Для регистрации пользователя требуется выполнить следующие действия:

а)      вызвать панель доступа, изображенную на рисунке 3.8 путем выбора с помощью «мыши» пункта «РЕГИСТРАЦИЯ ДОСТУПА» в верхнем меню;

б)      с помощью «мыши» нажать кнопку «Имя» и в появившемся окне ввода ввести имя;

в)      с помощью «мыши» нажать кнопку «Пароль» и в появившемся окне ввода ввести пароль.

Рисунок 3.8 - Экран «Панель доступа»

После проведенных операций положение ключа будет показывать соответствующую категорию пользователя.

Системный инженер может изменять пароли пользователей, а также вводить новых пользователей или исключать их. Для этого ему необходимо вызвать панель доступа и включить опцию «Показать меню». После этого ему станет доступно меню среды выполнения приложения, с помощью которого он может конфигурировать пользователей.

При необходимости пользователь может изменить свой пароль, если вызовет на экран панель доступа и, нажав с помощью «мыши» кнопку «Изменить пароль», вызовет окно смены пароля, изображенное на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Окно смены пароля

В этом окне он должен набрать сначала свой старый пароль в поле «Old Password», затем в поле «New Password» ввести новый пароль и подтвердить новый пароль, повторив его ввод в поле «Verify New Password». После всех произведенных действий оператор должен нажать с помощью «мыши» кнопку «Ок».

При необходимости пользователь может снять доступ, перейдя на уровень приоритета А. Для этого нужно нажать с помощью «мыши» кнопку «Снять доступ» на панели доступа.

3.5.4.2 Общие сведения о мнемосхемах процесса

Мнемосхемы процесса - это графическое изображение оборудования печи. Мнемосхемы в максимальной степени отражают структуру, реальное состояние процесса и полевого оборудования. Количественная информация о процессе и состоянии оборудования отображается на мнемосхемах в виде численных значений параметров.

Параметры, по которым производятся сигнализация и управление, обозначаются на мнемосхемах следующим образом:

а)      аналоговые сигналы имеют поле с наименованием позиции, поле численного значения и поле с наименованием единицы измерения;

б)      дискретные сигналы имеют табло с текстовым сообщением, подсвеченное желтым или красным цветом, которое появляется при наличии сигнализации.

Обозначение позиций параметров на мнемосхемах.

Первая буква обозначает вид измеряемого параметра:

а)      T - температура;

б)      P - давление;

в)      F - расход.

Обозначение порядкового номера позиции параметра произведено согласно функциональной схеме.

На каждом видеокадре в нижней части экрана имеется меню, позволяющее перейти к просмотру экранов отчетов, графиков, сигнализации и производить квитирование аварийных сигналов.

В верхней части экрана имеется меню, позволяющее перейти на нужную мнемосхему и к просмотру экрана парольной защиты.

По уровню доступа оператору доступен просмотр конфигурационных таблиц аналоговых параметров. Для этого необходимо навести курсор «мыши» на позицию аналогового параметра на мнемосхеме и нажать левую клавишу «мыши».

По степени детализации отображения информации операторский интерфейс включает детальные мнемосхемы каждой из печей отдельно.

Для управления работой печи поверх детальных мнемосхем может открываться ряд окон (например, окно управления задвижкой, окно управления дутьевым вентилятором, окно управления регулирующим клапаном).

Для удобства представления информации и обеспечения более быстрого перехода с одного технологического участка на другой, поле экрана разделено на три зоны:

а)      верхняя зона предназначена для выбора узла (детальной мнемосхемы) и перехода к просмотру экрана парольной защиты, здесь также отображается имя пользователя, текущие дата и время;

б)      средняя, большая часть экрана, предназначена для отображения мнемосхем и специальных окон (например, окно регулятора);

в)      нижняя зона предназначена для перехода на экраны сигнализации, графиков и отчетов и квитирования аварийных сигналов.

На рисунке 3.10 изображена мнемосхема «печь № 2».

Рисунок 3.10 - Мнемосхема «печь № 2»

В нижней зоне экрана расположены кнопки перехода на экраны аварийной сигнализации, графиков, генерации отчетов (таблицы) и квитирования аварийных сигналов. При «нажатии» кнопки «Сигнализация» на экран выводится журнал сигнализации. В журнале фиксируются: время появления сигнала, тип сигнализации, текстовое сообщение, наименование (позиция) сигнала, группа, к которой относится данный сигнал (название объекта), значение и уставка. Журнал сигнализации может быть распечатан по запросу оператора.

При “нажатии” кнопки “Графики” на экран выводится меню групп графиков по всем печам. Выбирая в меню группу графиков, оператор получит на экране графическую информацию об изменении соответствующих аналоговых параметров. Масштаб выводимого на экран графика и шаг сдвига оператор может изменить.

При нажатии кнопки «Отчеты» на экран выводится меню отчетов, в котором оператор выбирает нужный отчет.

3.5.4.3 Управление исполнительными устройствами

Электроустановки АСУ ПТБ имеют три режима работы:

а)      АВТОМАТ - автоматическое управление;

б)      ДИСТАНЦИОННЫЙ - управляются дистанционно из операторского интерфейса, используя, манипулятор «мышь»;

в)      МЕСТНЫЙ - управление с помощью органов местного управления.

Наличие режимов АВТОМАТ и МЕСТНЫЙ зависит от конкретной электроустановки и ее назначения.

Перевод в нужный режим управления производится средствами операторского интерфейса с панели управления конкретной электроустановкой, либо при блокировке агрегата происходит автоматический перевод его в режим дистанционного или местного управления. Панели управления агрегатами на мнемосхемах вызываются путем нажатия «мышью» на изображение агрегата, либо постоянно находятся на конкретной мнемосхеме, предназначенной для отображения состояния и управления этим агрегатом. Рядом с изображением каждой электроустановки имеется значок с буквой, показывающей, в каком режиме управления находится установка:

а)      A - автоматический режим;

б)      Д - дистанционный режим;

в)      М - режим местного управления.

Перевод агрегата в нужный режим управления осуществляется с помощью кнопок «МЕСТ», «ДИСТ», «АВТ», расположенных на панели управления соответствующей электроустановкой. Для того чтобы перейти на нужный режим управления, необходимо поместить курсор «мыши» на соответствующую кнопку и нажать левую клавишу «мыши».

Управление электроприводными задвижками.

Оператор может управлять состоянием электроприводных задвижек с мнемосхемы соответствующей печи.

Рисунок 3.7 - Панель управления задвижкой

Для управления состоянием электроприводных задвижек необходимо навести курсор на изображение соответствующей задвижки, и нажать левую кнопку “мыши”. На экране появится панель управления задвижкой, как изображено на рисунке 3.7.

Чтобы скрыть панель управления нужно «щелкнуть» левой клавишей мыши по кнопке «выход» на панели управления.

Дистанционное управление задвижкой возможно при нажатии с помощью «мыши» соответствующей кнопки изменения состояния задвижки. Управление задвижкой осуществляется с помощью кнопок «ОТКРЫТЬ», «ЗАКРЫТЬ».

Управление вентиляторами.

Управление вентилятором осуществляется с панели «Загазованность».

Для пуска или останова вентилятора в режиме дистанционного управления на мнемосхеме имеются кнопки «ПУСК», «СТОП», как показано на рисунке 3.11. Чтобы пустить или остановить вентилятор, необходимо, навести курсор мыши на нужную кнопку, и нажать левую клавишу мыши.

Рисунок 3.11 - Панель управления вентилятором ГПР

Управление дутьевым вентилятором происходит аналогичным образом, он изображен на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - Панель управления дутьевым вентилятором

Управление регулирующим затвором.

Необходимо особо выделить режим местного управления для заслонки управляемой МЭО. Оператор имеет возможность изменять положение заслонки по месту, только если она находится в режиме местного управления.

Режимы автоматического управления исполнительными устройствами можно разделить на два типа:

а)      автоматическое регулирование;

б)      логическое управление.

Автоматическое регулирование основано на пропорционально - интегральном алгоритме по изменяющейся переменной процесса - аналоговому параметру.

Логическое управление ведется по дискретному параметру, и управляющее воздействие на клапан выражается в командах на открытие или на закрытие. Соответственно в зависимости от режима автоматического управления панель управления клапаном отображаются уставка и переменная процесса или нет.

Панель управления газовой заслонкой показана на рисунке 3.13.

Оператор средствами операторского интерфейса имеет возможность, менять режимы работы, дистанционно управлять агрегатами. Панель управления вызывается «щелчком мыши» по его изображению на мнемосхеме.

Далее на панелях размещены цифровые и столбчатые индикаторы. Индикатор «CV» показывает требуемое регулятором или вводимое оператором задание для исполнительного органа, индикатор «S» - его действительное состояние. На этой же панели индицируется переменная процесса «PV» и уставка «SP». Перевести клапан в нужный режим управления можно путем нажатия с помощью «мыши» соответствующей кнопки «МЕСТ», «ДИСТ», «АВТ». При переводе исполнительного устройства в нужный режим соответствующая кнопка визуально утапливается, надпись на кнопке и кнопка меняет цвет.

Требуемое положение клапана «CV» и уставку «SP» можно задать, поместив курсор «мыши» на соответствующее поле индикации и нажав левую клавишу «мыши». Ввести новое значение задания для исполнительного устройства можно так же с помощью кнопок пошагового увеличения и уменьшения задания, нажав с помощью «мыши» на требуемую кнопку (шаг изменения задания - 5%).

Рисунок 3.13 - Панель управления регулирующим затвором

.5.4.4 Сигнализация отклонений параметров от нормы и изменений в работе оборудования

Аварийная сигнализация вызывается:

а)      выходом аналогового значения за пределы уставок;

б)      недопустимым значением дискретного сигнала;

в)      сбоем в работе полевого оборудования.

Сигнализация отклонений параметра от установленных пределов осуществляется:

а)      изменением цвета параметра на экране;

б)      появлением мигающей надписи «Внимание» в левом нижнем углу экрана;

в)      записью в файл, выводом сообщения на экран сигнализации с указанием времени, даты, типа события, типа сигнализации, сообщения, значения (состояния сигнала).

Стандартные цвета сигнализации:

а)      желтый - предупредительный;

б)      красный - аварийный.

Для того чтобы подтвердить (квитировать) сигнализацию, необходимо перейти в экран текущих сигнализаций и с помощью «мыши» нажать кнопку «Подтверждение». После этого мигание параметров прекращается, снимается звуковой сигнал.

Цветовая индикация сигнализации на мнемосхеме и строка записи на экране текущих сигнализаций остаются до тех пор, пока значение сигнала не войдет в норму.

Станция оператора регистрирует все происходящие события (изменения состояния агрегатов, системные события, аварийные и предупредительные сигнализации).

В таблице 3.14 приведены типы сигнализаций.

Таблица 3.14 - Типы сигнализаций

Кроме сигнализаций на экран сигнализации выводятся события. Под событиями понимаются действия оператора, изменения в состоянии полевого оборудования, операторской станции. Можно выбрать для просмотра на экране события и сигнализации, относящиеся к определенным группам оборудования.

На экране истории сигнализации фиксируется дата, время появления сигнала, событие, тип сигнализации, сообщение, значение.

Цвет строки записи сигнализации на экране истории сигнализации соответствует статусу сигнализации:

а)      КРАСНЫЙ - неподтвержденная сигнализация;

б)      ЖЕЛТЫЙ - подтвержденная сигнализация;

в)      ЗЕЛЕНЫЙ - условия возникновения сигнализации возвращены к нормальным.

Строка записи событий на экране истории сигнализации окрашена в СИНИЙ цвет.

Задание уставок сигнализаций для аналоговых параметров доступно пользователю с уровнем доступа B. Оператор может только просмотреть конфигурационную панель аналогового параметра, вызвав ее с помощью «мыши» щелкнув по позиции аналогового параметра на мнемосхеме.

3.5.4.5 Конфигурирование изменяемых параметров системы

По уровню доступа системному инженеру доступно конфигурирование изменяемых параметров системы:

а)      задание уставок сигнализаций аналоговых параметров;

б)      конфигурирование аналогового параметра (пределы шкалы, единицы измерения);

в)      ввод в систему новых пользователей, назначение им паролей и уровней доступа;

г)       задание уставок сигнализации, изменение пределов шкалы, изменение единиц измерения.

Изменение уставок сигнализации, а также включение и выключение сигнализации для аналоговых параметров возможно при вызове конфигурационной панели аналогового параметра изображенной на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Конфигурационная панель аналогового параметра

Чтобы изменить уставку, нужно навести курсор «мыши» на поле с индикацией текущей вставки и, нажав левую клавишу «мыши» вызвать поле ввода, затем с помощью клавиатуры набрать новое значение и нажать кнопку «Enter».

Аналогичным образом можно ввести пределы шкалы измерения.

Для записи изменений необходимо нажать кнопку «Выход» на панели аналогового параметра. После этого панель аналогового параметра исчезнет с экрана.

3.5.4.6 Окно текущих сигнализаций

В окне текущих сигнализаций отображаются действующие в данный момент аварии: красным и желтым цветами неподтвержденные и подтвержденные оператором соответственно (тип сигнализации смотри в таблице 3.14), а также кнопки подтверждения аварий и кнопка перехода на экран «История сигнализации», экран «текущие сигнализации» показано на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 - Экран «Текущие сигнализации»

На рисунке 3.16 изображен экран «ИСТОРИЯ СИГНАЛИЗАЦИИ». На этом экране отображаются все сигнализации, аварии и события. В этом окне можно вывести список сигнализации отсортированных по желаемому условию: по дате (число, месяц, год), по времени (00.00 - 24.00), по приоритету (1-999), по группе принадлежности сигнала (Pech1…Pech5 - сигнализации конкретной печи).

Переход по списку сигнализаций вверх, вниз осуществляется кнопками со стрелками справа от списка.

Рисунок 3.16 - Окно «История сигнализации»

3.5.4.7 Просмотр графиков

При нажатии закладки «Графики» в верхнем меню открывается экран просмотра графиков, показанный на рисунке 3.17.

Слева от поля графиков отображается шкала выбранного параметра, сверху описание параметра, справа для каждого из восьми графиков отображаются позиция параметра, единица измерения, значения параметра в точке пересечения с левым и правым бегунками. Выбрать нужный параметр оператор может нажатием справа на позицию, либо слева на шкалу, либо сверху на описание параметра. Цвет шкалы соответствует цвету графика, выводимого параметра.

Снизу под полем графиков расположены кнопки изменения ширины графиков. Чтобы изменить ширину графиков, необходимо выбрать единицу изменения и нажать на кнопки сдвига. С помощью бегунков можно определить, какое значение у параметра было в определенное время.

Рисунок 3.17 - Экран просмотра графиков

Основные элементы экрана «Графики»:

а)      1 - обновить поле графиков до текущего момента;

б)      2 - время и кнопки сдвига правой границы поля графиков;

в)      3 - время и кнопки сдвига левой границы поля графиков;

г)       4 - уменьшить график (увеличить ширину поля графиков в 2 раза);

д)      5 увеличить график между бегунками;

е)       6 - кнопки перемещения левого и правого бегунков вправо/влево;

ж)      7 - значение временного промежутка между бегунками;

з)       8 - левый бегунок (время в точке пересечения с графиком);

и)      9 - правый бегунок (время в точке пересечения с графиком);

к)      10 - кнопки сдвига и единицы измерения границ поля графиков при каждом нажатии кнопок сдвига.

.5.5 Описание протоколов обмена InTouch с модулями ввода/вывода

Для обмена данными между микропроцессорными модулями ввода/вывода используется протокол ОРС (OLE for Process Control). Программное средство InTouch на прямую не использует протокол ОРС. InTouch для связи с внешними устройствами предоставляет два интерфейса: DDE (NetDDE - сетевая версия протокола DDE) и SuiteLink. SuiteLink - протокол основанный на базе протокола TCP/IP, который расширяет функции стандартного протокола TCP/IP. Применение протокола SuiteLink позволяет обеспечить надежную совместимость с другими компонентами фирмы Wonderware. Для опроса микропроцессорных модулей ввода/вывода используется сервер ввода/вывода, поставляемый с микроконтроллерами. Для того, чтобы обеспечить стыковку сервера ввода/вывода с приложением InTouch фирма WonderWare предлагает использование вспомогательного приложения - SuiteLink, который обеспечивает стыковку используемых протоколов.

ОРС Server по запросу SuiteLink производит опрос микропроцессорных модулей. SuiteLink по запросу приложения InTouch предоставляет данные запросившему приложению. Таким образом, применение логически законченных уровней в программном обеспечении позволяет повысить надежность системы - в случае отказа какой-либо части программного обеспечения можно будет быстро определить узел отказа, возможную причину.

4. Расчет точности отображения на экранах аналоговых значений

Точность отображения на экранах оператора значений аналоговых параметров должна стремиться к реальным значениям аналоговых датчиков. А как таковой расчет точности отображения значений аналоговых параметров имеет большое значение для проектировщика.

Произведем расчет точности отображения аналоговых значений.

Точность отображения рассчитывается по следующей формуле:

 ,                          (4.1)

где К- класс точности датчика.

Класс точности и пределы измерения датчика возьмем из таблицы КИПиА.

МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-0,25МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00

 МПа.

МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-2,5МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00

 МПа.

ТСМУ-205Ех-120мм--50…+50⁰С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95

 ⁰С.

ТСМУ-205Ех-250мм-0…+180⁰С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95

 ⁰С.

ДРГ.М-400

 м³/час.

МИГ-200-4

 м³/час.

5. Расчет надежности системы автоматизации

.1 Назначение расчета надежности системы

Объектом расчета надежности является автоматизированная система управления процессом подогрева нефти в печах типа ПТБ-10. Расчет надежности требуется для определения достигнутого уровня надежности системы и ее составных частей в ходе проектирования системы автоматизации.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, а так же после ремонта, хранения, транспортировки.

Список оцениваемых показателей надежности:

а)      среднее время безотказной работы;

б)      показатель интенсивности отказов;

в)      коэффициент готовности системы;

г)       коэффициент надежности;

д)      показатель ремонтопригодности.

Автоматизированная система управления является многофункциональной, восстанавливаемой системой непрерывного действия, и характеризуется коэффициентом готовности, показателями безотказности и ремонтопригодности по основным выполняемым функциям.

Отказы бывают полными и частичными. При полном отказе объект не может выполнять ни одну из предписанных ему функций, а при частичном - некоторые из функций могут сохраняться.

Отказы бывают простые и сложные. Простой отказ устраняется путем простого восстановления или его замены. При сложном отказе выход из стоя хотя бы одного элемента приводит к необходимости настройки всей системы или ее объектов.

В рабочем состоянии объект может находиться в режимах:

а)      нормальном;

б)      аварийном;

в)      послеаварийном.

Нерабочее состояние включает в себя состояние:

а)      предупредительного ремонта;

б)      аварийного ремонта;

в)      аварийного простоя;

г)       зависимого просто.

Живучесть - свойство системы противостоять крупным возмущениям, не допуская их цепочного развития и массового отказа элементов.

Безопасность - свойство объекта не создавать опасности для людей и окружающей среды во всех возможных режимах работы и при аварийных ситуациях.

Для расчета показателей надежности АСУ ПТБ выбран структурный метод расчета, основанный на представлении объекта в виде логической (структурно-функциональной) схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта от состояний и переходов его элементов, с учетом их взаимодействия и выполняемых ими функций, с последующим построением адекватной математической модели и вычислением показателя надежности объекта по известным характеристикам надежности его элементов.

Представляя систему из независимых блоков, представленных на структурной схеме, необходимо учитывать надежность системы с точки зрения показателя безотказности. Вероятности отказов блоков являются независимыми случайными величинами, так как отказ одного из блоков не вызывает отказ других.

Количественной характеристикой эксплуатационной надежности восстанавливаемой САР может служить суммарная продолжительность безотказной работы (суммарная наработка).

Вероятность того, что система будет работоспособна в любой момент времени, будет характеризоваться коэффициентом готовности. Коэффициент готовности является важным показателем надежности восстанавливаемых САР, так как характеризует готовность их к работе. Будучи, зависим от быстроты устранения отказа (восстановления системы), он позволяет оценивать эксплуатационные качества САР, в частности, удобство эксплуатации, ее стоимость, квалификацию обслуживающего персонала.

Интенсивность отказов  - количественно характеризуя надежность системы автоматического регулирования, позволяет установить указанные периоды их работы, рациональную продолжительность времени тестирования (приработки) систем до начала функционирования, а также ресурс до профилактического ремонта и уменьшить тем самым число отказов при эксплуатации [2].

Показатель ремонтопригодности опущен, т.к. на восстановление работоспособности. АСУ ТП из-за вышедшего из строя элемента программно-технического комплекса уйдет не больше 1 часа (сюда входит - замена вышедшего из строя элемента из запаса).

.2 Исходные данные о системе

Автоматизированная система управления обеспечивает сбор, обработку, передачу и представление информации от датчиков по линиям связи, контроль состояния объектов, сигнализацию отклонения параметров от нормы, регулирование параметров процесса по стандартным законам, дистанционное управление работой объектов, защиту (останов) технологического оборудования, формирование аварийных и технологических сообщений, ведение базы данных и др. АСУ ТП обеспечивает функционирование технологического оборудования в течение всего срока эксплуатации.

Для всех входящих в АСУ ТП подсистем предусмотрена возможность замены отдельных модулей без выключения электропитания всего устройства, при этом осуществляется автоматическое распознавание замененных модулей, их включение в работу (при замене неисправного идентичным) или сигнализация об ошибке (в случае, если вместо неисправного установлен модуль другого типа).

Все компоненты. АСУ ТП питаются от сети переменного тока напряжением от 170 до 276 В. и частотой от 47 до 63 Гц, имеют энергонезависимую память и обеспечены источниками бесперебойного питания. Ввод резервных источников питания в работу производиться автоматически, время перехода на резервные источники питания - 15-50 мс. Время питания системы от источников бесперебойного питания - не менее 100 мин.

Объект находится в круглосуточном функционировании с возможным отсутствием обслуживающего персонала.

Исходя из основных принципов построения системы и разбиения ее на блоки, надежность всей системы будет определяться блоком с наименьшей надежностью, так как вероятность выхода из строя такого блока наибольшая.

С точки зрения надежности. АСУ ТП рассматриваются три функции:

а)      информационная;

б)      управляющая;

в)      функция защиты.

Элементы АСУ ТП, участвующие при выполнении основных функций, размещены в аппаратных шкафах и функционируют в постоянном (круглосуточном) режиме. Остановка работы АСУ ТП может производиться только во время проведения плановых или ремонтных работ технологического оборудования.

Используемые датчики эксплуатируются в соответствии с паспортными данными заводов-изготовителей и при выработке своего ресурса заменяются. Срок службы вычислительной техники позволяет эксплуатировать систему в течение всего времени эксплуатации.

Основным показателем, характеризующим надежность работы элементов системы, является интенсивность потока отказов элементов системы.

Ниже приводится перечень значений интенсивности отказов отдельных элементов, участвующих при выполнении основных функций системы управления:

датчики:  1/час;

исполнительные механизмы:  1/час;

модули ввода/вывода:  1/ час;

линии связи:  1/ час;

контроллер SIMATIC S7-300: 1/час;

модуль CP 343-1 Lean: 1/час;

сервер системы:  1/час.

