые
при пожаре	при загорании	-
Тонкораспыленная вода, химическая пена, песок, углекислотный огнетушитель, кошма

Меры первой помощи.

При вдыхании	Вывести на свежий воздух
При остановке дыхания	Делать искусственное дыхание, вызвать скорую помощь
При попадании в глаза,на кожу	Удалить сухим тампоном, вымыть кожу теплой водой с мылом, пораженный участок смазать жирной мазью, глаза промыть проточной водой.
При проглатывании	Вызвать рвоту, сделать промывание желудка теплой водой

Таблица 14

Индивидуальные средства защиты.

Органов дыхания	Фильтрующий противогаз марки «БКФ», респиратор
Глаз	Защитные очки
Кожи	Костюм из х/б ткани, резиновые перчатки

Способы и средства обезвреживания.

При розливе смолы необходимо засыпать сухим песком, с последующей уборкой деревянным или алюминиевым совком в отдельную тару и вынести из помещения.

При розливе смолы на открытой площадке место розлива необходимо засыпать песком с последующим его удалением

Таблица 15

Выбросы в атмосферу

Наименование выброса, отделение, номер источника выброса, диаметр и высота источника выброса	Источники выделения (аппарат и т.д.)	Суммарный объем отходящих газов, м3/час, приведенный к нормальным условиям	Периодичность	Характеристика выброса				Примечание
				Температура, 0С	Состав выброса, мг/м3	ПДК атм.в. вредных веществ населен-ных мест	Допустимое количество нормируемых компонентов вредных веществ, выбрасывае- мых в атмосферу, г/с
Атмосферная труба № 0059 Д = 0,57 S = 0,0025 Н = 33,0	Абсорбер поз.Е 13  1	6,48	19 часов	окр.	Толуол - 71,2 НСl-1,2 ИБС-1,9	0,6 0,2 0,1	1,28*10-4 2,1*10-6 3,4*10-6
Вентшахта В-7 N 0061 Д = 0,63 S = 0,309 Н = 33,0	Емкость поз.Е 10	13212	35 часов	окр	Толуол - 84,2	0, 6	3,11*10-1
Вентшахта В-8 N 0062 Д = 0,71 S = 0,3957 Н = 33,0	Реактор поз.Р 1	13800	19 часов	окр.	Толуол - 48,2	0,6	1,85*10-1
Вентшахта В-21 N 0072 Д = 0,710 S = 0,3957 Н = 33,0	Емкость поз.Е 4	15012	35 часов	окр.	НСL - 4,2	0,2	1,75*10-2
Вентшахта В-24 N 0074 Д = 0,710 S = 0,3957 Н = 33,0	Емкость поз.Е 7  2	15012	35 часов	окр.	ИБС - 1,16	0,1	4,6*10-3
Атмосферная труба N 0076 Д = 0,057 S = 0,0025 Н = 33,0	Гидрозатвор поз.Е 11-12	3,6	35 часов	окр.	Толуол- 184,1 ИБС,бутанол 0,9 НСl-2,2	0,6 0,1  0,2	1,84*10-4 9,0*10-7  6,2*10-5
Атмосферная труба N 0077 Д = 0,20 S = 0,0314 Н = 33,0	Вакуум- насос поз. Н 5	0,36	5 часов	окр	Толуол - 610 ИБС, бутанол 34,4	0,6 0,1	6,1*10-5 3,4*10-6

Таблица 16

Сточные воды.

