Проект АСУТП закачки и транспортирования концентрированной серной кислоты

Проект АСУТП закачки и транспортирования концентрированной серной кислоты

Аннотация

автоматизация программный транспортирование

В данной работе представлен проект АСУТП закачки, и транспортирования концентрированной серной кислоты, на складе серной кислоты предприятия ООО «Саф-Нева» Проект состоит из расчётно-пояснительной записки и графической части.

Расчётно-пояснительная записка содержит: описание технологического процесса закачки и транспортирования серной кислоты; описание используемого оборудования; обзор систем управления применяемых для данных технологических процессов и анализ задач управления технологическим оборудованием.

Проектно-конструкторская часть содержит: разработка оптимального варианта реализации автоматизированной подсистемы управления на основе методов декомпозиции; разработка подсистемы закачки серной кислоты на склад и подсистемы транспортирования кислоты в производственные цеха.

Информационное и программное обеспечение включает в себя разработку алгоритмов управления закачкой и транспортированием серной кислоты, разработку программы управления, разработку программы визуализации данных процессов.

В расчётно-пояснительной записке приводится: эксплуатационная документация, функционально-стоимостной анализ базового варианта цеха, раздел безопасности и экологичности проекта. В заключении содержится описание проделанной работы.

Данный дипломный проект содержит:

страниц расчётно-пояснительной записки:165

рисунков:55

таблиц:8

формул:28

листов графической части: 12 листов формата А1

использованных источников:19

Введение

Пищевая промышленность является одной из приоритетных областей промышленного производства. Кроме того это особая область, на которую практически не влияют различные финансовые катаклизмы, в том числе и мировой финансовый кризис. Это обусловлено тем, что люди могут отказаться от дорогих вещей, машин и т.д., но не могут отказаться от пищи. В связи с этим пищевая промышленность является наиболее интересной областью для инвестиций. Обычно эти инвестиции направлены на расширение производства, модернизацию и автоматизацию имеющегося оборудования.

К основным продуктам питания россиян относится хлеб и важнейшим сырьем для производства хлебобулочной продукции являются хлебопекарные дрожжи.

Брожение дрожжей - сложный технологический процесс, который требует постоянного контроля множества параметров. Один из важнейших параметров - кислотность среды (рН). Дрожжевая субстанция находится в водном растворе. Система является замкнутой, в процессе жизнедеятельности дрожжей выделяется щелочь. Для регулирования уровня pH (нейтрализации щелочной среды) используется концентрированная серная кислота.

Регулирование уровня pH, основывается на показания датчика pH, с аналоговым выходом 4-20 млА. Серная кислота подается из склада серной кислоты.

Цель автоматизации - максимально исключить участие человека в производстве. Техпроцессы с вязанные с серной кислотой являются очень опасными не только для жизни и здоровья человека но и для окружающей среды и любая авария на таком производстве может иметь катастрофические последствия. Кроме этого данная автоматизация будет производить сильный экономический эффект. Стабильная подача серной кислоты позволит лучше регулировать уровень pH, что позволить сохранить до 30% процентов продукции. Сточные воды при должном регулировании pH являются нейтральными, это позволить сократить денежные отчисления и штрафы связанные с превышением ПДК щелочей в сточных водах.

При проектировании АСУТП так же следует учесть тот факт, что концентрированная серная кислота является очень агрессивной средой. В связи с этим необходимо подобрать соответствующее оборудование с должным уровнем защиты.

1.     
Обоснование автоматизации технологических процессов на предприятии ООО «Саф-Нева»

1.1    Описание технологического процесса транспортирования и складирование серной кислоты

Серная кислота́ H2SO4 - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом.

Серная кислота и олеум - очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко - ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Отсюда следует, что человек должен, как можно меньше контактировать с серной кислотой и, как можно меньше находиться в помещениях, где она хранится. Таким образом, возникает необходимость максимального удаления человека из производства связанного с серной кислотой.

Серная кислота представляет опасность не только для здоровья человека, но и реальную угрозу для окружающей среды. Устранение непосредственного участия человека из технологических процессов связанных с кислотой позволить сократить до минимума «человеческий фактор». В данном проекте речь идет о складе, который расположен на территории завода «Кургандрожжи». Склад позволяет полностью удовлетворить потребность производства в серной кислоте. Процесс ферментации дрожжей - процесс непрерывный и длится на протяжении 8 часов. Все это время необходимо бесперебойно обеспечивать ферментеры серной кислотой. Устранение человека из процесса транспортирования кислоты в цех ферментации, а так же установка нового надежного оборудования позволит максимально снизить риски связанные с нарушением снабжения ферментеров кислотой.

В складе серной кислоты располагаются две емкости для хранения объемом 40 м³ каждая. Одна из емкостей - рабочая, вторая служит в качестве резервной емкости. Кроме того на складе расположена транспортная емкость, из которой происходит передача кислоты. В здании основного производства расположена буферная емкость.

.1.1 Процесс заполнения емкостей №1 и №2 хранения серной кислоты

1.      Поставщиком поставляется на завод серная кислота в железнодорожной цистерне.

2.      Цистерна устанавливается перед складом, в определенное место.

.        К цистерне подсоединяется рукав для подачи сжатого воздуха.

.        На цистерну монтируется металлический трубопровод для передачи серной кислоты из цистерны в емкость хранения. Данный трубопровод подсоединяется к соответствующему трубопроводу одной из двух емкостей (№1 или №2) при помощи гибкой вставки.

Процесс передачи осуществляется путем вытеснения серной кислоты из цистерны в емкость для хранения сжатым воздухом.

5.      В зависимости от того какая из емкостей будет заполняться, открывается один из ручных клапанов, расположенный на соответствующем трубопроводе.

6.      Открывается ручной клапан на линии сжатого воздуха и автоматический клапан. Начинается процесс передачи. Автоматический клапан включается с помощью кнопки на пульте управления.

В случае переполнения емкости срабатывает датчик аварийного верхнего уровня и автоматический клапан должен закрыться, т. е. процесс передачи прекратиться.

7.      После окончания процесса заполнения емкостей №1 или №2, все клапана закрываются, и трубопроводы отсоединяются от цистерны.

1.1.2 Процесс транспортирования серной кислоты на производство

Предположим емкость №1 - рабочая и заполнена серной кислотой.

1.      Первый шаровой трехходовой кран устанавливается в положение ОТКРЫТО на емкость №1 и ЗАРЫТ на емкость №2. Данный кран расположен на трубопроводе перелива из емкости хранения в транспортную емкость.

2.      Второй шаровой трехходовой кран устанавливается в положение ОТКРЫТО на емкость №1 и ЗАРЫТ на емкость №2. Данный кран расположен на трубопроводе сброса давления из транспортной емкости.

.        Открываются клапан подачи кислоты из емкости хранения в транспортную емкость и клапан подачи из транспортной в буферную емкость.

.        Включается система автоматического управления на пульте управления.

.        Срабатывает датчик нижнего уровня транспортной емкости так, как емкость пустая, и автоматически открывается клапан наполнения транспортной емкости. Клапан сброса давления - нормально открытый и поэтому находиться в открытом положении.

Начинается заполнение транспортной емкости серной кислотой.

6.      При заполнении транспортной емкости срабатывает датчик верхнего уровня. Клапан наполнения закрывается. Процесс заполнения прекращается.

7.      В процессе ферментации происходит задача серной кислоты в дрожжерастильные аппараты из буферной емкости, при этом клапана подачи из буферной емкости открыты.

При опорожнении буферной емкости срабатывает датчик среднего уровня, открывается автоматически клапан нагнетания давления и закрывается клапан сброса давления, среда начинает вытесняться воздухом из емкости транспортной в буферную емкость.

В случае срабатывания аварийного датчика верхнего уровня буферной емкости процесс передачи среды должен прекратиться, при этом клапан нагнетания давления закрывается, клапан сброса давления открывается.

8.      При опорожнении транспортной емкости после срабатывания датчика нижнего уровня через определенное время автоматически закрывается клапан нагнетания давления, открываются клапаны наполнения и сброса давления. Процесс заполнения транспортной емкости повторяется.

9.      После заполнения транспортной емкости процесс передачи повторяется.

Рассмотренные технологические процессы могут применяться не только на данном производстве. Инженерные решения найденные в ходе разработки проекта могут применяться и в других областях промышленности, где используется серная кислота:

. В производстве минеральных удобрений;

. Как электролит в свинцовых аккумуляторах;

. Получения различных минеральных кислот и солей;

. В производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;

. В нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;

. В пищевой промышленности - зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);

. В промышленном органическом синтезе в реакциях:

дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);

гидратации (этанол из этилена);

сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);

алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.

1.2 Описание используемого оборудования

На момент получения задания ан проектирование АСУТП на предприятии уже были установлены следующие элементы:

) Две емкости, предназначенные для хранения серной кислоты производства завода ММЗ. Объем каждой емкости 40 м³.

На данных емкостях установлены фильтры для очистки воздуха от паров серной кислоты. Кроме того в верхней части к емкостям приварено несколько труб, окачивающихся фланцами. Данные трубы предназначены для соединения с системой внешних трубопроводов, по которым кислота поступает в емкость. В нижней части емкости так же есть подобные соединения, он предназначены для слива кислоты.

Для установки датчиков уровня предусмотрены технологические отверстия.

Рисунок 1.1 - Емкость хранения серной кислоты

.) Транспортная емкость, представляющая собой толстостенный металлический сосуд. Объем транспортной емкости - 400 л. Емкость рассчитана на высокое давление и предназначена для передачи кислоты путем вытеснения её сжатым воздухом. К транспортной емкости приварены трубы с фланцевыми соединениями. Они служат для приема и передачи концентрированной серной кислоты, а так же для подвода сжатого воздуха.

Для установки датчиков уровня предусмотрены технологические отверстия.

Рисунок 1.2 - Транспортная емкость

Рисунок 1.3 - Буферная емкость

) Буферная емкость находится в здании основного производства. Емкость предназначена для обеспечения потребителей кислотой Её объем составляет около 1,5 м³. Буферная емкость оснащена средствами для подсоединения трубопроводов подачи и слива кислоты. Так же как и на емкостях хранения, на буферной емкости расположен фильтрующий элемент, предназначенный для очистки воздуха от паров кислоты.

) В качестве запорной арматуры с ручным приводом проекте используются мембранные клапана с фланцевым окончанием VMOV/CP-NО d20. При работе с концентрированной серной кислотой неприменимы шаровые краны, поэтому были выбраны мембранные клапана. Фирма FIP специализируется на производстве трубопроводов и запорной арматуры с высокой коррозийной стойкостью. Есть несколько серий: ПВХ, ХПВХ, ПП и др. Трубопровод - состоит из полимерного трубопровода из материала ХПВХ, стойкого к агрессивным средам.

Рисунок 1.4 - Мембранный вентиль

Материал корпусаU-PVC (ПВХ)

PP-H (ПП-гомополимер)

PVDF (ПВДФ)

C-PVC (Х-ПВХ)

Материал мембраны

EPDM

FPM

PTFE

Материал кольцевых уплотненийEPDM FPM

Дополнительное оборудование: индикатор положения, предохранительный запорный механизм, электрический датчик положения, установочная платформа для корпусов DN 15-50, окончания из полиэтилена, окончания из полипропилена.

1.3 Обзор технических средств, применяемых для транспортирования и складирования серной

.3.1 Насосы

В случае когда кислота должна подаваться бесперебойно, применяют насосы различной конструкции. Принцип устройства центробежного насоса следующий. Внутри закрытого корпуса вращается рабочее колесо с лопастями Жидкость, попадая на эти лопасти у центра колеса, отбрасывается центробежной силой к стенкам корпуса. При этом создается давление, которое выталкивает жидкость в нагнетательный трубопровод. Создаваемое давление пропорционально диаметру рабочего колеса и квадрату частоты вращения этого колеса.

Центробежный насос для перекачивания кислоты показан на рисунке 1.10

К фланцу 2 чугунной станины 8 прикреплен корпус 1 насоса, вынесенный за пределы станины, благодаря чему на нее не попадают капли кислоты, которые могут вытекать из сальника. Часть вала 7, проходящего через сальник 6, защищена от действия кислоты втулкой 3, на которую насажено рабочее колесо 5. Поверхности втулки и рабочего колеса пришлифованы и притерты так, чтобы нужное уплотнение между ними достигалось без прокладки. При сборке насоса эти поверхности дополнительно защищают кислотостойким лаком, что полностью предотвращает их соприкосновение с кислотой.

Вал 7 монтируется на шарикоподшипниках 9, один нз которых (ближайший к муфте 12) воспринимает максимальную нагрузку. В крупных насосах для этой цели установлен специальный упорный подшипник. Станина насоса имеет крышку 10, через которую в ванну 4 заливают масло. Вал насоса соединен с валом электродвигателя эластичной муфтой 12.

 

- корпус, 2 - фланец станины, 3 -защитная втулка, 4 - масляная ванна, 5 - рабочее колесо, 6 - сальник, 7 - вал, 8 - станина, 9 - шарикоподшипники, 10 - крышка станины, 11 - заглушка, 12 - эластичная соединительная муфта

Рисунок 1.5 - Центробежный насос для перекачивания кислоты

В зависимости от назначения перекачиваемой жидкости кислотные центробежные насосы изготовляют из различных материалов: для кислоты низкой и средней концентрации - из ферросилида, для концентрированной - из высококачественного чугуна, для олеума - из стали.

Помимо центробежных насосов для перекачивания кислоты применяют вертикальные погружные насосы центробежного типа.

Принцип работы вертикального погружного насоса такой же, как у центробежного. Отличие его в том, что он расположен вертикально и погружен в сборник с перекачиваемой жидкостью. Поэтому здесь отсутствует необходимость в сифонах, подводящих кислотопроводах, сальниках. Кроме того, погружной насос занимает мало места и может быть очень быстро включен, что значительно упрощает его обслуживание.

- всасывающий патрубок, 2 - нагнетательный патрубок, 3 - патрубок для подвода смазывающей жидкости, 4 - опорная плита, 5 - вал, 6 - стойка

Рисунок 1.6 - Погружной центробежный насос

Для ремонта или смены деталей насос вынимают из сборника при помощи лебедки или специального приспособления и вновь устанавливают на место по окончании ремонта.

Погружной вертикальный насос изображен на рисунке 1.6

.3.2 Емкости для хранения кислоты

На складе серная кислота хранится в баках, размещенных в здании или под навесом, предохраняющим от воздействия атмосферных осадков верхнюю часть баков, где находятся люки, распределительные вентили, сифоны и т. д.

Баки для хранения готовой кислоты это горизонтальные или вертикальные цилиндрические резервуары из листовой стали Обычно устанавливают несколько баков, чтобы при их чистке и ремонте можно было не останавливать завод. Вдоль резервуаров прокладывают железнодорожный путь..

Концентрированную серную кислоту (башенную, контактную) и олеум хранят в стальных нефутерованных баках. Стальные баки для хранения особенно чистой, а также низкоконцентрированной серной кислоты футеруют кислотоупорной керамикой.

Баки-хранилища монтируют выше уровня земли на ленточных фундаментах, чтобы обеспечить возможность осмотра и ремонта днища. Для удобства обслуживания баков-хранилищ над ними устанавливают площадки с лестницами. Для опорожнения самотеком их устанавливают на определенной высоте.

.3.3 Сифоны

В сернокислотном производстве сифоны используются для опорожнения циркуляционных сборников, резервуаров и железнодорожных цистерн с кислотой, а также для присоединения к этим емкостям работающих под наливом центробежных насосов. При этом отпадает необходимость в спускных устройствах и штуцерах, расположенных ниже уровня кислоты, которые часто являются источником течи.

На рисунке 1.7 показана схема подключения центробежного насоса / к циркуляционному сборнику 11 посредством сифона 7 и всасывающего трубопровода 4.

Для зарядки сифона открывают кран 10 на вакуум-линии 6. При появлении кислоты в смотровом стекле 8 кран 10 закрывают; затем открывают кран 12, соединяющий сборник 11 с работающим насосом 1, который опорожняет сборник и подает кислоту в систему сернокислотного производства.

- центробежный насос; 2 - шланг; 3, 10, 12 - краны; 4 - всасывающий трубопровод: 5 - нагнетательный трубопровод; 6 - вакуум линия; 7 - сифон; 8 - смотровое стекло; 9 - воздушник; 11 - циркуляционный сборник; 13 - лоток для сбора пролива кислоты

Рисунок 1.7 - Схема подключения центробежного насоса к циркуляционному сборнику посредством сифона

Для отключения сифона от вакуум-линии 6 открывают воздушник 9. Чтобы предотвратить выброс кислоты через воздушник, надо предварительно опустить уровень кислоты ниже смотрового стекла 8. Для опорожнения насоса 1 его останавливают и при открытом кране 12 перепускают кислоту из нагнетательной линии 5 в сборник 11 до минимального уровня.

Оставшуюся в насосе кислоту спускают в лоток 13 через ослабленный сальник насоса при закрытом кране 12. Из лотка кислота шлангом 2 при открытом кране 3 отсасывается в вакуум-сборник по вакуум-линии 6.

.3.4 Монжусы

Монжусы (монтежю) - герметичные резервуары для перемещения кислоты под давлением сжатого воздуха. Их выполняют из углеродистой стали (при необходимости футеруют) или из кислотостойкой стали; рассчитывают на давление до 4 кгс/см².

Рисунок 1.8 - Монжусы:

а - горизонтальный; б - вертикальный; 1 - штуцера для указания уровня; 2 - штуцер подачи сжатого воздуха; 3 - подача кислоты; 4 - штуцер для установки предохренитльного клапана; 5 - перелив; 6 - спуск остатков кислоты.

.3.5 Цистерны для перевозки кислоты

В соответствии с нуждами и запросами потребителей серную кислоту разливают в тару различной вместимости. На дальние расстояния ее большей частью перевозят в железнодорожных цистернах грузоподъемностью до 75 т. При отправке небольших партий серной кислоты местным потребителям пользуются автоцистернами, контейнерами, стальными бочками вместимостью 100- 250 л, стеклянными бутылями вместимостью 30 л, аккумуляторную и реактивную кислоту разливают также в стеклянные бутыли вместимостью до 1 л.

Железнодорожная цистерна представляет собой сварной цилиндрический резервуар, укрепленный на раме вагона. На случай возможного увеличения объема кислоты (при повышении температуры) в верхней части цистерны есть купол. Там же находится люк для осмотра, промывки и ремонта цистерны. Цистерна имеет соответствующие устройства для подачи в нее воздуха и кислоты, а также для слива кислоты. Цистерны разгружают при помощи сифона или сжатого воздуха. В последнем случае верхний штуцер цистерны соединяют с источником сжатого воздуха; кислота выливается из цистерны по трубе, доходящей до дна цистерны.

Рисунок 1.9 - Ж/д цистерна для перевозки серной кислоты.

Загрязненные цистерны перед наливом кислоты промывают водой, остатки которой должны быть удалены. Резервуары из-под нефтепродуктов перед наливом в них серной кислоты подвергают специальной очистке и продувают воздухом. При попадании в цистерну влаги серная кислота разбавляется и становится коррозионно-активной. Поэтому все люки и краны на цистернах должны быть герметично закрыты. Металл для изготовления цистерн должен быть, возможно, более однородным во избежание образования гальванических пар, действие которых вызывает коррозию.

В обычных стальных железнодорожных цистернах перевозят олеум, концентрированную контактную кислоту, башенную кислоту и меланж. Для аккумуляторной и улучшенных сортов серной кислоты применяют цистерны из кислотостойкой стали; менее концентрированную серную кислоту перевозят в стальных цистернах, освинцованных или футерованных изнутри кислотоупорными материалами (полиизобутиленом, винипластом и др.). Цистерны для перевозки олеума снаружи покрывают теплоизоляцией во избежание его замерзания в пути.

.4 Анализ задач управления

В качестве управляющего устройства использован контроллер CJ1M фирмы Omron. Шкаф контроллера располагается в отдельном помещении на складе серной кислоты, что позволяет оградить его от воздействия вредных испарений кислоты.

Система управления должна обеспечивать следующие функции:

         открытие/закрытие клапан подачи воздуха в ж/д цистерну

         контроль наличия кислоты в трубопроводах наполнения емкостей хранения

         контроль верхнего (крайнего) уровня в емкостях хранения кислоты

         открытие/закрытие клапана сброса давления из транспортной емкости.

         контроль открытия/закрытия клапана сброса давления из транспортной емкости

         открытие/закрытие клапана нагнетания давления в транспортную емкость.

         контроль открытия/закрытия клапана нагнетания давления в транспортную емкость

         открытие/закрытие клапана наполнения транспортной емкости.

         контроль открытия/закрытия клапана наполнения транспортной емкости.

         контроль уровня в транспортной емкости

         контроль времени наполнения/опорожнения транспортной емкости

         контроль уровня в буферной емкости

         опрос кнопок пульта управления

         индикация состояния системы

         подача аварийного сигнала

В проектируемом варианте системы управления планируется следующие решения:

С целью повышения надёжности системы управления в качестве устройства управления планируется использовать промышленный контроллер, имеющий соответствующее исполнение и приспособленный для работы в условиях возможности распространения паров серной кислоты.

-       С целью точного контроля уровня в емкостях хранения кислоты планируется установка ультразвуковых датчиков.

-       С целью повышения удобства работы со складом планируется изготовления двух шкафов электроавтоматики. В одном из них будет находиться ПЛК и пульт управления складом. Второй шкаф будет расположен в здании основного производства, откуда операторы смогут следить за состоянием склад и, в случае необходимости, остановить процесс закачки или транспортирования.

-       С целью повышения безопасности оба шкафа управления оснащены звуковой и световой аварийной сигнализацией.

-       С целью выяснения причин возникновения аварийной ситуации планируется на программном уровне вести особый журнал ошибок, где будет хранится дата, время, а так же код аварийной ситуации.

Автоматизация склада серной кислоты представляет собой комплексное решение, принятие и реализацию которого можно разбить на следующие этапы:

1)      Изучение специфики производства;

2)      Выбор комплекта необходимых технических средств (приборов, датчиков, исполнительных механизмов, средств сбора и обработки информации, средств для реализации человеко-машинного интерфейса);

)        Разработку проектной документации (схемы автоматизации, электрических принципиальных схем и схем соединений, схем компоновки оборудования, описания базы данных системы, алгоритмов управления);

)        Разработку программ, реализующих алгоритмы управления технологическим оборудованием (нижний уровень управления) и алгоритмы сбора и обработки информации (верхний уровень управления);

)        Поставку оборудования и его монтаж;

)        Проведение пуско-наладочных работ.

.5 Техническое задание на проект системы управления

.5.1 Наименование и область применения

Проектируемая автоматизированная система управления технологическими процессами предназначена для автоматизации процесса закачки и транспортирования серной кислоты. Разработанная автоматизированная система управления предназначена для выполнения функций управления данными процессами. Управление включает в себя получение информации о ходе протекания операций закачки и транспортирования при помощи датчиков, а также генерацию управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

1.5.2 Основания для разработки

Основанием для разработки служит задание кафедры автоматизации производственных процессов Курганского государственного университета, утвержденное приказом по университету, на разработку дипломного проекта на тему "Проект АСУТП предприятия ООО «Саф-Нева»".

.5.3 Цель и назначение разработки

Проектируемая система управления предназначена для автоматизации закачки кислоты из ж/д цистерны в емкости хранения и передачи кислоты в цех ферментации.

Целью разработки является система управления процессами передачи и закачки кислоты.

.5.4 Источники разработки

Источниками разработки являются учебная и справочная литература, указанные в соответствующем разделе, а также материалы, затрагивающие данную тематику, полученные из сети Internet, специализированных журналов. А также документация, полученная на предприятии ООО «Саф-Нева»

.5.5 Режимы работы

Процесс закачки может осуществляться в двух режимах:

) Автоматический. Контроллер управляет подачей сжатого воздуха в ж/д цистерну и следит за наполнением емкостей хранения. В случае если уровень кислоты в наполняемой емкости достигает верхнего датчика, закачка прекращается.

) Ручной. Подачей сжатого воздуха в ж/д цистерну управляет оператор.

Наличие персонала требуется при обоих режимах работы.

Процесс передачи кислоты так же может осуществляться в двух режимах:

) Автоматический. Котроллер следит за уровнями в буферной и транспортной емкости, а так же управляет клапанами наполнения транспортной емкости, нагнетания и сброса давления. В случае опорожнения транспортной емкости, происходит наполнение. В случае опорожнения буферной емкости до среднего уровня происходит процесс передачи. Процессы наполнения/опорожнения емкостей, а так же время переключения клапанов контролируются контрольными таймерами.

) Ручной. Клапанами наполнения транспортной емкости, нагнетания и сброса давления управляет оператор.

Наличие персонала требуется при ручном режиме работы

При всех режимах работы информация о состоянии объекта выводится на пульт оператора.

.5.6 Условия эксплуатации

Система управления должна нормально функционировать в условиях производственного цеха умеренного климата. Все оборудование, установленное на линии, должно иметь соответствующее исполнение, и соответствующую маркировку.

Также оборудование, устанавливаемое на гальваническую линию, должно сохранять работоспособность при работе в агрессивной среде.

Условия эксплуатации:

температура окружающего воздуха:от 0 ⁰С до 45 ⁰С;

относительная влажность воздуха:от 10 до 80 %;

атмосферное давление:от 84 до 107 кПа;

напряжение питания:220В±10%;

частота питающей сети:50±2 Гц.

1.5.7 Технические требования

Система должна удовлетворять требованиям надежности компонентов, обеспечивать надежность связи между элементами системы. Система должна удовлетворять требованиям СНиП 1.02.01-85, иметь инструкцию по типовому проектированию СН 227-82. Устройство и эксплуатация системы должны соответствовать ГОСТ 12.2.003 -74 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности». Требования по обеспечению пожарной безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.1.004-85 «Пожарная безопасность. Общие требования».

.5.8 Стадии и этапы разработки

Разработка дипломного проекта должна осуществляться в сроки, предусмотренные заданием на дипломное проектирование.

Разработку дипломного проекта можно разбить на следующие этапы:

-             выбор темы дипломного проекта;

-       изучение исходной документации на склад серной кислоты

-       изучение технологического процесса закачки и транспортирования серной кислоты.

-       разработка структурной схемы склада;

-       выбор устройства управления;

-       выбор технических решений и оборудования проектируемой линии

-       разработка схемы электрической принципиальной;

-       разработка управляющей программы;

-       экономический расчёт;

-       оформление листов графической части и сведение описаний в расчётно-пояснительную записку.

1.5.9 Порядок контроля и приемки

Контроль за ходом разработки ведется руководителем проекта и консультантами по графику работы. Распоряжением заведующего кафедрой создается комиссия в составе 3-х, 4-х человек. Комиссия оценивает готовность проекта для направления к рецензенту и защиты в ГАК. РПЗ и графическая часть проекта представляются на предварительную защиту с подписями нормоконтролера и консультантов.

2. Разработка АСУТП

.1 Проектирование, конструирование и моделирование технических средств

 

.1.1 Разработка оптимального варианта реализации системы управления на основе методов декомпозиции

Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итеративных последовательностях процедур анализа и синтеза, эффективное проведение которых основывается на создании и использовании методов активизации поиска новых идей.

Итеративный процесс "анализ-синтез" формирует создаваемый объект, базируясь на философских диалектических категориях "часть и целое", характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом (видимая часть проблемы), затем переходит к анализу - расчленению целого на части (истинная проблема) и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого (решение проблемы).

При такой постановке решение проблемы создания нового объекта (процесса, проекта) целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов.

Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы (целей и задач) создания объекта.

Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта - разделение ее на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков. При n признаках B_i и m_i альтернативах B_im реализации каждого из них декомпозицию любой задачи можно представить схемой, приведенной на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема декомпозиции задачи в процессе ее анализа.

Этап 3. Синтез решения как "свертка" поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта (этап 2). При "свертке" для каждого из n признаков B_i выбирается одна из mi альтернатив реализации этого признака. Принципы и процедуры синтеза рассмотрены далее.

Первый этап создания нового объекта - представления о нем как о "нерасчлененном целом", он является ответственным и непростым. Здесь требуется четко определить и раскрыть поставленную цель, возможные последствия и результаты ее достижения. На этом этапе важно установить, что необходимо делать, а затем уже на следующих этапах - как это делать. Трудности первого этапа обусловлены целым рядом факторов:

невозможностью точного представления последствий принимаемого решения;

наличием множества возможных путей решения;

неполнотой исходной информации, на основе которой формулируется проблема.

При анализе современных научных, технико-экономических и других задач возникает множество различных трудностей. Поэтому рассматриваемый этап тем и интересен, что не ставит целью получение окончательного и точного решения задачи. Здесь достаточно получить приближенные ответы на наиболее важные, ключевые вопросы. При этом можно различать и использовать три вида решений: дедуктивные, абдуктивные и индуктивные.

Вид решения выбирается на основе анализа, при котором каждое свойство создаваемого объекта оценивается в совокупности со всеми остальными, что соответствует системному подходу решения сложных задач, который направлен также на то, чтобы упростить решение и выделить наиболее существенное в сложном, сохранив при этом комплекс свойств объекта как одного целого.

Практика показывает, что отдельно взятый объект как компонент другого объекта (комплекса), каким бы совершенным он не был, не решает конечной задачи. С другой стороны, комплекс согласованных объектов, включая и людей, обеспечивающих их функционирование, ведет себя как нечто целое, отличающееся от поведения элементов его составляющих. Поэтому все искусственные системы (объекты), созданные руками и разумом человека, действуют как единое целое, составленное из отдельных структурных элементов, выполняющих отдельные функции в интересах некоторой общей цели.

Цель рассматривается как результат определенного курса действий, достигаемый с учетом желательных или необходимых потребностей и реальных научных, технических, экономических, правовых и других возможностей. Сложность выбора целей заключается в необходимости неформальных суждений и действий по существу проблемы, т.е. выбор цели всегда неформален - это прерогатива человека.

Вне всякого сомнения, выбираемые цели значительно отличаются по степени глобальности и конкретности, они могут быть и несогласованными друг с другом. Возникает вопрос, каким образом можно составить хотя бы какую-то структуру для первоначального списка целей. Часто эти цели можно объединить в систему, построив их иерархию по аналогии с иерархическими структурами объектов и процессов. Здесь также могут оказать помощь понятия конкретизации и выделения логической связи "цель - средство достижения цели".

Конкретизация означает разбиение цели на более подробные низкого уровня, что способствует разъяснению смысла более общей цели. В то же время цели нижележащего уровня можно также считать средствами для достижения целей вышележащего уровня. Таким образом, рассматривая очень "точные" цели нижних уровней, как средства для достижения более высоко расположенных целей можно строить иерархию "снизу вверх". Конкретизацией общих (глобальных) целей - разбиением их на более подробные цели - строится иерархия "сверху вниз".

Таким образом, последовательное расчленение целей на элементы (или их объединение) позволяет структурировать все цели и создать систему их связей в виде "дерева целей".

В значительной степени иерархия целей при структуризации это зависит от того, для чего она используется в дальнейшем. Очевидно, только здравый смысл и рассмотрение преимуществ и недостатков детализации подскажут, когда следует остановиться. Важно, чтобы все аспекты цели при ее разделении были учтены в подцелях (целях более низких уровней).

В конечном итоге структуризация целей и задач позволяет точно определить место (уровень) создаваемого объекта в иерархии систем любой сложности и способствует формированию первоначального представления о нем как о "нерасчлененном целом".

Декомпозиционная схема формирования структуры линии

Потребности и цели создания объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формирует общее представление об объекте. Анализ объекта на втором этапе осуществляется путем декомпозиции поставленных задач в пространстве, в основном, неметрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к объекту. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой исходят из следующих двух положений:

Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения и потребности объекта, определяются основные направления, формирующих концепцию его строения в виде множества структурных характеристик Х_x , образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции.

Во-вторых, для каждой области (свойства) Х_x первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив Х_x^b Î Х_x , выбираемым на основе анализа известных решений.

Построенная на основе принципов и правил декомпозиции, любая декомпозиционная схема является n - мерным поисковым пространством Rⁿ={ Х_x }, в котором каждое решение представлено вектором xÎRⁿ, являющимся множеством из набора альтернатив Х_x^b вида:

X = { Х₁^b, … , Х_i^b , … , Х_n^b }.

Геометрической интерпретацией пространства Rⁿ является его развертка на плоскость, состоящая из матричных блоков, образованных пересечением всех блоков 1-го уровня декомпозиции и альтернатив, образующих клетки матриц:

R_B = n ( n-1 ) /2.

Развертка n-мерного поискового пространства для задачи проектирования автоматизированной линии по производству порошковых лекарственных форм представлена на листе №2 графической части дипломного проекта.

Общее количество вариантов структуры N определяется:

= m₁ m ₂ … m _n,

где m₁ - количество альтернатив реализации первого признака.

Таблица 2.1 - Декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры системы управления

Хx	1-й уровень декомпозиции	Хxb	2-й уровень декомпозиции
Х1	Тип системы автоматизации	X11 X12 X13	Централизованная Распределенная Смешанная
Х2	Тип системы по глубине автоматизации	X21 X22 X23 X24	Автоматическая Автоматизированная Ручная Смешанная (автоматическая + ручная)
Х3	Клапаны (по типу запирающего устройства)	X31 X32 X33	Шаровой кран Шиберный клапан Мембранный клапан
Х4	Привод запирающего механизма	X41 X42 X43 X44	Электромагнит Пневматический Ручной Комбинированный
Х5	Материал пневматического трубопровода	X51 X52 X53	Металлическая трубка Резиновый шланг Пластиковая трубка
Х6	Организация устройства управления	X61 X62 X63 X64 Х65	Релейная логика Логика микросхем На базе микроконтроллера ПЛК На базе ПК
Х7	Тип устройства отображения	X71 X72 X73 X74 X75 X76	Светодиодная индикация Графопостроитель Стрелочный индикатор Монитор ПК Терминал Смешанная
Х8	Пульт оператора	X81 X82 X83 X84	Кнопочный пульт Кнопочный пульт+сенсорный терминал ПК Вентили с ручным приводом
Х9	Тип датчика уровня	X91 X92 X93 Х94	Кондуктометрический Емкостной Лазерный Ультразвуковой
X10	Метод очистки атмосферы от паров кислоты	X101 X102 X103	Амиачный метод Нейтрализация Каталитической окисление
X11	Источник сжатого воздуха	X111 X112 X113	Заводская пневмосеть Компрессор Баллоны с сжатым воздухом

Итого общее количество вариантов структуры N определяется:

N =3*4*3*4*3*5*6*4*4*4*3 =2488320

Заключительный третий этап выбора и принятия решения после проведения системного анализа создания нового объекта путем её декомпозиции существенно облегчается, но всё же остается непростым из-за большого числа комбинаций N, являющихся вариантами искомого решения. Задача синтеза состоит в том, чтобы в каждом из n - блоков первого уровня Х_x декомпозиционной схемы выбрать по одной альтернативе Х_x^b , подбор которых должен сформировать “наилучший” вариант.

Простейшим при выборе наиболее эффективного решения является традиционный способ, используемый при обработке морфологических таблиц и предусматривающий последовательное сокращение (свертку) множества вариантов путем отбрасывания наименее перспективных, нереализуемых, наиболее дорогих и других, кажущихся неэффективными, альтернатив. Однако этот способ при увеличении количества признаков и реализующих их альтернатив соответственно до n > 5 m > 2 становиться весьма трудоемким, а выбранное решение, в значительной мере, - субъективным. Проблема состоит не только в выборе лучших альтернатив в отдельных блоках, но и в наилучшей их совместимости друг с другом.

Выбор целевых условий

Далее будет использован метод двухступенчатого ранжирования с присвоением оценок и при необходимости расчетом “весов” для выбираемых элементов, многократно апробированный при создании новых сложных объектов на уровне изобретений.

Предложенный метод предусматривает на первой ступени упорядочения выделение из n - блоков Х_x декомпозиционной схемы S - блоков, содержащих на уровне альтернатив Х_x^b наиболее важные характеристики, которые могут быть отражены в задании на создание объекта. Такие блоки Х_x обычно в количестве S = 2…4 несут S - целевых условий (по одному условию для каждого блока), представленных альтернативами, реализующими эти блоки.

Тогда остальные g - блоков (g = n - s) будут содержать на уровне альтернатив локальные решения типа условий - ограничения, а множество, формирующее вариант синтезируемого решения X, составят два подмножества Х_S и Х_G

X = { XS, XG }, x Î Rn

(2.1)

Набор условий X_S, выбираемых на второй ступени упорядочения, определяет некоторую S - мерную цель синтеза:

XS = { XSib }, i = 1…S; b = 1… m

(2.2)

Выбранные локальные целевые условия X_Si^b, как правило, неодинаково влияют на эффективность синтезируемого решения и поэтому должны быть ранжированы по их значимости и оценены с помощью некоторого параметра l_i, т.е.:

l1 ³ l2 ³ …³ lS

(2.3)

Значения оценочных параметров l_i устанавливаются с соблюдением дополнительного условия, в качестве которого удобно использовать соотношение:

l1 + l2 + …+ lS = 1

(2.4)

Для данного проекта набор целевых условий представлены в таблице 2.2.

Любой объект, процесс или проект нетехнической сферы деятельности человека характеризуется структурой и параметрами. Начальное представление о строении объекта несет его структура. С её формирования как облика проекта и начинается синтез. Проведя декомпозицию и выбрав в полученном поисковом пространстве Rⁿ некоторую S - мерную цель, необходимо решить вторую часть задачи синтеза - сформировать g - мерное “решение - ограничение”.

Таблица 2.2 - Целевые условия

Тип системы по глубине автоматизации - Смешанная (автоматическая + ручная)	XS1 = Х24: l1 = 0,4.
Система управления - на базе ПЛК	XS2 = Х64: l2 = 0,3.
Клапан (по типу запирающего механизма) - мембранный	XS3 = Х33: l3 = 0,3.

,4 + 0,3 +0,3 = 1.

В итоге трехмерная цепь синтеза:

XS = { X24, Х64 , X33}

(2.5)

Выбор условий ограничения

На основе метода ранжирования определяем условия ограничения:

XG* = { XGjb}, j = 1,…, g = n - s

(2.6)

где X_Gj^b - альтернатива, реализующая j-й блок декомпозиционной схемы и удовлетворяющая всем S - целевым условиям множества

X_S = { X_Si^b }.

Если при выборе целевых условий X_Si^b можно было использовать исходные данные, то при выборе условий ограничения X_Gj^b такие возможности уменьшились.

Оптимизация неформальных решений при нескольких целях традиционными методами неосуществима. В этом случае в качестве оптимизационного подхода целесообразно формировать паретовское множество альтернатив.

Итак, эффективное решение - ограничение X_G^*, в отличие от X_G (2.6) определяется паретовским множеством наиболее предпочтительных альтернатив при “мягкой” конкуренции всех ранее выбранных целевых условий X_Gj^b. Для решения этой задачи предлагаются следующие шаги:

1)      Каждой альтернативе X_Gj^b в блоках X_Gj по каждому условию X_Si^b присваивается оценка l_iGj^b , например, по трехступенчатой шкале в виде кодов (оценок): “ лучшая альтернатива (решение)” - код 1, “ альтернативы в блоке по отношению к данной локальной цели равнозначные” - код 2, “ в блоке уже есть лучшая альтернатива ” - код 3.

)        Каждой оценке в соответствие с её кодом присваивается численное значение таблица 2.3.

3)     

Таблица 2.3 - Присвоение численного значения

Код	Значение liGjb
1	liGjb = li,
2	liGjb = li / m,
3	liGjb = 0,

где mi - количество альтернатив l_Gj^b в блоке l_iGj.

4)      В каждом блоке X_Gj выбираются оценки l_iGj^b с наилучшими численными значениями и соответствующие им альтернативы X_Gj^b по принципу:

max li_Gj^b ® X_G1^b, …, max l_iGj^b ® X_Gg^b (7)

l₁,…,l_S l₁,…,l_S

5)      Формируется в виде множества X^* эффективное решение - наилучший вариант таблица 2.4.

Таблица 2.4 - Эффективное решение - наилучший вариант.

XSib	XGjb
X24 Х64 X33	X11, X103,  X76 , X82, X94 X42, X53, X111,

Результаты выбора решений-ограничений ® X_Gj^b целевыми условиями X_Si^b

Для нашего варианта эффективное решение - ограничение:

Формирование оптимальной по Парето структуры объекта

Согласно этому подходу, альтернатива считается оптимальной по Парето, если всякая другая альтернатива, являющаяся более предпочтительной для одних целей, в то же время будет менее предпочтительна для остальных целей. Принцип оптимальности по Парето далее утверждает, что никогда не следует выбирать альтернативу, которая не является Парето - оптимальной. Лишь при таком (паретовском) выборе можно увеличить степень удовлетворения некоторых целей, не ущемляя при этом других целей. Таким образом, альтернатива паретовского множества обладает тем свойством, что дальнейшее увеличение степени предпочтения для достижения одних целевых условий возможно только за счет других. Проблема состоит в том, чтобы выбрать наилучшие паретовские альтернативы во всех блоках g = n - S. И эта проблема всегда достаточно серьезна, однако сам подход, ведущий к общему выигрышу, уже является практически важным достижением в решении противоречивых интересов в любой сложной ситуации. К тому же можно утверждать, что оптимальность по Парето является категорией нравственной.

Оптимальный по Парето вариант формируется в виде множества:

X* = { XSi ,XGj*}

(2.8)

В развернутом виде с указанием всех целевых условий X_Si^b и условий - ограничений Х_Gj^b множество (2.9) запишется так:

X* = { XSib ,…, XSsb , ХG1b,…, ХGgb}

(2.9)

Для данного случая эффективное решение будет иметь вид:

X* = { Х24, Х64, Х33,X11, X103, X111, X76 , X82, X94, X42, X53, }

(2.10)

2.1.2 Разработка подсистемы закачки серной кислоты на склад

Концентрированная серная кислота доставляется к складу в ж/д цистерне, объем которой может доходить до 75 м³, это факт обусловливает наличие двух емкостей хранения объемом по 40 м³ каждая. После прибытия цистерны к ней монтируются два трубопровода. По одному из них будет подаваться сжатый воздух, по другому перетекать кислота. Труба, по которой будет передаваться кислота должна достигать дна цистерны, только в этом случае будет возможно полностью слить кислоту из цистерны. Кислотный трубопровод соединяется с трубопроводом, идущим к одной из емкостей хранения посредством гибкого шланга.

В автоматическом режиме контроллер должен следить за процессом наполнения емкостей хранения кислоты. Для этого в каждой из емкостей необходимо установить датчики уровня. Один из датчиков - уровня штыревой, он будет использоваться для определения того, что кислота достигла верхнего уровня емкости. Второй датчик - ультразвуковой. Применение подобного датчика позволит точно определять уровень кислоты в емкости. На каждом из трубопроводов, ведущих от ж/д цистерны к емкостям хранения, необходимо установить по датчику, которые давали бы сигнал о наличии кислоты в соответствующем трубопроводе. Сигналы с датчиков уровня и с датчиков наличия кислоты в трубопроводе позволят следить за процессом наполнения емкостей хранения. Благодаря этому можно будет исключить такую ситуацию, когда заполненную до верхнего уровня емкость, по ошибке, вновь станут наполнять. Если процесс будет проходить в автоматическом режиме, то закачка остановится, если в ручном - контроллер должен подать аварийный сигнал.

В процессе закачки оператор (если включен ручной режим) и контроллер (если включен ручной режим) должен управлять клапаном подаче сжатого воздуха. Для этого можно использовать нормально замкнутый клапан с электромагнитным приводом. В этом случае необходимо будет подавать сигнал на катушку - соленоид, которая будет открывать клапан.

Сигнал с ультразвуковых датчиков - аналоговый, поэтому необходимо установка устройства аналогового ввода. Лучшим решением в данной ситуации представляется следующие: размещение сетевого блока аналоговых входов в непосредственной близости от датчиков. Данное решение позволит не удлинять провода, идущие от датчиков (стандартной длины проводов может не хватить) Место соединения проводов является слабым местом системы, кто же данный клеммник необходимо было бы размещать в отдельной распределительной коробке. В случае если мы воспользуемся сетевым блоком аналоговых входов, длина проводов даже уменьшится, что позволить сократить помехи.

К сигналам датчиков, характеризующих состояние объекта можно отнести следующие:

сигнал верхнего уровня емкости хранения 1

сигнал верхнего уровня емкости хранения 2

-аналоговый сигнал с ультразвукового датчика уровня, установленного в емкости 1

аналоговый сигнал с ультразвукового датчика уровня, установленного в емкости 2

сигнал с датчика, установленного в трубопроводе наполнения первой емкости хранения кислоты

сигнал с датчика, установленного в трубопроводе наполнения первой емкости хранения кислоты

К управляющим сигналам относятся:

сигнал открытия клапана подачи сжатого воздуха в цистерну

На пульте управления должны быть следующие элементы:

- переключатель режима ручной/автоматический

-пуск/стоповая запуска/остановки процесса закачки

- переключатель управления клапаном подачи сжатого воздуха в цистерну.

сигнальная лампа «Емкость 1. Верхний уровень»

сигнальная лампа «Емкость 2. Верхний уровень»

сигнальная лампа «Закачка включена»

устройство звукового оповещения

сигнальная лампа «Авария»

кнопка отключения тревоги.

графический дисплей для отображения точного объема кислоты находящегося в емкостях хранения.

.1.3 Разработка подсистемы передачи серной кислоты

Для нормальной работы ферментеров необходимо бесперебойное обеспечение их серной кислотой. В ферментеры кислота подается из буферной емкости. Передача кислоты со склада в здание основного производства происходит путем её вытеснения из транспортной емкости сжатым воздухом.

Для контроля уровня в буферной емкости необходима установка как минимум трех штыревых датчиков уровня. Нижний уровень буферной емкости - критическая ситуация, при этом ставится под угрозу своевременное обеспечение кислотой ферментеров, что может привести к гибели дрожжевых микроорганизмов. В связи с этим процесс передачи кислоты необходимо возобновлять, когда кислота достигнет среднего уровня, и прекращать, когда достигнет верхнего.

Уровень в транспортной емкости контролируется двумя датчиками уровня (верхний и нижний уровень). Для наполнения транспортной емкость необходимо произвести следующие операции: открыть клапан наполнения, открыть клапан сброса давления. Таким образом, кислота сможет беспрепятственно самотеком перетечь из емкости хранения в транспортную емкость. После того как транспортная емкость будет наполнена, необходимо закрыть клапан наполнения и клапан сброса давления, после этого можно отрывать клапан нагнетания давления в транспортную емкость. Под действием избыточного давления кислота начнет перемещаться в буферную емкость.

В автоматическом режиме контроллер, управляя клапанами, поддерживает необходимый уровень в буферной емкости. В ручном режиме оператор может выполнять переключение клапанов самостоятельно. Контроллер же в этом случае должен следить за действиями оператора, и давать аварийный сигнал в случае возникновения нештатной ситуации. Например, если оператор одновременно открыл клапан нагнетания давления и клапан сброса давления.

Для наполнения транспортной емкости и для нагнетания давления выбираем нормально закрытые клапан. Так как большую часть времени клапан сброса должен быть открыт, а закрыт только во время передачи кислоты, выбираем нормально открытый клапан.

Все вышеперечисленные клапаны оснащены пневмоприводом. Соответственно для каждого из них необходимо наличие пневмораспределителя. Привод пневмораспределителя - катушка соленоид. Все клапаны должны быть оснащены датчиками обратной связи, для контроля их положения и времени переключения.

К сигналам датчиков, характеризующих состояние объекта можно отнести следующие:

датчик нижнего уровня буферной емкости

датчик среднего уровня буферной емкости

датчик верхнего уровня буферной емкости

датчик нижнего уровня транспортной емкости

датчик верхнего уровня транспортной емкости

датчики положения клапана наполнения транспортной емкости

датчики положения клапана нагнетания давления в транспортную емкость

датчики положения клапана сброса давления из транспортной емкости

К управляющим сигналам относятся:

сигнал открытия клапана наполнения транспортной емкости

сигнал открытия клапана нагнетания давления в транспортную емкость

сигнал открытия клапана сброса давления из транспортной емкости

На пульте управления должны быть следующие элементы:

переключатель режима ручной/автоматический

пуск/стоповая запуска/остановки процесса транспортирования

переключатель управления клапаном наполнения транспортной емкости

переключатель управления клапаном нагнетания давления в транспортную емкость

переключатель управления клапаном сброса давления из транспортной емкости

Сигнальная лампа «Транспортная емкость. Верхний уровень»

Сигнальная лампа «Транспортная емкость. Нижний уровень»

Сигнальная лампа «Буферная емкость. Верхний уровень»

Сигнальная лампа «Буферная емкость. Средний уровень»

Сигнальная лампа «Буферная емкость. Нижний уровень»

Сигнальная лампа «Процесс транспортирования запущен»

Сигнальная лампа положения клапана наполнения транспортной емкости

Сигнальная лампа положения клапана нагнетания давления в транспортную емкость

Сигнальная лампа положения клапана сброса давления из транспортной емкости

устройство звукового оповещения

сигнальная лампа «Авария»

кнопка отключения тревоги.

На основании вышесказанного была разработана структурная схема, функциональная схема автоматизации (см. графическую часть), а так же разработаны пульты управления. Внешний вид пультов управления представлен в графической части.

Сигналы с штыревых датчиков уровня получаем следующим образом: на емкость подается «ноль» а затем снимется с замкнувшего датчика для преобразования «ноля» в электрический сигнал высокого уровня используются специальные преобразователи.

.1.4 Выбор и описание выбранного оборудования

Промышленностью выпускается большое количество различных средств автоматизации, имеющие различную производительность, параметры работы, сервисные функции и т.д. Как правило, производительности данных устройств достаточно для решения широкого класса задач управления.

Однако при выборе оборудования основное внимание должно уделяться не только возможности его работы в условиях агрессивной среды склада серной, но и возможности решения поставленных задач.

В качестве системы управления процессами закачки и транспортирования серной кислоты будем использовать промышленные контроллеры серии CJ1M. Контроллеры данной серии представляет собой компактный контроллер с модульной структурой. Модульное построение данного контроллера позволяет устанавливать только те модули, которые необходимы для решения данной задачи управления.

Использование контроллерами серии CJ1M открытых промышленных протоколов позволяет подключать в общую локальную сеть и другие устройства (преобразователи частоты, регуляторы температуры, сетевые блоки ввода/вывода) и не требуют согласования сетевых протоколов между ними.

На основе структуры системы управления промышленный контроллер должен иметь следующие сигналы:

1)      Дискретные входы

-     опрос датчиков уровня в емкостях;

-       опрос датчиков положения клапанов.

-       опрос кнопок пульта управления

2)      Дискретные выходы:

-     управления клапанами;

-       управление индикацией пульта управления

-       управления звуковой сигнализацией.

Промышленный контроллер должен иметь в своём составе 29 дискретных входов и 8 дискретных выходов. Для ввода дискретной информации в контроллер будем использовать два блока 16 входных дискретных сигналов. Для выдачи контроллером дискретных управляющих воздействий на исполнительные механизмы будем использовать модуль дискретных выходов. В нашем случае не требуется высокой частоты коммутации выходных сигналов, поэтому выбираем блок релейных выходов. Это позволит также управлять катушками соленоидами без использования дополнительных реле.

Для взаимодействия контроллера с сетевыми блоками входов/выходов будем использовать специальный блок связи.

Разъём программирования, расположенный на модуле контроллера, имеет интерфейс RS-232 и не позволяет организовать передачу данных на большое расстояние. Для взаимодействия промышленных контроллеров между собой и с ЭВМ верхнего уровня или сенсорным терминалом был выбран промышленный интерфейс RS-485. Т.о. для связи контроллеров через сеть требуется преобразователь интерфейсов RS-485/RS-232, который должны устанавливаться рядом с контроллером.

Питание контроллера и всех датчиков осуществляется постоянным напряжением 24В. В качестве блока питания выбран компактный импульсный блок питания S8VS-06024.

Для организации второго шкафа управления, который находится в операторской необходима установка блоков сетевых входов/выходов. К блоку выходов планируется подключение кнопок пульта управления. Блок выходов будет отвечать за индикацию на пульте управления. Кроме пульта управления на лицевой панели шкафа находится сенсорный терминал. Связь контроллера и терминала осуществляется посредством промышленного интерфейса RS-485.

Как уже было сказано - ключевым элементом системы управления является контроллер фирмы OMRON СJ1M.

Контроллеры CJ1 предназначены для высокоскоростных задач, требующих высокой точности, надежности и многофункциональности. Широкий набор стандартных модулей ввода/вывода (8,16, 32 и 64 точки) и незаурядный набор специальных модулей (аналоговые, температурные, сетевые, модули позиционирования и мн. др) позволит наиболее оптимально решить задачи автоматизации, как локальных объектов, так и распределенных систем. CJ1 поддерживает наиболее распространенные сети и позволяет обрабатывать данные с панелей оператора, температурных контроллеров, частотных регуляторов и других устройств. При использовании Ethernet или ControllerLink можно передавать большие потоки информации на верхний уровень и в другие сети. Использование протокола MACRO позволит обеспечить связь с 32 устройствами на каждый порт. Наличие PC Card (флэш карты) обеспечивает хранение больших объемов информации любого типа и возможность удобной обработки записанных данных. Поддержка FINS протокола обеспечит прозрачную связь с узлами разного уровня, находящимися в многоуровневой сети.

Возможности:

Компактный (высота 90 мм, глубина 65 мм)

Высокоскоростной, 0,08 мкс - базовая инструкция

Структурное программирование

Время исполнения типовой программы -1мс

До 1280 точек ввода/вывода

Широкий набор модулей

Ethernet: E-mail, FTP

-ControllerLink, DeviceNet, Compobus/S, Profibus DP

Модули контроллера, основные характеристики:

Модуль центрального процессора:

Тип построения - модульный

-Макс. количество точек цифрового ввода/вывода - 320 - 2560

Время выполнения (битовые команды) - 0,10 - 0,02 мкс

Память программ - 10000 - 120000 шагов

Память данных - 32000 - 256000 слов

Карта памяти CompactFlash - До 64 Мбайт

-Номинальное напряжение питания - 24B

Потребляемая мощность - 25Вт

Тип внутреннего ПО - многозадачная (до 32 задач), поддержка вычислений с плавающей запятой

Рабочая температура окружающей среды - 0 до 50°C

Среда программирования - CX ONE и CX Programmer

Модуль дискретных входов:

Номинальное напряжение питания - 24B

Количество входных сигналов на одном блоке - 16 входов

Входной ток - 7мА

Модуль дискретных выходов:

Номинальное напряжение питания - 24В/250B

Количество выходных сигналов на одном блоке - 16 выходов

Выходной ток - 2А

тип - релейные выхода

Рисунок 2.2 - Модуль центрального процессора

Рисунок 2.3 - Модули дискретных выходов

Модуль аналоговых входов:

·   Номинальное напряжение питания - 24B

·        Количество входных сигналов на одном блоке - 8 входов

·        Входной ток - 4-20мА

Модуль связи:

Связь между отдельными ПЛК или между ПЛК и вышестоящей информационной системой может быть организована по последовательному интерфейсу, по сети Ethernet или по простой и удобной сети Controller Link. Omron поддерживает две основные сети полевого уровня: DeviceNet и PROFIBUS-DP. Для высокоскоростного обмена данными ввода/вывода на полевом уровне компания Omron предлагает собственную сеть CompoBus/S, отличающуюся непревзойденной простотой монтажа и настройки. Используя сети на базе последовательного интерфейса или CAN, полностью открытые для конфигурирования, можно самостоятельно внедрять разнообразные внутрифирменные протоколы.

Рисунок 2.3 - Модуль связи

Блок сетевых выходных сигналов:

Протокол CompoBus/S - это разработка фирмы OMRON. Сеть представляет собой двух или четырех - проводную линию с ответвлениями и терминалами ввода/вывода. Время опроса 32 узлов происходит менее 0.5 сек. Compobus/S позволяет работать с аналоговыми синалами. Широкий набор терминалов позволяет построить распределенную систему управления локальными участками за минимальное время с максимальной эффективностью. Мастер модули Compobus/S имеются в ряду модулей всех типов контроллеров OMRON.

скорость передачи данных до 750 кбод

расстояние коммуникационного обмена до 500 м

Время опроса узлов сети до 0.5 мс

Широкий набор терминалов ввода/вывода

Терминалы связи с датчиками

Номинальное напряжение питания - 24B

Количество выходных сигналов на одном блоке - 16 выходов

Выходной ток - 0.5А

Блок питания

Система питания разделена на две части. Разделение обосновано различными требованиями по вольтажу. Часть оборудования требует по входу 220В, другая 24В В связи с этим схему введен дополнительный источник питания OMRON S8VS-06024 .

Многие факторы говорят в пользу выбора источника питания S82K вместо использования традиционных трансформаторных источников питания для установки в шкафах управления. Основными причинами этого являются небольшой вес, компактная конструкция и удобная установка. Кроме того, импульсные источники питания имеют стабильное выходное напряжение, на которое не влияют перепады входного напряжения и нагрузки. Источники питания S8VS-06024 имеют защиту от перегрузки, срабатывающую при максимальной нагрузке 105 % и от короткого замыкания.

Преимущества:

Лёгкий источник питания в пластиковом корпусе

Защита от перегрузки с автоматическим сбросом при снижении нагрузки

Защита от короткого замыкания

Высокий КПД (84 %)

Рабочее напряжение 85...264 В переменного тока

Рисунок 2.4 - Источника питания

Для ввода и отображения информации был использован терминал фирмы OMRON NT-3S.

Рисунок 2.5 - Сенсорный терминал NT-3S

S - это недорогой программируемый терминал с сенсорным дисплеем, с помощью которого вы можете снабдить свою производственную установку современным человеко-машинным интерфейсом. При своих небольших размерах NT3S поддерживает создание многоязычных экранов и оснащен двумя последовательными мультипротокольными портами.

Порт RS422/485 - адаптер интерфейсов не требуется

Возможность использования в проекте до 9 языков

Функция "рецептов" и сигнализации тревог

Подключается к большинству имеющихся на рынке ПЛК и инверторов

Простое программное обеспечение, предоставляемое бесплатно

В состав системы питания входят автоматические выключатели ВА 47-29 фирмы IEK. Автоматические выключатели ВА 47-29 - современное поколение аппаратов, предназначенных для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), а также для осуществления оперативного управления участками электрических цепей. Выключатели выпускаются с защитными характеристиками B, С, D. Все изделия соответствуют ГОСТ Р 50345-99 и изготавливаются по ТУ 2000 АГИЕ.641.235.003.

Преимущества:

Пластины из серебряного композита на подвижных и неподвижных контактах

Насечки на контактных зажимах, исключающие перегрев и оплавление проводов в местах присоединения

Широкий диапазон рабочих температур от -40° до +50°С

Работают в любом положении относительно вертикали

Варианты исполнения на девятнадцать номинальных токов и три защитные характеристики (В, С и D)

Срок службы не менее 15 лет

Рисунок 2.6 -Автоматический выключатель ВА 47-29

Пневмооборудование.

Для управления пневмоклапанами были выбраны пневмораспределители MFH-3-1/4 фирмы FESTO.

Распределители серии Tiger Classic от Festo были проверены миллионы раз, прочны и надежны, даже и в неблагоприятных условиях эксплуатации. Это распределитель для множества приложений, имеющий обширные возможности.

расходG1/4: 800 л/мин

напряжения12 ... 48 В DC

... 240 В AC/50 ... 60 Гц

Особенности

прочные седельного типа для всех 3/2- и 5/2-распределителей

соединение с трубной резьбой G1/8, G1/4, G1/2 и G3/4

оптимальное время переключения благодаря запатентованным U-кольцу и сервоуправлению

блочный монтаж для 2...6 мест распределителей с помощью полых винтов на монтажных P-планках или PRS-плитах

различные уровни давления для отдельных распределителей с помощью полых винтов резьбовых соединений

защита от взрыва

Рисунок 2.7 - Общий вид распределителя

Ультразвуковой датчик уровня

• Идеален для определения уровней заполнения жидкостей, сыпучих веществ, прозрачных сред ...

• Информация о расстоянии практически не зависит от свойств поверхности

• Аналоговый токовый выход, 1 коммутационный выход

• ПО для конфигурации датчиков и коммутационных/аналоговых выходов

• Возможность синхронизации до 10 устройств через вход SYNC

• Раздельная настройка начала и конца диапазона переключения (Q1) при помощи потенциометра и ПК

Технические характеристики:

Ультразвуковые характеристики VRTU...-1710-6000...

Рабочий радиус 600 ... 6000 мм

Ультразвуковая частота 80 кГц

Угол раствора 6 °

Разрешение > 1 мм

Абс. погрешность  ± 1,5 % от конечного значения диап. измерения

Рисунок 2.8 - Ультразвуковой датчик уровня

Повторяемость  ± 9 мм

Гистерезис 60 мм

Временные характеристики

Частота включения (мин.) 1 Гц

Время срабатывания (макс.) 400 мс

Задержка перед готовностью к работе 280 мс

Электрические характеристики

Рабочее напряжение U_B 20 ... 30 В DC(вкл. ± 10% остаточной пульсации)

Остат. пульсация  ± 10 % от U_B

Ток холостого хода  < 60 мА

Выходы  транзистор PNP,

аналоговый выход

Выходной ток (PNP/аналоговый)  300 мА/4 ... 20 мА

Аналоговый выход R_L 0 ... 300 Ом

Характеристика возрастающая

Настройка диапазона включения потенциометр 270 °

Индикация

Желтый светодиод выход подключен

Желтый светодиод, мигающий ошибка настройки

Механические характеристики

Корпус металл/CuZn

Вес 380 г

Рабочие характеристики

Температура окр. среды (работа/хранение) 25 "С ... +70 "С/-40 °С ... +85 °С

Схема защиты ¹⁾ 1,2,3

Степень защиты VDE  III

Степень защиты  IP 65

Применимые стандарты IEC 60947-5-2

Место установки любое

) 1 - защита от короткого замыкания и перегрузки, 2 - нет защиты от неверной полярности, 3 - индукционная защита и защита от разрыва провода

Запорная арматура

В данном проекте используются мембранные клапана с пневмоприводом. Так же есть расширение для установки блока концевых выключателей. При работе с концентрированной серной кислотой неприменимы шаровые краны, поэтому были выбраны мембранные клапана. Фирма FIP специализируется на производстве трубопроводов и запорной арматуры с высокой коррозийной стойкостью. Есть несколько серий: ПВХ, ХПВХ, ПП и др. Трубопровод - состоит из полимерного трубопровода из материала ХПВХ, стойкого к агрессивным средам.

 

Рисунок 2.9 - Нормально закрытый мембранный клапан

Рисунок 2.10 - Нормально открытый мембранный клапан

Рисунок 2.11 - Блок датчиков положения клапана

.2 Информационное и программное обеспечение системы управления

.2.1 Разработка алгоритмов закачки и транспортирования серной кислоты

Алгоритм закачки кислоты

Автоматический режим:

Процесс автоматической закачки серной кислоты из цистерны начинается при нажатии на кнопку “Пуск” на пульте управления, при этом на пульте загорается индикатор, сигнализирующий о включении процесса закачки серной кислоты, и индикатор, сигнализирующий о включении клапана нагнетания давления.

После подачи сжатого воздуха система управления ждёт сигнал появления серной кислоты в одном из трубопроводов. Если за контрольное время этого сигнала не поступает, то процесс закачки автоматически прекращается. При этом на пульте управления гаснет индикатор включении клапана нагнетания давления, начинает мигать индикатор включения процесса закачки и сигнализироваться аварийное состояние.

При появлении сигнала наличия серной кислоты в одном из трубопроводов система управления проверяет наличие сигнала верхнего уровня той ёмкости, в которую осуществляется закачка кислоты. При отсутствии сигнала с датчика верхнего уровня в ёмкости процесс закачки будет продолжаться до его отключения оператором или возникновении критической ошибки.

Отключение процесса закачки осуществляется нажатием на кнопку “Стоп” на пульте управления. При этом гаснет индикатор, сигнализирующий о включении процесса закачки. Сигнализация аварийного состояния не включается.

Аварийные состояния, при которых осуществляется аварийное отключение:

1.      Появление сигнала верхнего уровня в ёмкости, в которую осуществляется закачка.

2.      Появление сигнала о наличии серной кислоты в обоих трубопроводах.

.        Отсутствие сигнала о наличии кислоты в трубопроводе за контрольное время.

.        Переключение на ручной режим работы.

Примечание:

. Пропадание сигнала о наличии серной кислоты в трубопроводе может возникнуть при опустошении цистерны, из которой осуществляется закачка. При этом через контрольное время оператору будет выдана ошибка наполнения ёмкости и процесс автоматически остановится.

. Определение наличия кислоты в трубопроводах осуществляется 4 электродами. Не рекомендуется прикасаться к трубам передачи серной кислоты во время процесса закачки, это может привести к ложному срабатыванию датчика и возникновению аварийной ситуации.

При аварийном отключении на пульте управления гаснет индикатор включении клапана нагнетания давления, начинает мигать индикатор включения процесса закачки и сигнализироваться аварийное состояние.

Ручной режим:

В ручном режиме процессом закачки управляет оператор, ориентируясь на лампы индикации расположенные на пульте. