Система автоматического управления процессом оборотного водоснабжения на производстве

Содержание

Введение

. Аналитический обзор существующих подходов для постановки задачи дипломного проектирования

.1 Анализ существующих типовых конструкций градирен

.1.1 Классификация градирен

.1.2 Основные типы градирен

.1.2.1 Вентиляторные градирни

.1.2.2 Башенные градирни

.1.2.3 Открытые градирни

.1.2.4 Радиаторные градирни

.1.2.5 Эжекционные градирни

.2 Анализ существующих типовых схем построения систем оборотного водоснабжения

.3 Обзор существующих способов организации водоснабжения

.3.1 Основные элементы систем водоснабжения и их классификация

.3.2 Централизованные системы водоснабжения населенных пунктов

.3.3 Групповые и районные системы водоснабжения

.3.4 Локальные системы водоснабжения

.3.5 Системы водоснабжения промышленных предприятий

2. Описание системы оборотного водоснабжения как объекта автоматического управления

3. Техническое предложение

. Математическая модель процесса оборотного водоснабжения, выбор и описание средств автоматизации и элементов управления

.1 Элементы водооборотной системы

.1.1 Запорно - регулирующий клапан

.1.2 Датчик температуры погружной

.1.3 Фильтр сетчатый

.1.4 Датчик давления

.1.5 Датчик положения

.2 Математическая модель САУ и математическое описание входящих в нее элементов

.3 Общая модель системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения по процессу подготовки температуры воды

.4 Выбор электропроводки для элементов САУ

. Обоснование выбора управляющего программируемого логического контроллера

. Разработка алгоритмов функционирования и управляющей программы САУ оборотного водоснабжения

.1 Обоснование выбора языка программирования

.2 Описание алгоритма работы САУ водооборота

.4 Тестирование и отладка управляющей программы

. Безопасность и экологичность проекта

.1 Анализ состояния БЖД при эксплуатации САУ процессом оборотного водоснабжения

.2 Решения по охране труда

.2.1 Проектирование электробезопасности САУ

.2.1.1 Расчет защитного зануления ША

.2.1.2 Требования к изоляции и монтажу электропроводок объекта

.2.1.3 Технический уход за электрооборудованием

.2.1.4 Технический уход за низковольтной аппаратурой

.2.1.5 Технический уход за внутренними электропроводками

.2.1.6 Техника безопасности при проведении технического обслуживания электрооборудования

.2.2 Проектирование рабочего места оператора САУ

.2.3 Меры по обеспечению техники безопасности в САУ оборотного водоснабжения

.3 Решения по обеспечению устойчивости функционирования САУ в чрезвычайных ситуациях

.3.1 Пожаробезопасность

. Организационно-экономический раздел

.. Обоснование проектной разработки

.1.1 Определение трудоемкости разработки

.1.2 Календарный график выполнения работ

.2 Расчет себестоимости проекта автоматизации

.2.1 Материальные затраты на средства автоматизации и заработную плату (ЗП)

.2.2 Расчет себестоимости объекта автоматизации

.3. Расчет экономичности и сроков окупаемости САУ водооборота

.4 Оценка технического уровня (качества) проекта

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Введение

Водоснабжение - подача поверхностных или подземных вод водопотребителям в требуемом количестве и в соответствии с целевыми показателями качества воды в водных объектах. Инженерные сооружения, предназначенные для решения задач водоснабжения, называют системой водоснабжения, или водопроводом.

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений для обеспечения определенной группы потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества. Кроме того, система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, то есть обеспечивать снабжение потребителей водой без недопустимого снижения установленных показателей своей работы в отношении количества или качества подаваемой воды (перерывы или снижение подачи воды или ухудшение ее качества в недопустимых пределах).

Наличие системы оборотного водоснабжения является одним из важнейших показателей технического уровня промышленных предприятий. Внедрение систем оборотного водоснабжения позволяет резко снизить количество сбрасываемых сточных вод и уменьшить потребности в свежей воде, что дает большой экономический и экологический эффект.

Для повышения эффективности технологического процесса охлаждения воды и обеспечения энергосбережения в периоды пониженной нагрузки на охладительные установки целесообразно внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами водооборотных циклов.

Цель дипломного проекта - разработка системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения на производстве. Данная проблема обусловлена устареванием, как моральным, так и техническим существующей на ОАО «ВОМЗ» системы автоматики оборотного водоснабжения.

В общем случае, задачами любой системы оборотного водоснабжения являются:

.        Подача требуемого количества охлажденной воды, для обеспечения технологических процессов, связанных с ее использованием.

.        Отвод нагретой и загрязненной воды от обрабатывающих станков, где она использовалась.

.        Предупреждение нештатных и аварийных ситуаций.

Использование управляемой системы оборотного водоснабжения предоставляет возможности, позволяющие решить поставленные задачи.

Немаловажен тот факт, что данная проблема, затронутая в данном курсовом проекте, имеет место быть практически на всех старых заводах. Переоборудование, замена или применение управляемой системы оборотного водоснабжения позволит повысить качество выпускаемой предприятием продукции, уменьшить капиталовложения, предупредить и уменьшить количество аварийных ситуаций.

1. Аналитический обзор существующих подходов для постановки задачи дипломного проектирования

Оборотные системы широко используются в системах водяного охлаждения, как на предприятиях теплоэнергетического комплекса, так и на многих других производствах. К оборотным системам можно также отнести закрытые системы теплоснабжения.

Что касается предприятий, использующих воду как технологическое сырье, то подавляющее большинство из них применяет морально устаревшие схемы водного хозяйства, когда для водоснабжения берется свежая вода, а все образующиеся сточные воды (отработанные технологические растворы, продувочные воды, воды от мойки оборудования и помещений и т.д.) единым потоком проходят очистные сооружения и сбрасываются в водоемы.

Во всех отраслях промышленности используется различное энергопотребляющее оборудование:

–       компрессорные установки;

–       холодильные машины и кондиционеры;

–       термопластавтоматы;

–       установки токов высокой частоты;

–       радиоэлектронные устройства;

–       технологическое оборудование легкой и пищевой промышленности.

Рабочие процессы в энергопотребляющем оборудовании, как правило, требуют отведения и рассеяния в окружающей среде тепловых потоков. Сначала через теплообменные аппараты и охлаждаемые узлы оборудования пропускают наиболее эффективный промежуточный теплоноситель - воду. Вода в них нагревается. Для того чтобы многократно использовать одну и ту же воду в замкнутом контуре оборотного водоснабжения, ее необходимо охладить. Наиболее эффективный и распространенный способ это сделать - рассеять тепловой поток в атмосферном воздухе.

Для решения этой проблемы на производстве широкое распространение приобрели градирни.

1.1 Анализ существующих типовых конструкций градирен

градирня водоснабжение оборотный автоматизация

Градирня - устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха в оборотных системах водоснабжения. Иногда градирни называют также охладительными башнями.

Применение охлажденной воды в промышленности связано с охлаждением оборудования в целях предохранения его от быстрого разрушения под влиянием высоких температур (например, цилиндров компрессоров, кладки производственных печей) и т.п.

В зависимости от назначения охлажденной воды требования, предъявляемые к температуре этой воды, могут сильно различаться. Эти требования диктуются условиями производственных процессов, экономичностью и надежностью работы установок. Они определяются, как правило, технологией производства.

Охлаждение воды в градирнях осуществляется путем передачи тепла атмосферному воздуху за счет поверхностного испарения воды и теплоотдачи соприкосновением (теплопроводность и конвекция). В течение большей части года преобладающую роль играет поверхностное испарение. Летом в жару на испарение приходится до 90% и более тепла, отдаваемого водой. Зимой возрастает теплоотдача соприкосновением до 50%, а в наиболее холодный период и до 70%.

Движущей силой процесса испарения воды в градирне является разность парциальных давлений пара у поверхности воды и в ядре воздушного потока. При теплоотдаче соприкосновением такой движущей силой является разность температур воды и воздуха.

В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях, ТЭЦ). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ.

 

1.1.1 Классификация градирен

По способу передачи тепла атмосферному воздуху можно классифицировать градирни на:

–       испарительные, в которых передача тепла от воды воздуху осуществляется в основном за счет испарения;

–       радиаторные, или сухие, в которых передача тепла от воды воздуху осуществляется через стенку радиаторов за счет теплопроводности и конвекции;

–       смешанные, в которых используется передача тепла за счет испарения, теплопроводности и конвекции.

Теоретическим пределом охлаждения воды в испарительных градирнях является температура атмосферного воздуха по смоченному термометру, которая может быть ниже температуры по сухому термометру на несколько градусов.

Теоретическим пределом охлаждения воды в радиаторных градирнях является температура атмосферного воздуха по сухому термометру.

В комбинированных радиаторно-испарительных градирнях, так же как и в сухих, охлаждение воды происходит через стенки радиаторов, орошаемые снаружи водой. Отдача тепла водой, протекающей через радиаторы к воздуху, осуществляется за счет теплопроводности через стенки и испарения орошающей воды. Указанные градирни получили меньшее распространение, чем испарительные и радиаторные из-за неудобств при эксплуатации.

По способу создания тяги воздуха градирни разделяются на:

–       вентиляторные, через которые воздух прокачивается нагнетательными или отсасывающими вентиляторами;

–       башенные, в которых тяга воздуха создается высокой вытяжной башней;

–       открытые, или атмосферные, в которых для протока воздуха через них используются естественные токи воздуха - ветер и отчасти естественная конвекция.

В зависимости от конструкции оросительного устройства и способа, которым достигается увеличение поверхности соприкосновения воды с воздухом, градирни подразделяются на пленочные, капельные и брызгальные.

Каждый из указанных видов градирен может иметь разнообразные конструкции отдельных элементов оросительного устройства, отличаться их размерами, расстояниями между ними и может быть выполнен из различных материалов.

 

1.1.2 Основные типы градирен

Тип и размеры охладителя должны приниматься с учетом:

–       расчетных расходов воды;

–       расчетной температуры охлажденной воды, перепада температур воды в системе и требований технологического процесса к устойчивости охладительного эффекта;

–       расчетных метеорологических параметров;

–       условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории, допустимого уровня шума, влияния уноса ветром капель воды из охладителей на окружающую среду;

Градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.

В районах с ограниченными водными ресурсами, а также для предотвращения загрязнения оборотной воды токсичными веществами и защиты окружающей среды от их воздействия следует рассматривать возможность применения радиаторных (сухих) градирен или смешанных (сухих и вентиляторных) градирен.

 

1.1.2.1 Вентиляторные градирни

Вентиляторные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках, при необходимости сокращения объема строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды средствами автоматизации.

Технологическая схема вентиляторной градирни включает в себя следующие основные элементы: оболочку (корпус), состоящую из каркаса, обшитого листовым материалом, водораспределительное устройство, ороситель, водоуловитель, водосборный бассейн и вентиляторную установку.

Рис. 1.1 - Схема вентиляторной противоточной градирни:

Рис. 1.2 - Схема поперечноточной градирни с отсасыванием воздуха вентилятором:

Рис. 1.3 - Схема одновентиляторной градирни площадью 400 м2 с вентилятором марки 1ВГ 104:

Рис. 1.4 - Схема поперечноточной градирни с нагнетанием воздуха вентилятором:

 

1.1.2.2 Башенные градирни

Башенные градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках. Башенные градирни могут быть испарительными, радиаторными, или сухими и смешанными - испарительно - сухими. Башенные градирни разрабатываются, как правило, испарительные и с противоточной схемой движения воды и воздуха.

Основные технологические элементы - водораспределительное устройство, ороситель, водосборный бассейн, водоуловитель и воздухорегулирующее устройство - в башенных градирнях выполняют те же функции, что и в вентиляторных, и часто могут быть сходными по конструктивному оформлению.

Рис. 1.5 - Башенная противоточная градирня:

1.1.2.3 Открытые градирни

Открытые градирни - капельные и брызгальные - предназначаются преимущественно для систем с расходом оборотной воды от 10 до 500 м3/ч. Пример открытой градирни приведен на рис. 1.6.

Градирни характеризуются высоким охладительным эффектом без затраты электроэнергии на подачу воздуха, простотой строительных конструкций, условий эксплуатации и ремонта. Однако применение их ограничивается возможностью размещения на незастроенной площадке, сильно продуваемой ветром, а также допустимостью кратковременного повышения температуры охлаждаемой воды в период штиля.

Рис. 1.6 - Схема открытой капельной градирни:

1.1.2.4 Радиаторные градирни

Радиаторные градирни или аппараты воздушного охлаждения воды (АВО), иногда называемые сухими градирнями, состоят из элементов: радиаторов из оребренных медных, алюминиевых, углеродистых, нержавеющих или латунных труб, по которым протекает охлаждаемая вода; осевых вентиляторов, прокачивающих атмосферный воздух через радиаторы; воздухоподводящих патрубков, обеспечивающих плавный подвод воздуха к вентилятору, и опорных конструкций.

Радиаторные градирни следует применять:

–       при необходимости иметь закрытый, изолированный от атмосферного воздуха контур циркуляции воды в системе оборотного водоснабжения;

–       при высоких температурах нагрева оборотной воды в теплообменных технологических аппаратах, не допускающих ее охлаждения в градирнях испарительного типа;

–       при отсутствии или серьезных затруднениях в получении свежей воды на пополнение потерь в оборотных циклах.

Рис. 1.7 - Схема радиаторной градирни:

Для предупреждения замерзания воды в трубках радиаторов и их повреждения требуется устройство емкостей для спуска воды из системы при аварийных ситуациях в зимнее время или заполнение системы низкозамерзающими жидкостями (антифризами).

В циркуляционных системах с радиаторными градирнями практически отсутствуют безвозвратные потери на испарение и вынос.

.1.2.5 Эжекционные градирни

Охладители эжекционного типа перспективны при создании замкнутых систем водообеспечения. Все они относятся к семейству прямоточных распылительных аппаратов и содержат следующие основные элементы: распылитель (или группу распылителей), диспергирующий охлаждающую воду на капли, зону контакта охлажающего воздуха с каплями воды, а так же зону сепарации, где происходит отделение капель от воздуха (рис 1.8)

Вода подается в форсунку под избыточным давлением (обычно 0,1-0,4 МПа) и образует после неё капельный факел. Поток быстро летящих капель оказывает аэродинамическое воздействие на окружающий воздух и передаёт ему часть своего импульса, т.е. по мере движения жидкости постепенно уменьшается её количество движения, и капли затормаживаются, а газ, наоборот, приобретает количество движения. Так как факел на начальном участке расширяется, в его полость эжектируется все большее количество газа. Достигнув стенок аппарата в сечении касания, внешние капли выпадают на них, образуя стекающую пленку.

Рис. 1.8 - Схема эжекционной градирни типа «МУССОН» (односторонний вариант):

Обобщая аналитический обзор относительно различных типов (видов) градирен, можно заключить следующее: для различных современных типов производств, а так же тех, на которых уже имеются градирни, но которые требует реконструкции, применение простейших охлаждающих устройств: пруды, брызгальные бассейны, открытые градирни в силу их малой эффективности и ограниченности применения сразу можно не учитывать. Опустим также башенные (безвентиляторные) градирни: их применение оправдано только в очень крупных системах с единичной производительностью не ниже 6000 м3/ч. Таким образом, круг принципиальных конструктивных решений сужается фактически до двух вариантов: противоточные ветиляторные (пленочные и капельные) градирни и прямоточные распылительные эжекционные аппараты.

И те и другие охладители относятся к устройствам испарительного охлаждения. Вместе с тем известно, что в процессах с изменением фазового состояния (в данном случае испарение) направление движения фаз не оказывает заметного влияния на величину движущей силы, т.е. в этом отношении вентиляторные и эжекционные градирни практически равноценны.

Первым принципиальным различием является способ развития поверхности контакта фаз (воды и воздуха). В градирнях эта поверхность формируется при растекании воды по оросителю в виде пленки. Очевидно, что ороситель тем совершенней, чем большая поверхность пленки образуется в единице (м3) занимаемого им объема. Однако при этом совершенно небезразлично, какое гидравлическое сопротивление создает смоченный ороситель движению воздуха. Известна качественная зависимость: чем более развита поверхность оросителя, тем выше гидравлическое сопротивление и больше затраты энергии на продувание воздуха через градирню.

Независимо от охлаждающего устройства необходимый удельный расход воздуха колеблется в незначительных (700-1000 м3/ч) пределах. В градирнях эжекционного типа поверхность контакта - это поверхность капель, образующихся при распыливании охлаждающей воды специальными форсунками (средний их размер для форсунок различного типоразмера и режима работы колеблется от 0,3 до 0,8 мм).

Второе различие заключается в способе подачи охлаждающего воздуха. В градирнях для этих целей используется вентилятор, т.е. воздух принудительно попадает в аппарат. Отметим сразу связанные с этим недостатки:

Во - первых, это неоднородность потоков по сечению насадки (оросителя), т.е. возникновение зон с низкими удельными расходами воздуха. Это явление, называемое байпасированием, характерно для всех насадочных аппаратов и обусловлено следующим. Жидкая фаза достаточно «консервативна» и, будучи равномерно распределенной по поверхности насадки, практически сохраняет это распределение и на выходе из нее. Газовая фаза ведет себя иначе, она весьма чувствительна к локальным неоднородностям в гидравлическом сопротивлении слоя, немалое влияние оказывают стенки, балки и другие элементы каркаса.

Во - вторых, расход воздуха определяется только параметрами вентилятора и продуваемого слоя насадки. Увеличение или уменьшение нагрузки по воде в лучшем случае не влияет на абсолютный расход воздуха (на практике же увеличение подачи воды влечет за собой рост гидравлического сопротивления слоя и соответствующее уменьшение расхода воздуха), т.е. удельный расход воздуха (а значит, мощность вентилятора) должен приниматься по максимальному расходу воды.

В градирнях эжекционного типа картина совсем иная. Эжекционный эффект исключает байпасирование: воздух засасывается за счет энергии, передаваемой ему каплями при непосредственном контакте, поэтому распределение удельных потоков достаточно однородное. Кроме того, в рабочем диапазоне давлений воды на форсунках (0,1-0,4 МПа) коэффициент эжекции (удельный расход воздуха) - достаточно постоянная величина, эжекционные градирни обладают свойством саморегулирования, изменение расхода воды сопровождается пропорциональным изменением расхода воздуха.

А так как с увеличением расхода (давления) поверхность контакта увеличивается (уменьшается средний размер капель), эффективность даже возрастает. Напомним, что в традиционных градирнях картина обратная.

У градирен эжекционного типа есть и другие достоинства:

–       Обеспечение высочайшей надёжности за счёт исключительной простоты конструкции («железный ящик»), отсутствия оросителей, вентиляторов, доступности форсунок для постоянного контроля, чистки и замены, стабильность характеристик, большой межремонтный пробег, удобство и дешевизна обслуживания, пожарная безопасность, длительный срок службы

–       возможность включения/выключения зимой.

–       обеспечение малошумности и возможность свободного размещения.

–       обеспечение возможности работы при температурах воды выше 60оС.

–       обеспечение рационального секционирования под конкретные расходы воды.

–       покупной элемент один - водоуловитель (независимость от поставщиков).

Однако простота, о которой упоминалось, во многом кажущаяся. Распыливание охлаждаемой воды форсунками - условие необходимое, но не достаточное. Решающее значение имеют соотношения размеров, подбор группы типоразмеров и расположение форсунок, их класс, характеристики и целый ряд других факторов, только при соблюдении которых, обеспечиваются требуемый коэффициент эжекции и необходимое охлаждение воды.

Применение эжекционных градирен в локальном цикле оборотного водоснабжения позволяет отказаться от дорогостоящих схем охлаждения и обеспечить необходимые тепловые режимы работы оборудования.

Для наглядного сравнения рассматриваемых типов градирен сведем данные в таблицу.

Таблица 1.1

Сравнительная характеристика вентиляторных и эжекционных градирен

Вентиляторная градирня		Эжекционная градирня
элементы внутренней насадки подвержены разрушению и труднодоступны для замены		элементы внутренней насадки отсутствуют
разбрызгивающие форсунки подвержены засорению и труднодоступны для осмотра и чистки		разбрызгивающие форсунки также подвержены засорению, но легкодоступны для чистки, находятся на виду
для чистки форсунок и ремонта оросителя необходимо выключить градирню		наличие двух коллекторов в воздуховходной шахте позволяет чистить форсунки без остановки всей градирни
перегорают двигатели вентиляторов, нарушается балансировка вентиляторов		вентиляторы отсутствуют
наличие вентилятора определяет высокий уровень шума и вибрации		так как отсутствуют вращающиеся элементы, градирня является малошумной, нет вибрации
Вентиляторная градирня	Эжекционная градирня
в зимнее время повторный пуск после остановки практически невозможен	градирня свободно работает в режиме включения/выключения в любое время года
в летнее время включение дополнительных насосов не приводит к увеличению расхода охлаждающего воздуха, а, следовательно, невозможно дополнительное понижение температуры охлаждаемой воды	в летнее время, за счет включения дополнительных насосов, увеличивается расход охлаждающего воздуха, вследствие чего температура охлаждаемой воды может быть снижена до необходимого уровня
обмерзание и ледообразование в зимний период года приводит к разрушению внутренних элементов	не боится ледообразования и обмерзания в зимний период года
со временем снижается эффективность работы	эффективность работы постоянна весь период эксплуатации
затруднена эксплуатация при высоких температурах воды	возможна эксплуатация при любых температурах воды
имеет типовые габаритные размеры	может быть вписана в любое пространство
Энергоемкость градирен в рамках годового цикла практически одинаковая

Сравнительные характеристики типовых видов градирен сведены в таблицу, представленную в приложении А.

1.2 Анализ существующих типовых схем построения систем оборотного водоснабжения

Охлаждающей водой, нагретой в тепловыделяющем оборудовании, можно распорядиться по-разному, но вариантов фактически три и все они известны. По первому, вода сбрасывается в канализацию, т.е. используется на проток. Очевидно, что в настоящее время не только по экологическим, но и по экономическим соображениям это неприемлемо. По второму варианту, нагретая (условно чистая) вода используется в технологии предприятия. Такое решение самое привлекательное, так как одновременно утилизируется и полученное ею от оборудования тепло. Однако возможность даже частичного использования нагретой охлаждающей воды встречается крайне редко и составляет тысячные доли процента от общей массы ее потребления. Остается последнее - нагретую воду охладить и повторно использовать, то есть организовать водооборотную систему. Этот вариант является преимущественным в общемировой практике, а усилия специалистов направлены на совершенствование техники и технологии таких систем.

Чтобы понять, как наилучшим образом организовать замкнутое использование охлаждающей воды, введем понятие некой «идеальной системы». В нашем представлении это кольцо (возможно, с местными разветвлениями), по которому насосом прокачивается вода. Проходя через потребителей, она нагревается, а в охлаждающем устройстве отдает полученное тепло. Потери воды в системе и подпитка отсутствуют, водяной контур полностью закрытый (рис. 1.9).

Рис. 1.9 Схема «идеальной системы»

Здесь мы не конкретизируем способ охлаждения воды и дальнейший путь отобранного тепла. Отметим лишь, что в подавляющем большинстве случаев это тепло тем или иным способом рассеивается в окружающей среде. Применение таких систем крайне ограниченно по следующим причинам.

Рис. 1.10 Закрытая схема с «сухой» градирней

Во-первых, избежать потерь воды и, соответственно, подпитки оказалось в реальных производственных условиях практически невозможно. Во-вторых, что более существенно, сухие градирни - сложные, громоздкие, дорогостоящие и весьма энергоемкие устройства. В-третьих, нижний предел охлаждения в них на 5-8 °С (а при загрязненных поверхностях и на 12-18 °С) выше температуры окружающего воздуха, то есть летом температура охлажденной воды 40°С и выше, что во многих производственных процессах недопустимо. «Сухая градирня» - это поверхностный теплообменник вода-воздух, где вода движется в трубках, обдуваемых с помощью вентилятора воздухом. Так как коэффициенты теплоотдачи от поверхности трубок к воздуху на 1,5-2 порядка ниже, чем от воды к трубкам, последние снаружи оребряют. Отложение грязи в зазорах между шайбами оребрения и накипи с внутренней стороны резко снижают эффективность теплообмена, а очистка поверхностей - трудоемкий и затратный процесс. И, наконец, главное, - удельный расход электроэнергии в таких аппаратах в 7-10 раз выше, чем в традиционных вентиляторных градирнях.

Известны и другие варианты создания систем без потерь воды и подпитки, когда вместо дорогостоящих «сухих градирен» использовались подземные аккумуляторные емкости (рис. 1.11).

Эти схемы были предназначены для оборудования, работающего только в дневное время, и использовали холод, накопленный охлаждающей водой (от грунта через стенки) в ночное время. Очевидно, что в рабочие циклы температура воды в аккумуляторной емкости будет расти. Соответственно будет расти и температура нагретой воды. Следовательно, объем воды (и бака) должен быть таковым, чтобы ее температура за весь рабочий цикл не превысила предельного значения. Для больших систем или непрерывных производств этот вариант вообще исключен. Итак, если невозможно создать идеальную систему, то, очевидно, следует максимально приблизиться к ней, то есть свести к минимуму потери воды и подпитку, а также обеспечить эффективное и экономичное охлаждение нагретой воды. Определяющим становится выбор способа охлаждения, альтернативный рассмотренному «идеальному». Решение этой задачи подсказала сама вода, а точнее ряд ее уникальных свойств, в числе которых высокая теплота испарения - около 540 ккал/кг (для сравнения, у этилового спирта - около 200 ккал/кг). То есть если испарить 1% охлаждаемой воды, то ее температура снизится на 5,4°С.

Принцип испарения 1,5-2 % воды в сочетании с теплопередачей от нагретой воды к более холодному воздуху и положен в основу работы всех устройств испарительного охлаждения воды. Следующее условие максимального приближения к идеальной системе охлаждения - потери воды и подпитка должны быть равны испарению. В реальности этого добиться практически невозможно. Даже если свести к нулю потери через неплотности системы и механический унос в охладителе, исключить дренажный сброс не удастся. Системы заполняются и подпитываются из природных источников водой, содержащей растворенные в ней соли. И если мы будем компенсировать только испарение, то концентрация солей будет неуклонно возрастать в пределе до кристаллизации.

Дренаж (обычно, в зависимости от подпиточной воды, 3-5 %) и компенсирующая его подпитка позволяют поддерживать солесодержание в системе на некотором (пусть и более высоком, чем в исходной воде) приемлемом уровне. Поэтому, если механический унос влаги в сочетании с потерями в системе укладываются в заданный дренажный сброс, то их можно считать приемлемыми. Пример такой системы приведен на (рис. 1.12). Резюмируя вышесказанное, можно сделать главный вывод - воду можно охлаждать почти без потерь (и без подпитки системы), но дорого, или с разумными потерями, но и с меньшими затратами. Следовательно, идеальных со всех точек зрения оборотных систем не бывает, речь может идти об оптимальных вариантах, когда важен грамотный выбор и разумный компромисс.

Еще один важный вопрос, который приходится решать при организации оптимального потребления охлаждающей воды, - это выбор вида системы, которые бывают централизованными, групповыми и локальными.

1.3. Обзор существующих способов организации водоснабжения

.3.1 Основные элементы систем водоснабжения и их классификация

Под системой водоснабжения подразумевается комплекс взаимосвязанных сооружений, предназначенных для водообеспечения какого - либо объекта или группы объектов.

Для правильного выбора системы и источника водоснабжения необходимо иметь данные о водопотреблении, знать требования, предъявляемые к качеству воды, иметь сведения о напоре, под которым она должна подаваться потребителю, знать характеристику имеющихся природных водоисточников в районе проектирования и т.д. В значительной степени система водоснабжения зависит от выбранного водоисточника: его характера (поверхностный или подземный), мощности, качества воды, расстояния, на которое он удален от водопотребителя, и т. п.

Все многообразие встречающихся на практике систем можно классифицировать по следующим основным признакам:

–       по виду использования природных источников - водопроводы, получающие воду из поверхностных источников (речные, озерные, морские и т.п.), из подземных источников (артезианские, родниковые и т.п.), и водопроводы смешанного питания (при использовании различных видов водоисточников);

–       по назначению - водопроводы коммунальные (городов, поселков), железнодорожные, сельскохозяйственные, производственные, которые в свою очередь подразделяются по отраслям промышленности (водопроводы химических комбинатов, тепловых электростанций, металлургических заводов и т.п.);

–       по территориальному признаку - локальные (одного объекта), групповые (или районные) водопроводы и централизованные обслуживающие группу объектов;

–       по способам подачи воды - водопроводы самотечные (гравитационные) и с механической подачей воды (с помощью насосов);

–       по кратности использования потребляемой воды - системы прямоточные, с оборотом воды, с последовательным использованием воды на различных установках.

1.3.2 Централизованные системы водоснабжения населенных пунктов

Централизованная система водоснабжения населенного пункта или промышленного предприятия должна обеспечивать прием воды из источника, ее кондиционирование (если это необходимо), транспортирование и подачу ко всем потребителям под необходимым давлением. С этой целью в систему водоснабжения должны быть включены: водоприемные сооружения, предназначенные для получения воды из природных источников; насосные станции, создающие напор для передачи воды на очистные сооружения, в аккумулирующие емкости или потребителям; сооружения для обработки воды резервуары и водонапорные башни, являющиеся запасными и регулирующими емкостями; водоводы и водораспределительные сети, предназначенные для передачи воды к местам ее распределения и потребления.

Рис. 1.13 - Принципиальная схема централизованной системы водоснабжения

В состав системы водоснабжения входят следующие основные элементы:

–       водозабор - гидротехническое сооружение для забора воды из открытого водоема либо из подземного источника;

–       станция водообработки - комплекс зданий, сооружений и устройств для очистки воды с целью приведения показателей ее качества в соответствие с требованиями водопотребителей;

–       резервуары (емкости) - закрытые сооружения для хранения воды после ее очистки;

–       водопроводная насосная станция - сооружение, оборудованное насосно-силовой установкой для подъема и подачи воды в водопроводную сеть;

–       водоводы и водопроводные сети - система трубопроводов с сооружениями и устройствами на них для подачи воды к местам ее потребления.

1.3.3 Групповые и районные системы водоснабжения

Целесообразность сооружения групповых или районных систем водоснабжения возникает обычно в условиях маловодной местности при необходимости обеспечения водой ряда отдельных объектов, расположенных на территории некоторого района. При этом возможный для использования достаточно мощный природный источник воды может находиться на значительном расстоянии от района расположения потребителей. Большая стоимость устройства и эксплуатации системы подачи воды от такого источника в район потребления обусловливает целесообразность кооперации всех отдельных объектов рассматриваемого района и сооружения для них единой системы водообеспечения.

При использовании двух природных источников A и Б (рис. 1.14) надежность водообеспечения существенно повышается. На рисунке стрелками указан один из возможных вариантов распределения расходов.

1.3.4 Локальные системы водоснабжения

Под локальными (местными) системами водоснабжения понимают такие, которые обслуживают:

–       отдельные здания или группы зданий (микрорайоны населенных пунктов) жилого и коммунального назначения;

–       небольшие отдельно расположенные промышленные предприятия, водопойные пункты животноводческих ферм и комплексов, полевые станции сельхозкооперативов;

–       постоянно действующие станции и пункты сети наблюдения за гидрометрией и климатом, изыскательских партий;

–       отдельно расположенные военные гарнизоны.

Основной отличительной особенностью локальных систем водоснабжения является наличие индивидуальных источников водоснабжения или подводящих водоводов (каналов) от групповых и центральных систем водоснабжения крупных населенных пунктов и промпредприятий и ограниченная суточная производительность. Последняя, в зависимости от количества, вида и режима жизнеобеспечения водопотребителей, может колебаться в пределах от 1 до 1000 м3/сут. и более.

Второй отличительной особенностью таких систем является меньшее насыщение оборудованием. Оно преимущественно состоит из полу- или полностью автоматизированных блоков забора, очистки и подачи воды, характеризуемых совмещением нескольких процессов в одном сооружении или устройстве.

Третьей отличительной особенностью локальных систем водоснабжения является резко выраженная неравномерность водопотребления в течение суток в коммунальном секторе, ввиду незначительного количества водопотребителей и специфического режима водопотребления. Для таких систем характерно отсутствие разветвленной кольцевой водопроводной сети и громоздких сооружений по обработке воды и хранению ее запасов.

Схемы локальных систем водоснабжения представлены на рис. 1.15.

Водозабор для систем локального водоснабжения осуществляется чаще всего из подземных водоисточников. В этих случаях могут использоваться как артезианские воды, так и грунтовые из малодебитных горизонтов или линз с пресной водой. Помимо скважин, весьма распространенными используемыми водозаборными сооружениями являются шахтные колодцы, каптажные родники, горизонтальные водосборы.

Аналогично централизованным и групповым системам водоснабжения количество воды, используемой в локальных системах водоснабжения, расходуется на хозяйственно-питьевые нужды населения, поение домашних животных и птиц, технические нужды, на полив приусадебных участков.

Отличительной особенностью режимов водопотребления является повышенная по сравнению с централизованными системами, неравномерность водопотребления по часам суток (обычно коэффициент неравномерности составляет от 3.5 до 4.5), а в сельскохозяйственных объектах (фермы, тракторные бригады) и сезонностью потребления.

1.3.5 Системы водоснабжения промышленных предприятий

Системы водообеспечения промышленных предприятий классифицируют по способам использования воды: прямоточные, оборотные и с повторным использованием воды. При прямоточных системах водоснабжения промышленных предприятий вода обычно входит в состав выпускаемого фабриката или существенно изменяет свой состав, в связи с чем, ее повторное использование нецелесообразно. В этом случае она сбрасывается после смешения с другими сточными водами в местную гидрографическую сеть или передается на очистные сооружения.

В оборотных системах водоснабжения, когда вода применяется в основном для охлаждения, в целях ее экономии оказывается целесообразным сбрасываемую предприятием (или отдельным цехом) нагретую воду охлаждать и подавать для повторного использования на том же объекте. При этом из водоисточника подается только 3-5% общего количества используемой воды для восполнения потерь при ее обороте. Иногда оборотную воду приходится не только охлаждать, но и подвергать некоторой очистке.

В системах повторного использования вода, сбрасываемая одним из промышленных потребителей, может быть использована другим, что позволяет уменьшить количество воды, забираемой из водоисточника.

На промышленных предприятиях устраивают водопроводы следующего назначения: отдельные производственные и хозяйственно-противопожарные; отдельные производственно-пожарный и хозяйственно-питьевой; отдельные производственный, противопожарный и хозяйственно-питьевой; объединенный производственно-противопожарно-хозяйственный.

Для водоемких промышленных предприятий, расположенных в черте города, которые могут использовать малоочищенную или неочищенную воду, обычно устраивают самостоятельные (отдельные от городского) производственные водопроводы. Подобные водопроводы сооружают для групп предприятий, размещенных в одном районе города.

Исходя из аналитического обзора подходов к решению задачи курсового проектирования, а так же при непосредственном изучении существующей на ОАО «ВОМЗ» системы оборотного водоснабжения можно заключить следующее: вода, используемая в системе водооборота - техническая, т.е. она не используется ни в каких-либо бытовых нуждах, ни применима в качестве питьевой, а так же не используется в системе пожаротушения; в состав системы входит брызгально - эжекционная градирня; сама система по виду использования природных источников, является смешанной; по территориальному признаку - локальной; по способу подачи воды - с механической (применяются насосы) подачей воды; по кратности использования - система с оборотным водоснабжением; организация оборотных циклов построена по комбинированному принципу.

 

2. Описание системы оборотного водоснабжения как объекта автоматического управления

Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развитие технических средств автоматизации. К техническим средствам автоматизации относятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные для получения информации, ее передачи, хранения и преобразования, а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.

Развития технологических средств автоматизации является сложным процессом, в основе которого лежат интересы автоматизируемых производств потребителей, с одной стороны и экономические возможности предприятий - изготовителей с другой. Первичным стимулом развития является повышение эффективности работы производств - потребителей, за счет внедрения новой техники могут быть целесообразными только при условии быстрой окупаемости затрат. Поэтому критерием всех решений по разработкам и внедрению новых средств, должен быть суммарный экономический эффект, с учетом всех затрат на разработку, производство и внедрение. Соответственно к разработке, изготовлению следует принимать, прежде всего, те варианты технических средств, которые обеспечиваю максимум суммарного эффекта

Система автоматического управления - это совокупность объекта управления (управляемого технологического процесса) и управляющих устройств, взаимодействие которых обеспечивает автоматическое протекание процесса в соответствии с заданной программой. При этом под технологическим процессом понимается последовательность операций, которые необходимо выполнить, чтобы из исходного сырья получить готовый продукт. В случае процесса оборотного водоснабжения готовым продуктом является охлажденная вода с заданными параметрами (температура, давление и т.д.), а сырьем - наружный воздух, отработанная вода, которая попадает на повторную обработку, электроэнергия и др.

В основу функционирования системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения, как и любой системы управления, должен быть положен принцип обратной связи (ОС): выработка управляющих воздействий на основе информации об объекте, полученной с помощью датчиков, установленных или распределенных на объекте.

На ОАО «Вологодский оптико-механический завод» применяется система оборотного водоснабжения, в которой применяются для охлаждения оборотной воды брызгально - эжекционная градирня. Данный технологический процесс не автоматизирован и запускается непосредственно с началом производственных процессов, где необходимо применение охлажденной воды.

Автоматизация технологического процесса охлаждения воды может быть:

–       частичной (с функциями частотного регулирования, мониторинга и дистанционного управления);

–       полной (автоматическое регулирование и управление без непосредственного участия человека).

Частичная автоматизация технологического процесса, предполагающая использование программируемого логического контроллера, обеспечивает:

–       реализацию функции сбора данных;

–       выработку управляющих воздействий;

–       поддержание оптимального режима с целью минимизации энергетический затрат на эксплуатацию основного энергопотребляющего оборудования (в основном насосы, насосные станции);

–       диагностику и прогнозирование неисправностей теплотехнической и электромеханической частей системы.

Полная автоматизация технологического процесса охлаждения воды предполагает:

–       комплекс мероприятий по переоснащению оборудования технологического процесса устройствами защиты и/или диагностики;

–       замену существующих исполнительных механизмов и контрольно - измерительных приборов и аппаратуры (КИПиА) на новые, которые позволяют производить мониторинг, диагностику и управление в реальном времени без участия человека.

Основным звеном в такой системе тоже является программируемый логический контроллер, связанный с верхним уровнем системы и обеспечивающий:

–       автоматическое управление всеми технологическими процессами;

–       передачу измеренных значений физических величин на АРМ (автоматизированных рабочих мест) диспетчеров автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП);

–       защиту и блокировку оборудования и исполнительных механизмов;

–       предупредительную и аварийную сигнализацию.

Полная автоматизация технологического процесса связана с реализацией функций регулирования, мониторинга, диагностики и управления. Она позволяет не только добиться высоких показателей эффективности производства охлажденной воды и снизить затраты электроэнергии, но и увеличить срок службы оборудования и повысить безопасность технологического процесса.

Систему оборотного водоснабжения любого предприятия в общем случае можно представить состоящей из следующих компонентов:

–       промышленные потребители, использующие оборотную воду для охлаждения машин, аппаратов и рабочих сред;

–       насосные станции с системой водоподготовки для обеспечения циркуляции воды в системе;

–       охладительные установки (градирни);

–       устройства очистки;

–       запорно - регулирующая арматура.

Так как применяемая на производстве градирня (и сама система водооборота в целом) не имеет вентиляторов, а также будем учитывать, что пользование насосными станциями не изменилось, то основное место в системе будет занимать регулирующий клапан с заслонкой на подающем трубопроводе. Следовательно, в нашем случае, именно регулирующий клапан с заслонкой является объектом управления, т.е. при непосредственном влиянии на заслонку (угол открытия) меняется объем проходящей по трубе нагретой воды, соответственно изменяется объем воздуха эжектируемый внутрь градирни этой водой - вместе с этим увеличивается площадь контакта воды и воздуха, таким образом, происходит охлаждение нагретой технической воды. Т.е. система функционирует. Но также следует отметить, что в данной системе, мы управляем лишь параметрами температуры воды, и не рассматриваем прочие происходящие процессы в системе (например, тепломассообмен внутри самой градирни).

Функциональная схема САУ оборотного водоснабжения приведена в приложении Б.

3. Техническое предложение

На основании информации, представленной в разделах 1-2, сформируем цель, задачи и техническое предложение дипломного проекта.

Цель дипломного проекта - разработать систему автоматического управления процессом оборотного водоснабжения на производстве.

Основными задачами являются:

–       изучение участка системы оборотного водоснабжения как объекта управления;

–       разработка математического описания элементов, входящих в систему;

–       разработка алгоритмов управления системой водоснабжения, с учетом отработки внештатных ситуаций (управляющая программа);

–       моделирование переходных процессов в системе автоматического управления процессом оборотного водоснабжения;

–       расчет эффективности капиталовложений и окупаемости разработанной системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения.

Таким образом, опишем необходимый функциональный минимум, которым по итогам проектирования и разработки должна обладать система автоматического управления процессом оборотного водоснабжения:

–       Контроль и регулирование параметров оборотной воды;

–       Контроль полученных параметров воды в процессе доставки до места ее непосредственного применения в технологическом процессе.

–       Регулирование температуры в процессе охлаждения в брызгально-эжекционной градирне;

–       Предусмотреть индикацию аварийных состояний, например, индикация светодиодом; загрязнение очистных блоков - фильтров (на основании обработки показаний с датчиков), прорыв трубопроводов (так же применение датчиков давления, можно использовать датчики целостности);

–       Предусмотреть как режим автоматического управления, так и режим ручного управления системой (в случае выхода автоматики из строя или технического обслуживания, диагностики и ремонта системы).

–       Разработанная система автоматического управления процессом оборотного водоснабжения должна соответствовать требованиям по электробезопасности (изоляция кабелей, защитное зануление).

4. Математическая модель процесса оборотного водоснабжения, выбор и описание средств автоматизации и элементов управления

В данном разделе опишем основные элементы, входящие в систему автоматического управления, приведем их основные характеристики и составим математическое описание. Как уже было отмечено в разделе постановки задачи дипломного проектирования - основной продукт подготовки - температура воды, поэтому в рамках дипломного проекта можно пренебречь построением математических моделей и моделированием процессов тепломассообмена и расхода воды.

Охлаждение оборотной воды происходит в брызгально - эжекционной градирне, поэтому никаких вентиляторных установок системе не будет, что значительно облегчает задачу автоматизации, данного технологического процесса.

4.1 Элементы водооборотной системы

.1.1 Запорно - регулирующий клапан

Запорно - регулирующая арматура - это устройства, которые устанавливаются на различных трубопроводах или промышленных агрегатах. Такая арматура предназначена для управления процессами отключения, распределения, сброса, смешивания потоков рабочих сред путем изменения площади проходного сечения. Запорно-регулирующая арматура приводятся в действие или вручную, или при помощи пневмоприводов, гидроприводов, электроприводов.

В зависимости от видов технологических процессов запорно-регулирующую арматуру различают по принципам действия. Например, сюда входят клапаны, задвижки и другие разновидности затворных механизмов, предназначенных для полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе и пуска среды в зависимости от требований, а также обеспечение герметичности.

Запорно-регулирующий клапан используемый на производстве, марки Баттерфляй Электро КБР.Э ЛГ (рис. 4.1).

В клапане для перекрытия рабочей среды находится затвор в виде тарелки. Этот элемент является рабочим органом клапана. Двигается затвор внутри клапана в одном направлении параллельно потоку рабочей среды и в обратном направлении. Это обеспечивает легкость монтажа и снижает нагрузки на систему трубопровода.

В качестве электроприводов к данному типу клапанов могут использоваться электроприводы Drehmo, и как специальное исполнение, электроприводы AUMA.

Запорно-регулирующий клапан является ключевым элементом в разрабатываемой системе автоматического управления процессом оборотного водоснабжения, т.к. при регулировании угла поворота заслонки происходит перераспределение потока среды, в данном случае оборотной воды, что приводит к увеличению либо уменьшению напора на выходе форсунки, которая разбрызгивает нагретую воду внутри градирни. А так как тип градирни - брызгально-эжекционный, что подразумевает полное отсутствие вентиляторов для нагнетания воздуха, то именно скорость вылетающих из форсунки капель воды будет иметь главное значение для эффективного охлаждения нагретой воды.

Для управления запорно-регулирующим клапаном используется многооборотный электропривод марки AUMA SAR 07.5, который как раз рекомендуется использовать с выбранным ЗРК (рис. 4.2).

4.1.2 Датчик температуры погружной

Контроль над температурой составляет основу многих технологических процессов. Измерение температуры жидкости, газа, твердой поверхности или сыпучего порошка - каждый случай имеет свою особенность, которую необходимо понимать, чтобы измерения максимально соответствовали поставленной задаче. В существующей на производстве САР используются погружные датчики температуры фирмы Danfoss MBT 3260.3260 - датчик температуры с несменным чувствительным элементом, предназначенный для систем автоматического управления в трубопроводных и вентиляционных системах, а также в других областях промышленности, где отсутствует агрессивное воздействие на средства измерения. Благодаря тому, что защитная гильза изготовлена из меди, датчик MBT 3260 отличается малой инерционностью (постоянная времени для воды до t0,5 = 2 сек.). В этом датчике применяется стандартный чувствительный элемент с характеристикой Pt100 или Pt1000, обеспечивающий надежное и точное измерение. Детали, контактирующие с рабочими средами, изготовлены из меди или латуни. В стандартный комплект поставки MBT 3260 входит штекер типа DIN 43650.

Характеристики MBT 3260:

–       Термопреобразователь сопротивления Pt100 или Pt1000

–       Диапазон температур от -50 до 120 °С

–       Медная защитная гильза

–       Малая постоянная времени

–       Незаменяемый чувствительный элемент - не требует обслуживания (кроме случая с дополнительной гильзой - надо проверять масло),

–       Различные длины погружной части: 50, 100 или 250 мм

4.1.3 Фильтр сетчатый

Фильтры сетчатые марки FVТ со сливным краном и с пробкой предназначены для установки перед регулирующей арматурой, расходомерами, насосами с «мокрым» ротором электродвигателя и другими устройствами с повышенными требованиями к чистоте, проходящей через них воды в системах отопления, теплоснабжения, технического горячего и холодного водоснабжения, а также для механической очистки рабочей среды от грязи, ржавчины, стружки и т. д. Фильтры могут быть оснащены магнитными вставками для дополнительной очистки от частиц, содержащих железо, или дренажными кранами, обеспечивающими быструю и эффективную очистку фильтра.

Фильтр сетчатый устанавливается на трубопроводе в соответствии с инструкцией. Направление фильтрующего патрубка для воды вниз, для пара вбок. Установка в вертикальном положении возможна только при направлении потока сверху вниз.

Основные характеристики:

–       Условный проход: Ду = 15-300 мм.

–       Условное давление: Ру = 16 бар и Ру = 25 бар.

–       Температура регулируемой среды: Т= -10…+150 °С.

–       Фильтры могут быть оснащены магнитными вставками для дополнительной очистки.

 

.1.4 Датчик давления

Датчики давления серии 415 предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Датчики обеспечивают непрерывное преобразование измеряемого давления в унифицированный токовый и цифровой выходные сигналы, а также релейный управляющий сигнал для дистанционной передачи измеряемых величин.

Измеряемые среды: жидкость, пар, газ, газообразный кислород

Основная погрешность: ±0,25%.

Выходные сигналы:

–       аналоговый сигнал 4-20 мА, 0-5мА, 0,4-2В;

–       цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485;

4.1.5 Датчик положения

Емкостные датчики VSP-DD-3000 применяются как датчики уровня, скорости, контроля положения. Особенно удобны емкостные датчики VSP-DD 3000 тем, что реагируют на материалы любой природы (токопроводящие и диэлектрики). Предназначен датчик VSP-DD 3000 для использования как в системах автоматического управления производством, так и для обеспечения надежной и безопасной работы оборудования без систем дистанционного управления.

Датчик VSP DD 3000 может использоваться, в частности, как:

–       датчики контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов (токопроводящей природы и диэлектриков) в бункерах;

–       датчики контроля положения задвижек, положения перекидных клапанов;

–       датчиков реле контроля скорости движущихся механизмов;

–       датчиков подпора на транспортерах, нориях и самотеках;

–       датчиков отклонения норийных и транспортерных лент.

4.2 Математическая модель САУ и математическое описание входящих в нее элементов

Математическая модель системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения представлена на рисунке: Рис. 4.8 - Математическая модель системы автоматического управления

На рисунке введены следующие обозначения:

Передаточные функции элементов (звеньев) системы:зу(s) - передаточная функция задающего устройства;(s) - передаточная функция усилителя;дв(s) - передаточная функция электродвигателя;(s) - передаточная функция редуктора;п(s) - передаточная функция паропровода;з(s) - передаточная функция заслонки;(s) - передаточная функция термопары ;

ПЛК - программируемый логический контроллер (обведенные пунктиром структурные компоненты - составляют часть логического контроллера, работающего в форме П-регулятора с обратной связью

по датчику температуры).

Координаты системы:

qд° - действительное значение температуры воды;

qЗ° - заданное значение температуры;з - напряжение, выдаваемое задающим устройством;т - напряжение на выходе термопары;

DU = Uз-Uт - напряжение, выдаваемое сравнивающим устройством;- напряжение на выходе усилителя;

aд - угол поворота вала двигателя;

aр - угол поворота вала редуктора;

aз - угол поворота заслонки.

Передаточные функции элементов САР взяты из соответствующих технических паспортов и входящего в состав системы средств автоматизации, а также установлены путем наблюдения и проведения испытаний. Также учитывались консультации специалистов по обслуживанию аналогичных САР. Кратко приведем передаточные функции и требования к САР ниже:

.        Передаточная функция пропорционального регулятора:

где

Кзу = 0,1 В/0С.

2.      Передаточные функции электродвигателя и редуктора:

,

где

Тм - механическая постоянная времени; Тм = 0,45 с;

Тэ - электрическая постоянная времени; Тэ = 0,06 с;

Кдв - коэффициент передачи двигателя; Кдв = 3 об/(с´В).

,

где

Кр - коэффициент передачи редуктора.

,

где- передаточное отношение редуктора; i = 100.

Передаточную функцию электропривода в общем виде можно представить как совокупность передаточных функций апериодического звена II порядка и интегрирующего звена I порядка. Передаточную функцию найдём из выражения (4.2), предварительно приведя её к общему виду:

где

Кдв = 1080 град/(с×В) - коэффициент передачи электродвигателя;

где

Т1 и Т2 - постоянные времени электродвигателя (характеризуют его механическую и электрическую инерционность в совокупности), вычислим их используя разложение квадратного многочлена на множители:

Подставим полученные значения постоянных времени в выражение (4.5), представим передаточную функцию электродвигателя в числовом виде:

.

3.      Передаточная функция заслонки запорно-регулирующего клапана:

где

Кз - коэффициент передачи заслонки; Кз = 4 0С/угл.град.

4.      Передаточная функция подводящего трубопровода:

,

где

Кп - коэффициент передачи подводящего трубопровода; Кп = 0,9;

t - время чистого запаздывания; t = 0,009 с;

5.      Передаточная функция термопары:

,

где

Кт - чувствительность;  Кт =0,1 В/0С;

Тт - постоянная времени; Тт = 0,06 с;

6.      Передаточная функция усилителя:

,

где

.

К проектируемой системе автоматического регулирования предъявим следующие требования: заданное значение температуры охлажденной воды qЗ° = 21 0С; величина перерегулирования s должна составлять не более 30 %; время регулирования, определяющее быстродействие системы - не более 3 с; для расчетов - установившаяся ошибки по положению - отсутствует, по скорости - E = 5 % при Uз = 24 В/с.

Найдем общий коэффициент передачи разомкнутой САР: общий коэффициент передачи системы может быть получен из условия:

;

Тогда напряжение на выходе задающего устройства:

,

продифференцировав данное выражение, получим:

,

из последнего  найдется как:

.

найдется из имеющейся в исходных данных установившейся ошибки по скорости следующим образом:

;

Теперь имеем все данные для расчета коэффициента :

;

где:

Е = 5 % - установившаяся ошибка по скорости при  = 24 В/с;

qЗ = 21 °С - заданное значение температуры воды;

КЗУ = Кт = 0,1 В/0С;- коэффициент передачи задающего устройства.

Подставив значения в (4.16) получим:

.

Из этого неравенства выбираем :

=230c-1;

Рассчитаем коэффициент передачи усилителя разомкнутой системы. Общий коэффициент усиления найдется как произведение передаточных функций звеньев прямой ветви на произведение передаточных функций звеньев обратной ветви:

;

Откуда Kу найдется как:

где:

Кобщ = 230 (с-1 ) - общий коэффициент передачи разомкнутой системы;

Кдв =3 (об/(сВ))=1080 (угл.град/(сВ)) - коэффициент передачи двигателя;

Кр = 1/100 - коэффициент передачи редуктора;

Кз = 4 (0C/угл.град.) - коэффициент передачи заслонки;

Кп = 0,9 - коэффициент передачи подводящего трубопровода;

Кт = 0,1 (В/0C) - коэффициент передачи термопары (чувствительность);

Тогда, подставив все известные данные в (4.18), получим значение коэффициента передачи усилителя разомкнутой системы автоматического регулирования:

Найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

Передаточная функция замкнутой системы найдется в данном случае как произведение передаточных функций всех звеньев между датчиком рассогласования и его инверсным входом.

В результате ряда преобразований получаем передаточную функцию разомкнутой системы:

,

где

Кобщ = 230 (с-1) - общий коэффициент передачи разомкнутой системы;

Т3 = 0,38 (c) - новая постоянная времени двигателя;= 0,07 (с) - новая постоянная времени двигателя;

t = 0,008 (с) - время чистого запаздывания;т = 0,06 c - постоянная времени термопары;- здесь и в дальнейшем - оператор Лапласа.

На основании (4.20) построим в программном комплексе ТАУ логарифмическую амплитудную (ЛАЧХ) и логарифмическую фазовую (ЛФЧХ) частотные характеристики разомкнутой системы:

Рис. 4.9 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы автоматического регулирования

На частотных характеристиках, приведенных на рис. 4.9, видно, что критическая частота ωкрит = 3,96 Гц (фаза на ней равна -1800) достигается раньше частоты среза ωс = 15,78 Гц, при которой модуль передаточной функции равен 1, значит, данная система является неустойчивой (значение частоты среза больше значения частоты критической).

Получим передаточную функцию замкнутой системы: для этого упростим математическую модель САР, представленную на рис. 4.10:

Рис. 4.10 - Упрощенная математическая модель САР температурой воды

Согласно упрощенной структурной схеме, запишем передаточную функцию замкнутой системы управления относительно задающего воздействия:

.

Точность работы системы характеризуется установившимся значением ошибки. Значит, целесообразно записать передаточную функцию замкнутой системы управления по ошибке относительно задающего воздействия:

Поясним обозначения в выражениях (4.21) - (4.22):

Wзу(s) =Кзу - передаточная функция задающего устройства;

 - передаточная функция разомкнутой системы;

 - передаточная функция прямой цепи замкнутой системы;

- передаточная функция датчика температуры.

Подставим данные выражения в (4.21), получим выражение для передаточной функции замкнутой системы относительно задающего воздействия в общем виде:

Подставим данные выражения в (4.22), получим выражение для передаточной функции замкнутой системы по ошибке относительно задающего воздействия в общем виде:

.

На основании (4.24) и числовых значений параметров, построим в программе ТАУ ЛАЧХ (логарифмическую амплитудную) и ЛФЧХ (логарифмическую фазовую) замкнутой системы (рис.4.11):

Получим качественные характеристики системы, построив ее переходный процесс (рис. 4.12).

Очевидно, что переходный процесс, представленный на рис. 4.12 - расходящийся, следовательно, необходимо рассчитать для САР корректирующее устройство, чтобы затем на основе его математической модели разработать алгоритм управления системой, который отвечал бы поставленным техническим условиям. О неустойчивости существующей системы также свидетельствует оценка устойчивости согласно критерию Найквиста по частотным характеристикам разомкнутой ее составляющей: значение частоты среза больше критического значения частоты для данной системы.

Таким образом, задача проектирования САР температуры воды сводится к задаче синтеза системы управления с целью обеспечения желаемых характеристик.

Обычно корректирующее устройство включается в цепь регулятора, тем самым изменяется передаточная функция регулятора. Наиболее часто применятся последовательное корректирующее устройство, однако имеются также параллельное корректирующее устройство и корректирующие обратные связи. Последовательное корректирующее устройство достаточно просто рассчитывается и вводится в систему. Обычно оно представляет собой электронную схему на входе исполнительного механизма регулятора. Также данное корректирующее устройство может быть реализовано программно. Последовательное корректирующее устройство позволяет обеспечить предъявленные к системе требования по качеству переходного процесса и точности работы, но не уменьшает чувствительность системы к изменению параметров элементов системы.

Рассчитаем последовательное корректирующее устройство с использованием программы ТАУ.

Наиболее часто для расчёта корректирующих устройств используется частотный метод синтеза с помощью логарифмических частотных характеристик. Он основан на том, что логарифмическая амплитудная частотная характеристика (ЛАЧХ) разомкнутой системы однозначно определяется её передаточной функцией и наоборот. Следовательно, на основе предъявленных к системе требований можно сформировать желаемый вид логарифмической амплитудной частотной характеристики, а затем по неё сформировать требуемую передаточную функцию разомкнутой системы.

Процесс частотного синтеза системы представляет собой 2 этапа:

.        Построение располагаемой логарифмической амплитудной частотной характеристики разомкнутой системы.

.        Построение желаемой логарифмической амплитудной частотной характеристики разомкнутой системы.

Располагаемая ЛАЧХ приведена на рис. 4.9 в соответствии с выражением (4.20) и числовыми значениями параметров.

Желаемая логарифмическая амплитудная частотная характеристика может быть сформирована, исходя из заданных требований к САР по точности и качеству переходного процесса. Точность определяется значениями установившихся ошибок, а качество переходного процесса - величиной перерегулирования и временем регулирования - значением времени, по истечении которого система начинает работать с заданной точностью.

Низкочастотная часть ЛАЧХ формируется из условия обеспечения требуемой точности системы в установившемся режиме. В нашем случае система имеет нулевую позиционную ошибку, но имеет ошибку по скорости значит, является системой, отслеживающей линейно нарастающее входное воздействие.

Среднечастотный участок желаемой ЛАЧХ строится из условия обеспечения основных показателей качества переходного процесса - перерегулирования и времени регулирования. Требуемые показатели могут быть достигнуты, если среднечастотный участок желаемой ЛАЧХ пересекает ось частот на частоте среза wс и имеет наклон -20 дб/дек. Частоту среза wс и требуемые запасы устойчивости по амплитуде Lh и фазе m можно определить по номограмме Солодовникова, исходя из заданных значений tр = 3 с и s% = 30%.

Среднечастотный участок желаемой ЛАЧХ сопрягается с низкочастотным отрезком ЛАЧХ, имеющим наклон -40 дб/дек или -60 дб/дек. Рекомендуется выбирать наклон -60 дб/дек.

Высокочастотный участок желаемой ЛАЧХ проводится параллельно высокочастотному участку располагаемой ЛАЧХ.

Построим располагаемую ЛАЧХ системы (рис. 4.13):

Исходя из проведённого анализа участков желаемой ЛАЧХ построим желаемую ЛАЧХ системы: Рис. 4.14 - Желаемая ЛАЧХ нескорректированной САР

Для реализации качественных законов регулирования выберем последовательное корректирующее устройство (ПКУ). В этом случае желаемая передаточная функция разомкнутой системы примет вид:

гдеПКУ(s) - передаточная функция последовательного корректирующего устройства;р(s) - передаточная функция располагаемой системы.

Логарифмическую амплитудную частотную характеристику желаемой системы можно найти, как:

Выразим Lпку(ω) из (4.26):

.

Выражение (4.27) показывает, что для определения последовательного

корректирующего устройства необходимо выполнить следующие действия:

–       по располагаемой передаточной функции построить ЛАЧХ располагаемой системы;

–       исходя из требуемых показателей качества, построить ЛАЧХ желаемой системы;

–       рассчитать разность между желаемой и располагаемой ЛАЧХ: это позволит найти требуемую ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства;

–       по виду ЛАЧХ последовательного корректирующего устройства определить его передаточную функцию и схематическую реализацию.

По выполнению данных операций получим передаточную функцию последовательного корректирующего устройства:

где

ТЖ1, ТЖ2, ТЖ3 - постоянные времени желаемой системы,

Т3=0,29 с - первая постоянная времени электродвигателя;

Т4=0,09 с - вторая постоянная времени электродвигателя;

ТТ=0,06 с - постоянная времени термопары.

Для того, чтобы рассчитать значения желаемых постоянных времени ТЖ1, ТЖ2, ТЖ3 и построить ЛАЧХ корректирующего устройства, уточним передаточную функцию желаемой системы.

Для получения желаемой передаточной функции замкнутой системы относительно задающего воздействия воспользуемся формулой (4.21):

где

Wзу(s) =Кзу - передаточная функция задающего устройства;

 - передаточная функция прямой цепи,ж(s) - желаемая передаточная функция разомкнутой системы ;

- передаточная функция датчика температуры.

Подставив известные значения постоянных времени и коэффициентов передачи, получим передаточную функцию желаемой замкнутой системы:

где

ТЖ1=1,827 с, ТЖ2=14,175 с, ТЖ3=0,036 с, ТТ = 0,06 с, 60 с-1, t=0,009 с;

Для построения переходного процесса в выражении (4.29) заменим e-ts на :

Представим переходную характеристику желаемой системы после коррекции (рис. 4.15) и оценим показатели качества полученной САР:

Так как полученная величина перерегулирования, определяющая устойчивость, а также время регулирования, определяющее быстродействие желаемой системы, удовлетворяют условиям, предъявляемым к проектируемой САР, то можно выполнить переход к построению модели корректирующего устройства.

Проверим запасы устойчивости желаемой системы с последовательным корректирующим устройством, характеризующие близость системы к границе устойчивости:

Таблица 4.1

Запасы устойчивости системы

w [рад/с]	L [дБ]	Y [deg]
3,96	0,00	-130,0
14,07	-14,2	-180,0

Запас устойчивости по амплитуде Lh=14,2 дБ, запас устойчивости по фазе μ=500.

Очевидно, что система проектируемая система будет обладать хорошими запасами устойчивости по амплитуде и фазе.

Подставим числовые значения постоянных времени в (4.28), представим ЛАЧХ и ЛФЧХ последовательного корректирующего устройства (рис. 4.16):

Программная реализация корректирующего устройства предусматривает использование в своем составе импульсной системы - системы, где как минимум одна из описываемых систему координат подвергается квантованию по времени. Квантованные по времени величины при помощи импульсной модуляции преобразуются в чередование импульсов. Таким образом, импульсную систему для программной реализации целесообразно представить в виде комбинации импульсного элемента (осуществляет процесс квантования величины по времени с преобразованием её в последовательность импульсов) и непрерывной части, составленной из типовых динамических звеньев (заданная система с включенным в нее ПКУ).

Представим математическую модель САР с включенным на вход импульсным элементом (рис. 4.17):- сигнал, получаемый с импульсного элемента; y - выходное воздействие;

НЧ - непрерывная часть системы; ФЭ - формирующий элемент;

ПНЧ - приведенная непрерывная часть системы; WПКУ(s) - передаточная функция непрерывной части системы (последовательного корректирующего устройства).

Дискретную передаточную функцию WПКУ(z) последовательного корректирующего устройства целесообразно получить через передаточную функцию непрерывной части системы Wнч(S).

Выражение для дискретной передаточной функции разомкнутой импульсной системы представим в следующем виде:

,

где

 - импульсная функция последовательной непрерывной части.

Для практического расчёта в целях упрощении рекомендуется представить передаточную функцию в виде следующего выражения:

,

где

.

В нашем случае импульсный элемент формирует последовательность прямоугольных импульсов длительностью  , где γ - величина скважности импульса). Тогда расчетное соотношение для дискретной передаточной функции разомкнутой импульсной системы примет вид:

{ Wнч(s) }= W1(z,s) - W1g(z,s),

где

{ Wнч(s) }; { Wнч(s) }.

В рамках дипломного проекта используем импульсный элемент контроллера, который генерирует прямоугольные импульсы, длительность которых совпадает с периодом дискретности, т. е. значение скважности γ = 1. Данный формирующий элемент носит название экстраполятора нулевого порядка или запоминающего элемента. Дискретная передаточная функция тогда примет вид:

Согласно (4.34) можно определить дискретную передаточную функцию WПКУ(z) корректирующего устройства, учитывая, что WНЧ(s) =WПКУ(s):

Представим переходную характеристику WПКУ(s) (рис. 4.18):

Исходя из представленной переходной характеристики, осуществим выбор частоты дискретизации:

Т=0,001с - период дискретности à f дискрет = 1000 Гц - частота дискретизации.

Получим следующее выражение для дискретной передаточной функций:

.

Коэффициенты дискретной передаточной функции представим в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Полученные в результате преобразований значения коэффициентов

Коэффициент	Значение
b0	5,473
b1	-2,719
b2	5,404
b3	-5,369
b4	2,667
b5	-5,3
a0	1
a1	-4,919
a2	9,677
a3	-9,519
a4	4,681
a5	-9,209

Для проверки правильности выбора частоты дискретизации рассмотрим переходную характеристику дискретной передаточной функции последовательного корректирующего устройства WПКУ(z) (рисунок 4.19):

При сравнении двух характеристик (рис. 4.18 и 4.19) видно, что визуально они практически не отличаются, что свидетельствует о верно выбранном значении периода, а, значит, и частоты дискретизации.

Для удобства программной реализации последовательного корректирующего устройства целесообразно составить разностное уравнения по дискретной передаточной функции WПКУ(z). Для этого домножим числитель и знаменатель WПКУ (z) на z-n, где n - максимальный порядок передаточной функции (в нашем случае n=5):

.

В результате домножения получим выражение для дискретной передаточной функции:

.

Представим выражение (4.37) в виде разностного уравнения:

Решением полученного разностного уравнения при нулевых начальных условиях y[n],f[n] для всех n<0 будет решение вида:

Подставляя рассчитанные и приведенные в таблице 4.2 значения коэффициентов, найдём искомое выражение для y[n].

Таким образом, необходимо и достаточно реализовать функцию регулирования согласно (4.39), которая бы осуществляла качественное регулирование температуры воды.

Так как высоких требований к точности регулирования температуры не предъявляется, то целесообразно управлять электроприводом AUMA SAR 07.5 через аналоговый вход, подавая значения напряжения на перемещение позиции заслонки в клапане. Тогда диапазон движения заслонки будет напрямую зависеть от подаваемого уровня напряжения.

Исходя из технического паспорта на электропривод AUMA SAR 07.5 (передаточное соотношение редуктора - 0,01, производительность 1080 об/В*с, механическая постоянная времени 0,45 с, электрическая постоянная времени 0,06 с) получим таблицу данных для качественного процесса регулирования температуры воздуха. Максимальное значение напряжения, подаваемое на аналоговый вход электропривода - 24 В. Подобный процесс регулирования был промоделирован в данном пункте, он является устойчивым и отвечает требованиям качества переходного процесса в системе.

Приведем таблицу соответствия значений входного напряжения и позиций перемещения заслонки. Данные расчетов, необходимые для разработки управляющей программы ПЛК, приведены в таблице 4.3. Коэффициент передачи регулятора рассчитаем по формуле (4.40):

Шаг изменения положения - на каждый 1 Вольт поданного напряжения от ПЛК заслонка меняет положение на 3,75 угл. градуса.

Таблица 4.3

Данные для качественного регулирования температуры воды

Управляющее напряжение, Uвх		Положение заслонки, угл. град		Управляющее напряжение, Uвх	Положение заслонки, угл. град
1		3,75		13	48,75
2		7,5		14	52,5
3		11,25		15	56,25
4	15		16		60
5	18,75		17		63,75
6	22,5		18		67,5
7	26,25		19		71,25
8	30		20		75
9	33,75		21		78,75
10	37,5		22		82,5
11	41,25		23		86,25
12	45		24		90

В итоге получим электропривод, управляемый пропорциональным регулятором, функции которого - формировать определенный уровень напряжения в зависимости от сравнения текущей температуры воды в трубопроводе со значением температуры уставки. Данная задача будет возложена на выбранный ПЛК.

4.3 Общая модель системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения по процессу подготовки температуры воды

Разработку математической модели переходных процессов в наиболее простом варианте начнем с описания процессов, происходящих в градирне. По сигналу от датчика температуры воды, находящегося на входе в градирню изменяется угол наклона заслонки запорно-регулирующего клапана. Следовательно, контур регулирования является замкнутым.

Структурная схема САУ для системы оборотного водоснабжения изображена на рис. 4.20. При ее построении учтено, что в силу принятого способа регулирования входным параметром для градирни, являются переменные теплопоступления или теплопотери Q, Вт, а выходным - температура охлажденной воды tвых, °C. Собственно САУ в этом случае играют роль отрицательной обратной связи для градирни по каналу «Q - tв».

Тогда математическая модель переходного процесса в САУ будет иметь вид:

В соответствии с ранее данным определением и схемой САУ, приведенной на рис. 4.18, по физическому смыслу Wсист здесь представляет изменение tв с течением времени при единичном тепловом воздействии, т.е. при Q = 1 Вт.

Следовательно, размерность Wсист должна быть [0С/Вт]. Тогда передаточная функция САУ при использовании позиционного регулятора в линейном варианте будет выглядеть следующим образом:

где... a7 - коэффициенты, получающиеся при подстановке в (4.41) передаточных функций элементов САУ с учетом их коэффициентов передачи и постоянных времени, s - некоторый комплексный параметр, имеющий размерность с-1.

Выражение (4.42) представляет переходный процесс в виде изображения, получаемого из переходной функции - оригинала с помощью интегрального преобразования Лапласа.  Рекомендуется получать значение оригинала переходной функции, используя приближенное аналитическое моделирование. Его сущность заключается в формальной замене оператора s на 1/τ, где τ - время с момента воздействия на систему, с.

Подставим известные передаточные функции, полученные в п.4.2, в выражение (4.41), смоделируем процесс регулирования температуры воды в градирне, при этом пренебрежем величиной теплопотерь Q. Процесс моделирования проведем для ряда выбранных значений входных напряжений из табл. 4.3 и коэффициента передачи пропорционального регулятора kp=3,75 (угл. град/В) в программе VisSim (рис. 4.19 - 4.20). Так как диапазоны регулирования и значение коэффициента передачи малы, то это не приведет к сильному ухудшению качества работы системы. Чем больше выбран пропорциональный диапазон регулирования, тем большей будет величина статистической ошибки. При малой величине пропорционального диапазона увеличивается время переходных процессов, и при некоторых условиях может возникнуть автоколебательный (незатухающий) процесс в контуре регулирования.

Передаточную функцию помещения без учета его динамического сопротивления, рекомендуется принять за:

где

Здесь V - объем помещения, м3; c=4182 Дж/(кг_К), и ρ=3,434 кг/м3 - соответственно удельная теплоемкость и плотность внутреннего воздуха.

Подставив числовые значения объявленных величин, рассчитаем, что значение начального коэффициента равно: 2,785*10-8.

Из графика переходного процесса, приведенного на рис. 4.21, видно, что требования к качеству работы системы выполняются при средних значениях входного напряжения, САР температуры воды относительно регулирования по положению заслонки работает с заданной точностью. Показатели переходного процесса: величина перерегулирования - 25,3%, время регулирования - 1,93с

Как видно из графика переходного процесса, представленного на рис. 4.22, регулирование посредством изменения управляющего напряжения удовлетворяет качественным требованиям переходного процесса: величина перерегулирования - 32,5%, время регулирования - 2,76с, данная величина полностью удовлетворяет первоначальным требованиям. Также из графика видно, что у системы появилась установившаяся ошибка - следствие использования принципа пропорционального регулирования, впрочем, находящаяся в допустимом коридоре точности - 5%, что полностью устраивает.

Таким образом, по итогам описания технических средств автоматизации, входящих в состав САУ процессом оборотного водоснабжения, а также составления их математических моделей и параметров для управления ими, определения значений констант, можно приступать к разработке управляющей программы ПЛК.

4.4 Выбор электропроводки для элементов САУ

Дискретные датчики и исполнительные механизмы подсоединяются к щиту контрольным кабелем марки КВВГ, предназначенным для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В, для прокладки в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабель.

Технические характеристики кабеля КВВГ:

–       токопроводящая жила - медная, однопроволочная, 1 класса по ГОСТ 22483.

–       изоляция - из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ).

–       скрутка - изолированные жилы кабелей скручены (3х0,75).

–       рабочая температура окружающей среды: от -50 °С до +50 °С.

–       относительная влажность воздуха при температуре +35 °С: 98 %.

–       электрическое сопротивление изоляции жил при температуре +20 °С сечением: 0,75-мм2 - не менее 9 МОм/км.

–       длительно допустимая температура нагрева жил при эксплуатации: +70 °С.

–       кабели устойчивы к монтажным изгибам. Строительная длина кабелей - не менее 250 м. Передача сигнала без потерь осуществляется на расстояние до 200 м.

Аналоговые датчики подключаются экранированным кабелем МКЭШ 3х0,75 согласно стандарту 4-20 мА. Преимуществами данного стандарта являются двухпроводная схема подключения, высокая степень защиты от наводок с силовых кабелей, не требующаяся калибровка датчика на контроллере и контроль короткого замыкания и обрыва линии. Кабель МКЭШ 3х0,75 состоит из витого многожильного провода 0,75 мм и экраном из оплетки. Максимальная длина передачи данных без искажения - не более 300 м, сопротивление линии связи - 9,3 Ом на каждые 100 м кабеля.

При подключении к щиту управления экраны кабелей соединяются между собой на шине заземления. Щит управления и агрегаты системы должны быть заземлены согласно требованиям ПУЭ.

5. Обоснование выбора управляющего программируемого логического контроллера

Центральным звеном проектируемой системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения на производстве является управляющий элемент - программируемый логический контроллер (ПЛК) фирмы WAGO серии I/O System. Данный контроллер предназначен для удаленного сбора данных на основе различных промышленных сетей. Основные достоинства контроллера:

–       компактность;

–       возможность принимать/передавать дискретные, аналоговые, числоимпульсные сигналы, а также обмениваться данными с различными специальными устройствами;

–       высокое быстродействие и достаточный для хранения управляющей программы и данных объем памяти;

–       большое количество информационных каналов, позволяющих без наращивания модулей контроллера охватить весь круг задач решаемых в дипломном проектировании;

–       простота программирования и отладки управляющей программы микроконтроллера, поддержка большого количества стандартных языков программирования;

–       высокая степень защиты от помех, пыли, влаги, короткого замыкания, скачков напряжения.

Подключение к различным промышленным сетям осуществляется путем применения соответствующих базовых контроллеров, при этом состав модулей ввода/вывода может оставаться неизменным.

С другой стороны, пользователю предоставлена возможность максимально гибко изменять состав каналов ввода/вывода за счет использования модулей, рассчитанных на подключение 4-х, 2-х или одного канала ввода/вывода.

Контроллер способен выполнять некий управляющий алгоритм, на основании которого он и управляет состоянием своих выходных модулей напрямую, без участия компьютера верхнего уровня. Программирование таких контроллеров осуществляется с помощью стандартного технологического языка программирования WAGO I/O PRO32 стандарта МЭК 61131.3.

Загрузка управляющих программ может быть осуществлена как локально, через диагностический порт контроллера WAGO I/O, так и дистанционно, по сети Fieldbus. Выбранный ПЛК может осуществлять управление исполнительными механизмами на основе сбора информации от датчиков как через стандартные кабели (МКЭШ, КВВГ).

Основные технические характеристики программируемых контроллеров WAGO I/O приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Технические характеристики ПЛК WAGO I/O

Наименование	Численное значение
Объём памяти программ	32 кбайт
Объём памяти данных	32 кбайт (16х2 кбайт)
Максимальное число программных инструкций	около 3000
Количество одновременно выполняемых программ	1
Гарантированное время цикла исполнения программы	около 3 мс для программы из 1000 инструкций (включая время обмена с модулями ввода/вывода)
Система программирования	WAGO I/O PRO32, в стандарте МЭК 61131.3
Поддерживаемые языки программирования:	Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), Structured Function Chart (SFC), Instruction List (IL), Structured Text (ST)
Требования по питанию	24 В, 500 мА
Диапазон рабочих температур	0…50°С
Суточная потребляемая мощность	1,2 кВт

Модули ввода/вывода обеспечивают сопряжение внешних сигналов с внутренней шиной, позволяют подключать датчики и исполнительные устройства, а также содержат цепи гальванической развязки и индикаторы состояния каналов. Различаются несколько основных групп модулей ввода/вывода:

–       модули вывода дискретных сигналов: маркируются красным цветом. Обеспечивают подключение исполнительных механизмов с рабочим напряжением 24 или 220 В. Выходные модули ШИМ (двухканальные), формирующие широтно-импульсный сигнал для пропорционального управления исполнительными механизмами, также относятся к данной подгруппе, хотя программно конфигурируются так же, как модули ЦАП;

–       модули ввода аналоговых сигналов: маркируются зеленым цветом. Обеспечивают прием сигналов с аналоговых датчиков, имеющих стандартные уровни выходных сигналов: 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В, ±10 В. Модули поставляются в 2-х и 4-хканальном исполнении;

–       модули вывода аналоговых сигналов: маркируются синим цветом. Обеспечивают пропорциональное управление исполнительными механизмами и формируют сигналы 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В, 0…24 В, ±10 В. Модули поставляются только в 2-х и 4-хканальном исполнении.

–       Отдельную группу представляют модули, реализующие специальные функции. Они снабжены прозрачными маркировочными пластинами. К ним относятся модули для работы с приводами (квадратурный шифратор приращений и передатчик в формате SSI), а также модули, обеспечивающие связь с различными устройствами по интерфейсам RS,232, RS,485 и токовая петля.

–       оконечный терминальный модуль: замыкает линию адреса внутренней шины. Данный модуль должен быть обязательно установлен в собранный узел WAGO I/O с противоположной стороны от базового контроллера узла сети;

–       модули подключения линий питания: обеспечивают подачу необходимых напряжений питания на логические и периферийные части модулей ввода/вывода. Содержат в себе цепи фильтрации, предохранители и светодиодные индикаторы состояния, а также встроенные источники питания.

Данные модули позволяют создавать большие распределенные системы сбора данных и управления на базе контроллеров WAGO I/O.

Выбранный ПЛК WAGO I/O представлен на рисунке 5.1.

Светодиоды фирмы WAGO SHL 1-35 управляются с помощью логических схем WAGO I/O RC-24 щита автоматики (допускают управление 24 светодиодами с одного порта контроллера). Для индикации состояний используются логические схемы аналогового вывода сигнала WAGO 750-559. Принцип работы схемы: приходящее на вход аналоговое значение напряжения преобразуется АЦП и зажигает соответствующий уровню напряжения порядковый светодиод. Поддерживающая схема светодиода обладает свойством памяти (содержит в составе триггер): свечение продолжается до тех пор, пока не подан уровень напряжения, равный начальному. Подобный способ организации индикации позволяет экономить на использовании в шкафу автоматики логических схем, а, значит, снижает цену конечного оборудования.

Для организации пуска оборудования используются кнопочные включатели фирмы WAGO 750 (табл. 5.3), при активации их формируется дискретный импульс на порт ПЛК. Для организации работы данных кнопочных пускателей используем дискретные порты ввода. Все эти элементы входят в комплект базовой поставки шкафа автоматики.

Таблица 5.2

Используемые светодиоды

Наименование	Цвет	Кол-во	Шаблон обращения к портам ввода/вывода на языке ST	Уровень входного напряжения, В
«Жалюзи открыты»	зеленый светодиод	1	<out_port_a_12>	1
«Жалюзи не открылись»	красный светодиод	1		2
«Жалюзи закрыты»	зеленый светодиод	1		3
«Жалюзи не закрылись»	красный светодиод	1		4
«Фильтр засорен»	красный светодиод	1		19
Прорыв трубопровода	красный светодиод	1		20
«Сеть»	красный светодиод	1		24

Состояние аварии открытия/закрытия жалюзи воздуховходных окон, прорыв трубопровода, засорение фильтров (для упрощения примем, что все фильтры будут засоряться равномерно): мигание соответствующих светодиодов с интервалом времени 1 с. Система переводится в аварийный режим, загорается соответствующая диодная лампа.

Пуск/остановка САУ - нажатие кнопки «пуск/стоп системы». По умолчанию режим работы системы - автоматический, переход на ручной режим управления - по кнопке «автоматический/ручной режим». В автоматическом режиме ПЛК выполняет заложенную программу управления. При этом игнорируются все сигналы с других кнопочных включателей, кроме кнопки «пуск/стоп системы» и «автоматический/ручной». В ручном режиме - ПЛК выполняет мониторинг состояния и арбитраж системы, при этом реагируя на аварийные ситуации.

Таблица 5.3

Используемые кнопочные включатели

Наименование	Кол-во	Шаблон обращения к портам ввода/вывода на языке ST
«Пуск/стоп системы»	1	<in_port_d_12>
«Автоматический/ручной режим»	1	<in_port_d_13>
Включить/выключить электропривод ЗРК	1	<in_port_d_14>
«Открыть жалюзи воздуховходного окна»	1	<in_port_d_15>
«Закрыть жалюзи воздуховходного окна»	1	<in_port_d_16>

В таблице 5.4 приведено соответствие пронумерованных на ПЛК портов маркировке кабелей и используемых виртуальных портов программы. Данная таблица равносильна схеме соединения измерительных проводов с портами WAGO I/O System. Порты контроллера промаркированы номером и цветом, также имеется комплект сменных цветовых маркеров.

Маркировка кабеля: для аналоговых входов/выходов - W/С, для дискретных входов/выходов - I/O.

Таблица 5.4

Таблица соединений и соответствия физических каналов виртуальным портам

Назначение соединительного кабеля		Номер порта: цвет секции	Кабель		Маркировка		Соответствующий виртуальный порт
Датчики перемещения жалюзи		DI15,DI16: желт.	КВВГ 3х0,75		I15- I16		<in_port_d_15> <in_port_d_16>
Управление жалюзи		DQ5,DQ6: красн.	КВВГ 3х0,75		O5 - O6		<out_port_d_5> <out_port_d_6>
Датчики давления		DI1, DI2, DI3, DI4: желт.	МКЭШ 2х0,5		I1 - I4		<in_port_d_1>… <in_port_d_4>
Управление электроприводом ЗРК	AQ1: син.			МКЭШ 2х0,5		С1	<out_port_a_1>
Включение/выкл. эл. привода	DQ1: красн.			КВВГ 3х0,75		O1	<out_port_d_1>
Датчик температуры на входе градирни	AI10: зел.			МКЭШ 2х0,5		W10	<in_port_a_10>
Датчик температуры на выходе градирни	AI11: зел.			МКЭШ 2х0,5		W11	<in_port_a_11>
Датчики фильтров очистки	DI6,DI7,DI8,DI9: желт.			МКЭШ 2х0,5		I6 - I9	<in_port_a_6>… <in_port_a_9>
Управление светодиодами	AQ12: син.			МКЭШ 2х0,5		С12	<out_port_a_12>

Таким образом, САУ процессом оборотного водоснабжения, базирующаяся на основе выбранного ПЛК, спроектирована так, чтобы гарантировать масштабируемость и надежность новой системы в сравнении с существующей. Это условие выполняется ввиду большого количества неиспользуемых свободных портов - в случае неисправности порта его можно заменить.

6. Разработка алгоритмов функционирования и управляющей программы САУ оборотного водоснабжения

.1 Обоснование выбора языка программирования

Программное обеспечение WAGO I/O PRO32 Soft предоставляет наиболее широкие возможности по разработке, отладке и документированию программ контроллеров серии WAGO I/O System. Для программирования контроллера воспользуемся программой WAGO I/O PRO32. Разработку программы будем выполнять на языке ST (Structured Text) с учетом специфики работы контроллера. Также возможно использовать для разработки управляющей программы графические языки программирования (LD, FBD, SFC), а также текстовый язык IL, представляющий из себя ассемблерный язык низкого уровня. Однако программное обеспечение и система программирования позволяют использовать в языке ST некоторые функции языка IL (например, переходы по меткам).- язык программирования стандарта IEC61131-3. По структуре он ближе всего к языку программирования Паскаль. ST удобен для написания больших программ и работы с аналоговыми сигналами и числами с плавающей точкой. Допускается использование символьных имен для переменных и функций, а также необходимых комментариев. Кроме того, большой объем функциональных библиотек повышает удобство разработки и редактирования управляющей программы.

Разработка, отладка и полное тестирование работы программы может осуществляться в автономном режиме без наличия реального модуля WAGO I/O. Для тестирования может быть использовано программное обеспечение WAGO I/O CHECK 2, эмулирующее виртуальные порты ввода/вывода контроллера и, по заложенной ранее программе управления и вносимым состояниям портов, формирующее состояния оставшихся портов. WAGO-I/O-CHECK 2 - программный пакет, работающий в среде MS Windows. Программное обеспечение просто в установке и не требует для своей работы подключения к промышленной сети. Программа считывает конфигурацию контроллера и отображает её графически на экране компьютера. Это изображение может быть распечатано вместе со спецификацией. Вместе они образуют исчерпывающую документацию на собранный узел.

С помощью WAGO-I/O-CHECK 2 возможно просмотреть на экране компьютера состояние модулей ввода/вывода. Подключение датчиков и исполнительных устройств, таким образом, может быть проверено до запуска контроллера. Соединение между WAGO-I/O-CHECK 2 и контроллером производится коммуникационным кабелем, который присоединяется к специальному последовательному порту контроллера и СОМ порту PC.

Готовая программа может загружаться в контроллер через соединительный кабель с интерфейсом RS485 или записываться в модули памяти команд/данных, а также сохраняться на жестком диске компьютера.

Контроллер WAGO I/O будет распознавать, считывать и включать входы и выходы всех модулей независимо от их типа. Входы и выходы представлены в той же последовательности, в которой расположены модули. Для программирования имеются в распоряжении входы и выходы, согласно таблице 5.4.

Разработка алгоритмов функционирования системы и управляющей программы проводится поэтапно с учетом данных, полученных в предыдущих разделах описания проектируемой САУ. Управляющая программа представляет цельный моноблок последовательно выполняемых функций, циклов, условий и операций. Распараллеливание выполнения функций невозможно, однако гарантированное время выполнения программы (3мс - согласно техническому паспорту контроллера) обеспечивает быстродействие системы в целом. С учетом всех вносимых временных задержек система гарантированно будет выполнять управление оборудованием в каждом 10-минутном цикле.

Язык программирования независим от вида порта - дискретный или аналоговый, среда программирования позволяет описывать потоки принятой и отправленной информации с портов в десятичной форме. Все необходимые преобразования выполняют входящие в контроллер устройства ЦАП и АЦП, привязку к ним данных, описанных в десятичной форме, осуществляет компилятор. Все это упрощает работу программиста контроллера WAGO. Использование мощных библиотечных модулей <wago_port.lib> и «label.lib» позволяет обращаться к портам как к переменным, управлять ими, изменять их значения, а также организовывать работу с функциями безусловных переходов JMP(<метка>) и механизмом меток.

6.2 Описание алгоритма работы САУ водооборота

Пуск системы осуществляется при подключении питания контроллера. Проверяется состояние кнопки запуска системы - если она активна, то обнуляются значения буферов портов ввода/вывода и зажигаются светодиоды «сеть» - начальное состояние светодиодной панели. После этого подается сигнал на открытие жалюзи воздуховходного окна, импульс на включение электропривода ЗРК.

Алгоритм закрытия жалюзи аналогичен алгоритму, представленному на рис. 6.2, с той лишь разницей, что если сигнал с датчика положения идет на порт ПЛК, то необходимо индицировать аварийный режим «Жалюзи не закрыты» и останавливать систему. То есть проверку необходимо осуществлять на наличие сигнала датчика положения после подачи сигнала закрытия жалюзи и выжидания задержки закрытия.

После запуска электропривода ЗРК система выходит на режим охлаждения температуры воды в градирне. Таким образом, система выполняет функции регулирования на данном этапе.

Вот как происходит охлаждение воды - температура воды на входе в градирню сравнивается с температурой уставки (это средняя температура из диапазона температур: охлажденная (выход) - нагретая (вход) вода. Этой температуре уставки соответствует угол открытия заслонки - 450, а так же напряжение питание - 12 В):

–       если температура на входе выше установочной, то происходит подача большего напряжения в электропривод и заслонка поворачивается на угол больший 450;

–       если температура на выходе меньше установочной, то происходит подача меньшего напряжения электроприводу и заслонка начинает уменьшать угол открытия, т.е. от 450 и до 00 (00 - это условно, так как при закрытии заслонки вода подаваться в градирню не будет).

Алгоритм понижения температуры воды на выходе градирни, при превышении температурой воды на входе установочной величины приведен на рис. 6.3.

Алгоритм работы по понижению температуры воды на выходе градирни, но при значении температуры воды на входе меньше установочной величины, аналогичен алгоритму, представленному на рис. 6.3. Параметр цикла - пока температура воды на входе меньше температуры уставки с запасом или пока клапан не занимает минимально открытое положение (входное напряжение - 1 В).

В алгоритме работы системы предусмотрена отработка аварийных режимов, таких как поломка исполнительного механизма открытия/закрытия жалюзи, засорение фильтров в водопроводе, а также отработка сигнала прорыв трубопровода. Не будем приводить блок - смеху данных алгоритмов, т.к. она является достаточно простой и понятной - если на порты приходит соответствующий сигнал того или иного аварийного состояния, то прекращается работа всех устройств.

Для аварийного отключения питания контроллера используется функция стандартной библиотеки HALT().

Также предусмотрен и программно реализован ручной режим управления системой. При нажатии на кнопку смены режима система переходит в режим диспетчеризации и выполняет все стандартные функции управления исполнительными механизмами. В фоновом режиме работает САР температуры воды, а также отслеживаются все возможности аварийных состояний системы.

Полный цикл работы программы занимает времени не более 1 мин. Таким образом, автоматика ПВВ отслеживает все возможные состояния системы.

Приведем ряд преимуществ реализованной программы управления:

–       управляющая программа реализована блочно: используемые функциональные блоки позволяют быстро перейти на алгоритм управления тем или иным устройством, лишь указав входные/выходные/внутренние переменные блока. Кроме того, блочная архитектура делает программу более читаемой и упорядоченной;

–       при изменении порта ввода/вывода достаточно изменить порт в описании переменных, при этом не изменяя структуру программы;

–       использование констант в описании также придают программе гибкость настроек с точки зрения быстродействия;

–       возможность быстрого использования буферов обмена портов для выдачи данных по локальной сети или на оборудованное АРМ диспетчера системы.

Таким образом, были словесно и в виде блок-схем описаны алгоритмы функционирования блоков САУ. Листинг управляющей программы приведен в приложении В. Блок - схема алгоритма работы управляющей программы приведена в приложении Г. Технико-экономические показатели проекта с точки зрения программы управления - приведены в разделе 8.

6.3 Тестирование и отладка управляющей программы

Для правильной и корректной работы разрабатываемой САУ, необходимо протестировать и отладить управляющую программу. Отладка программ заключается в проверке правильности работы программы и аппаратуры. Программа, не содержащая синтаксических ошибок, тем не менее, может содержать логические ошибки, не позволяющие программе выполнять заложенные в ней функции. Логические ошибки могут быть связаны с алгоритмом программы или с неправильным пониманием работы аппаратуры, подключённой к портам микроконтроллера.

Для отладки программы использовалась программа WAGO-I/O-CHECK 2, входящая в пакет WAGO I/O PRO32 Soft. Как уже было отмечено ранее это универсальная программа, с помощью которой можно не только запрограммировать контроллер, но и отладить и скорректировать правильную работу управляющей программы. Отладчик позволяет отладить те участки кода программы, которые не зависят от работы аппаратуры, не входящей в состав микросхемы микроконтроллера.

Для отладки программ обычно применяют три способа:

1.      Пошаговая отладка программ с заходом в подпрограммы;

2.      Пошаговая отладка программ с выполнением подпрограммы как одного оператора;

.        Выполнение программы до точки останова.

Пошаговая отладка программ заключается в том, что выполняется один оператор программы и, затем контролируются те переменные, на которые должен был воздействовать данный оператор.

Если в программе имеются уже отлаженные подпрограммы, то подпрограмму можно рассматривать, как один оператор программы и воспользоваться вторым способом отладки программ.

Если в программе существует достаточно большой участок программы, уже отлаженный ранее, то его можно выполнить, не контролируя переменные, на которые он воздействует. Использование точек останова позволяет пропускать уже отлаженную часть программы. Точка останова устанавливается в местах, где необходимо проверить содержимое переменных или просто проконтролировать, передаётся ли управление данному оператору.

Практически во всех отладчиках поддерживается это свойство (а также выполнение программы до курсора и выход из подпрограммы). Затем отладка программы продолжается в пошаговом режиме с контролем локальных и глобальных переменных, а также внутренних регистров микроконтроллера и напряжений на выводах этой микросхемы.

Следует отметить такое достоинство программы, как то, что она сразу показывает, где именно допущена та или иная ошибка, выделяя строку.

Ошибки, которые встретились при отладке программы, были разные, это ошибки в синтаксисе языка, ошибки построения цикла, ошибки, обусловленные несоответствием типов данных (сравниваемых, или данных над которыми проводились арифметические операции). Наибольшее количество, встреченных ошибок, относится к ошибкам в синтаксисе программы.

7. Безопасность и экологичность проекта

Вопросы безопасной жизнедеятельности человека необходимо решать на всех стадиях жизненного цикла программного продукта, будь то его разработка, внедрение в жизнь или эксплуатация.

Безопасность жизнедеятельности представляет собой комплекс трех основных понятий: защита человека и обеспечение его безопасности в чрезвычайных ситуациях; охрана труда (защита человека и обеспечение его безопасности в различных видах производственной и непроизводственной деятельности); промышленная экология.

Цель БЖД - это достижение безопасности человека в среде обитания. Безопасность человека определяется отсутствием производственных и непроизводственных аварий, стихийных и других природных бедствий, опасных факторов, вызывающих травмы или резкое ухудшение здоровья, вредных факторов, вызывающих заболевания человека и снижающих его работоспособность.

Задачи БЖД:

1.            Идентификация (распознавание) опасностей с указанием их количественных характеристик и координат в 3-х мерном пространстве.

2.      Определение средств защиты от опасностей на основе сопоставления затрат с выгодами, т.е. с точки зрения экономической целесообразности.

.        Ликвидация отрицательных последствий (опасностей).

Правовая сторона безопасности жизнедеятельности представляет совокупность законов и подзаконных актов федеральных органов государственной власти Российской Федерации и органов государственной власти субъектов Российской Федерации принятых в целях сохранения и улучшения благоприятных природных условий и условий труда.

Издано множество документов по вопросам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, безопасности жизнедеятельности, охраны окружающей среды, гражданской обороны.

По этим вопросам принят ряд законов: закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999г.), закон «Об охране окружающей природной среды» (1992г.), водный кодекс РФ (1995г.), земельный кодекс РФ (2001г.), законы РФ «О недрах» (1992г.), «Об экологической экспертизе» (1995г.).

К правовым нормативным документам, определяющим организацию работ в чрезвычайных ситуациях, относятся законы РФ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994г.), «Федеральный закон о гражданской обороне» (1998г.), «О пожарной безопасности» (1994г.), «Об использовании атомной энергии» (1995г.) и др.

Правовые вопросы по охране труда регулируют в нашей стране Конституция Российской Федерации, «Федеральный закон об основах охраны труда в Российской Федерации» (1999г.), «Федеральный закон о промышленной безопасности опасных производственных объектов» и др.

Также введен в действие Трудовой Кодекс Российской Федерации (2001г.), который включает главы «Охрана труда», «Надзор и контроль за соблюдением законодательства о труде».

На основе государственных нормативных требований охраны труда Государство регулирует обеспечение безопасности жизни и здоровья работника в процессе трудовой деятельности.

7.1 Анализ состояния БЖД при эксплуатации САУ процессом оборотного водоснабжения

Водоснабжение - подача поверхностных или подземных вод водопотребителям в требуемом количестве и в соответствии с целевыми показателями качества воды в водных объектах. Инженерные сооружения, предназначенные для решения задач водоснабжения, называют системой водоснабжения, или водопроводом.

По способу использования воды системы водоснабжения разделяют на:

–       системы прямоточного водоснабжения (с однократным использованием воды);

–       системы оборотного водоснабжения;

–       системы с повторным использованием воды.

Оборотные системы широко используются в системах водяного охлаждения, как на предприятиях теплоэнергетического комплекса, так и на многих других производствах.

В общем случае, задачами любой системы оборотного водоснабжения являются:

.        Подача охлажденной воды, для обеспечения технологических процессов (обрабатывающие станки), связанных с ее использованием;

.        Отвод нагретой и загрязненной воды от обрабатывающих станков, где она использовалась;

.        Предупреждение нештатных и аварийных ситуаций.

Проектируемая САУ процессом оборотного водоснабжения должна обеспечивать:

–       охлаждение до требуемой температуры нагретой промышленной воды;

–       очистку от взвешенных частиц при циркуляции воды в течение технологического процесса;

–       мониторинг работы всей системы в целом;

–       экономию затрат топливно-энергетических ресурсов;

–       сокращение численности обслуживающего персонала.

Основными опасными и вредными производственными факторами, действующими на работников, занятых на работах по обслуживанию и ремонту водозаборных сооружений на водоисточниках, являются:

–       подвижные части производственного оборудования;

–       разрушающиеся конструкции (лестницы, переходы, ограждения и тому подобное);

–       возможность получения ожогов паром или перегретой водой в результате прорыва трубопровода;

–       отлетающие предметы (при очистке решеток);

–       повышенная влажность воздуха (в непосредственной близости от градирни, а также в помещении, где ведется обработка с применением промышленной воды);

–       поражение электрическим током при соприкосновении с открытыми токоведущими частями оборудования

7.2 Решения по охране труда

Большую часть дня человек проводит, занимаясь какой-либо трудовой деятельностью. Труд имеет большое социальное и экономическое значение. Именно поэтому охрана труда является очень важным фактором.

Нормативный акт по охране труда - акт, устанавливающий комплекс правовых, организационно-технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических требований, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности работников в процессе труда, утвержденный компетентным органом. Согласно Положению о порядке разработки и утверждения правил и инструкций по охране труда и Методических указаний по разработке правил и инструкций по охране труда к нормативным актам по охране труда относятся:

– стандарты Системы стандартов безопасности труда (ССБТ), утверждаемые: государственные стандарты (ГОСТ) - Комитетом Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации и Государственным комитетом Российской Федерации по вопросам архитектуры и строительства;

–       отраслевые стандарты (ОСТ) - соответствующими центральными органами федеральной исполнительной власти;

–       стандарты предприятия (СТП) - предприятиями;

–       санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, утверждаемые Федеральным санитарно-эпидемиологическим надзором России, Министерством здравоохранения Российской Федерации;

–       правила устройства и безопасной эксплуатации, правила безопасности (пожарной, ядерной, радиационной, лазерной, биологической, технической, взрыво- и электробезопасности), утверждаемые соответствующими федеральными надзорами России;

–       правила по охране труда и инструкции по охране труда, утверждаемые в порядке, предусмотренном вышеуказанным Положением;

–       организационно-методические документы: положения, методические указания, утверждаемые (рекомендации одобряются) соответствующими центральными органами федеральной исполнительной власти;

–       постановлением Правительства Российской Федерации от 12 августа 1994 г. №937 установлена система нормативных правовых актов, содержащих единые нормативные требования по охране труда, которые должны соблюдаться федеральными органами исполнительной власти, предприятиями, учреждениями и организациями всех форм собственности.

Этим же постановлением утвержден перечень видов нормативных правовых актов, содержащих государственные нормативные требования по охране труда в Российской Федерации

7.2.1 Проектирование электробезопасности САУ

Электрические установки, к которым относится практически все оборудование системы оборотного водоснабжения (в т.ч. и шкаф автоматики), представляют для человека опасность.

Основное питание оборудования осуществляется от трехфазной сети частотой 50 Гц и напряжением 220 В, с глухозаземленной нейтралью. Служебное помещение со шкафом автоматики (ША) относится к помещениям без повышенной опасности: сухое, с нормальной температурой воздуха, с токонепроводящими полами и отсутствием возможности одновременного прикосновения к корпусу ША и металлическим конструкциям, имеющим соединение с землей.

В целях защиты от поражения электрическим током все установки заземлены в соответствии с ПУЭ. Предельно допустимые уровни напряжений и токов прикосновения при частоте переменного тока равной 50 Гц не должны превышать: U = 2В и I = 0,3мА. При аварийном режиме значения уровней напряжения и тока не должны превышать значений U = 20В и I = 6мА.

Защитное заземление должно обеспечить защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим токоведущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление следует выполнить преднамеренным электрическим соединением металлических частей с "землей" или ее эквивалентом. Зануление следует выполнять электрическим соединением металлических частей электроустановок с заземленной точкой источника питания электроэнергии при помощи нулевого защитного проводника.

Для снижения статического электричества покрытие полов выполнено из антистатического линолеума марки АСН и металлические части корпуса соединяются с землей для отведения зарядов статического электричества. Прокладка заземляющих проводников произведена вдоль стены помещения на специальных опорах.

Для защиты обслуживающего персонала от поражения током при неисправности изоляции в электрических установках предусматривается защитное заземление.

7.2.1.1 Расчет защитного зануления ША

Согласно ГОСТ 12.1.019 электробезопасность электроустановок обеспечивается конструкцией электроустановок, техническими способами средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями.

В электроустановках переменного и постоянного тока защитное заземление и зануление обеспечивают защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Защитному заземлению и занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты. Так, корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников и др. нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус. Если корпус не заземлен, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе. При заземлении корпуса ток через тело человека при его прикосновении к корпусу будет тем меньше, чем меньше ток замыкания на землю и сопротивление цепи заземления и чем ближе человек стоит к заземлителю.

Принцип действия зануления основан на превращении замыкания на корпус ЭУ в однофазное короткое замыкание между поврежденной фазой и НРП (нулевой рабочий проводник), при котором протекает Iкз, достаточный для срабатывания автоматического выключателя, отключающего ЭУ от электрической сети. На рис. 7.1 представлены схемы подключения ША к питающей сети. QF1 и QF2 - автоматические выключатели; Iкз - ток короткого замыкания

Зануление выполняется соединением металлических частей ЭУ с заземленной точкой источника питания при помощи нулевого защитного проводника, при этом в цепи нулевого проводника не допускается установка выключателей, рубильников, т.е. должна быть обеспечена непрерывность цепи от каждого корпуса электрооборудования до заземленной нейтрали источника питания.

Нулевой провод имеет повторные заземления через каждые 250 м и на концах ответвлений длиной более 200 м, а также на вводах от ВЛ к электроустановкам.

Согласно ГОСТ 12.1.030-81 и ПУЭ защитное заземление и зануление требуется выполнять при напряжении 380 В и выше переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока при работах в условиях повышенной опасности и особо опасных (ГОСТ 12.1.013-78).

В электрических установках до 1000В в сети с заземленной нейтралью, или заземленным выводом однофазного источника питания, а также с заземленной средней точкой в 3-х проводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление.

При этом проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, обеспечивающий отключение автомата или плавление плавкой вставки ближайшего предохранителя (в реле-пускателе). В цепях зануления не должно быть разъединителей и предохранителей.

Кроме того, зануление способствует выносу потенциала по нулевому проводнику на доступные к прикосновению проводящие части неповрежденного оборудования. Оно не защищает, если произойдет замыкание фазы на землю, минуя корпус, и переходное сопротивление в месте замыкания будет малым.

Опасно наличие зануления при обрыве нулевого проводника, когда все корпуса электроприемников за точкой обрыва могут оказаться под напряжением.

Для того чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.

Произведем расчет защитного зануления ША, в котором находится ПЛК WAGO I/O System.

Принципиальная схема зануления ША представлена на (рис. 7.2).

Для питания ША используется сеть переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

В помещении, где производится монтаж сети, питание электроустановок осуществляется от подстанции с трансформатором Р=600 кВт, удаленной от ША на 350 м. Питание к распределительному щиту подводится алюминиевым проводом МКЭШ сечением 35 мм2 .

В качестве нулевого проводника выбираем стальную полосу сечением 50 мм2.

При использовании зануления должны быть выполнены следующие условия:

  (7.1)

где k - коэффициент кратности номинального тока IН0М (А) плавкой вставки предохранителя реле-пускателя, k=3.

Номинальным током плавкой вставки IНОМ называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток IНОМ в помещении 55 А. Значение IКЗ зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора ZT, фазного проводника ZФ, нулевого защитного проводника ZНЗ, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") ХП, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Ro и повторного заземления нулевого защитного проводника RП. Поскольку Ro и RП, как правило, велики, в сравнении с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь. Выражение для IКЗ будет иметь вид:

I КЗ = , (7.2)

где,П= ZФ + ZНЗ + ХП - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".

Удельное сопротивление фазного провода и его сечение:

Рал = 0,028 (Ом*мм2)/м , Sceч = 35 мм2 ,

отсюда сопротивление фазного провода рассчитывается по следующей формуле:

RФ=  ,  (7.3)

Ф= =0,392 (Ом).

Удельное сопротивление нулевого провода и его сечение:

рст = 0,058 (Ом*мм2)/м , Sсеч = 50 мм2,

отсюда сопротивление нулевого провода по аналогии рассчитывается по следующей формуле:

RНЗ= ,  (7.4)

НЗ=  =0,406 (Ом).

Значения ХФ и XНЗ малы, ими можно пренебречь. Значение Хп можно определить по формуле:

ХП =0,145*lg   (7.5)

где

k = 0,3894, dcp - расстояние между проводниками, dФ - геометрический диаметр.

Расчеты дают значение ХП = 0,551 Ом.

Сопротивление электрической дуги берем равнойд = 0,02 (Ом), Хд = 0.

В соответствии с мощностью трансформатора= 0,0044 (Ом), Хт = 0,0127 (Ом)

Полное сопротивление петли "фаза-нуль":

ZП =    (7.6)

Получим: ZП = 1,105 (Ом).

При использовании защитного зануления по требованиям ПУЭ условие

НЗ/RФ = 0,406/0,392 < 2,  (7.7)

следовательно, ПУЭ выполняются.

Исходя из полученных данных, рассчитаем ток короткого замыкания. Для этого обратимся к формуле 2.2.КЗ = =196,817 (А)

При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение, поскольку должно выполнятся условие формулы 7.2.1, в нашем случае:

,817 (А)> 3*55 =175 (А)

Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.

Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты:

  (7.8)

  (7.9)

Расчетная схема представлена на рисунке 7.3.нз=0,348(Ом), Rнп=10(Ом), R0=4(Ом), Rh=1(кОм), Uпр=29,9(В)

Такое напряжение безопасно для человека при времени воздействия.

Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока находится из следующего соотношения:

   (7.10)

где

   (7.11)

Значит,

Исходя из этого, найдём предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока, определим по (7.10):

В качестве прибора защитного отключения можно использовать автоматический выключатель, рассчитанный на IНОМ = 55 (А) и tcp = 0,18 (с) при IКЗ = 190 (А). Выберем дифференциальный автомат т.к. он экономичный и выгодный. Дифференциальный автомат, входящий в комплект поставки ША и используемый в САУ - Siemens DA-16 PO.47. Уставка по току срабатывания - 55 А.

 ,  (7.12)

.

Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться условие:

    (7.13)

Из расчётов видно, что К = 3,5 на порядок больше чем 1,4 - следовательно условие выполняется.

В соответствии с техническим заданием проектируемая система содержит элементы автоматики, установленные в шкафу управления и оконечные устройства управления и сбора информации. Конструкция шкафа должна позволять производить быструю замену входящих в его состав узлов с целью восстановления работоспособности. Так же необходимо обеспечить удобное расположение органов управления и визуального контроля, и учесть возможность транспортировки.

Шкаф автоматики удовлетворяет международной спецификации степени защиты IP65 (6 - полная защита от пыли, 5 - Защита от струй воды). Кроме того, имеется защита корпуса от возгорания - противопожарная защита.

С целью возможности быстрой замены неисправного узла, крепление элементов осуществляется с помощью направляющих DIN-реек, на которые устанавливаются вспомогательные элементы, автоматы и контроллер.

7.2.1.2 Требования к изоляции и монтажу электропроводок объекта

Тип электропроводки и способ ее прокладки определяют номинальным напряжением сети, характером помещений, состоянием окружающей среды, в которой она будет находиться, условиями техники безопасности и пожарной безопасности. Окружающая среда характеризуется влажностью, температурой, наличием пыли, вредно действующих химически активных паров и газов.

Сухие помещения-это такие, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60 %. Если в этих помещениях в течение длительного времени температура не поднимается выше 30 °С, не выделяется большое количество технологической пыли и химически активных веществ, то такие сухие помещения называют нормальными.

Пыльные помещения - это помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать па проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.

Влажные помещения - это помещения, в которых пары или конденсирующаяся влага выделяются лишь временно и притом в небольших количествах, а относительная влажность более 60, но не выше 75%.

Сырые помещения - это помещения, в которых относительная влажность в течение длительного времени превышает 75%.

Особо сырые помещения-это помещения, в которых потолок, стены, пол и находящиеся в них предметы покрыты влагой, а относительная влажность воздуха приближается к 100 %.

Жаркие помещения - это помещения, в которых температура в течение длительного времени превышает 30 °С.

Пожароопасные - помещения или наружные установки, в которых хранят или применяют горючие вещества.

Изоляция проводов и кабелей должна соответствовать напряжению сети и условиям окружающей среды. Для сетей напряжением до 500 В провода должны иметь изоляцию, рассчитанную на напряжение не ниже 500 В.

Используемые кабеля:

–       КВВГ - кабели с медными токопроводящими жилами с пластмассовой изоляцией в пластмассовой оболочке, с защитными покровами или без них, предназначенные для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С. Медные токопроводящие жилы кабелей КВВГ выполняются однопроволочными. Изолированные жилы должны быть скручены. Кабели КВВГ предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств. Кабели КВВГ прокладываются в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды при отсутствии механических воздействий на них. Срок службы изоляции таких кабелей - около 15 лет при условии выполнения условий монтажа и эксплуатации (не сгибать, не нарушать изоляцию).

–       МКЭШ - кабели монтажные многожильные, предназначены для фиксированного внутриприборного и межприборного монтажа приборов и аппаратов, соединения электронной и электрической аппаратуры и приборов, монтажа АТС и коммуникационных аппаратов, работающих при номинальном переменном напряжении до 500 В частоты до 400 Гц или постоянном напряжении до 750 В и температуре окружающей среды от -40°С до +60°С.

Провода электропроводок удаляют от печей и труб отопления во избежание перегрева и преждевременного старения изоляции.

Нулевой провод должен иметь отличительную расцветку или у места ответвления и при вводе в арматуру его метят бандажом из цветных ниток, а головки роликов или изоляторов нулевого провода окрашивают эмалевой краской. На прямых участках окрашенные ролики устанавливают с интервалом через два или три обычных ролика.

Для надежного и быстрого отключения при коротком замыкании необходимо, чтобы ток короткого замыкания был не менее чем в 3 раза больше номинального тока предохранителя.

Контактные соединения должны быть устойчивыми к резким колебаниям температуры, влажности, влиянию окружающей среды. Надежные электрические контактные соединения могут быть выполнены одним из следующих основных способов: опрессованием (обжатием), сваркой, пайкой, свинчиванием.

Опрессование применяют для соединения и оконцевания проводов и кабелей любой площади сечения на напряжение от 10 (соединение) до 35 кВ (оконцевание), а также медных (для всех категорий электроустановок) и алюминиевых жил (за исключением городских кабельных сетей столичных и областных городов и электростанций с агрегатами мощностью от 50000 кВт и выше). Соединение многопроволочных медных жил площадью поперечного сечения до 10 мм2 в силовых и осветительных сетях выполняют путем обертывания соединяемых жил двумя слоями тонкой медной или латунной ленты толщиной 0,2...0,3 мм и опрессовкой места соединения при помощи пуансонов и матриц, вставляемых в малые одноручные клещи типа.

 

7.2.1.3 Технический уход за электрооборудованием

Технические уходы позволяют поддерживать парк электрооборудования в работоспособном состоянии. При технических уходах электрооборудование очищают, проверяют, регулируют, смазывают и заменяют некоторые недолговечные сменяемые части. Кроме того, определяют техническое состояние электрооборудования и при наличии неисправностей дают заключение о необходимости текущего или капитального ремонта.

Операции технического ухода проводят согласно заранее составленному графику через строго установленные периоды работы электрооборудования.

Максимальная эффективность технических уходов достигается в том случае, когда периодичность и номенклатура работ, выполняемых при каждом техническом уходе, в наибольшей степени соответствует конструктивным особенностям электрооборудования, его техническому состоянию, условиям эксплуатации и др.

Режим технических уходов, применяемый для средних условий эксплуатации, следует корректировать в каждом конкретном случае с учетом условий, в которых работает электрооборудование. Некачественное и несвоевременное проведение технических уходов снижает работоспособность электрооборудования, увеличивает расходы на проведение ремонтов и повышает себестоимость сельскохозяйственной продукции.

Особое значение имеет проверка и наладка электрооборудования перед вводом в эксплуатацию, а также наблюдение за его техническим состоянием в первый период работы. Даже при самых высоких требованиях к испытаниям электрооборудования перед отправкой потребителю часть недостатков выявляют и устраняют в течение некоторого времени с начала его работы. В большой мере это относится к регулируемым параметрам электрооборудования.

При технических уходах по возможности должны быть выявлены все неисправности как механического, так и электрического происхождения. Причинами неисправностей также может быть нарушение регулировок.

Неисправности механического происхождения чаще всего возникают вследствие износа, ударов и деформации, коррозии и поломки деталей. Их обычно выявляют при осмотре и путем несложных измерений.

Неисправности электрического характера возникают вследствие пробоя изоляции, протекания токов коротких замыканий, действия электрической дуги, перенапряжений и др. Эти неисправности при технических уходах также выявляют в большинстве случаев внешним осмотром. Если конструкция электрической машины или аппарата не позволяет провести внешний осмотр, электрические неисправности определяют с помощью приборов (мегомметр, омметр и др.).

 

7.2.1.4 Технический уход за низковольтной аппаратурой

Низковольтную аппаратуру широко используют в сельском хозяйстве для управления, автоматизации и защиты электрифицированных машин, механизмов, установок и другого оборудования.

В связи с тем, что при проведении технических уходов можно визуально определить состояние основных деталей низковольтной аппаратуры и вовремя заметить и устранить дефекты, технические уходы являются очень важным элементом системы технического обслуживания магнитных пускателей, автоматических выключателей, реле и другой аппаратуры, обеспечивающей их бесперебойную работу.

 

7.2.1.5 Технический уход за внутренними электропроводками

При проведении технических уходов за электропроводками выполняют следующие работы.

. В сухих помещениях волосяной щеткой очищают провода от пыли; в сырых помещениях пользуются влажным обтирочным материалом. Кабели, наружную часть труб с электропроводкой и корпуса ответвительных коробок очищают обтирочным материалом. Масляные пятна с трубопроводов удаляют обтирочным материалом, смоченным в бензине.

. Очищают изоляторы обтирочным материалом, смоченным в 5%-ном растворе каустической соды.

. Пошатыванием рукой проверяют надежность крепления труб, протяжных и ответвительных коробок, якорей, крюков, штырей, а также уголков, предохраняющих кабели и провода от механических повреждений. Ослабленные места укрепляют.

. Осмотром убеждаются в целости изоляторов, а пошатыванием рукой - в надежности их крепления на крюках, якорях или штырях. Изоляторы, имеющие трещины или сколы, заменяют новыми. Сорванные с крюков или ослабленные изоляторы закрепляют пенькой, пропитанной протертым на олифе суриком.

. Внимательно осматривают изоляцию проводов. Участки проводов, имеющие незначительные нарушения изоляции, изолируют наложением нескольких слоев хлопчатобумажной или полихлорвиниловой ленты. Участки проводов со значительными нарушениями изоляции заменяют новыми.

. Проверяют натяжение проводов. Провода не должны сильно провисать и касаться строительных конструкций и технологического оборудования. Чрезмерное провисание проводов устраняют перетяжкой.

. Вскрывают крышки ответвительных коробок и осматривают места соединения проводов. Соединения с пересохшей или обуглившейся изоляцией переизолируют полихлорвиниловой изоляционной лентой типа ПХЛ. Перед изолированием в зависимости от вида соединения устраняют нарушение контакта зачисткой контактных поверхностей, подтягиванием резьбовых соединений, сваркой, пайкой и др.

. Осмотром убеждаются в наличии металлического соединения между трубами и ответвительными коробками, а также заземляющим проводником. Ослабленные контакты подтягивают, а окислившиеся разбирают, зачищают до металлического блеска, смазывают техническим вазелином и собирают.

. Проверяют состояние сальниковых уплотнений на вводах в ответвительные коробки. Ослабленные сальниковые уплотнения подтягивают.

. При необходимости окрашивают крюки, якоря, штыри, трубы и ответвительные коробки.

. В помещениях с нормальной средой один раз в два года, а в сырых, пыльных и пожароопасных помещениях раз в год мегомметром на 1000 В измеряют сопротивление изоляции проводок.

При измерении сопротивления изоляции отсоединяют от проводов все электрооборудование (электродвигатели, аппараты, установки и пр.), вынув предохранители, выключив рубильники, магнитные пускатели, автоматические выключатели и т. д.

7.2.1.6 Техника безопасности при проведении технического обслуживания электрооборудования

Работы по техническому обслуживанию электроустановок должны проводить электромонтеры или электрослесари, которые прошли проверку знаний по технике безопасности и имеют соответствующую квалификационную группу.

Инженер-электрик или лицо, ответственное за технику безопасности, должны проводить инструктаж по безопасным методам работы в электротехнических установках при техническом обслуживании, обучать рабочих правилам безопасного пользования оборудованием, инструментом, приспособлениями, проверять техническое состояние оборудования, инструмента, приспособлений, защитных средств, следить за санитарным состоянием помещения участка текущего ремонта электрооборудования и передвижных электроремонтных мастерских.

При техническом обслуживании электрооборудования следует применять оборудование и инструмент, отвечающие требованиям техники безопасности и обеспечивающие безопасное проведение работ.

Все защитные средства должны быть проверены при приемке в эксплуатацию, а в дальнейшем проверяться через определенные промежутки времени согласно нормам.

Обычно технические уходы и текущие ремонты электрооборудования проводят при полностью снятом напряжении, т. е. электроустановка полностью отключена от сети. Если работы выполняют без наложения заземления, принимают меры, исключающие ошибочную подачу напряжения к месту работы персонала. Для этого снимают предохранители, прокладывают изоляционный материал между губками и ножами рубильников или между контактами автоматов, отсоединяют кабели и др.

На рукоятках выключающих аппаратов вешают плакаты: «Не включать - работают люди».

На электрооборудовании, отключенном для проведения технического ухода или текущего ремонта, после вывешивания предупреждающих плакатов проверяют отсутствие напряжения на всех фазах индикатором, вольтметром или контрольной лампой.

Под напряжением проводят работы по испытанию отремонтированных электрических машин и аппаратов только в случае, если этого требует технология проверки.

При проведении работ на электродвигателях, принимают меры к тому, чтобы двигатель не пришел во вращение со стороны приводимого механизма (например, насоса).

Запрещается работа в одежде с засученными рукавами или без рукавов. При работе с вращающимися контактными кольцами, коллектором и щетками рукава работающего должны быть плотно застегнуты у кисти, а на руки надеты диэлектрические перчатки.

При выполнении слесарных работ необходимо соблюдать следующие правила. Размеры ключей должны соответствовать отвинчиваемым гайкам. Запрещается применять прокладки между зевом ключа и гранью гайки, пользоваться зубилом и молотком при отвинчивании гаек, удлинять один ключ с помощью другого.

При разборке электрических машин и аппаратов необходимо пользоваться съемниками, обеспечивающими безопасность проведения работ. Перед работой необходимо осмотреть съемники и убедиться в отсутствии трещин, сорванной резьбы и пр.

При работе с электроинструментом его напряжение должно быть не выше 220 В при техническом обслуживании электрооборудования в помещениях без повышенной опасности и не выше 36 В в помещениях с повышенной опасностью и вне помещений. В особо опасных помещениях разрешается работать электроинструментом на напряжение не выше 36 В с обязательным применением защитных средств (диэлектрические перчатки, коврики и др.). При работе с электроинструментом напряжением 220 В применение защитных средств также обязательно.

Для местного освещения рабочих мест и ремонтируемого оборудования в помещениях с повышенной опасностью допускается применять переносные электрические светильники напряжением не выше 36 В. В помещениях особо опасных и при работе вне помещений допускается использовать переносные светильники напряжением не выше 12 В.

7.2.2 Проектирование рабочего места оператора САУ

Эффективность труда специалистов всех категорий независимо от характера условий их деятельности зависит от того, как устроено и оснащено рабочее место. Организация рабочего места включает в себя оснащение всем необходимым в соответствии с характером работы, рациональное расположение этого необходимого оснащения, создание удобств, комфортных условий работы, предотвращение вредного воздействия на человека неблагоприятных факторов внешней среды. Рабочее место с дисплеем должно обеспечивать оператору возможность удобного выполнения работ в положении сидя и не создавать перегрузки костно-мышечной системы. К этому добавляется также постоянное нервное напряжение. Поэтому такой труд нуждается в облегчении и, прежде всего, в рациональном устройстве рабочего места. Следовательно, должны предъявляться жесткие требования по организации рабочего места оператора, потому что некомфортные условия работы могут повлечь за собой раннее переутомление, усталость, профессиональные заболевания. Все эти требования регламентирует ГОСТ Р 50923-96 «Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения».

Общие требования к производственной среде:

.        Требования к освещению:

–       Освещенность рабочего места оператора на рабочем столе в горизонтальной плоскости от общего искусственного освещения должна быть от 300 до 500 лк.

–       Освещенность на пюпитре в вертикальной плоскости должна быть не менее 300 лк.

–       Для освещения зоны расположения документов допускается установка светильников местного освещения.

–       В поле зрения оператора должны отсутствовать прямая и отраженная блесткость.

.        Требования к микроклимату:

–       На рабочем месте оператора должны обеспечиваться оптимальные микроклиматические условия в холодный и теплый периоды года.

–       Температура воздуха на рабочем месте в холодный период года должна быть от 22 до 24 0С, в теплый период года - от 23 до 25 0С.

–       Разница температуры на уровне пола и уровне головы оператора в положении сидя не должна превышать 3 0С.

–       Относительная влажность воздуха на рабочем месте оператора должна составлять 40-60%.

–       Скорость движения воздуха на рабочем месте оператора должна быть 0,1 м/с.

.        Требования к рабочему месту оператора:

Основными элементами рабочего места оператора являются рабочий стол, рабочий стул (кресло), дисплей (видеодисплейный терминал - ВДТ), вспомогательными - пюпитр, подставка для ног.

.        Требования к рабочему столу:

–       Конструкция рабочего стола должна обеспечивать возможность размещения на рабочей поверхности необходимого комплекта оборудования и документов с учетом характера выполняемой работы.

–       Рабочие столы по конструктивному исполнению подразделяют на регулируемые и нерегулируемые по изменению высоты рабочей поверхности.

–       Регулируемая высота рабочей поверхности стола должна изменяться в пределах от 680 до 800 мм.

–       Высота рабочей поверхности стола при нерегулируемой высоте должна составлять 725 мм.

–       Размеры рабочей поверхности стола должны быть: глубина - 800 и 1000 мм, ширина - 800, 1000, 1200 и 1400 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм.

.        Требования к рабочему стулу (креслу):

–       Рабочий стул (кресло) должен обеспечивать поддержание физиологически рациональной рабочей позы оператора в процессе трудовой деятельности, создавать условия для изменения позы с целью снижения статистического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины, а также для исключения нарушения циркуляции крови в нижних конечностях.

–       Рабочий стул должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья.

–       В целях снижения статического напряжения мышц рук следует использовать стационарные или съемные подлокотники, регулирующиеся по высоте над сиденьем и внутреннему расстоянию между подлокотниками.

Требования по психофизическим и эргономическим параметрам регламентируются ГОСТ 12.2.032-88.

Наиболее часто используемый ВДТ должен размещаться в пределах центрального зрительного пространства, а также часто используемые элементы управления должны быть максимально доступны для их использования без дополнительного напряжения. Стратегия экономии пространства также должна обеспечивать сохранение соответствующего зрительного расстояния (от 600 до 800 мм), так же как и оптимальная зона. Оптимальной (или эффективной) зоной для выполнения зрительных функций является зона, соответствующая пространству, ограниченному углом 300 в горизонтальной и вертикальной плоскостях (по 150 в стороны, вверх и вниз от нормальной линии взора). В этой зоне обеспечивается достаточно четкое восприятие, хорошо различаются форма и цвет предмета, поэтому в пределах данной зоны рекомендуется размещать основные и аварийные индикаторы и главные органы управления производственного оборудования. Менее важные средства отображения информации могут располагаться в зоне, примыкающей к оптимальной, а редко используемые элементы - в зоне с еще большими пределами (когда для наблюдения за средствами обработки информации необходимо поворачивать и голову и глаза). Поле зрения оператора приведены на рис. 2.5.

7.2.3 Меры по обеспечению техники безопасности в САУ оборотного водоснабжения

Обход и осмотр трасс сетей водоснабжения осуществляется одним работником, который должен быть одет в жилет оранжевого цвета со светоотражающей полосой и иметь переносной знак ограждения. Во время осмотра не допускается открывать крышки люков колодцев.

Осмотр трасс сетей с поверхности земли путем открывания люков колодцев выполняется бригадой (звеном), состоящей из двух работников. Бригада должна быть оснащена крючком для открывания люков, переносными знаками ограждения и другими необходимыми инструментами. Члены бригады должны быть одеты в жилеты оранжевого цвета со светоотражающей полосой.

При осмотре металлических труб должно быть проверено:

–       антикоррозионное покрытие, при наличии нарушения - глубина коррозии металла;

–       целостность металлического кожуха, сварных швов, болтовых и заклепочных соединений;

–       состояние вантовых оттяжек;

–       исправность узлов их крепления к кожуху трубы и анкерным устройствам;

–       состояние постаментов под трубы и анкерных креплений труб к фундаментам.

Причины несчастных случаев от поражения электрическим током многочисленны и разнообразны. Основными из них являются:

–       случайное прикосновение к открытым токоведущим частям, находящимся под напряжением. Это может происходить, например, при производстве каких - либо работ вблизи или непосредственно на частях, находящихся под напряжением: при неисправности защитных средств, посредством которых пострадавший прикасался к токоведущим частям; при переноске на плече длинномерных металлических предметов, которыми можно случайно прикоснуться к неизолированным электропроводам, расположенным на доступной в данном случае высоте;

–       появление напряжения на металлических частях электрооборудования (корпусах, кожухах, ограждениях и т.п.), которые в нормальных условиях не находятся под напряжением. Чаше всего это может происходить вследствие повреждения изоляции кабелей, проводов или обмоток электрических машин и аппаратов, приводящего, как правило, к замыканию на корпус;

–       возникновение шагового напряжения на поверхности земли при замыкании провода на землю или при стекании тока с заземлителя в землю (при пробое на корпус заземленного электрооборудования);

–       прочие причины, к которым можно отнести такие, как: несогласованные и ошибочные действия персонала, оставление электроустановок под напряжением без надзора, допуск к ремонтным работам на отключенном оборудовании без предварительной проверки отсутствия напряжения и неисправности заземляющего устройства и т.д.

Основными мерами по устранению причин поражения током и обеспечивающими защиту обслуживающего персонала являются:

–       выключатели, рубильники и другие коммутационные электрические аппараты, применяемые на открытом воздухе или во влажных цехах, должны быть в защищенном исполнении в соответствии с требованиями государственных стандартов.

–       обеспечение недопустимости токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения. С этой целью токоведущие части необходимо располагать, на недоступной высоте, широко применяется ограждение и изоляция токоведущих частей;

–       применение защитного заземления и зануления электроустановок;

–       автоматическое отключение, применение пониженного напряжения, двойной изоляции и др.;

–       применение специальных защитных средств - переносных приборов и приспособлений, средств индивидуальной защиты;

–       на территориях промышленных предприятий кабельные линии должны прокладываться в земле (в траншеях), туннелях, блоках, каналах, по эстакадам, в галереях и по стенам зданий;

–       кабельные сооружения и конструкции, в которых укладываются кабели, должны выполняться из несгораемых материалов;

–       вне кабельных сооружений допускается прокладка кабеля небронированного на недоступной высоте не менее 2 м, также на меньшей высоте прокладка кабеля небронированного допускается при условии прокладки кабеля в коробах.

В процессе эксплуатации насосных станций в целях исключения несчастных случаев категорически запрещается:

–       снимать предохранительные кожухи и другие защитные устройства во время работы оборудования;

–       производить обслуживание и ремонт оборудования во время его работы;

–       прикасаться к движущимся и токоведущим частям работающего оборудования;

–       пользоваться в помещении насосной станции для освещения открытым огнем (факелами).

7.3 Решения по обеспечению устойчивости функционирования САУ в чрезвычайных ситуациях

Чрезвычайная ситуация (ЧС) - состояние, при котором в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации на объекте нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей природной среде.

Под источником чрезвычайной ситуации понимают опасное природное явление, аварию или опасное техногенное происшествие, широко распространенную инфекционную болезнь людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также применение современных средств поражения, в результате чего произошла или может возникнуть чрезвычайная ситуация (ГОСТ 22.0.02).

Всякому чрезвычайному событию предшествует те или иные отклонения от нормального хода какого-либо процесса. Характер развития события и его последствия определяются дестабилизирующими факторами различного происхождения. Это может быть и природное, антропогенное социальное или иное воздействие нарушающее функционирование системы.

Стадии развития ЧС имеют 4 этапа:

этап. Стадия накопления тех или иных видов дефекта. Продолжительность: несколько секунд - десятки лет.

этап. Инициирование ЧС.

этап. Процесс развития ЧС, в результате которого происходит высвобождение факторов риска.

этап. Стадия затухания. Продолжительность: несколько секунд - десятки лет.

Классификация чрезвычайных ситуаций:

. по сфере возникновения:

– техногенные

–       природные

–       экологические

–       социально-политические

2. по масштабу возможных последствий:

– локальные

–       объектовые

–       региональные

–       глобальные

3. по ведомственной принадлежности:

– на транспорте

–       в строительстве

–       в промышленности

–       в сельском хозяйстве

4. по характеру лежащих в основе событий:

– пожар

–       авария

–       землетрясение

–       погодные условия

7.3.1 Пожаробезопасность

Наибольшую опасность для данного объекта представляют пожары, так как им способствует большое число факторов: работа серверов, шкафов автоматики и других электрических устройств. Основными причинами пожаров является: нарушение технологии работ, правил применения и эксплуатации приборов и оборудования; износ и старение токоподающих кабелей, разветвителей; отсутствие своевременного контроля за качеством изоляции и заземления.

Под пожарной безопасностью понимают систему государственных и общественных мероприятий, направленных на охрану от огня людей и собственности.

Пожарная безопасность помещений, имеющих электрические сети, ПЭВМ регламентируется ГОСТ 12.1.033, ГОСТ 12.1.004 Работа программиста должна вестись в помещении, соответствующем категории Д пожарной безопасности (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии). Огнестойкость здания по СНиП 2.01.02 соответствует I степени (стены выполнены из искусственного или натурального камня и являются несущими, в перекрытиях здания отсутствуют горючие материалы).

Пожарная безопасность обеспечивается разработкой и осуществлением систем предотвращения пожаров и пожарной защиты. В производственных, вспомогательных и административных зданиях предприятия запрещается:

– Устанавливать и загромождать пути эвакуации и лестничные марши оборудованием, материалами и другими предметами.

–       Убирать помещения с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей (бензин, керосин и т.п.).

–       Оставлять без постоянного надзора работающие электронагревательные приборы, а после окончания работы включенные в электросеть аппараты и установки, если это не требуется по технологии производства.

–       Отогревать замерзшие водяные трубы с применением открытого огня паяльными лампами или другим способом.

–       Использовать чердаки зданий в качестве производственных помещений, а также для хранения материалов и оборудования.

–       Проводить работы в помещениях и на оборудовании, не предусмотренные нарядами, технологическими инструкциями или распоряжениями.

Пожаробезопасность САУ водооборота определяется уровнем пожарозащищенности всех устройств и исполнительных механизмов системы, а также стойкостью изоляции и оборудования в аварийном режиме - пожаре. Данное условие закладывается на этапах проектирования САУ, а также выбора технических устройств системы.

Для сохранности устройств автоматики в режиме ЧС - пожара, необходимо выбирать такое оборудование, которое было бы стойким по отношению к процессам горения, плавления и т.п. Например, это относится к пожарозащитному исполнению шкафа автоматики, к изоляции проводов.

Кроме того, так как прокладка соединительной проводки будет осуществляться по имеющимся кабельным трассам (в т.ч. и с высоковольтными кабелями), то это накладывает дополнительные требования к проводке, в частности - ее изоляции (напряжение пробоя изоляции, защита от короткого замыкания).

Шкаф автоматики согласно (ПУЭ) рекомендуется устанавливать в специальных помещениях - класс пожаробезопасности Д. В таких помещения также обязательным условием является наличие установленной системы пожарной безопасности, наличие огнетушителей.

8. Организационно-экономический раздел

8.1 Обоснование проектной разработки

Целью данного дипломного проекта является разработка системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения на производстве.

Применение систем водооборота на производстве может быть экономически оправдано повышением качества выпускаемой продукции, увеличением срока службы технологического оборудования, резкое сокращение потребностей в свежей воде, уменьшение количества сбрасываемых сточных вод, а также повышением технического уровня данного производства.

Для работы системы водооборота необходима система автоматизации, которая выполняет следующие функции:

–       автоматическое регулирование параметров, определяющих технологический процесс;

–       автоматическое управление основными технологическими процессами в соответствии с заданным режимом, или по заданной программе;

–       автоматический контроль основных параметров, характеризующих технологический процесс.

Применение микропроцессорных контроллеров является прогрессивным направлением развития автоматики. Программное изделие представляет собой особый товар, имеющий ряд характерных черт и особенностей, в числе которых специфика труда по созданию программы и определение цены.

Контроллер «WAGO I/O System» обеспечивает управление объектом или группой объектов, работающих независимо друг от друга или взаимосвязанных одной технологической системой, позволяет осуществлять логические зависимости программным путем без вмешательства в его устройство, а также менять программу в случае необходимости в процессе работы.

Финансирование разработки, монтажа и программирования системы осуществляется из средств заказчика - ОАО «Вологодский оптико - механический завод».

8.1.1 Определение трудоемкости разработки

Под трудоемкостью понимаются затраты рабочего времени на разработку проекта в определенных условиях. Все применяемые методы оценки трудоемкости сводятся к трем группам: экспертные, опытно-статистические, аналитические.

Бурное развитие и совершенствование современных технологий как в области микроконтроллеров и программного обеспечения, так и в области промышленного оборудования не позволяет эффективно использовать метод прямого нормирования работ для оценки трудоемкости разработки. В этом методе трудоемкость работы определяется по нормативам времени с применением поправочных коэффициентов, зависящих от новизны, объема, сложности и прочих условий, а эти нормативы быстро устаревают.

Поэтому расчет трудоемкости разработки дипломного проекта будем проводить методом экспертной оценки.

В связи с быстрым развитием современных технологий в области технических средств и программного обеспечения, разработка любого продукта содержит в себе экономический риск: есть вероятность того, что к моменту внедрения готовой системы разработка может морально устареть. Кроме того, есть большая вероятность, что конкурирующие организации могут предложить более совершенную и выигрывающую по цене систему.

Поэтому на решение поставленной задачи заданы жесткие ограничения по времени и человеческим ресурсам:

–       время выполнение поставленной задачи не более 9 мес;

–       время реализации на монтаж и внедрение системы - не более 14 дней;

–       число человек, работающих над проектом - 2 чел;

–       число человек, задействованных в операциях внедрения/монтажа системы - 6 чел.

Расчет трудоемкости разработки производится по формуле (8.1).

где: - трудоемкость работ по стадиям проектирования,- количество стадий проектирования.

Воспользуемся экспертными методами определения трудоемкости работ на каждую стадию процесса. Определим, пользуясь собственным опытом и знаниями, максимальное и минимальное время необходимое для разработки каждого пункта, а исходя из них ожидаемое время. Ожидаемое время определяется по формуле (8.2).

Затраты времени на каждую стадию разработки проекта представлены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Затраты времени по стадиям разработки проекта

Стадия разработки	tmin, чел. дни	tmax, чел. дни	Ожидаемые затраты времени, чел. дни
Подготовительный этап	10	24	18
Проектирование	25	40	31
Моделирование	10	15	12
Разработка/выбор технических средств	45	50	47
Программирование/тестирование/отладка	20	40	32
Составление документации	10	15	14
Итого:	120	184	154

В подготовительный этап входят: аналитический обзор, оценка структуры системы и взаимосвязанных с ней промышленных сетей, формирование технического предложения.

Для выполнения поставленной задачи необходим руководитель проекта и разработчик. В этом случае можно организовать простейшее разделение труда и возложить функции проектирования, общего руководства и работы с заказчиками на руководителя, а техническую разработку и документацию на разработчика.

Распределение объемов работы между исполнителями приведено в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Распределение объемов работы

Этапы разработки	Трудоемкость, чел. дн.	Исполнители	Доля участия, %	Фонд времени, дн.
Подготовительный этап	18	Руководитель	60	10
		Разработчик	40	8
Проектирование	31	Руководитель	15	5
		Разработчик	85	26
Моделирование	12	Руководитель	5	1
		Разработчик	95	11
Разработка/выбор тех.средств	47	Руководитель	15	7
		Разработчик	85	40
Программирование/ тестирование/отладка	32	Руководитель	5	2
		Разработчик	95	30
Составление документации	14	Руководитель	5	1
		Разработчик	95	13
Итого:	154	Руководитель	16	25
		Разработчик	84	129

Cуммарный объем всех выполняемых работ равен 154 чел. дн.

8.1.2 Календарный график выполнения работ

График проведения этапов работ построен в виде ленточного графика и приведен в приложении Д. В календарном графике перечисляются все этапы работ по разработке САУ процессом водооборота, указываются исполнители и объем выполненных работ, сроки начала и окончания каждой работы.

Время выполнения цикла работ составляет Тц = 157 дн.

Организация работ по проведению исследований и разработок основывается на параллельно-последовательном выполнении стадий (этапов), длительность всех этапов технической разработки проекта представлены в табл. 8.2.

В случае параллельно - последовательного выполнения работ, цикл можно сократить частичным совмещением выполнения стадий. При этом соблюдаются правила: если последующая стадия более длительная, ее можно начинать почти одновременно с предыдущей; если последующая стадия менее длительная, то ее начало нужно сдвинуть вправо по шкале по отношению к началу предшествующей стадии.

8.2 Расчет себестоимости проекта автоматизации

8.2.1 Материальные затраты на средства автоматизации и заработную плату (ЗП)

Затраты на приобретение оборудования приведем в табл. 8.3.

Таблица 8.3

Затраты на приобретение оборудования автоматизации

Назначение	Единица измерения	Цена за ед. (руб.)	Кол-во	Сумма (руб.)
Шкаф автоматики WAGO Stream	шт.	53890	1	53890
Электропривод управления ЗРК AUMA SAR 07.5	шт.	40252,13	1	10252,13
ЗРК Баттерфляй Электро КБР.Э ЛГ	шт.	3308	1	3308
Датчики положения DM9NVL	шт.	1920	2	3840
Датчик температуры Danfoss MBT 3260	шт.	47,23	2	94,46
Фильтр сетчатый FVF	шт.	1847,38	4	7389,52
Датчики давления 415		2380	4	9520
Модуль WAGO 750-522	шт.	120	4	480
Кабель МКЭШ3x0.75	м.	18,50	300	5550
Кабель КВВГ3x0.75	м.	15,25	200	3050
Итого:				97338,11

Расходы по материальному обеспечению приведенные в таблице 8.3 составили:

Смат = 97338,11руб.

Транспортно-заготовительные расходы составляют 15% от стоимости оборудования:

Стз = 0,15*218472,11= 14600,72 руб. (8.3)

Основная заработная плата производственных рабочих находится по формуле:

Роп = С*t, (8.4)

где

С - часовая тарифная ставка, соответствующая разряду выполняемой работы, руб.- время на выполнение операции, час.

Так как проект разрабатывается внутренними силами предприятия без вовлечения сторонних организаций, то целесообразно не учитывать заработную плату, выданную за период разработки руководителю проекта и инженеру-разработчику. Разработка ведется для собственных нужд предприятия сверхурочно, дополнительных прибавок к заработной плате не влечет.

Таким образом, учитывать в общей себестоимости проекта будем только заработную плату, выплаченную специалистам из привлекаемых отделов. Результаты расчетов заносим в таблицу 8.4.

Таблица 8.4

Сводная ведомость определения расценки на создание САУ процессом оборотного водоснабжения

Операция	Кол. чел.	Раз.	Часовая тарифная ставка, руб	Время на операцию, час.	Сдельная расценка, руб
Монтаж электрооборудования: электромонтажники	2	3	19,2	24	460,8
	2	4	21,1	16	337,6
Итого:	4				798,4

Расчет фонда премии ЗПпрем. ( 60% от ЗПпрям.):

ЗПпрем. = 798,4*0,6 = 479,04 руб.

Расчет фонда доплат ЗПдп. (8,3% от ЗПпрям.):

ЗПдп. = 798,4*0,083 = 66,27 руб.

Расчет фонда ЗП рабочих занятых монтажом оборудования выполним по формуле:

ЗПосн. = (ЗПпрям.+ ЗПпрем. + ЗПдп.)*Кр, (8.5)

где

Кр - районный коэффициент - 1,15

ЗПосн. = (798,4 + 479,04 + 66,27)*1,15 = 1343,70 руб.

Дополнительную заработную плату электромонтажников находим по формуле:

ЗПдоп. = ЗПосн.*n\100,  (8.6)

где- принятый на предприятии процент дополнительной ЗП (15%).

ЗПдоп. = 1343,70*15\100 = 201,55 руб.

Отчисления на социальные нужды (отчисления в пенсионный фонд РФ(20%), фонд социального страхования РФ (2,9%) и фонд обязательного медицинского страхования РФ (3,1%) рассчитаем по формуле:

Отч = (ЗПосн. + ЗПдоп.)*Со\100, (8.7)

где Со - размер отчислений, % .

Отч = (1343,70 +201,55)*26\100 = 401,76 руб.

Определение общепроизводственных расходов по формуле:

ОпрР = ЗПосн.*Н\100,  (8.8)

где

Н - принятый на предприятии процент общепроизводственных расходов (112% - согласно принятому на ОАО «ВОМЗ»).

ОпрР = 1343,7*112\100 = 1504,94 руб.

Определение общехозяйственных расходов по формуле:

ОхозР = ЗПосн.*Y\100,   (8.9)

ОхозР = 1343,7*85\100 = 1142,14 руб.

Накладные расходы составляют 35% от начисленного ФОТ и рассчитываются по формуле:

Накл = ЗПосн.*0,35; (8.10)

Накл = 1343,7*0,35 = 470,29 руб.

Значения фонда оплаты труда и основной заработной платы для обозначенных специалистов - идентичны.

Определение предпроизводственных затрат по формуле:

Кпр = ЗПосн + Отч + Накл;   (8.11)

Кпр = 1343,7 + 401,76 + 470,29 = 2215,75 руб.

Сведем затраты на разработку и внедрение проекта автоматизации в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Смета затрат на разработку

Статья затрат	Величина затрат
Затраты на оборудование	97338,11
Заработная плата электромонтажников	3090,5
Затраты на социальные нужды	803,52
Затраты на общехозяйственные расходы	2284,28
Предпроизводственные/общепроизводственные расходы	7441,38
Накладные расходы	940,58
Транспортные расходы	14600,72
Итого:	126499,09

В итоге совокупная стоимость владения системой составит 126499,09 руб. Круговая диаграмма, отражающая затраты на разработку, приведена на рис.8.1.

8.2.2 Расчет себестоимости объекта автоматизации

Определим оптовую цену Цопт по формуле:

Цопт = ΔК + П,   (8.12)

где

ΔК - себестоимость изделия;

П - прибыль на единицу изделия.

Себестоимость изделия с учетом поправочного коэффициента 2 - работают две пары электромонтажников:

ΔК=S+Стз+2*(Кпр+ЗПосн+Зпдоп+ОпрР+OхозР)    (8.13)

где S - суммарная стоимость оборудования САУ.

ΔК=124754,99 руб.

Определим величину прибыли по формуле:

П=Рпр*Ссс\100,    (8.14)

где, Рпр - рентабельность продукции, принимаем 30%.

П = 30*124754,99\100 = 37426,5 руб.

Тогда,

Цопт = 124754,99 + 37426,5 = 162181,49 руб.

Определение отпускной цены по формуле:

Цотп = Цопт +НДС,   (8.15)

где

НДС = Сндс*Цопт\100,     (8.16)

где, Сндс - ставка НДС, принимаем 18%.

Тогда,

НДС = 0,18*162181,49 = 29192,67 руб.

Цотп = 168181,49 + 29192,67 = 197374,16 руб.

Таким образом, полная себестоимость САУ водооборота составила 197374,16 руб. Себестоимость реализации проекта САУ водооборота для ОАО «ВОМЗ» составила 124754,99 руб.

8.3 Расчет экономичности и сроков окупаемости САУ водооборота

Экономичность спроектированной системы однозначно определяется уменьшением потребляемых мощностей за счет введения режимов работы системы. Сведем данные по энергопотреблению старой системы и новой САУ в табл. 8.6. Учитываем, что использование насосной станции не изменилось.

Таблица 8.6

Данные по энергопотреблению старой системы и новой САУ водооборота

Наименование оборудования	Кол-во	Энергопотребление старой системы, кВт	Энергопотребление САУ, кВт
Осевой вентилятор ВГ25	3	33	-
ПЛК WAGO I/O System	1	-	1,2
Щит автоматики WAGO Stream	1	-	0,7
Электропривод ЗРК	1	-	0,37
Итого		33	2,27

Потребление шкафа автоматики WAGO Stream - согласно технической документации.

Таким образом, экономия за час рабочего времени составляет:

кВт-2,27кВт=30,73кВт.

Экономия затрат в результате экономии электроэнергии найдется по формуле:

ΔSэк = Др*(ΔЭэл*Сэл ),     (8.17)

где

ΔЭэл - экономия электроэнергии, кВт (30,73кВт);

Сэл - стоимость 1 кВт*ч. электроэнергии (2,83 руб.- Постановление Правительства Вологодской области по г. Вологде по тарифам от 30 декабря 2010 года №325 "Об установлении тарифов на электрическую энергию, поставляемую гарантирующим поставщиком на розничном рынке Вологодской области в 2011 году <http://www.bashkirenergo.ru/tarif/elektro.asp>);

Др - годовой фонд рабочего времени, час (1960 часов для 8-часового рабочего дня согласно производственному календарю РФ на 2011 г);

ΔSэк = 1960*30,73*2,83= 170453,16 руб

Экономия по фонду заработной платы ремонтников вследствие сокращения времени на ремонты (ΔSзпр):

ΔSзпр=Сч*ΔТ*К1*Кр*Котч.,    (8.18)

где

Сч - часовая тарифная ставка рабочего (электромонтажник 4 разряда);

ΔТ - снижение времени простоев по причине ремонта, 150 часов - экономия времени на ремонт за счет автоматизации управления;

К1 - коэффициент, учитывающий премии и доплаты, принимаем 1,683 (для ОАО «ВОМЗ»);

Кр - районный коэффициент;

Котч - коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды, принимаем 1,26;

ΔSзпр = 21,1*150*1,683*1,15*1,26 = 7718,38 руб.

Определим экономию полученную в процессе внедрения САУ по формуле:

ΔS = ΔSэл + ΔSзпр,   (8.19)

ΔS = 170453,16 + 7718,38 = 178171,54 руб.

Определим годовой экономический эффект, полученный от внедрения САУ в производство по формуле:

Эг = ΔS - Ен*( ΔК + Кпр),    (8.20)

где Ен - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, принимаем 0,2.

Эг = 178171,54 - 0,2*(124754,99+ 2215,75) = 152777,39 руб.

Срок окупаемости капитальных вложений определим по формуле:

Тр = ΔК\ ΔS,    (8.21)

Тр = 124754,99\178171,54 = 0,7 года

Таким образом, сроки окупаемости проекта - составляют 210 рабочих дней, что является достаточно высоким показателем качества, рентабельности разработки и полностью оправдывает материальные затраты на автоматизацию системы водооборота.

8.4 Оценка технического уровня (качества) проекта

Для определения качества программного обеспечения (управляющая программа) воспользуемся методикой комплексных показателей (характеристик) качества, которая заключается в применении конкретного задокументированного критерия оценки к конкретному программному модулю, пакету или продукции с целью обусловленной приемки или выпуска программного модуля, пакета или продукции. Критерии качества определены ГОСТ РИСО/МЭК 926-93.

Критерии качества представляют собой измеряемые числовые показатели в виде некоторой целевой функции, характеризующие степень выполнения объектом своего назначения. В общем случае критерии качества отражают обобщенную «полезность» использования данного программного продукта. Измерение критериев качества базируется на введении числовых параметров и метрик, характеризующих функциональное назначение и конструктивные особенности конкретной автоматизированной информационной системы (программного средства). Доминирующие показатели качества для конкретного программного продукта выявляются еще на стадии формирования технического задания, устанавливается относительная важность каждого из них и строится обобщенная функция требуемого качества. Функциональные критерии качества отражают основную специфику применения и степень соответствия программного продукта его целевому назначению.

В качестве метода оценки используем метод начисления баллов по каждой характеристике, после чего по среднему баллу можно будет судить о качестве разрабатываемого программного проекта. Определяя уровень, воспользуемся 10-бальной системой оценки.

Для оценки проекта используем следующие характеристики:

.        Функциональные возможности.

Для оценки функциональных возможностей применяются следующие параметры:

–       пригодность - атрибут программного обеспечения (далее по тексту - ПО), показывающий наличие и соответствие набора функций конкретным задачам. Разработанная управляющая программа соответствует задачам, которые ставились в техническом задании дипломного проекта. Оценка пригодности проекта - 10 баллов.

–       правильность - атрибут ПО, показывающий обеспечение правильности соответствия результатов или эффектов. Управляющая программа теоретически соответствует поставленным задачам, однако не все модули прошли апробацию. Правильность - 5 баллов.

–       способность к взаимодействию - атрибут ПО, относящийся к способности его взаимодействовать с конкретными системами. Способность к взаимодействию - 8 баллов.

.        Надежность.

–       стабильность - атрибут ПО, относящийся к частоте отказов при ошибках в ПО. За время неполного тестирования программы отказов и ошибок, вызванных ошибками при разработке системы, обнаружено не было, но возможность их возникновения исключать нельзя. Стабильность - 7 баллов.

–       устойчивость к ошибке - атрибут ПО, относящийся к его способности поддерживать определенный уровень качества функционирования в случаях программных ошибок или нарушения определенного интерфейса. В программе предусмотрены защиты от переключения режимов, защиты от неправильной выдачи информации. Оценка устойчивости к ошибке - 7.

–       восстанавливаемость - атрибут программного обеспечения, относящийся к его возможности восстанавливать уровень качества функционирования и восстанавливать данные, непосредственно поврежденные в случае отказа, а также к времени и усилиям, необходимым для этого. Причиной отказа работы программы сбой в системе энергоснабжения или оборудования, после устранения причин отказа управляющая программа будет функционировать, поэтому оценка восстанавливаемости - 10.

.        Практичность.

–       понятность - атрибут ПО, относящийся к усилиям пользователя по пониманию общей логической концепции и ее применяемости. Среда программирования WAGO I/O PRO32 требуют специальной подготовки и знаний. Оценка понятности - 9 баллов.

–       простота в использовании - атрибут ПО, относящийся к усилиям пользователя по эксплуатации и оперативному управлению. Оценка простоты в использовании - 8 баллов.

.        Эффективность.

–       характер изменения во времени - атрибут ПО, относящийся к временам отклика и к скоростям выполнения его функций. Время подготовки, вывода информации, а также время обработки вводимых данных зависит от параметров расчета и его выполнения, заданных задержек и гарантиями по техническому паспорту устройства. Оценка эффективности - 10 баллов.

–       характер изменения ресурсов - атрибут ПО, относящийся к объему используемых ресурсов и продолжительности такого использования при выполнении функций. Оценка характера изменения ресурсов - 9 баллов.

.        Сопровождаемость.

–       изменяемость - атрибут ПО, относящийся к усилиям, необходимым для модификации, устранению отказа или для изменения условий эксплуатации. Для изменения особенностей функционирования или регулирования используются функциональные блоки и наборы констант, легко изменяемые и подключаемые. Оценка изменяемости - 8 баллов.

.        Мобильность.

–       адаптируемость - атрибут ПО, относящийся к удобству его адаптации к различным конкретным условиям эксплуатации, без применения других действий или способов, кроме тех, что предназначены для этого в рассматриваемом программном обеспечении. В проекте не предусматривается специальных возможностей по адаптации к условиям эксплуатации, программа выполняется на одном отдельно взятом ПЛК, уникальна. Однако, выбранный язык программирования - универсален. Оценка адаптируемости - 7.

–       простота внедрения - атрибут ПО, относящийся к усилиям, необходимым для внедрения ПО в конкретное окружение. Для внедрения управляющей программы достаточно ее откомпилированный и связанный файл через интерфейс RS485 передать в ПЛК. Оценка простоты внедрения - 10 баллов.

Оценки показателей эффективности сведем в таблицу 8.7.

Можно сделать вывод, что применение системы автоматизации водооборота необходимо, так как её использование приводит к экономии энергоресурсов. Кроме того, подобная реализация САУ позволит сделать оборудование менее зависимым от человеческого фактора, что позволит продлить срок его службы и избежать поломок по невнимательности оператора и нарушению порядка действий. Расчеты, произведенные в экономической части дипломного проекта показывают, что в результате внедрения системы автоматизации годовой экономический эффект является положительным и составляет 152777,39 рублей при себестоимости системы 124754,99 руб.

По сравнению с аналогичными разработками проектируемая система имеет большую надёжность за счёт применения микроконтроллера фирмы WAGO. Микроконтроллер WAGO имеет возможность расширения количества входов и выходов, что позволяет при расширении процесса автоматизации не заменять оборудование, а перепрограммировать контроллер.

Таким образом, внедрение предлагаемой системы автоматического управления процессом оборотного водоснабжения с экономической точки зрения целесообразно. Окупаемость капитальных вложений составляет 0,7 года (210 дней), что тоже соответствует условиям целесообразности внедрения. Обобщенные итоги оценки эффективности разработки приведены в таблице 8.8.

Таблица 8.7

Оценка программного продукта

	Показатель	Оценка, балл
1	Функциональные возможности
1.1	Пригодность	10
1.2	Правильность	5
1.3	Способность к взаимодействию	8
2	Надежность
2.1	Стабильность	7
2.2	Устойчивость к ошибке	7
2.3	Восстанавливаемость	10
3	Практичность
3.1	Понятность	9
3.2	Простота использования	8
4	Эффективность
4.1	Характер изменения во времени	10
4.2	Характер изменения ресурсов	9
5	Сопровождаемость
5.1	Изменяемость	8
6	Мобильность
6.1	Адаптируемость	7
6.2	Простота внедрения	10
	Средний балл оценки качества:	8,308

Таблица 8.8

Итоги оценки эффективности разработки

Показатель	Единица измерения	Значение показателя
Трудоемкость проекта	чел. дн.	154
Число разработчиков	чел.	2
Себестоимость разработки	руб.	124754,99
Сроки окупаемости разработки	год (дни)	0,7 (210)
Оценка качества проекта	балл	8,308

Список использованных источников

1.       ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. -Введ. 1998-08-03.

.        ГОСТ 12.1.033-81* ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения. -Введ. 1981-08-17. -М.: Госстандарт России, 1981.

.        СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений. -Введ. 1984-12-29.

.        СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность зданий и сооружений. -Введ. 1997-02-13.

.        СНиП 3.05.07-85. Системы автоматизации. -Введ. 1985-10-18.

.        СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. -Введ. 1986-04-30.

.        ГОСТ Р 50923-96. Дисплеи. Рабочее место оператора. -Введ. 1996-07-10.

.        ВППБ 01-02-95*. Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий. -Введ. 2000-03-09.

.        Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1999. - 448 с.

.        Бесекерский В.А. Теория автоматического регулирования/ Бесекерский В.А., Попов Е.П., «Наука», главная редакция физико - математической литературы, М., 1972. - 768 с.

.        Востриков А.С. Теория автоматического регулирования/ Востриков А.С., Французова Г.А.- М.: Высшая школа, 2004.- 365 с.

.        Королев Г.В. «Электронные устройства автоматики. Издание второе, переработанное и дополненное». -М: Высшая школа, 1991

.        Седельников, Ф.И. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда): учеб. пособие (электронная версия) - Вологда, 2001.

.        Маньков В. Д. Обеспечение безопасности при работе с ПЭВМ. -Политехника, 2004. - 280 с.

.        Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84). Утверждено приказом ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР от 20 марта 1985 г. № 27.

.        Галустов В.С. и др. Рациональное использование и очистка воды на машиностроительных предприятиях. - М.: «Машиностроение», 1988.

.        Галустов В.С. Современные методы, системы и оборудование охлаждения оборотной воды/ Галустов В.С., Беличенко Ю.П.- М.:ЦИНТИ-Химнефтемаш, 1988.

.        Галустов В.С. Оптимизация систем охлаждения оборотной воды. Журнал «Аква-Терм», - №1/2004.

.        Галустов В.С. Оптимизация систем оборотного потребления охлаждающей воды. Журнал «С.О.К», - №5/2005г.

20.     Проекты автоматизации вентиляторных градирен. СТА: Современные технологии автоматизации №2’ 2007 (43)/ Москва. 1996.

Приложение В

(обязательное)

Листинг управляющей программы

(*описание используемых функциональных блоков*)

(*=============================================================================*)_BLOCK OPEN_SHTORKA (*функциональный блок открытия жалюзи воздуховходного окна*)_INPUT

di_0:PORT  (*шаблоны для использования в блоке всего диапазона обозначенных портов ввода*) END_VAR_OUTPUT

do_0,ao_0:PORT   (*шаблоны для использования в блоке всего диапазона обозначенных портов вывода*)_VAR

const Usht=24:REAL;   (*уровень напряжения для открытия жалюзи*)

const Udiod_sht=1:REAL; (*уровень напряжения для вкл/выкл светодиода "Жалюзи открыты*)

const Udiod_sht_avaria=2:REAL; (*уровень напряжения для вкл/выкл светодиода "Жалюзи не открылись*)

CONST tzad_sht=7500:INT;  (*время открытия/закрытия жалюзи - 6 c+запас*)

check1=0:INT;    (*счетчик*)_VAR

setport(Usht,do0,infinite);   (*открыть жалюзи воздуховходного окна*)

DELAY (tzad_sht);    (*ожидание открытия жалюзи*)

 IF (statusport(di0)=FALSE)  (*жалюзи не открылись - аварийная ситуация*)

 THEN

 setport(Udiod_sht,ao0);  (*погасить светодиод "Жалюзи открыты"*)

  FOR check1:=0 TO 200 DO (*мигание лампочкой "Жалюзи не открылись"*)

  setport(Udiod_sht_avaria,ao0);

  DELAY(3000);   (*длительность свечения - 3 с.*)

  check1:=check1+1;   (время мигания - 10 мин.)

  END_FOR;

 JMP(STOP1);   ("аварийный выход из блока - остановка работы системы")

 END_IF;(Udiod_sht,ao0);   (*зажечь светодиод "Жалюзи открыты"*);      (*выход из функц. блока*)_FUNCTION_BLOCK

(*=============================================================================*)_BLOCK CLOSE_SHTORKA (*функциональный блок закрытия жалюзи воздуховходного окна*)_INPUT

di_0:PORT;_VAR_OUTPUT

do_0,ao_0:PORT  (*шаблоны для использования в блоке всего диапазона обозначенных портов вывода*)_VAR

const Ushtr=0:REAL;   (*уровень напряжения для закрытия жалюзи*)

const Udiod_shtr=3:REAL; (*уровень напряжения для вкл/выкл светодиода "Жалюзи закрыты"*)

const Udiod_shtr_avaria=4:REAL; (*уровень напряжения для вкл/выкл светодиода "Жалюзи не закрылись"*)

const tzad_shtr=7500:INT;   (*время открытия/закрытия жалюзи - 6 c+запас*)

check1=0:INT;    (*счетчик*)_VAR

setport(Ushtr,do_0,infinite);   (*закрыть жалюзи воздуховходного окна*)

DELAY (tzad_shtr);

resetport(di_0);     (*очистить буфер обмена порта*)

 IF(statusport(di_0)=TRUE)   (*шибер не закрылся - аварийная ситуация*)

 THEN

  setport(Udiod_shtr,ao0);  (*погасить светодиод "Жалюзи закрыты"*)

  FOR check1:=0 TO 200 DO (*мигание лампочкой "Жалюзи не закрылись"*)

  setport(Udiod_shtr_avaria,ao0);

  DELAY(3000);   (*длительность свечения - 3 с.*)

  check1:=check1+1;   (время мигания - 10 мин.)

  END_FOR;

 JMP(STOP1);   ("аварийный выход из блока - остановка работы системы")  END_IF;(Udiod_shtr,ao12);   (*погасить светодиод "Жалюзи закрыты"*);       (*выход из функц. блока*)_FUNCTION_BLOCK

(*=============================================================================*)U_PROG

(*объявление переменых*)

(*объявление блока констант*)

const t_regulirovki=30:REAL;

(*счетчики*)

i=0,i1=0,i2=0:INT;

hand_time=0:INT;_VAR

(*описание переменных поддержки портов ввода-вывода, переменные типа "PORT"*)_INPUT

(*датчики положения жалюзи, дискретные*)

di15=in_port_d_15,di16=in_port_d_16:PORT;

(*датчики давления воды, аналоговые*)

di1=in_port_d_1,di2=in_port_d_2,di3=in_port_d_3,di4=in_port_d_4:PORT;

(*сигнал с сетчатого фильтра, дискретный*)

di6=in_port_d_6,di7=in_port_d_7,di8=in_port_d_8,di9=in_port_d_9:PORT;

(*датчик температуры на входе в градирню, аналоговый*)

ai10=in_port_a_10:PORT;

(*датчик температуры на выходе из градирни, аналоговый*)

ai11=in_port_a_11:PORT;

(*сигнал с насосной станции, дискретный - сама насосная станция не рассматривается, важно только работает она или нет*)

di17=out_port_d_17:PORT;

(*электропривод оснащен датчиком, сигнализирующим некорректную работу клапана с заслонкой, в данной программе нам важен только сигнал - исправен или нет клапан*)

di20=out_port_d_20:PORT;

(*кнопочные пускатели, дискретные, согласно 5.6*)

di12=in_port_d_12,di13=in_port_d_13,di14=in_port_d_14,di18=in_port_d_18,di19=in_port_d_19:PORT;_VAR_OUTPUT

(*запуск электродвигателя ЗРК, дискретный*)

do1=out_port_d_1:PORT;

(*управление воздуховходными устройствами, дискретные*)

do5=out_port_d_5,do6=out_port_d_6:PORT;

(*управление электроприводом запорно-регулирующего клапана, аналоговый*)

ao1=out_port_a_1:PORT;

(*управление светодиодной панелью, аналоговый*)

ao12=out_port_a_12:PORT;

(*адрес ячейки памяти, отвечающей за хранение сезонной константы*)

END_VAR

(*==================================================================================*)

(*реализация программы работы САУ водооборота*)

resetport();  (*осуществляет удаление информации из буферов всех портов ввода/вывода*): IF ((statusport(di12)=TRUE)) AND (K=0 ) AND (statusport(di17)=TRUE)) (*если щит автоматики включен:"если порт - активен" и есть сигнал с насосной станции о начале работы*)(*обращение к буферу обмена порта - с помощью символа "&"*)

THEN

 setport(24,ao12); (*зажечь светодиод "сеть", уровень Uвх=24 В,*)

   (*функция setport: пар.1 - значение переменной, пар.2 - указание порта,

   пар.3 - время воздействия [мс], если параметр 3 - не указан, то

   по умолч. время=1 с, если указано слово "infinite - сигнал посылается

   все время работы контроллера, режим удержания порта*)

 i:=1;   (*для предотвращения мигания светодиодной панели*)

END_IF;

(*========================проверка выбранного режима управления ==========================*)

hand_time=:0;

IF (statusport(di13)=TRUE)   (*если нажата кнопка "ручной режим работы"*)

 THEN

 hand_time=1;

 JMP(MET_R1);

END_IF;

(*=============================установка работы системы ===============================*)

IF (statusport(di14)=TRUE)    (*если нажата кнопка пуска электропривода ЗРК*)

THEN

 OPEN_SHTORKA(di_0=di15;do_0=do5,ao_0=ao12);(*открытие жалюзи воздуховходного окна*)  setport(24,do1,infinite);    (*включить электропривод ЗРК*)

 setport(12,a01)     (*открыть заслонку ЗРК на половину*)

 JMP(MET1);

END_IF;

ELSE

 JMP(MET2);

END_ELSE;

END_IF;

(*=================режим стабилизации температуры воды в градирне==========================*): WHILE ((&ai10)>t_regulirovki+2) OR (&ao1<>24) DO (*регулировка по понижению температуры-подача большего напряжения, необходимая для увеличения угла открытия заслонки клапана *)

 &ao1:=(&ao1)+1;

 setport(&ao1,ao1);

 DELAY (5000);

WHILE ((&ai10)<(t_regulirovki)) OR (&ao1<>1) DO (*регулировка по понижению температуры-в отличие от первого условия, угол открытия заслонки будет уменьшен, т.к. его будет хватать для обеспечения заданных параметров охлаждения оборотной воды*)

 &ao1:=(&ao1)-1;

 setport(&a01,ao1);

 DELAY(5000);

END_WHILE;

(*========================ручное включение электропривода=========================*)_R1:IF (statusport(di14)=TRUE)   (*если нажата кнопка пуска электропривода ЗРК*)

 THEN

 OPEN_SHTORKA(di_0=di15;do_0=do5,ao_0=ao12);(*открытие жалюзи воздуховходного окна*)

 setport(24,do1,infinite);    (*включить электропривод ЗРК*)

 setport(12,a01);     (*открыть заслонку ЗРК на половину*)

 JMP(MET1);_IF;

ELSE

 JMP(MET_R2);

END_ELSE;

END_IF;

(*===============автоматическое включение электропривода ЗРК и открытия жалюзи ===============*):  OPEN_SHTORKA(di_0=di15;do_0=do5,ao_0=ao12); (*вызов функц. блока <имя блока>(<входные переменные>;<выходные переменные>;<внутр. переменные>);*)

setport(24,do1,infinite);     (*включить электропривод ЗРК*)

setport(12,a01);      (*открыть заслонку ЗРК на половину*) (*==================ручное включение электропривода ЗРК и открытие жалюзи ==================*)_R2: OPEN_SHTORKA(di_0=d125;do_0=do5,ao_0=ao12);

setport(24,do1,infinite);     (*включить электропривод ЗРК*)

setport(12,a01);      (*открыть заслонку ЗРК на половину*)

(*========================проверка на остановку работы системы ==========================*):  IF ((statusport(di14)=TRUE) AND (statusport(di17)=FALSE))

 THEN 

  JMP(START);

 ELSE

  JMP(STOP);

 END_IF; 

(*=============================остановка устройств системы ==============================*):  IF (((statusport(di4)=TRUE) AND (statusport(di17)=FALSE))

 THEN

  setport(0,ao1);    (*установить ЗРК в положение-закрыто*)

  CLOSE_SHTORKA(di_0=di16;do_0=do6,ao_0=ao12);

  setport(24,ao12);     (*погасить светодиод "Сеть*)

  setport(0,do1,infinite);    (*остановить электропривод ЗРК*)

 END_IF;

(*====================неиспрвность в ЗРК - сигнал с датчика электропривода====================*)

IF (statusport(di20)=TRUE)

THEN

 IF (i3=0)

  setport(18,ao12);  (*зажечь светодиод "Неисправность ЗРК"*)

  i3=1;

  JMP(STOP)

 END_IF;

(*================================загрязнение фильтров ===============================*)

IF (statusport(di6)=TRUE) or (statusport(di7)=TRUE) or (statusport(di8)=TRUE) or (statusport(di9)=TRUE)

THEN

 IF (i1=0)

  setport(19,ao12);   (*зажечь светодиод "Фильтр засорен"*)

  i1=1;

  JMP(STOP)

 END_IF;

END_IF;

IF (hand_time=1)

THEN

 JMP(TEST);_IF;

(*=======================прорыв в системе - сигнал с датчика давления ========================*)

IF (statusport(di1)=TRUE) or (statusport(di2)=TRUE) or (statusport(di3)=TRUE) or (statusport(di4)=TRUE)

THEN

 IF (i2=0)

  setport(20,ao12);  (*зажечь светодиод "Прорыв трубопровода"*)

  i2=1;

  JMP(STOP)

 END_IF;

(*==================================================================================*):  HALT(); (*приводит контроллер к состоянию готовности к отключению питания*)

    (*метка аварийного режима работы системы*)

(*==================================================================================*)

JMP(TEST);

(*==================================================================================*)