.3 Структурный метод расчета надежности

Используется расчетный метод оценки надежности для проверки соответствия достигнутого уровня надежности объекта установленным требованиям, так как прямое экспериментальное подтверждение их уровня надежности невозможно технически и нецелесообразно экономически. Исходя из основных принципов расчета свойств, составляющих надежность, и комплексных показателей надежности используется структурный метод расчета - основанный на представлении объекта в виде логической (структурно - функциональной) схемы (в соответствии с ГОСТ 27.301-95).

Структурный метод расчета является основным методом расчета показателей безотказности, ремонтопригодности и комплексных показателей надежности в процессе проектирования объектов, поддающихся разбиению на элементы, характеристики, надежности которых в момент проведения расчетов известны или могут быть определены другими методами.

Расчет показателя надежности структурными методами в общем случае включает:

а)      представление объекта в виде структурной схемы, описывающей логические соотношения между состояниями элементов и объекта в целом с учетом структурно-функциональных связей и взаимодействия элементов, принятой стратегии обслуживания, видов и способов резервирования и других факторов;

б)      описание построенной структурной схемы надежности объекта адекватной математической моделью позволяющей в рамках введенных предположений и допущений вычислить показатель надежности по данным о надежности его элементов в рассматриваемых условиях их применения.

В качестве структурных схем надежности могут применяться:

а)      структурные блок-схемы надежности, представляющие объект в виде совокупности определенным образом соединенных (в смысле надежности) элементов;

б)      диаграммы состояний и переходов, описывающих возможные состояния объекта и его переходы из одного состояния в другое в виде совокупности состояний и переходов его элементов.

Математические модели, применяемые для описания соответствующих структурных схем надежности, определяются видами и сложностью указанных структур, принятыми допущениями относительно видов законов распределения характеристик надежности элементов, точностью и достоверностью исходных данных для расчета и другими факторами.

Расчеты показателей безотказности технических средств обычно проводятся в предположении, что как вся система, так и любой ее элемент могут находиться только в одном из двух возможных состояний - работоспособном и неработоспособном и отказы элементов независимы друг от друга. Состояние системы (работоспособное или неработоспособное) определяется состоянием элементов и их сочетанием. Поэтому теоретически возможно расчет безотказности любой системы свести к перебору всех возможных комбинаций состояний элементов, определению вероятности каждого из них и сложению вероятностей работоспособных состояний системы.

Такой метод (метод прямого перебора) практически универсален и может использоваться при расчете любых систем. Однако при большом количестве элементов системы n такой путь становится нереальным из-за большого объема вычислений (например, при n=10 число возможных состояний системы составляет, 2¹⁰= 1024, при n=20 превышает 10⁶, при n=30 - более 10⁹). Поэтому на практике используют более эффективные и экономичные методы расчета, не связанные с большим объемом вычислений. Возможность применения таких методов связана со структурой системы.

Системы с последовательным соединением элементов.

Системой с последовательным соединением элементов называется система, в которой отказ любого элемента приводит к отказу всей системы. Такое соединение элементов в технике встречается наиболее часто, поэтому его называют основным соединением.

В системе с последовательным соединением для безотказной работы в течение некоторой наработки t необходимо и достаточно, чтобы каждый из ее n элементов работал безотказно в течение этой наработки. Считая отказы элементов независимыми, вероятность одновременной безотказной работы n элементов определяется по теореме умножения вероятностей: вероятность совместного появления независимых событий равна произведению вероятностей этих событий:

,      (5.1)

(далее аргумент t в скобках, показывающий зависимость показателей надежности от времени, опускаем для сокращения записей формул). Вероятность отказа такой системы:

            (5.2)

Из формул (5.1) - (5.2) очевидно, что даже при высокой надежности элементов надежность системы при последовательном соединении уменьшается при увеличении числа. Кроме того, поскольку все сомножители в. правой части выражения (5.1) не превышают единицы, вероятность безотказной работы системы при последовательном соединении не может быть выше вероятности безотказной работы самого ненадежного из ее элементов (принцип “хуже худшего”) и из малонадежных элементов нельзя создать высоконадежной системы с последовательным соединением.

Если все элементы системы работают в периоде нормальной эксплуатации, и имеет место простой поток отказов, наработки элементов и системы подчиняются экспоненциальному распределению, то на основании (5.1) можно записать:

  (5.3)

где  - интенсивность отказов системы:

.                (5.4)

Таким образом, интенсивность отказов системы при последовательном соединении элементов и простейшем потоке отказов равна сумме интенсивностей отказов элементов.

Из (5.3) - (5.4) следует, что для системы из n равнонадёжных элементов ()

                                   (5.5)

т.е. интенсивность отказов в n раз больше, а средняя наработка в n раз меньше, чем у отдельного элемента.

Система с параллельным соединением элементов

Системой с параллельным соединением элементов называется система, отказ которой происходит только в случае отказа всех ее элементов. Такие схемы надежности характерны для систем, в которых элементы дублируются или резервируются, т.е. параллельное соединение используется как метод повышения надежности.

Для отказа системы с параллельным соединением элементов в течение наработки t необходимо и достаточно, чтобы все ее элементы отказали в течение этой наработки. В этом случае отказ системы заключается в совместном отказе всех элементов, вероятность такого события (при допущении независимости отказов) может быть найдена по теореме умножения вероятностей как произведение вероятностей отказа элементов:

                         (5.6)

Соответственно, вероятность безотказной работы:

                      (5.7)

Для систем из равнонадежных элементов ():

                     (5.8)

т.е. надежность системы с параллельным соединением повышается при увеличении числа элементов.

Поскольку , произведение в правой части (5.6) всегда меньше любого из сомножителей, т.е. вероятность отказа системы не может быть выше вероятности отказа самого надежного ее элемента (“лучше лучшего”) и даже из сравнительно ненадежных элементов возможно построение вполне надежной системы.

При экспоненциальном распределении наработки выражение (5.8) принимает вид:

                                   (5.9)

откуда после интегрирования и преобразований средняя наработка системы определяется:

                                    (5.10)

где - средняя наработка элемента.

При больших значениях n справедлива приближенная формула:

                      (5.11)

Таким образом, средняя наработка системы с параллельным соединением больше средней наработки ее элементов.

Системы типа “m из n”.

Систему типа “m из n” можно рассматривать как вариант системы с параллельным соединением элементов, отказ которой произойдет, если из n элементов, соединенных параллельно, работоспособными окажутся менее m элементов (m < n).

На рисунке. 5.1 представлена система “2 из 5”, которая работоспособна, если из пяти её элементов работают любые два, три, четыре или все пять (на схеме пунктиром обведены функционально необходимые два элемента, причем выделение элементов 1 и 2 произведено условно, в действительности все пять элементов равнозначны).

Рисунок 5.1 - Система “2 из 5”

Для расчета надежности систем типа “m из n“ при сравнительно небольшом количестве элементов можно воспользоваться методом прямого перебора. Он заключается в определении работоспособности каждого из возможных состояний системы, которые определяются различными сочетаниями работоспособных и неработоспособных состояний элементов.

.4 Расчет показателей надежности

.4.1 Структурная схема соединения элементов

Структурная схема соединений элементов надежности для автоматизированной системы управления процессом подогрева нефти в печах типа ПТБ-10 показана на рисунке 5.2. Схема разработана в соответствии со структурной схемой ИУС и предусматривает информационную, управляющую функции АСУ ТП и функцию защиты.

Рисунок 5.2 - Структурная схема соединений элементов надежности

Для упрощения дальнейших расчетов разобьем часть системы на подсистемы I и II. В этом случае схема соединений элементов надежности упростится и примет вид, показанный на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Упрощенная схема соединения элементов надежности

Рассмотрим по отдельности элементы I и II и определим для них показатели надежности.

Элемент I, структурная схема представлена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 - Структурная схема элемента I

Вероятность безотказной работы для контроллера равна , вероятности безотказной работы модуля TCP/IP равна .

Вероятность безотказной работы элемента I будет определяться следующим образом:

.                               (5.12)

В качестве модели вероятности безотказной работы контроллеров, линии связи и интерфейсных модулей выбирается экспоненциальная модель, тогда:

,                                       (5.13)

.                                            (5.14)

С учетом выражений (5.12), (5.13) и (5.14) среднее время безотказной работы элемента I определяется следующим образом:

.                          (5.15)

Таким образом:

 час.

Интенсивность отказов элемента I определяется следующим выражением:

.                 (5.16)

Для определения интенсивности отказов за период безотказной работы элемента I необходимо в выражение (5.16) подставить . Так как функция интенсивности отказов является возрастающей, то все значения интенсивности отказов за период безотказной работы не будут превышать значение .

Таким образом:  1/час.

Структурная схема элемента II представлена на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 - Структурная схема элемента II

Вероятность безотказной работы для сервера равна .

Вероятность безотказной работы элемента II будет определяться следующим образом:

.                                  (5.17)

В качестве модели вероятности безотказной работы контроллеров, линии связи и интерфейсных модулей выбирается экспоненциальная модель, тогда:

.                                    (5.18)

С учетом выражений (5.17) и (5.18) среднее время безотказной работы элемента II определяется следующим образом:

.                                      (5.19)

Таким образом:

 час.

Интенсивность отказов элемента II определяется следующим выражением:

.                  (5.20)

Для определения интенсивности отказов за период безотказной работы элемента II необходимо в выражение (5.20) подставить . Так как функция интенсивности отказов является возрастающей, то все значения интенсивности отказов за период безотказной работы не будут превышать значение .

Таким образом:  1/час.

Для расчета надежности системы по функции защиты необходимо рассчитать надежность элемента «контроллер», обозначим его элемент III.

Элемент III,структурная схема представлена на рисунке 5.6.

Рисунок 5.6 - Структурная схема элемента III

Вероятность безотказной работы элемента III будет определяться следующим образом:

.                                         (5.21)

В качестве модели вероятности безотказной работы контроллеров, линии связи и интерфейсных модулей выбирается экспоненциальная модель, тогда:

,                             (5.22)

С учетом выражений (5.21) и (5.22) среднее время безотказной работы элемента III определяется следующим образом:

.                        (5.23)

Таким образом:

 час.

Интенсивность отказов элемента III определяется следующим выражением:

.           (5.24)

Для определения интенсивности отказов за период безотказной работы элемента III необходимо в выражение (5.24) подставить . Так как функция интенсивности отказов является возрастающей, то все значения интенсивности отказов за период безотказной работы не будут превышать значение .

Таким образом:  1/час.

.4.2 Надежность системы при реализации информационной функции

Для расчета показателей надежности по функциям выполняемым АСУ ТП представляем структурную схему надежности для каждой функции в виде последовательно соединенных элементов (т.е. отказ хотя бы одного из них приводит к отказу всего соединения в целом).

Структурная схема для информационной функции представлена на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 - Структурная схема соединения элементов для информационной функции

Составим блок-схему расчета надежности информационной функции АСУ ТП. Интенсивность отказов элементов системы:

а)      1/час;

б)      1/ час;

в)      1/ час;

г)       1/ час;

д)      1/ час.

 1/час.

Среднее время безотказной работы:

.                                                      (5.25)

Т= 53561 часа, что составляет 6,11 лет.

Вероятность безотказной работы за время t₀=1 год:

,                                             (5.26)

 .

Коэффициент готовности системы:

,                     (5.27)

где ,

 - время восстановления (для всех элементов примем 1 час).?

В этом случае .

.4.3 Надежность системы при реализации управляющей функции

Структурная схема для управляющей функции представлена на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8 - Структурная схема соединения элементов для управляющей функции

Интенсивность отказов элементов системы:

а)      1/час;

б)      1/ час;

в)      1/ час;

г)       1/ час;

д)      1/час.

Интенсивность отказа всей системы:

 1/час.

Среднее время безотказной работы согласно формуле (5.25) Т= 52714 часов, что составляет 6,02 лет.

Вероятность безотказной работы за время t₀=1 год согласно формуле (5.26)

Коэффициент готовности системы:

,                           (5.28)

где ,

 - время восстановления (для всех элементов примем 1 час).?

В этом случае .

.4.4 Надежность системы при реализации функции защиты

Структурная схема для функции защиты представлена на рисунке 5.9.

Рисунок 5.9 - Структурная схема соединения элементов для функции защиты

Интенсивность отказов элементов системы:

а)      1/час;

б)      1/час;

в)      1/ час;

г)       1/ час;

д)      1/ час.

Интенсивность отказа функции защиты всей системы:

 (1/час).

Среднее время безотказной работы согласно формуле (5.25) Т= 56529 часов, что составляет 6,45 лет.

Вероятность безотказной работы за время t₀=1 год согласно формуле (5.26) .

Коэффициент готовности системы:

,                     (5.29)

где ,

- время восстановления (для всех элементов примем 1 час).?

В этом случае .

5.5 Анализ результатов расчета

Результаты расчетов показателей надежности для АСУ ТП приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Результаты расчета показателей надежности

Расчеты показывают, что система управления имеет хорошие результаты по показателям надежности. Расчетные зависимости для определения основных характеристик надежности АСУ ТП показывают, что надежность системы зависит от ее структуры (структурно - логической схемы) и надежности элементов.

Поэтому возможны два пути повышения надежности:

а)      повышение надежности отдельных элементов;

б)      изменение структурной схемы включения элементов надежности.

Наиболее простой метод повышения надежности системы заключается в повышении надежности составных элементов. Действительно, теоретически всегда можно использовать такие элементы, характеристики надежности которых удовлетворяют заданным требованиям безотказной работы системы. Однако практическая реализация такой высокой надежности элементов может оказаться невозможной. Поэтому на практике для повышения надежности всей АСУ ТП вводят дополнительные, избыточные элементы, включающиеся в работу при отказе основных, то есть используют резервирование основного оборудования.

Принцип резервирования подобен рассмотренному ранее параллельному соединению элементов и соединению типа “n из m”, где за счет избыточности возможно обеспечение более высокой надежности системы, чем ее элементов.

Данные расчеты сделаны с целью прогноза ожидаемого уровня надежности АСУ ТП и носят предварительный характер, так как базируются на учете свойств только программно-технического комплекса АСУ ТП. Необходимо также отметить, что для реальной системы показатели надежности могут быть лучше, так как при расчетах использовались данные с наихудшими показателями безотказной работы.

6. Безопасность и экологичность проекта

Неотъемлемой составной частью управления производством является система управления охраной труда, которая включает комплекс организационных, технических и социальных мер, направленных на обеспечение безопасных и здоровых условий труда. Основные задачи управления охраной труда: планирование работ, учет норм и правил при проектировании работ, профессиональное обучение и инструктажи по безопасности труда, обеспечение безопасности технологических процессов, лечебно-профилактическое, медицинское и санитарно-бытовое обслуживание работающих, нормализация условий труда, расследование и учет несчастных случаев, аварий и т.п. [3].

.1 Обеспечение безопасности работающих

.1.1 Характеристика условий труда

Работа оператора ПЭВМ относится к категории работ, связанных с опасными и вредными условиями труда. В процессе труда на оператора ПЭВМ оказывают действие следующие опасные и вредные производственные факторы: физические, химические, психофизиологические, биологические.

Физические факторы:

а)      повышенный уровень электромагнитного излучения;

б)      повышенный уровень рентгеновского излучения;

в)      повышенный уровень ультрафиолетового излучения;

г)       повышенный уровень инфракрасного излучения;

д)      повышенный уровень статического излучения;

е)       повышенное содержание положительных аэроионов в воздухе рабочей зоны;

ж)      пониженное содержание отрицательных аэроионов в воздухе рабочей зоны;

и)      пониженная или повышенная влажность воздуха рабочей зоны;

к)      пониженная или повышенная подвижность воздуха рабочей зоны;

л)      повышенный уровень шума;

м)      повышенный или пониженный уровень освещенности;

н)      повышенный уровень прямой блеклости;

п)      неравномерность распределения яркости в поле зрения;

р)      повышенная яркость светового изображения;

с)       повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

Химические факторы:

повышенное содержание в воздухе рабочей зоны двуокиси углерода, озона, аммиака, фенола и формальдегида.

Психофизиологические факторы:

а)      напряжение зрения;

б)      напряжение внимания;

в)      интеллектуальные нагрузки;

г)       эмоциональные нагрузки;

д)      длительные статические нагрузки;

е)       монотонность труда;

ж)      большой объем информации, обрабатываемой в единицу времени;

и)      нерациональная организация рабочего времени.

Биологические факторы:

повышенное содержание в воздухе рабочей зоны микроорганизмов.

Таким образом, отрицательные факторы, воздействующие на оператора ПЭВМ, можно разделить на две группы. Первые связаны с психологическими и физиологическими особенностями человека. Это монотонность работы оператора при вводе данных, эмоциональные перегрузки, стрессы из-за вероятности как сбоев в системах, так и появления собственных ошибок, перегрузки ряда систем организма (глаз, мышц кисти, предплечья, шей и спины). Немаловажен также недостаток физической нагрузки на другие части организма.

Факторы второй группы связаны с внешними условиями, в которых находится во время работы оператор: нарушение эргономических требований на рабочем месте, дискомфортный микроклимат, различные излучения, недостаточная освещенность рабочей поверхности и т.п. Сюда же относятся факторы, связанные с особенностями конструкций, устройств отображения информации.

.1.2 Разработка рабочего места оператора с учетом требований эргономики

В условиях современного интенсивного использования ЭВМ важное значение имеет изучение психофизиологических особенностей и возможностей человека с целью создания вычислительной техники, обеспечивающей максимальную производительность труда и сохранение здоровья людей. Игнорирование эргономики может привести к довольно серьезным последствиям.

При эргономической проработке системы важную роль играет планировка рабочего места. Она должна соответствовать правилам охраны труда и удовлетворять требованиям удобства выполнения работы, экономии энергии и времени оператора.

При организации рабочего места следует принимать во внимание данные антропометрии (в антропологии система измерения человеческого тела и его частей). Движения работника должны быть такими, чтобы группы мышц его были нагружены равномерно, а лишние непроизвольные движения устранены.

Основным документом, определяющим условия труда на персональных ЭВМ, являются «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам (ВДТ), персональным электронно-вычислительным машинам (ПЭВМ) и организации работы. Санитарные нормы и правила СанПиН 2.2.2.542-96, которые были утверждены и введены в действие Постановлением № 14 Госкомсанэпиднадзора России 14 июля 1996 года.

В Правилах указаны основные требования к помещениям, микроклимату, шуму и вибрации, освещению помещений и рабочих мест, организации и оборудованию рабочих мест.

В соответствии с основными требованиями к помещениям для эксплуатации ПЭВМ эти помещения должны иметь естественное и искусственное освещение. Площадь на одно рабочее место для взрослых пользователей должна составлять не менее 6,0 м², а объем - не менее 20,0 м³. Помещения с ПЭВМ должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией. Для внутренней отделки интерьера помещений с ПЭВМ должны использоваться диффузионно-отражающие материалы с коэффициентом отражения от потолка - 0.7 - 0.8; для стен - 0.5 - 0.6; для пола - 0.3 - 0.5. Поверхность пола в помещении должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки, обладать антистатическими свойствами.

Определим основные требования к микроклимату.

На прием и переработку информации оператором могут влиять такие факторы внешней среды, как температурные условия, шум, вибрация, освещенность, изменение внешнего давления, изменение газового состава воздуха, электромагнитные излучения. Они могут резко изменить соматическое и психологическое состояние работника, а, следовательно, снизить эффективность его деятельности. Производственная среда, являющаяся предметным окружением человека, должна сочетать в себе рациональное архитектурно-планировочное решение, оптимальные санитарно-гигиенические условия и научно обоснованную цветовую окраску.

Под метеорологическими условиями производственной среды понимают сочетание температуры, относительной влажности, скорости движения и запыленности воздуха. Перечисленные параметры оказывают большое влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и на надежность работы средств вычислительной техники. Эти микроклиматические параметры влияют как каждый в отдельности, так и в различных сочетаниях.

В производственных помещениях температура, относительная влажность и скорость движения воздуха на рабочих местах должны соответствовать действующим санитарным нормам микроклимата, которые указаны в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ПЭВМ

Основные требования к шуму и вибрации устанавливают, что в производственных помещениях уровни шума на рабочих местах не должны превышать значений, установленных для данных видов работ «Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах». Снизить уровень шума в помещениях возможно, используя звукопоглощающие материалы с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области частот 63 - 8000 Гц для отделки помещений.

Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы (окна), ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать коэффициент естественной освещенности не ниже 1,2% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5% на остальной территории. Рабочие места по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ВДТ и ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест.

Конструкция рабочего стола оператора должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы. Высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680 - 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм. Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Конструкция рабочей мебели должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту оператора и создавать удобную позу. Часто используемые предметы труда должны находиться в оптимальной рабочей зоне, на одном расстоянии от глаз работающего. Рабочее кресло должно иметь подлокотники. Рабочее кресло должно обеспечивать поддержание рациональной позы при работе с ЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статистического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, регулируемой по высоте и углу наклона опорной поверхности.

Экран видеомонитора должен находиться от глаз оператора на оптимальном расстоянии 600-700 мм, но не ближе 500 м (приблизительно на длину вытянутой руки).

Помещение должно быть оснащено аптечкой первой помощи.

Исходя из вышеперечисленных норм, сформулированы следующие основные характеристики операторной.

Операторная выполнена из теплоизоляционных материалов, что позволяет использовать его в различных климатических условиях. В стандартную комплектацию входят отопитель, кондиционер, подогрев пола, что позволяет создать комфортабельные условия для работы персонала.

Основные технические параметры операторной:

а)      длина                                     3000 мм

б)      ширина                                  2400 мм

в)      высота                                   2000 мм

г)       температурный режим         от -50°С до +50°С.

.1.3 Расчет освещенности операторной

Рациональное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению их производительности труда, обеспечению безопасности, сохранению высокой работоспособности.

Без рационального освещения не могут быть созданы оптимальные условия для общей работоспособности человека и тем более для эффективного функционирования зрительной системы. Последнее обстоятельство приобретает особую роль для профессии оператора диспетчерского пульта, где зрительная система играет главную роль в трудовой деятельности и испытывает наибольшие нагрузки.

К системам освещения предъявляются следующие основные требования:

а)      соответствие уровня освещенности рабочего места характеру выполняемой зрительной работы;

б)      достаточно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и окружающем пространстве;

в)      отсутствие резких теней, прямой и отражающей блеклости (блеклость - повышенная яркость светящихся поверхностей, взывающая ослепленность);

г)       постоянство освещенности во времени;

д)      оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока;

е)       долговечность, экономичность, электро- и пожаробезопасность, эстетичность, удобство и простота в эксплуатации.

Для оценки производственного освещения используются следующие параметры:

а)      сила света - J;

б)      освещенность - Е;

в)      яркость - В;

г)       коэффициент отражения - Q;

д)      коэффициент пульсации - Кп;

е)       коэффициент естественной освещенности - КЕО.

В зависимости от природы источника световой энергии, различают естественное, искусственное и совмещенное освещение. При работе с ПЭВМ, как правило, применяют одностороннее естественное боковое освещение. Рабочие места операторов, работающих с дисплеями, располагают подальше от окон и таким образом, чтобы оконные проемы находились сбоку. Если экран дисплея обращен к оконному проему, необходимы специальные экранизирующие средства.

В нашем случае, когда одного естественного освещения в помещениях недостаточно, устраивают совмещенное освещение. При этом дополнительное искусственное освещение применяют не только в темное, но и в светлое время суток.

Рекомендуемая освещенность для работы с экраном дисплея составляет 200 Лк, а при работе над документами - 400 Лк. Рекомендуемые яркости в поле зрения операторов должны лежать в пределах 1:5 - 1:10. Контрастность изображения знака не менее 0,8.

Светотехнические расчеты являются основополагающими при проектировании осветительных установок. Задачей расчета обычно является определение числа и мощности светильников, необходимых для получения заданной освещенности.

Существует два метода расчета:

а)      определение освещенности с помощью коэффициента использования светового потока при условии общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей и отсутствии крупных затеняющих предметов;

б)      расчет освещенности точечным методом при любом ее распределении и при произвольном расположении поверхностей.

Для расчета искусственного освещения используем второй метод. В методе «коэффициента использования» основная расчетная формула для определения светового потока лампы (или ламп) в светильнике имеет вид:

,                               (6.1)

где Е - нормируемая минимальная освещенность, Лк (табличные данные);

К_З - коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и износ источников света в процессе эксплуатации (табличные данные);- освещаемая площадь, м²;

z - коэффициент неравномерности освещения;

n - число ламп в светильнике;- число светильников;

h - коэффициент использования излучаемого светильником светового потока, который показывает, какая часть от общего светового потока приходится на расчетную плоскость.

По формуле (6.1) ведут расчет, если известно число светильников и число ламп в светильнике, а требуется подобрать тип и мощность ламп.

Для расчетов по формуле (6.1) коэффициенты выбираются следующими:

а)      при эксплуатации ПЭВМ в помещениях, освещаемых люминесцентными лампами, и при условии чистки светильников не реже двух раз в год К_З = 1,4...1,5;

б)      при оптимальном расположении светильников (исходя из условия создания равномерного освещения) коэффициент неравномерности z = 1,1 для люминесцентных ламп;

в)      коэффициент использования светового потока h зависит от типа светильника, коэффициентов отражения потолка r_П и стен r_СТ, а также геометрических размеров помещения и высоты подвеса светильников, что учитывается одной комплексной характеристикой помещения (индекс помещения), которая рассчитывается по формуле (6.2):

 ,                                           (6.2)

где    А - длина помещения (м);

В - ширина помещения (м);

h - высота подвеса светильников над рабочей поверхностью (м).

Операторная имеет размеры:

Длина А = 4 м, ширина В = 3 м, высота Н = 2,4 м.

Для рабочего места оператора ПЭВМ уровень рабочей поверхности над полом составляет 0,8 м. Тогда: h = Н - 0,8 = 1,4 м.

Тогда индекс помещения равен:

Коэффициент использования светового потока при  и  равен - h=0,46.

Рассчитаем требуемый световой поток, полагая, что N=1, а n=2:

По полученному в результате расчета требуемому световому потоку выбираем стандартную люминесцентную лампу ЛХБ 40 либо ЛТБ 40 с характеристиками: мощность 20 Вт, световой поток 2780 лм, световая отдача 69,5 лм/Вт.

Допускается отклонение величины светового потока лампы не более -10…+20% (при выборе этих типов ламп отклонение +7%).

Определим количество светильников оп формуле (6.3):

                                       (6.3)

Таким образом для освещения операторной необходима один светильник с люминесцентными лампами ЛТБ 40 (ЛХБ 40).

.1.4 Электробезопасность и защита от статического электричества

В помещении операторной используется следующее электрооборудование:

а)      осветительные приборы;

б)      промышленный компьютер;

в)      интерфейсный блок (контроллер, устройства ввода/вывода, блок питания).

Все вышеперечисленные приборы запитаны от сети переменного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Электропроводка выполнена по трехпроводной схеме (фаза, ноль, заземление).

Возможные источники поражения электрическим током:

а)      повреждение питающих кабелей;

б)      повышенная влажность в помещении.

Статическое электричество - причина нарушения работы оборудования, снижение точности показаний приборов и автоматики, выход из строя полупроводниковых приборов. Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля над поверхность диэлектрика достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет 30 кВ/см.

Заряды статического электричества могут накапливаться на людях. Электризация тела человека происходит при использовании одежды из синтетических тканей, работе с наэлектризованными изделиями и др. накопление зарядов статического электричества возможно тогда. Когда человек изолирован от земли и заземленных предметов непроводящей обувью, полами. Величина накопившегося на людях заряда может быть достаточна для искрового разряда при контакте с заземленным предметом. Физиологическое действие статического электричества на организм человека зависит от величины энергии разряда. Искровой разряд обычно ощущается как укол, толчок или судороги. Сам разряд не является опасным для жизни, так как сила тока ничтожно мала, однако под воздействием этих разрядов возможны рефлекторные движения, приводящие к опасным последствиям.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов, создание условий рассеивания зарядов и устранения опасности вредного воздействия статического электричества.

К основным мерам защиты относятся:

а)      заземление оборудования и коммуникаций;

б)      уменьшение электрического сопротивления материалов;

в)      снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества;

г)       нейтрализация зарядов статического электричества;

д)      отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях.

Заземление - наиболее простая и часто применяемая мера защиты от статического электричества. Каждую систему, в которой возможно появление статического электричества необходимо заземлить. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для отвода статического электричества, должно быть не более 100 Ом.

Если заземлением не удается предотвратить накопление статического электричества, то следует принять меры к уменьшению объемных и поверхностных электрических сопротивлений материалов. Это достигается повышением относительной влажности, химической обработкой поверхности, применением антистатических веществ, нанесением электропроводных пленок.

Отвод зарядов обеспечивается при относительной влажности 65-70%. При этом на поверхности оборудования образуется электропроводящая пленка воды, что достигается увлажнением воздуха.

Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигается отводом электростатического заряда.

При невозможности использования простых средств защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заряды ионизацией воздуха в местах их возникновения или накопления. Для этого используют ионизаторы, которые подбирают таким образом, чтобы число пар ионов, образующихся в единице объема воздуха, соответствовало скорости образования зарядов.

.2 Экологичность проекта

При внедрении программно-аппаратного комплекса в эксплуатацию предполагается проведение экологической оценки (ЭО).

Цель ЭО состоит в обеспечении того, чтобы проекты, планы развития, программы, политики и др. были приемлемы с точки зрения окружающей среды и устойчивости. ЭО - процесс планирования, используемый для прогноза, анализа и интерпретации значимых воздействий на окружающую среду намечаемой деятельности, а также для обеспечения информацией, которая может использоваться в ходе принятия решения.

ЭО должна применяться:

а)      к любой деятельности, которая может причинить существенные неблагоприятные воздействия или внести вклад в фактические или потенциально возможные совокупные воздействия;

б)      как основной инструмент для управления окружающей средой с целью исключения, минимизации или компенсации негативных воздействий намечаемой деятельности;

в)      таким образом, чтобы объем работ соответствовал характеру проекта или деятельности, характеру и масштабу вероятных проблем и воздействий;

г)       на основе четко определенных ролей, правил и обязанностей ключевых участников.

ЭО может использоваться для предотвращения или минимизации неблагоприятных воздействий, одновременно помогая странам оценить реальный потенциал их ресурсов, максимизируя выгоды от намечаемой деятельности. Это процесс, который может:

а)      изменить и улучшить проект намечаемой деятельности;

б)      обеспечить эффективное использование ресурсов;

в)      улучшить социальные аспекты намечаемой деятельности;

г)       определить меры по мониторингу и управлению воздействиями;

д)      способствовать принятию обоснованных решений.

Успешная практика ЭО играет действенную роль в ходе реализации намечаемой деятельности. Когда объекты построены и сданы в эксплуатацию, или программы выполнены, неблагоприятные экологические последствия могут быть далее уменьшены благодаря соответствующим мерам по снижению негативного воздействия и мониторингу.

Экологические проблемы, стоящие перед обществом, могут быть как прямым следствием деятельности (загрязнение атмосферы, водных объектов, почвы и т.д.), так и косвенным (как например, ухудшение здоровья населения вследствие изменения образа жизни и т.п.). Некоторые экологические проблемы могут представляться незначительными, когда рассматриваются в пределах отдельного проекта, но могут иметь неблагоприятные последствия в результате совместного воздействия ряда проектов (совокупное или кумулятивное воздействие). Иногда проблемы могут быть связаны с долгами или торговлей, или могут усложняться проблемами, связанными с совместным использованием трансграничных ресурсов, таких как воздух или океан. Некоторые проблемы могут казаться несущественными сами по себе, но в комбинации с другими факторами они могут вызывать серьезную озабоченность.

В ходе экологической оценки программно-аппаратного комплекса должны соблюдаться законы Российской Федерации об охране окружающей среды и проводиться мероприятия, направленные на ее сохранение.

Мероприятия по охране недр предусматривают, прежде всего, решение вопросов комплексного и полного их изучения, составной частью которого являются перфорационные работы в скважинах. При проведении работ в скважинах работники принимают меры по предотвращению загрязнения окружающей среды: по охране недр, вод, почв, лесов, воздушной среды, и т.д. В связи с этим при проведении перфорационных работ в эксплуатационных скважинах работники отрядов не должны допускать разлива нефти и нефтепродуктов, утечки газа, загрязнения водоемов нефтепродуктами, химикатами и мусором, нарушения противопожарных правил, а также по возможности сокращать время работы двигателей внутреннего сгорания автомобилей и электроустановок и т.д. С площадок, отведенных для установки лаборатории, подъемника и др. оборудования, должны удалятся остатки нефтепродуктов и хозяйственный мусор.

Мероприятия по охране окружающей среды предусматриваются в проектах и сметах на производство перфорационных работ в скважинах. На расходы, связанные с их проведением, организациями выделяются необходимые ассигнования.

.2.1 Расчет выбросов дымовых газов в атмосферу

Основные мероприятия по охране окружающей среды включают в себя:

а)      полную герметизацию технологического оборудования;

б)      сбор и максимальное использование попутного нефтяного газа;

в)      уменьшение температуры процесса и количества сжигания газа;

г)       100% контроль сварных швов соединений трубопроводов;

д)      защита оборудования и трубопроводов от внутренней и наружной коррозии;

е)       аварийная сигнализация предельных значений регулируемых параметров.

Выбросами в атмосферу установки подготовки и перекачки нефти являются дымовые газы, образующиеся при сгорании газа в камерах сгорания печей ПТБ-10А, а также при сгорании на факеле газа концевой ступени сепарации нефти.

Годовой расход топливного газа на нагрев нефти при расходе газа 5,16 м³/на т.нефти составляет:

млн.т/год ^. 5,16 м³/т = 30,96 млн.м³/год газа.

В камерах сгорания печей ПТБ-10А при смешении топливного газа и воздуха, подаваемого воздуходувками, образуется горючая газовоздушная смесь с избытком воздуха 1,5. Коэффициент избытка воздуха регулируется управляющим контроллером.

Вследствие этого достигается полное сгорание топлива с выделением инертных газов - двуокиси углерода, водяного пара, азота и кислорода.

Перечисленные выше газы не способны к дальнейшему окислению и не оказывают вредного влияния на окружающую среду.

Расчет количества дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу при нагреве нефти в печах ПТБ-10А.

Компонентный состав топливного газа в %:

а)      CH₄ - метан - 84,91;

б)      C₂H₆ - этан - 5,35;

в)      C₃H₈ - пропан - 5,74;

г)       C₄H₁₀ - изобутан - 0,91;

д)      С₄Н₁₀ - норм.бутан - 1,20;

е)       C₅H₁₂ - изопентан - 0,26;

ж)      C₅H₁₂ - норм.пентан - 0,26;

з)       CO₂ - углекислый газ - 0,68;

и)      N₂ - азот - 0,69.

Количество двуокиси углерода, образующееся при полном сгорании 1 м³ газа вышеуказанного компонентного состава в 1 м³ определяются по формуле:

Из всего газа, сжигаемого в камерах сгорания печей за год, выделяется двуокись углерода _CO2 = 30,96 ^. 0,9931 = 30,75 млн.м³/год.

Количество воздуха, необходимого для полного сгорания газа в м³/м³ определяется по формуле (6.4):

          (6.4)

Так как в топливном газе не содержится водорода, окиси углерода и кислорода, то формула приобретает вид:

                           (6.5)

где    n - количество атомов углерода,- количество атомов водорода,_nH_T - объемная доля компонентов газа в %.

Рассчитаем по формуле (6.5) количество воздуха, необходимого для полного сгорания газа:

Для сжигания всего газа необходимо:_B = 11,2 ^. 30,96 = 346,75 млн. м³ воздуха

Количество водяного пара, образующегося при сгорании 1 м³ топливного газа определяется по формуле (6.6):

               (6.6)

т.к. водород в чистом виде отсутствует в топливном газе, формула приобретает вид:

                    (6.7)

где a - коэффициент избытка в воздухе - 1,5;_B - объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м³ топливного газа.

Рассчитаем по формуле (6.7) количество водяного пара:

При сжигании 1 м³ газа выделяется 2,50 м³ пара.

При сжигании всего газа выделяется:_Н2О = 2,5 ^. 30,96 = 77,4 млн.м³/год водяного пара

Количество кислорода О₂:

_О2 = 0,21^.( a - 1) VВ= 0,21^. (1,5 - 1) ^.11,2 = 1,176 м³/м³

При сгорании 1 м³ газа в составе дымовых газов сбрасывается 1,176 м³ неиспользованного кислорода.

При сжигании всего количества газа сбрасывается кислорода _О2= 30,96 ^. 1,176 = 36,41 млн.м³/год .

Количество азота N₂

 м³/м³

При сжигании 1 м³ газа сбрасывается 13,28 м³ азота.

При сжигании всего количества газа:_N2 = 13,28 ^. 30,96 = 411,1488 млн.м³/ год азота.

Общее количество дымовых газов:

_д.г.=V_CO2 + V_H2O + V_O2 + V_N2 = 30,75 + 77,4 + 36,41 + 411,1488 ==555,7088 млн.м³/год.

.3 Чрезвычайные ситуации

.3.1 Характеристика чрезвычайных ситуаций

Любая деятельность потенциально опасна. Потенциальность опасности означает ее скрытность, неопределенность во времени и пространстве. Потенциальная опасность - это скрытая сила. Чтобы эта сила проявилась, необходимы какие-то условия. Условия, позволяющие потенциальной опасности перейти в реальную, называют причинами. Причины могут быть известными или неизвестными, но они всегда существуют. Знание причин, умение их идентифицировать - основа профилактики чрезвычайных ситуаций. Иными словами, ЧС - это реализовавшаяся опасность.

В общем случае под ЧС понимают внешне неожиданную, внезапно возникающую обстановку, характеризующуюся резким нарушением установившегося процесса или явления и оказывающую значительное отрицательное воздействие на жизнедеятельность населения, функционирование экономики, социальную сферу и природную среду.

По причинам возникновения можно выделить такие классы ЧС:

Стихийные бедствия (землетрясения, наводнения, ураганы, сильные устойчивые морозы, эпидемии и т.д.).

Техногенные катастрофы - внезапный выход из строя машин, механизмов и агрегатов во время их эксплуатации, сопровождающийся серьезными нарушениями производственного процесса, взрывами, образованием очагов пожаров.

Антропогенные катастрофы - качественное изменение биосферы, вызванное действием антропогенных факторов, порождаемых хозяйственной деятельностью человека, и оказывающее вредное влияние на людей, животный и растительный мир.

Социально-политические конфликты - крайне острая форма разрешения противоречий между государствами с применением современных средств поражения, а также межнациональные кризисы, сопровождающиеся насилием.

Основными видами последствий ЧС являются: гибель, заболевания людей, разрушения, радиоактивное загрязнение, химическое заражение.

Данный комплекс предполагает внедрение разработки в основном на северных нефтяных месторождениях Западной Сибири. Для этого региона характерны следующие чрезвычайные ситуации природного характера:

а)      сильные морозы (ниже -40 град. С);

б)      метели и снежные заносы.

При работе в таких условиях работающие должны быть снабжены комплектом одежды, изготовленной в соответствии с требованиями ГОСТ ССБТ 12.4.084-80 «Одежда специальная для защиты от пониженных температур».

Чрезвычайные ситуации техногенного характера:

а)      пожары;

б)      взрывы паровоздушных смесей;

в)      отключение электроэнергии и др.

.3.2 Взрывозащита электрооборудования

Разрабатываемый в проекте буровой робот, является электрооборудованием, погружаемым в скважину для проведения работ. В результате работы могут возникнуть аварийные ситуации, последствием которых может стать пожар или взрыв в скважине.

Для предотвращения пожара и взрыва от тепловых источников электрического происхождения во взрывоопасных зонах необходимо применить электрооборудование во взрывозащищенном исполнении. Взрывозащищенным является электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей его взрывоопасной среды при эксплуатации этого оборудования.

Взрывозащищенные приборы конструируют таким образом, чтобы при искрении или неисправности внутри прибора не могла возникнуть опасная ситуация в среде, в которой установлен прибор.

Взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровням и видам взрывозащиты, а также по группам и температурным классам.

По уровню взрывозащиты электрооборудование бывает повышенной надежности против взрыва, взрывобезопасное и особовзрывобезопасное.

В электрооборудовании повышенной надежности против взрыва защита обеспечивается только при нормальном режиме работы (знак уровня - 2). Во взрывобезопасном электрооборудовании - как при нормальном режиме работы, так и при повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме поврежденных средств взрывозащиты (знак уровня - 1). В особовзрывобезопасном электрооборудовании приняты дополнительные средства взрывозащиты (знак уровня - 0).

Виды взрывозащиты электрооборудования следующие: взрывонепроницаемая оболочка - d; заполнение или продувка оболочки при избыточном давлении защитным газом - р; искробезопасная цепь - i; кварцевое заполнение оболочки с токоведущими частями - q; масляное заполнение оболочки с токоведущими частями - о; специальная взрывозащита - s; защита вида «е».

Группа взрывозащищенного оборудования определяется областью его применения:

I - рудничное, предназначенное для шахт и родников;

II - для внутренней и наружной установки (кроме рудничного).

II группа делится на подгруппы IIA, IIB, IIC, которые соответствуют категории взрывоопасных смесей.

При создании взрывозащищенного электрооборудования большую роль играет безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ), через который взрыв не передается в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе. Взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом в зависимости от допустимого размера БЭМЗ подразделяются на пять категорий, соответствующих подгруппам II группы оборудования.

Температурные классы электрооборудования II группы зависят от предельной температуры поверхностей взрывозащищенного электрооборудования, безопасной в отношении воспламенения окружающей взрывоопасной среды.

В маркировку электрооборудования по взрывозащите входят: уровень взрывозащиты (0, 1, 2); знак Ех, указывающий на соответствие электрооборудования стандартам; вид взрывозащиты (q, d, p, o, s, i, e); группа и подгруппа оборудования (II, IIA, IIB, IIC), температурный класс (Т1 - Т6).

В соответствии с вышесказанным, приведем возможную маркировку бурового робота: 2ЕхdIIТ3 (повышенная надежность против взрыва, с защитой вида “d” , группа II, температурный класс Т3).

.3.3 Противопожарные мероприятия

На всех этапах прострелочных работ должны строго соблюдаться меры пожарной безопасности, предупреждающие возможность пожара, а в случае возникновения пожара обеспечивающие быструю ликвидацию его.

На промыслово-геофизических предприятиях должны выполняться мероприятия, предусмотренные типовыми правилами пожарной безопасности соответствующей отрасли промышленности.

Согласно этим правилам на каждом производственном объекте должны быть лица, ответственные за пожарную безопасность определенного участка.

Все работники должны знать:

а)      правила пожарной безопасности, изложенные в инструкции для своего рабочего места;

б)      расположение на своем участке и вблизи него средств пожаротушения и правила пользования ими;

в)      способ вызова пожарной охраны;

г)       свои обязанности на случай пожара или аварии.

Основное внимание должно уделяться предотвращению пожаров. Для этого надо строго соблюдать следующие основные требования:

а)      территорию предприятия, а также операторной содержать в чистоте, не загрязнять мусором, горючей жидкостью и маслами;

б)      на объектах предприятия средства пожаротушения содержать в постоянной исправности;

в)      иметь первичные средства пожаротушения (огнетушители, топор, лопатку и т.д.) и не использовать их для других целей;

г)       жидкие горючие материалы перевозить в плотно закрывающихся бачках, банках; переливать их при помощи насоса, шланга.

Тушить возникшее пламя следует струей воды из пожарного рукава, струей из огнетушителя, песком, землей, и т.п.; при воспламенении жидких горючих материалов для их тушения не следует употреблять воду.

Причины, приводящие к аварии или несчастному случаю могут быть; организационного, технического и технологического характера.

Причины организационного характера:

а)      допуск к самостоятельной работе рабочих и инженерно-технических работников без прохождения ими инструктажа по технике безопасности, пожарной и газобезопасности, без стажировки на рабочем месте и проверки полученных ими знаний квалифицированной комиссией;

б)      грубое нарушение санитарного состояния территории и подсобных сооружений;

в)      отсутствие контроля за состоянием индивидуальных средств защиты;

г)       курение в местах, непредусмотренных для этого и специально не оборудованных;

д)      выдача должностным лицам указаний или распоряжений, принуждающих подчинённых нарушать правила безопасности и охраны труда.

Причины технического характера:

б)      пропуск газонефтяной смеси во фланцевых соединениях, разрыв прокладок, трещины, значительное утончение стенок трубопровода и аппаратуры; пропуски в сальниковых и торцевых уплотнениях насосов;

в)      неисправность контрольно-измерительных приборов и средств автоматики;

г)       неисправность системы пожаротушения и системы определения взрывоопасных концентраций.

.4 Выводы по разделу

В представленном разделе были рассмотрены мероприятия по обеспечению безопасности людей, занятых при работе с блоком печей типа ПТБ-10А, а именно:

а)      были сформулированы параметры операторной, в которой размещается рабочее место оператора;

б)      был произведен расчет светового потока, который позволяет обеспечить оптимальные условия освещенности на рабочем месте;

в)      был составлен список чрезвычайных ситуаций для проектируемого комплекса и приведены меры для предотвращения этих ситуаций.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что выполнение этих организационно-технических мероприятий будет способствовать повышению эффективности проведения работ, предупреждению травматизма и улучшению условий труда.

7. Оценка экономической эффективности проекта

.1 Описание внедряемой системы

Проектирование системы автоматического управления газораспределительной станцией производится на базе программируемого контроллера SIMATIC S7-300 фирмы “Siemens”, современных датчиков отечественного производства, имеющих унифицированные выходные сигналы и программного обеспечения фирмы “Wonderware”.

Внедрение автоматизированной системы управления подогревом нефти в печах типа ПТБ-10 позволяет уменьшить потери газа на факел, следовательно финансовые потери.

.2 Методика расчета показателей экономической эффективности проекта

Экономическое обоснование дипломного проекта осуществляется на базе методики определения экономической эффективности или инвестиционного проекта. Данная методика предполагает расчёт следующих показателей:

а)      чистый дисконтированный доход (в течение всего срока службы);

б)      внутренняя норма доходности;

в)      рентабельность проекта (инвестиционных затрат);

г)       срок окупаемости капитальных вложений.

Перечисленные показатели являются результатами сопоставления распределённых во времени доходов к инвестициям и затратам на внедрение и работу разрабатываемой системы. В качестве точки отсчёта для вычисления этих показателей принимаем дату начала реализации проекта.

Чистый дисконтированный доход определяется по формуле 7.1.

 ,                                      (7.1)

где ЧД - чистый доход,

d* - ставка (норма) дисконтирования,

t - годы реализации проекта.

В качестве начального года расчётного периода принимается год начала финансирования работ по созданию проекта АСУ ТП. Конечный год  расчётного периода определяется моментом завершения установленного жизненного цикла проектируемой системы. Анализируя эту формулу можно сказать, что если ЧДД>0, то проект можно принять к реализации, если ЧДД<0, то проект отвергается, если ЧДД=0, проект не убыточный, но и не прибыльный.

Чистый доход определяется по формуле 7.2 тремя составляющими - чистая прибыль, амортизация и капитальные вложения:

 ,                                           (7.2)

где ЧП - чистая прибыль, получаемая от реализации проекта АСУ ТП;

А - амортизация основных фондов и нематериальных активов, приобретенных для реализации разрабатываемого проекта;

К_В - капитальные вложения.

Величина чистого дисконтированного дохода зависит от нормы дисконтирования d* и при некоторой величине обращается в ноль. Это значение нормы дисконтирования называется внутренней нормой доходности и определяется по формуле (7.3).

 ,                                      (7.3)

где d* - ставка дисконтирования, при которой ЧДД=0.

Экономический смысл этого показателя заключается в том, что при ставке ссудного процента (процента по депозитному вкладу) равного внутренней норме доходности вложения финансовых ресурсов в данный проект даёт в итоге тот же суммарный доход, что и помещение этих ресурсов в банк на депозитный счёт.

Если ставка ссудного процента меньше ВНД проекта, то инвестирование средств в данный проект выгодно и наоборот.

При финансовом анализе инвестиционного проектов отбирают для реализации те проекты, которые имеют ВНД не ниже заранее заданные значения.

Рентабельность капитальных вложений рассчитывается по формуле:

;                                   (7.4)

если Р=100%, то приведённые доходы равны приведённым инвестициям, если Р>100%, инвестиционный проект имеет доходность,

если Р<100%, то проект неэффективен.

Срок окупаемости проекта Т_В, т.е. период возврата капитальных вложений, определяется графически. Этот показатель обычно применяется при предварительной оценке экономической эффективности капитальных вложений. Данный показатель определяет время, в течение которого инвестиции будут возвращены за счёт доходов, полученных от реализации проекта [5].

7.3 Расчёт единовременных затрат

Единовременные затраты предприятия-заказчика на приобретение устройства включают единовременные затраты предприятия изготовителя и его прибыль, а также НДС, но так как разработка и программирование производилось самостоятельно, а монтаж системы предприятием - подрядчиком то НДС и рентабельность учитывались только для (в составе общих коэффициентов).

,                                 (7.5)

где K - Единовременные затраты для создания системы автоматизации тыс.руб.;- Коэффициент рентабельности предприятия разработчика, доли ед.;

НДС - Ставка налога на добавленную стоимость, доли ед.

,                              (7.6)

где- затраты на разработку системы, тыс. руб.;

- затраты на программирование, тыс. руб.;

- затраты на изготовление, тыс. руб.

,      (7.7)

где З_р - месячный оклад разработчика, руб.;

Т_раз - трудоёмкость разработки проекта и проектной документации, чел.месяц.;

К_пр, К_р - коэффициент премии к зарплате, районный коэффициент, доли ед.;

К_сн - коэффициент отчислений на социальные нужды, доли ед.;

К_{накл.расх} - коэффициент накладных расходов, доли ед.

Таблица 7.1 - Данные для расчёта единовременных затрат

Таблица 7.2 - Данные для расчёта трудоёмкости разработки

Таблица 7.3 - Данные для расчёта трудоёмкости программирования

Подставив данные из таблиц 1, 2, 3 в формулу (7.7) находим:

 руб.

Рассчитаем затраты на разработку программного обеспечения:

,        (7.8)

где З_прог - месячный оклад программиста, руб.;

Т_прог - время на создание программы, мес.;

К_{накл.расх} - коэффициент накладных расходов, доли ед.;

С_мч - стоимость машино-часа ЭВМ, руб.;

К_ч - коэффициент перевода единиц времени.

Стоимость машино-часа ЭВМ рассчитывается по формуле:

 ,                                         (7.9)

где S_экс - годовые эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием ЭВМ, руб.;

Т_пол - годовой фонд работы ЭВМ, час.

Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле:

 ,          (7.10)

где ЗП - месячная оплата труда всего обслуживающего персонала в сумме, руб.;

А - амортизационные отчисления от стоимости ЭВМ и здания, р./год ;

Т_р - затраты на ремонт, руб./год;

Э - затраты на электроэнергию, руб./год;

М - затраты на материалы, руб.;

Н_рэкс - накладные расходы, связанные с эксплуатацией ЭВМ, руб./год.

Затраты на амортизацию вычисляются по формуле:

 ,                    (7.11)

где К_эвм - балансовая стоимость ЭВМ, руб.;

Н_эвм - норма амортизационных отчислений от стоимости ЭВМ, доли ед.;

С_зд - стоимость 1 м² здания, руб./м²;_зд - площадь, занимаемая ЭВМ, м²;

Н_зд - норма амортизационных отчислений от стоимости здания, доли ед.

Подставив данные из таблицы 7.1 в формулу (7.11) получаем затраты на амортизацию:

руб.,

Затраты на ремонт вычислим по формуле:

 ,                                              (7.12)

где К_трэвм - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт ЭВМ

Подставив данные из таблицы 7.1 в формулу (7.12) получаем затраты на ремонт (Т_р):

 руб.,

Затраты на электроэнергию, потребляемую ЭВМ за год эксплуатации определяем по формуле:

 ,                                   (7.13)

где Ц_ел - цена за один кВт×ч электроэнергии, руб.;- потребляемая мощность, кВт.

К_м.эвм - коэффициент интенсивного использования мощности вычислительной техники.

Подставив данные из таблицы 7.1 в формулу (7.13) получаем затраты на электроэнергию (Э).

руб.,

Таблица 7.4 - Перечень и стоимость материалов используемых для ЭВМ

В годовые эксплуатационные затраты по обслуживанию ЭВМ входят также накладные расходы, которые рассчитываются по формуле:

 ,                           (7.14)

где К_нэкс - коэффициент накладных расходов, связанных с эксплуатацией ЭВМ.

Подставив данные из таблицы 7.1 в формулу (7.14) получим Н_рэкс.

 руб.

Подставив найденные данные в формулу (7.10) найдём S_экс.:

Тогда:

 руб.,

Рассчитаем затраты на оплату труда (ОТ) и на отчисления на социальные нужды (СН) по формулам (7.15) и (7.16) соответственно:

ОТ = З_раз × (1+К_пр) × (1+К_р).                      (7.15)

ОТ = 13000 × (1+0,4) × (1+0,15) = 20930 руб.

СН = ОТ × (1+К_сн).                                    (7.16)

СН = 20930 × (1+0,26) = 26371,8 руб.

Результаты расчетов сведем в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Расчет себестоимости и отпускной цены машино-часа

Исходя из полученных результатов находим капитальные затраты на разработку программного обеспечения К_прог :

К_прог=13000 × 0,5 × (1+0,4) × (1+0,15) × (1+0,26) × (1+0,4)+1273,41 × 0,5 × 184==135614,08руб.,

Для расчета затрат затраты на изготовление и отладку проектируемой системы могут быть использованы различные методы:

а)      калькуляционный метод расчета полной себестоимости;

б)      агрегатный метод;

в)      метод удельных весов;

г)       метод учета затрат на единицу массы изделия;

д)      балловый метод.

В этом проекте воспользуемся первым методом - калькуляционным методом расчета полной себестоимости.

Себестоимость изделия по этому методу определяется по следующим (в общем случае) статьям затрат:

а)      материалы (по спецификации);

б)      производственная заработная плата;

в)      доплаты к заработной плате;

г)       отчисления на социальные нужды;

д)      монтажные и наладочные работы;

е)       транспортные расходы;

ж)      накладные расходы.

Стоимость оборудования Ц_об рассчитывается по таблице 7.6.

Таблица 7.6 - Расчет затрат на покупные материалы

Затраты на основную заработную плату при изготовлении устройства равны:

₀ = Т_раз × З_раз,                                              (7.17)

где З_о - месячная зарплата изготовителя устройства, тыс.р.;

Т_м - трудоемкость изготовления устройства, чел × мес.₀ = 2 × 13000 = 26000 руб.

Доплата к заработной плате изготовителя равна:

_д = L_o × К_пр × ( 1+ К_р) .                                (7.18)

_д = 26000 × 0,4 × ( 1+ 0.15) = 11960 руб.

_сн = (L_о + L_д) × К_сн .                                     (7.19)

_сн = (26000 + 11960) × 0,26 = 9869,6 руб.

Учитывая коэффициент транспортных затрат, по формуле (7.20) определим транспортные затраты:

Р_трп =Ц_об × К_трп ,                               (7.20)

где К_трп - коэффициент, учитывающий транспортные расходы, доли ед.;

Ц_об - сметная стоимость вводимой системы, руб.;

Р_трп = 505570× 0,05= 25278,5 руб.

Стоимость монтажных и наладочных работ по формуле (7.21):

Р_м = Цоб × К_м ,                                          (7.21)

где К_муз - коэффициент, учитывающий стоимость монтажных и наладочных работ, доли ед.;

Р_м = 505570× 0,1 = 50557 руб.

Накладные расходы, связанные с изготовлением и отладкой проектируемой системы, рассчитаем по формуле (7.22):

Н_ризг = Т_раз × З_раз × (1 + К_пр) × (1 + К_р) × К_нризг ,               (7.22)

Подставив данные в формулу (7.22) получаем накладные расходы (Н_ризг).

Н_ризг = 2 × 13000 × (1 + 0.4) × (1 + 0.15) × 0.4 = 16744 руб.

Результаты расчетов по статьям калькуляции заносим в таблицу 7.7 и находим общую сумму капитальных затрат на изготовление системы.

Таблица 7.7 - Результирующая таблица для расчетов по статьям калькуляции

Теперь, зная затраты на проектирование (разработку) системы (К_раз), затраты на разработку программного обеспечения (К_прог) и общую сумму капитальных затрат на изготовление системы (К_изг), можно определить величину единовременных затрат по формуле (7.23):

К = К_раз+ К_прог+ К_изг,                                          (7.23)

К = 73841,04 + 135614,08+ 645979,1= 855434,22 руб.

.4 Расчет затрат на функционирование действующей системы

Годовые эксплуатационные затраты в условиях функционирования системы могут быть определены как сумма:

С = С_эл + С_зп + С_рем + С_а ,                                  (7.24)

где С_эл - затраты на электроэнергию, потребляемую системой, руб.;_зп - зарплата обслуживающего персонала с начислениями, руб.;_рем - затраты на ремонт, руб.;_а - затраты на амортизацию, руб.

Таблица 7.8 - Исходные данные для расчета затрат на эксплуатацию

Расчет годовых затрат на электроэнергию производим по формуле (7.25):

_эл = N × Ц_эл × Т_зад × К_инт ,                             (7.25)

где N - мощность, потребляемая системой, кВт;

Ц_эл - стоимость одного кВт×ч электроэнергии, руб.;

Т_зад - годовой фонд работы системы при выполнении задачи, час;

К_инт - коэффициент интенсивного использования мощности оборудования.

Подставив данные из таблицы 7.8 в формулу (7.25), получим годовые затраты на электроэнергию действующего варианта системы. _эл =2 × 1,1 × 4380 × 0,7=6745,2 руб.,

Заработная плата с начислениями персонала, обслуживающего спроектированное устройство:

_зпп = 12 × Ор × (1 + Кпр) × (1 + Кр) × (1 + Ксн),  (7.26)

Подставив данные из таблицы 7.9 в формулу (7.26) получим затраты на заработную плату персонала (C_зпп)._зпп=12 × 105000 × (1+0,4) × (1+0,14) × (1+0,26)= 2556036 руб.,

Таблица 7.9 -Исходные данные действующей и проектируемой системы

Текущие затраты на ремонт системы находим по формуле:

_пр = К_обор × К_пр ,                                          (7.27)

где К_обор - балансовая стоимость устройства, руб.;

К_пр - норма отчислений на ремонт, %.

Подставив данные из таблицы 7.8 в формулу (7.27), получаем годовые затраты на ремонт.пр=2250000 × 0,4=900000 руб.,

Затраты на амортизацию оборудования находим по формуле:

а = К_обор × Н_а ,                                  (7.28)

где К_обор - балансовая стоимость оборудования, руб.;

На - норма амортизационных отчислений, %.

Подставив данные из таблицы 7.8 в формулу (7.28) получим годовые эксплуатационные затраты на амортизацию оборудования.а = 2250000 × 0,2 = 450000 руб.,

.5 Расчёт обобщающих показателей

Определим экономию эксплуатационных затрат. Годовое уменьшение потерь газа:

Э_газа = (Q_газа × Ц_г × D_г) / 100 % ,                           (7.29)

где: Q_газа - объем сжигаемого газ до внедрения АСУ ТП, м³/год;

Ц_г- Цена газа руб/м³;

D_г - изменение объема сжигания, %.

Подставив данные из таблицы 7.10 в формулу (7.29), получаем:

Эгаза = (30960000 × 1,5 × 1,5)/100 = 696600 руб.

Таблица 7.10 -Исходные данные для расчета экономии эксплуатационных затрат

Для обоснования эффективности системы используем метод дисконтирования. Допустим единовременные затраты осуществлены за 1 год; со 2 года расчетного периода предприятие получает экономию эксплуатационных затрат, неизменную по годам.

Рассчитаем налоги, уплачиваемые государству в связи с введением новой системы автоматизации.

Налог на имущество, рассчитаем по формуле (7.30):

Н_им = (К_оt × СТ_им ) / 100 ,                                    (7.30)

где К_оt - остаточная стоимость внедряемой системы в году t, р. ;

СТ_им - ставка налога на имущество, % .

Используя полученные данные единовременных затрат (К), затраты на амортизацию системы автоматизации (А) и данные таблицы 10. , определим налог на имущество:

Н_им = [(2250000 - 450000) × 2.2] / 100 = 39600 руб.

Налог на прибыль, рассчитаем по формуле (7.31):

Н_пр = [(Э - Н_им) × СТ_пр ] / 100 ,                            (7.31)

где СТ_пр - ставка налога на прибыль, %;

Э - годовая экономия эксплуатационных затрат, р.

Используя полученные данные годовой экономии эксплуатационных затрат (Э), налога на имущество (Н_им) и данные таблицы 10, определим налог на прибыль:

Н_пр = [(30960000 + 10000 × 12 - 39600) × 24 ] / 100 = 186480 руб.

Сумма налогов на прибыль и имущество рассчитывается по формуле (7.32):

Н = Н_пр + Н_им ,                                          (7.32)

Н = 186480 + 39600 = 226080 руб.

Экономическую эффективность капитальных вложений на установку системы автоматизации определим методом дисконтирования.

Метод дисконтирования базируется на дисконтных вычислениях по приведению доходов и расходов, связанных с реализацией системы, к некоторому моменту времени (к расчетному году).

Чистый дисконтированный доход (ЧДД) рассчитывается по формуле:

,                                   (7.33)

где - чистый доход в году t,. руб.;

- коэффициент дисконтирования, доли ед.;

  - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода.

В качестве начального года расчетного периода принимается год начала финансирования работ по созданию проекта, включая проведение научных исследований.

Конечный год расчетного периода определяется моментом завершения жизненного цикла системы, прекращением ее использования.

Проект считается прибыльным, если ЧДД больше нуля.

Чистый доход в году t определяем по формуле:

,                             (7.34)

где - прибыль предприятия, полученная от внедрения проекта (новой системы), тыс. руб.;

- амортизационные отчисления от стоимости системы, руб.;

- сумма налогов, уплачиваемых предприятием, руб.;

- капитальные вложения в систему, руб.

Коэффициент дисконтирования определяем по формуле:

,                                       (7.35)

где - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный ставке банковского процента за кредит, доли ед., (=0,1);

 год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году.

Накопленный чистый дисконтированный доход в году t определяется по формуле:

.                               (7.36)

По формуле (34) строим график зависимости накопленного ЧДД от времени функционирования системы, из которого определяем период возврата капитальных вложений - этот период определяется точкой, где ЧДД равен нулю:

.                                          (7.37)

Расчет рентабельности капитальных вложений производится по формуле:

.                             (7.38)

где  - накопленный чистый дисконтированный доход, руб.

Считается, что рентабельность проекта должна превышать 100 %.

Результаты расчетов единовременных и текущих затрат, а также прибыли обеспечиваемой внедряемой системой служат основой расчета обобщающих показателей. Оформим расчеты в табл. 7.11.

Табл. 7.11

Расчёт коэффициента отдачи капитала производится по формуле:

,                                   (7.39)

По результатам вычислений приведенных в таблице 7.11 построим график зависимости накопленной чистой текущей стоимости от времени эксплуатации системы, представленный на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Срок окупаемости системы управления подогревом нефти

По графику, представленному на рисунке 7.1, определяем срок окупаемости проекта, когда значение чистого дисконтированного дохода станет равным нулю. Он составляет примерно 2 года 7 месяцев.

Рентабельность проекта составляет:

R = (НЧДД + К) × 100 / К,                        (7.40)

R = (102622,68 + 855434,22) × 100/855434,22 = 111,997 %

Найдём внутреннюю норму доходности, т.е. такую ставку дисконтирования, при которой сумма ЧДД за все годы расчётного периода, включая нулевой год, обратиться в ноль. Расчеты приведены в таблице 7.12.

Таблица 7.12 - Данные для определения окупаемости капитальных вложений

Графический способ расчета ВНД представлен на рисунке 7.2. На графике внутренняя норма доходности представлена пересечением кривой ЧДД с нулевой линией. То есть ВНД = 49,166 %

Рисунок 7.2 - Внутренняя норма доходности

Если величина ВНД равна проценту за кредит, то ЧДД оказывается равным нулю. Таким образом, вычисляемое значение позволяет судить о приемлемости для предприятия условий кредитования.

Составим таблицу 7.13 чувствительности проекта к изменению основных параметров:

Таблица 7.13 - Чувствительность проекта

График анализа чувствительности проекта приведен на рисунке 7.3. Диапазон изменения параметров задан как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения параметра.

Рисунок 7.3 - Чувствительность проекта

Степень чувствительности проекта к изменению того или иного параметра определяется углом наклона прямой к оси Х. Из приведенного графика видно что наиболее чувствительным параметром, влияющим на эффективность проекта являются затраты на зарплату. Так как полученная фигура располагается в области положительных значений, ЧДД то проект риска не имеет, т.к. при заданных изменениях параметров значения ЧДД положительны.

7.6 Выводы по разделу

В результате проведённых расчётов показателей экономической эффективности проекта следует, что рентабельность капитальных вложений равна 111,997 %. Из графика 7.1 определен период возврата капитальных вложений Тв=2,7 года. Полученные результаты экономической эффективности от внедрения проекта отражены в таблице 7.14.

Таблица 7.14 - Итоговые показатели экономической эффективности проекта

Таким образом, можно сделать вывод о прибыльности разрабатываемой АСУ процессом подогрева нефти в печах типа ПТБ-10. В условиях реальной экономической ситуации реализация данного проекта на предприятии является прибыльной, поскольку суммарный чистый дисконтированный доход положителен.

Заключение

автоматизированный управление программный интерфейс

В результате проделанной работы разработана автоматизированная система управления процессом подогрева нефти в печах типа ПТБ-10, на примере блока печей ПТБ-10А/1-5 установки подготовки нефти ЦПС Южно-Ягунского месторождения. Проект был разработан на контроллере SIMATIC S7-300 фирмы Siemens. Экраны человеко-машинного интерфейса проектировались в программной среде InTouch 9.0. В АСУ ПТБ оператор имеет возможность нпблюдать за изменением основных параметров и может вмешаться в управление объектом.

Спроектированная автоматизированная система управления осуществляет сбор информации с дискретных и аналоговых устройств, которые установлены согласно технологическому процессу подогрева нефти в печах типа ПТБ-10. На основании полученных значений датчиков реализуется алгоритм управления исполнительными механизмами объекта автоматизации по предусмотренному алгоритму.

Произведен расчет надежности АСУ ПТБ. Время наработки на отказ системы в среднем составляет 54268 часов.

В разделе безопасность и экологичность проекта рассмотрены вопросы связанные с безопасностью рабочих осуществляющих обслуживание АСУ ПТБ, рассмотрена экологичность проекта, произведен расчет выбросов дымовых газов в атмосферу.

В экономическом разделе приведен расчет показателей экономической эффективности, графически определен период окупаемости разработанной АСУ ПТБ установки подготовки нефти ЦПС Южно-Ягунского месторождения - 2 года и 7 месяцев, определена рентабельность капитальных вложений - 111,997 %, экономия эксплуатационных затрат составила - 816600 руб.

Список использованных источников

1)  Андреев Е.Б., Попадько В.Е. Технические средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности. Электронное учебное пособие по курсу "Автоматизация технологических процессов" 2004 . - 273с.

2)      А.А. Бессонов., А.В. Мороз., Надежность систем автоматического регулирования. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1984. - 216с.

)        Безопасность жизнедеятельности и промышленная безопасность. / Под ред. Шантарина В.Д., Учеб. пособ. 2-е изд. - Тюмень.: ТюмГНГУ, 2002. - 308 с.

)        Датчики избыточного давления МИДА-ДИ-13П(М), датчики абсолютного давления МИДА-ДА-13П и взрывозащищенные МИДА-ДИ-13П(М, Г)-Ех, МИДА-ДА-13П(Г)-Ех : Техническое описание и инструкция по эксплуатации - ЗАО МИДАУС, 2000. - 36с.

)        Методические указания к оценке экономической эффективности технических систем в курсовом и дипломном проектировании для студентов направления АСОиУ, АТП, ИВТ дневного и заочного обучения, под ред. Рудневой Л.Н. - Тюмень, ТГНГУ, 2002. - 33с.

6)  Электронный каталог по датчикам давления серии «Метран», 2004.

7)      Электронный каталог по датчикам температуры серии «Метран», 2004.

)        Siemens® SIMATIC Системное руководство по программируемым контроллерам S7-300 - Siemens AG, 2002 - 654с.

9)  Wonderware® FactorySuite™ InTouch™ User’s Guide - Invensys Systems, Inc., 2004. - 882с.

10)    Wonderware® S7 Tag Creator - Wonderware Corporation, 2004. - 68с.

)        Wonderware® Siemens SIMTIC® NET S7 I/O Server - Wonderware Corporation, 2004. - 28с.

)        www.ad.siemens.ua

)        www.adastra.ru

)        www.analytpribor.ru

)        www.automation-drives.ru

16)    www.asutp.interface.ru

17)    www.asutp.ru

)        www.elemer.ru

)        www.indusoft.ru

)        www.industrialsystems.ru

)        www.iprog.pp.ru

)        www.klinkmann.com

)        www.wonderware.com

Приложения

Приложение А

(обязательное)

Функциональная схема автоматизации

Рисунок А.1 - Функциональная схема автоматизации

Приложение Б

(обязательное)

Таблица Б.1- Таблица КИПиА