Наименование сбрасываемых сточных вод, отделение, аппарат	Куда сбрасывается	Количество стоков		Периодичность сброса	Характеристика выброса
		м3/т	м3/сутки		Содержание контролируемых вредных веществ в сбросах (по компонентам), мг/дм3	ПДК рыб.хоз. и ПДК сбрасываемых вредных веществ	Допускаемое количество сбрасываемых вредных веществ, кг/сутки
Водный слой со стадии гидро-лиза ФТХС с частичной этерификацией. Реактор поз.Р 1	Флорен тийский сосуд поз.К 1	0,88	1,33	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 148617,78 2.Н-катион 4181,30 3.Спирты 28575,97 (ИБС или БС) 4.Толуол 3215,51	300  ИБС -0,15 бутил.-0,15 толуол-0,5	197,5080 5,5568 37,9765  4,2733
Водный слой от промывки сила-нола смолы. Реактор поз. Р 1.	Флорен- тийский сосуд поз.К 1	0,54	0,81	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 18900,00 2.Н-катион 540,03 3.Спирты 28304,87 (ИБС или БС) 4.Толуол 2793,24	- // -	15,3265 0,4379 22,9520  2,2650
Водный слой со стадии санитар-ной очистки аб-газов"дыха-ния".Абсор-бер поз.Е 13.	Флорен- тийский сосуд поз.К 1	0,5	0,76	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 18281,79 2.Н-катион 516,10 3. Спирты (ИБС или БС) 2143,79 4. Толуол 6431,38	- // -	13,9071 0,3926 4,8924 1,6308
Сточные воды во флорентийс-ком сосуде поз.К 1	Емкость поз. Е 7	1,92	2,90	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 77939,31 2.Н-катион 2195,77 3.Спирты 1701,46 (ИБС или БС) 4.Толуол 78,05	300  ИБС -0,15 бутил.-0,15 толуол-0,5	226,1829 6,3722 4,9377  0,2265
Сточные воды(поз.Н5)	в поз.7	0,96	1,45	1 раз в сутки	1.Вода
Сточные воды от мытья полов, оборудования, трубопроводов, лабораторные стоки.	Емкость поз. Е 8 и далее в поз.Е 7	4,12	6,22	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 97,26 2.Н-катион 2,74 3.Спирты 50,00 (ИБС или БС) 4.Толуол 20,00	300  ИБС -0,15 бутил.-0,15 толуол-0,5	0,2821 0,0079 0,1451  0,0580
Сточные воды, поз.Е 7	В коллектор	7,00	10,57	1 раз в сутки	1.Хлорид-ион 78036,57 2.Н-катион 2198,51 3.Спирты 1751,46 (ИБС или БС) 4.Толуол 98,05	- // -	226,4650 6,3801 5,0828  0,2845
Конденсат	В коллектор	2,1	3,14	1 раз в сутки	1.Вода
Коллектор. Общий сток Органическая канализация	на станцию нейтрализации и на БОС	9,1	13,71		РН 1-8 НCl 1300,00 3.Спирты 100,00 (ИБС или бутиловый) Растворитель 100,00 (толуол или ксилол) 5.ХПК 1200,00

Таблица 17

Твердые и жидкие отходы.

Наименование отхода, отделение, аппарат	Место складирования, транспорт, тара	Количество отходов		Периодич-ность образования	Характеристика твердых и жидких отходов			Примечание
		кг/т продук-ции	кг/сутки		Химический состав, влажность	Физические показатели, Плотность, кг/м3	Класс опасности отходов
1.Отработан-ный резино-вый шланг	контейнер промотходов	0,14	0,21	разовое	Резина-97,31% Смола- 2,50 % раст-ль- 0,19 %	Твердый	4
2 Отработан-ный речной песок	контейнер промотходов	0,15	0,23	разовое	смола - 2,01 % растворитель 0,11 % песок речной- 92,01 % вода - 5,87 %	Твердый	4

Расчет количества, загрязняющий веществ, поступающих в воздух рабочей зоны от технологического оборудования при нормальных режимах работы

Токсичные и взрывоопасные вещества могут попадать в воздух помещения за счет диффузии через неплотности аппаратов, при испарении с открытых поверхностей, за счет «большого» дыхания аппарата при его заполнении, и в других процессах. Рассмотрим ситуацию на примере реактора поз. Р1.

Количество вещества (G_i, кг/ч), которое поступает через неплотности оборудования, при проведении процесса при давлениях выше атмосферного, определим по формуле:

 ,

где Р_изб. - избыточное давление в аппарате, Па;

η - коэффициент запаса, ή=2;

m - коэффициенты негерметичности, характеризующий падение давления в аппарате в течении часа, примем равным 0,003;

V_a - объем газовой фазы в аппарате, м³;

М - молекулярная масса вещества;

Т - температура в аппарате, К.

Подставив значения, получим:

Количество вещества, поступающего в воздух при испарении с поверхности жидкости (кг/ч), находится по формуле:

,

где ω - скорость движения воздуха над поверхностью жидкости (ω≈0,5÷2м/с);

S - площадь испарения жидкости, м²;

P _смолы - парциальное давление паров жидкости над ее поверхностью, Па;

k₁ и k₂ - соответственно коэффициенты, учитывающие эффективную площадь испарения и понижение температуры над поверхностью жидкости за счет ее испарения.

Подставив значения в формулу, получим:

.

G_сум== 5,15*10^-3 кг/ч

Оценка уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при нормальных режимах работы оборудования

Концентрацию паров ксилола смолы в воздухе рабочей зоны помещения приготовления кремнийорганической смолы найдем по формуле:

,

где G^HP, G^AP - соответственно количество токсичного вещества, поступающее в воздух рабочей зоны при нормальном и аварийном режимах работы, мг/ч;

V_CB - объем воздуха, в котором распределяются токсичные вещества, м³;

К_Н - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения токсичного вещества в воздухе и негерметичность помещения. Примем его равным 2.

Определим объем воздуха, в котором распределяются токсичные вещества по формуле:

,

где R₁ и R₂ - соответственно радиусы внешней и внутренней шаровых поверхностей, м.

Подставив значения, получаем:

Расчет количества токсичного или взрывоопасного вещества при аварии

При разгерметизации аппарата, в котором проходил процесс под давлением с газообразными веществами, количество вещества G^AP (кг) можно рассчитать по формуле:

,

где V_a и P_a - соответственно объем аппарата (м³) и давление в аппарате (атм.).

Подставив данные, получим:

При разливе жидкости количество испарившихся паров G_ж (кг) можно рассчитать по формуле:

,

где L_ж - скорость испарения жидкости, г/м²∙с;

F - площадь разлива, м²;

τ - время испарения, примем равным его 1 ч.

Подставив данные, мы получим:

Расчет освещенности помещения производства кремнийорганической смолы.

Проведем расчет освещенности методом коэффициента использования светового потока.

Этот метод предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей в присутствии затемняющих предметов. При этом учитывается не только световой поток источников света, но и отраженный световой поток от стен, потолка, элементов оборудования и тип светильников.

Расчет количества светильников для системы общего освещения (N) проводят по формуле:

где Е - нормированное значение освещенности для систем общего освещения, лк;

S_п - площадь пола, м²;

Z - коэффициент, учитывающий равномерность освещения, примем его равным 1,3;

К_з - коэффициент запаса, примем его равным 1,5;

F - световой поток источника света, лм;

n - количество ламп в светильнике, шт;

η - коэффициент использования светового потока, в долях единицы, зависит от типа светильника, индекса помещения - i, окраски потолка, стен и пола.

Индекса помещения i находят по формуле:

где L_п - длина помещения, м;

В - глубина (ширина) помещения, м;

h_l - высота от уровня условной рабочей поверхности до окна, м.

Подставив данные, получаем:

Ввиду работ средней точности, выполняемых в помещении гипохлорита натрия, примем нормированное значение освещенности для систем общего освещения равным 200лк. Лампы для искусственного освещения выберем мощностью 80Вт и тип лампа - ЛД, световой поток данного источника света равен 4070 лм. На основе этих данных и предыдущего расчета определим количество светильников для системы общего освещения:

Вывод по проведённым расчётам:

На примере реактора поз. Р1 была рассмотрена ситуация утечки паров реакционной смеси вследствие гипотетической негерметичности крышки и фланцевого соединения подводящих труб. Количество поступающих паров в помещение оказалось равным 5,15*10^-3 кг/ч. Концентрация паров реакционной смеси увеличилось на 0.92 мг/ч что обязательно вызвало срабатывание газоанализатора поз. 14а и сработало речевое оповещение. В случае разлива жидкости испарилось бы 0.5 кг реакционной смеси. Расчёт освещённости помещения в котором находится реактор поз. Р1 показал, что для нормального режима работы необходимо наличие трёх светильников.

5. Экономическая часть

Технико-экономическая сущность проекта

Данный проект направлен на повышение эффективности производства кремнийорганической смолы путем автоматизации контроля и управления стадий загрузки сырья, проведения реакции и отгрузки готовой продукции. Также данный проект позволит оптимизировать количество рабочих, занятых на производстве кремнийорганической смолы.

Реализация данного проекта обеспечивает:

увеличение объёма производства за счёт оптимизированного времени на производство смолы;

улучшение качества продукции за счёт строго соблюдения технологического регламента;

высвобождение работников из вредных условий производства;

уменьшение аварийности производства, связанной с уменьшением взаимодействия персонала и химическими продуктами.

Реализация проекта связана с единовременными затратами, которые осуществляются в первый год расчетного периода. Горизонт расчета (расчетный период) составляет пять лет. Дополнительные эксплуатационные затраты имеют место на каждом шаге расчёта. Первые 6 месяцев выполняются проектные работы, комплектация системы, монтажные и наладочные работы.

В качестве шага расчёта (t) принят один год. В результате расчётов выполняется оценка показателей коммерческой эффективности проекта в том числе:

-       чистого дисконтированного дохода;

-       внутренней нормы доходности;

-       срока окупаемости по дисконтированным показателям;

Показатели коммерческой эффективности служат основанием для принятия решения по коммерческой целесообразности реализации проекта.

Реализация проекта осуществляется за счёт собственных средств предприятия.

Оценка единовременных затрат

Оценка затрат на выполнение проектных работ

На данном этапе оцениваем затраты, необходимые для создания проекта автоматизации.

В нашем случае для разработки проекта автоматизации предполагается заключение договора с кафедрой автоматики и технической кибернетики. Стоимость контракта предположительно составит 50 тыс. руб.

В первые 6 месяцев осуществляется проектирование, монтаж и наладка системы.

Расчёт затрат на приобретение технических средств

В нашем случае для создания системы автоматического управления нам необходимы следующие составляющие:

-       персональный компьютер, обладающий достаточной вычислительной мощностью для управления системой автоматического управления;

-       система датчиков, регистрирующих информацию о ходе технологического процесса;

-       промышленный микроконтроллер

Таблица 18

Затраты на приобретение технических средств

№ п/п	Наименование технических средств	Кол.	Цена, тыс.руб.	Стоимость, тыс. руб.
1	ПЭВМ	1	30	30
2	Микроконтроллер ТКМ-700	1	150	150
3	Датчики давления серии Rosemount 3051S	11	7	77
4	Электромагнитный расходомер Метран-370	1	7.5	7.5
5	Датчики температуры ТСМУ Метран-274	1	2.2	2.2
6	Гидростатический уровнемер Rosemount 3051S-2-L	8	10	80
7	Газоанализатор стационарный универсальный ГАНК-4С(Р)	5	50	250
8	Волноводный уровнемер	1	25	25
9	Магнитный пускатель ПБР25	7	0.6	4.2
10	Магнитный пускатель ПМЛ-25А	6	0.6	3.6
11	Клапан КМР ЛГ	7	20	140
12	Электромагнитный расходомер Метран-370	1	30	30
13	Принтер LG	1	4	4
ИТОГО				803.5

Расчёт затрат на приобретение программных средств

К затратам на приобретение программных средств следует отнести:

-   затраты на приобретение операционной системы для персонального компьютера оператора;

-   затраты на приобретение или разработку программных средств для управления технологическим процессом (SCADA-system);

-   затраты на приобретение прочих прикладных программ (файловые оболочки, офисные приложения

Таблица 19

Затраты на приобретение программных средств

№ п/п	Наименование технических средств	Стоимость, тыс. руб.
1	Операционная система	20
2	Master-SCADA со вспомогательными программами	200
3	Прочие	15
ИТОГО		235

Расчёт затрат на выполнение монтажно-наладочных работ

К затратам на выполнение монтажно-наладочных работ следует отнести:

-       затраты на собственно монтаж комплекса (затраты на заработную плату рабочим, затраты на расходные материалы и т.п.);

-       затраты на настройку программного обеспечения (затраты на настройку операционной системы, прикладных программ, а так же на отладку управляющей программы системы автоматизации);

-       прочие затраты.

Таблица 20

Затраты на выполнение монтажных работ

№ п/п	Вид работ	Затраты, тыс. руб.
1	Монтаж комплекса	30
2	Наладка ПО и ТС	25
3	Прочие	5
итого		60

Таблица 21

Сводная таблица единовременных затрат

Наименование затрат	ИТОГ (итоговые статьи таблиц) тыс. руб.
1. Затраты на выполнение проектных работ	40
2. Затраты на приобретение технических средств	803.5
3. Затраты на приобретение программных средств	235
4. Затраты на выполнение монтажно-наладочных работ	60
ВСЕГО (единовременных затрат)	1138.5

Оценка дополнительных эксплуатационных затрат

В данном разделе производятся дополнительные эксплуатационные затраты, связанные с реализацией проекта.

Дополнительные эксплуатационные затраты состоят из пяти элементов:

-       материальные затраты;

-       затраты на оплату труда;

-       отчисления на социальные нужды;

-       амортизационные отчисления;

-       прочие затраты.

Рассмотрим каждый из этих элементов подробнее.

Оценка материальных затрат

В элементе “Материальные затраты ” отражается стоимость электроэнергии, красящей ленты и других различных расходных материалов, которые возникают дополнительно после внедрения. Кроме того к материальным затратам следует отнести услуги сторонних организаций связанные с эксплуатацией системы, настройкой и ремонтом техники, консультационные услуги.

Затраты на материалы и энергоносители рассчитываются по формуле:

З_i=Р_i^.Ц_i

где З_i - затраты на годовой объём производства i-ого вида материала или энергоносителя, ден. ед.;

Р_i - годовая потребность (расход) i-ого вида материала или энергоносителя, нат. ед.;

Ц_i - цена (стоимость) единицы i-ого вида материала или энергоносителя, ден. ед.

Расчёт материальных затрат приведён в таблице.

Таблица 22

Расчёт затрат на расходные материалы

Наименование материала	Единица измерения	Годовая потребность	Цена за единицу, тыс. руб.	Затраты на годовой объём, тыс. руб.
1. Бумага	Пачка 500 листов	12	0,45
2.Расходные материалы для принтера	Картридж	8	0,7	5,6
3. Прочие				4
ИТОГО				15

Таблица 23

Расчёт энергозатрат

Наименование энергоносителя	Единица измерения	Годовой расход, кВт*ч	Стоимость единицы измерения, руб.	Затраты на годовой объём, тыс. руб.
Электрическая энергия	кВт*ч	10000	1,8	18
ИТОГО				18
ИТОГО (годовые материальные затраты)				33

Расчет энергозатрат осуществляется исходя из электрической мощности оборудования и времени работы.

Оценка затрат на оплату труда

В элементе “Затраты на оплату труда” отражаются затраты на оплату труда инженерно-технических работников, дополнительно принимаемых для эксплуатации технических средств. Затраты (годовой фонд) на оплату труда рассчитываются по формуле:

ФОТ_i=ЗПЛ_ср*м Ч_i 12,

ФОТ_i - годовой фонд оплаты труда i-й категории работников, ден. ед.;

ЗПЛ_ср*м - среднемесячная заработная плата 1-го работника, ден. ед.;

Ч_i - списочная численность i-й категории работников, чел.

Реализация проекта связана с доплатой 1-му инженеру по автоматизации в смену. При трёхсменной работе, пятидневной рабочей недели дополнительные затраты на оплату труда приведены в таблице.

Таблица 24

Расчёт затрат на оплату труда

Наименование категорий работников	Списочная численность, чел.	Среднемесячная доплата 1-го работника, тыс. руб.	Годовые затраты на оплату труда. ФОТ, тыс. руб.
Специалисты	3	1,52	54,7
ИТОГО			54,7

При непрерывном производстве, если мы выполняем доплату 1му инженеру в смену (при длительности смены 8 часов), явочная численность в смену работников с дополнительной оплатой труда составляет 1 человек, а суточная - 3 человека. Штатная численность увеличится на:

Ч_шт = N*n

Где:

N - количество инженеров, которым осуществляется доплата,

n - количество смен в сутки.

Списочная численность инженеров с доплатой увеличится на

Ч_сп = Ч_шт·К_пер,

К_пер - коэффициент пересчета штатной численности в списочную

Ч_сп = 3 (чел.)

Оценка отчислений на социальные нужды

По вышеприведенной таблице рассчитывается элемент затрат “Отчисления на социальные нужды”, в котором отражаются обязательные отчисления органам государственного страхования, Пенсионного фонда, Государственного фонда занятости и обязательного медицинского страхования. Результаты расчетов сводятся в нижеследующую таблицу.

Таблица 25

Расчёт годовой суммы отчислений

Наименование категорий работников	Годовые затраты на оплату труда, тыс.руб.	Норматив отчислений, %	Годовая суммы отчислений, тыс. руб.
Руководители и специалисты	54,7	34	18,6
ИТОГО			18,6

Оценка амортизационных отчислений

В элементе “Амортизация” отражается сумма амортизационных отчислений на весь комплекс технических средств, а не на отдельные устройств. (В примере принята норма амортизации 20%)

Амортизационные отчисления рассчитываются исходя из первоначальной стоимости технических средств. В год амортизационные отчисления составят в нашем случае:

 тыс.руб.

Оценка прочих затрат

К элементу “Прочие затраты” относятся налоги, сборы, отчисления в специальные внебюджетные фонды, платежи по обязательному страхованию имущества, платежи по кредитам в пределах ставок ЦРБ, затраты по сбыту и др. В нашем случае примем равными 10 тыс. руб. в год.

Таблица 26

Сводная таблица дополнительных эксплуатационных затрат

Наименование затрат	ИТОГ (итоговые статьи таблиц), тыс. руб.
Материальные затраты	33
Затраты на оплату труда	54,7
Отчисления на социальные нужды	18,6
Амортизация	128,1
Прочие	10
ВСЕГО (эксплуатационных затрат)	244,4

Расчёт валовой годовой экономии

Расчёт экономии за счёт увеличения объёма производства

Экономия за счёт увеличения объёма производства рассчитывается по формуле:

Э_ц=С(1-Т_y/Т_q) Q_а,

где С - условно-постоянные расходы в себестоимости единицы выпускаемой продукции (  - после внедрения,  - до внедрения), тыс.руб./т.;

Т_y - индекс изменения общей суммы условно-постоянных расходов:

,

Т_q - индекс изменения объёма продукции:

,

Q - годовой объём производства в натуральном выражении после внедрения ( - после внедрения, - до внедрения).

Ту=1 Qa=13050 тонн/г Qb=13000 тонн/г T_q=1,004 T_y/T_q=0,996

6*(1-0,996)*13050 =300 тыс.руб.

Здесь . руб./кг

Расчёт дополнительной выручки за счёт повышения качества продукции

Прирост прибыли от повышения качества продукции рассчитывается по формуле:

Э_к = [(Ц₁₂ - С₂)-(Ц₁₁ - С₁)],

если примем С₁= С₂, то:

Э_к = ΔЦ· Q_a,

где ΔЦ - изменение цены,

Ц₁₂ - цена продукции после внедрения средств автоматизации , руб./кг ;

С₂ - себестоимость продукции после внедрения средств автоматизации, руб./кг;

Ц₁₁ - цена продукции до внедрения средств автоматизации, руб./кг;

С₁ - себестоимость продукции до внедрения средств автоматизации, руб./кг;.

В нашем случае, приняв Ц₁₂ = 6,51 руб./кг ; Ц₁₁ = 6,5 руб./кг ; С₁ = С₂ = 6 руб./кг получаем:

Э_к =ΔС· Q_a =0,01·13050000 = 130,5 тыс.руб.

Расчет экономии за счет снижения затрат на оплату труда с отчислениями на социальные нужды

Снижение затрат на оплату труда вследствие высвобождения работников рассчитывается по формуле:

Э_З =(N*n 3_псм ∙ 12)+ K_отч(N*n 3_псм ∙12)/100,

Где Э_З - экономия за счёт снижения затрат на оплату труда;

З_псм - среднемесячная заработная плата одного высвобождаемого

работника;

N- число высвобождаемых в одну смену рабочих;

n- количество смен;

К _отч- коэффициент отчислений на социальные нужды.

Примечание: Снижение затрат на оплату труда может быть вызвано за счет высвобождения работников из цеха, путем замены ручного труда машинным. Расчет экономии можно выполнять также путем прямого счета исходя из среднемесячного заработка работников.

В нашем случае экономия за счет снижения расходов на оплату труда и социальные нужды составит:

Э_у = 1∙ 3∙ 9,33∙ 12 + 34∙ 3∙ 9,33∙ 12 / 100= 450тыс.руб.

Расчет валовой годовой экономии

Расчет годовой валовой экономии определяется, как сумма всех экономий:

Э=Э_Ц+ Э_К+Э_З

Э - валовая годовая экономия;

Э_Ц- экономия за счет увеличения объема производства;

Э_К - экономия за счет повышения качества продукции;

Э_З- экономия за счет снижения затрат на оплату труда;

Таблица 27

Расчёт валовой годовой экономии

	Валовая годовая экономия, т.р
№	Наименование	Значение
1	За сч. усл-пост.изд.при увелич.объёма пр.	300
3	За счёт снижения оплаты труда	450
6	За счёт увелич-я качества продукции	130
	ИТОГО ВАЛОВАЯ ГОДОВАЯ ЭКОНОМИЯ	880

Оценка коммерческой эффективности инвестиционного проекта

Эффективность проекта характеризуется системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов, применительно к интересам его участников. Показатели коммерческой эффективности учитывают финансовые последствия реализации проекта.

Для оценки коммерческой эффективности инвестиционного проекта можно использовать показатели:

чистый дисконтированный доход;

внутренняя норма доходности (интегральный эффект);

срок окупаемости.

При оценке эффективности инвестиционного проекта соизмерение разновременных показателей осуществляется путем приведения (дисконтирования) их к ценности в начальном периоде. В качестве точки приведения принят момент окончания первого шага (года) расчета. Дисконтирование какого-либо показателя осуществляется путем умножения его текущего значения на коэффициент дисконтирования. Суммируя дисконтированные значения показателя за весь период реализации проекта, получаем значение интегрального показателя.

Чистый дисконтный доход (ЧДД) определяется как превышение интегральных результатов над интегральными затратами за весь расчетный период . Формула для расчета:

где ЧДД - чистый дисконтированный доход, ден. ед.;

t- номер шага расчета;

Тр- горизонт расчета;

Rt - результат от осуществления проекта, ден. ед.;

t - затраты на осуществление проекта, ден. ед.;

- коэффициент дисконта.

Для определения коэффициента дисконтирования () используем постоянную норму дисконта (Е_н):

Расчет чистого дисконтированного дохода производится по форме, приведенной в таблице.

Если ЧДД инвестиционного проекта положителен, проект является эффективным (при данной норме дисконта - Ен) и может рассматриваться вопрос о его принятии. Чем больше ЧДД, тем эффективней проект. Если инвестиционный проект будет осуществлен при отрицательном ЧДД, инвестор понесет убытки, т.е. проект неэффективен.

Внутренняя норма доходности (ВНД) нижний гарантированный уровень доходности (прибыльности) капитальных вложений.

Внутренняя норма доходности проекта определяется в процессе расчета и сравнивается с коммерческой нормой дисконта (процентная ставка по коммерческим кредитам).

Графический метод приближенной оценки ВНД заключается в построении зависимости ЧДД от нормы дисконта (Е).

Зависимость чистого дисконтированного дохода( ЧДД) от нормы дисконта

Рис.1. Приближенная оценка ВНД графическим методом

Точка А соответствует внутренней норме доходности. Если ВНД равна или больше требуемой инвестором нормы дохода на капитал, инвестиции в проект оправданы, и проект может быть принят к осуществлению. В противном случае инвестиции в данный проект нецелесообразны.

Срок окупаемости капитальных вложений (инвестиций) - минимальный временной интервал (от начала осуществления проекта), за пределами которого интегральный эффект становится и в дальнейшем остается положительным. Иными словами, это - период, начиная с которого капитальные вложения, связанные с инвестиционным проектом, покрываются суммарными результатами его осуществления. Срок окупаемости равен сумме лет инвестиционного (расчетного) периода, за пределами которого чистый дисконтированный доход становится и в дальнейшем остается положительным.

Срок окупаемости по дисконтированным показателям зависит от норм дисконта и от величины распределения результатов и затрат по шагам расчетного периода.

В связи с этим указывается диапазон срока окупаемости в пределах возможного изменения норм дисконта.

Таблица 28

Расчет показателей коммерческой эффективности проекта

Наименование		0	1	2	3	4
Процент достижения валовой экономии в %		45	90	100	100	100
Результаты Rt, тыс.руб.		396,333	792,666	880,74	880,74	880,74
Затраты Зt, в тыс.руб.		1323	343,9248	343,9248	343,9248	343,9248
Единовременные затраты, тыс.руб.		1138.5	0	0	0	0
Дополнительные эксплутационные затраты, тыс.руб.		185,719392	343,9248	343,9248	343,9248	343,9248
Rt - Зt, тыс. руб.		-926,667	448,7412	536,8152	536,8152	536,8152
Коэффициент дисконта при норме дисконта		0	1	2	3	4
Е=	0	1	1	1	1	1
	0,2	1	0,83333	0,69444	0,57870	0,482253
	0,4	1	0,71429	0,51020	0,36443	0,260308
	0,6	1	0,62500	0,39063	0,24414	0,152588
	0,8	1	0,55556	0,30864	0,17147	0,095260
	1	1	0,50000	0,25000	0,12500	0,062500
	1,2	1	0,45455	0,20661	0,09391	0,042688
	1,4	1	0,41667	0,17361	0,07234	0,030141
ЧДДt (чистый дисконтированный доход ) при Е=	0	-926,667	448,7412	536,8152	536,8152	536,8152
	0,2	-926,667	373,951	372,7883	310,656944	258,880787
	0,4	-926,667	320,52943	273,8853	195,632362	139,737401
	0,6	-926,667	280,46325	209,6934	131,058398	81,911499
	0,8	-926,667	249,30067	165,6837	92,0465021	51,1369456
	1	-926,667	224,3706	134,2038	67,1019	33,55095
	1,2	-926,667	203,97327	110,9122	50,4146506	22,9157503
	1,4	-926,667	186,9755	93,19708	38,8321181	16,1800492
∑ЧДД тыс.руб при Е =	0	-926,667	-477,92580	58,88940	595,70460	1132,519800
	0,2	-926,667	-552,71600	########	130,72928	389,610065
	0,4	-926,667	-606,13757	########	-136,61990	3,11750
	0,6	-926,667	########	-305,45191	-223,54042
	0,8	-926,667	-677,36633	########	-419,63613	-368,49918
	1	-926,667	-702,29640	########	-500,99070	-467,43975
	1,2	-926,667	-722,69373	########	-561,36685	-538,45109
	1,4	-926,667	-739,69150	########	-607,66230	-591,48225

Затраты сводятся в таблицу с учетом графика осуществления проекта. На нулевом шаге дополнительные эксплуатационные затраты меньше, т.к. в начале предполагается выполнение проектных и монтажно-наладочных работ, при которых этих затрат может и не возникать.

Таблица 29

Таблица 30

Таблица 31

Таблица 32

Таблица 33

Таблица 34

Таблица 35

Таблица 36

Расчёт чистого дисконтированного дохода

Норма	ЧДДt
0	1132,5198
0,2	389,6101
0,4	3,1175
0,6	-223,5404
0,8	-368,4992
1	-467,4398
1,2	-538,4510949
1,4	-591,4822494

Выводы об оценке экономической эффективности

Реализация проекта автоматизации связана с единовременными затратами в размере 1138.5 тыс. руб. и дополнительными эксплуатационными затратами в размере 186 тыс. руб. в год.

Реализация проектных решений обеспечивает получение валовой годовой экономии при 100% освоении проектных решений в размере 880,7 тыс. руб. в год, которая достигается за счет повышения качества продукта, увеличения объема производства, снижения затрат на оплату труда.

Выполнена оценка показателей коммерческой эффективности проекта. Был подсчитан чистый дисконтированный доход при различных нормах коммерческого дисконта. Внутренняя норма доходности (ВНД) составляет более 100%, что свидетельствует о высокой инвестиционной привлекательности проекта.

Выполненная экономическая оценка проектных решений позволяет утверждать об экономической целесообразности реализации проекта.

Выводы по дипломному проекту:

В соответствии с заданием в дипломном проекте были рассмотрены следующие вопросы:

. Технология производства кремнийорганической смолы;

. Автоматизация производства кремнийорганической смолы на основе современных средств автоматизации.

АСУТП выполнена на базе модульного технологического контроллера ТКМ700 производства группы компаний «Текон». В связи с тем, что многие используемые в существующей системе датчики не отвечают требованиям современного уровня автоматизации, они были заменены новыми и более совершенными приборами;

. Разработана схема автоматизации, составлена подробная спецификация на приборы. Выполнены рабочие чертежи, определенные заданием.

. Выполнен раздел по БЖД. Были выполнены расчеты количества загрязняющий веществ, поступающих в воздух рабочей зоны от технологического оборудования при нормальных режимах работы, оценки уровня загрязнения воздуха рабочей зоны при нормальных и аварийных режимах работы оборудования, освещенности.

. Проведена экономическая оценка проектных решений.

Проект является экономически эффективным и имеет достаточно высокую инвестиционную привлекательность, что позволяет утверждать об экономической целесообразности его реализации.

Литература:

1.«Исходные данные на проектирование производства кремнийорганической смолы 134-276 (раствор) и лака КО-0309», ОАО «Химпром» Инновационный центр, Новочебоксарск, 2000 г, стр.10;

. Справочник по химии под редакцией И.Т. Гороновского, Наукова думка, Киев, 1987 г ,стр.424, 440, 444, 470;

."Большая химическая энциклопедия",И.Л. Кнунянц. Москва,1990 год, том 1, стр.648, 649, том 2, стр.380, 1092, том 4 стр.353, 1201, 1202, том 5 стр.128,129;

."Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты" М.М.Викторов Л., "Химия", 1977год, стр.116-130,131,254.

. А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко "Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов", Химия, Москва, 1990 г, кн.1, стр.193, 230, 263, 347, 425, 426, кн.2 стр.190, 230;

.А.К. Чернышев."Сборник номограмм для химико-технологических расчётов," Химия, Ленинград, 1969 г, стр.43;

. Справочник. Н.В. Лазарев,т.3, стр. 276, 303, 305.Справочник. А.Н. Баратов, т.2, стр.263.

.Большая химическая Энциклопедия, И.Л. Кнунянц, т.1,стр.128, 129 8.Гигиенические нормативы «ГН 2.2.5.686-98»

. Исходные данные ИЦ, стр.9

. Инструкция по охране труда, производственной санитарии, пожарной безопасности производства № 16

Принятые в дипломном проекте условные сокращения:

1. ФТХС- фенилтрихлорсилан.

. ИБС- изобутиловый спирт.

. ПДК- предельно-допустимая концентрация.

4. БОС - биологические очистные сооружения

. п/о  - пробоотборник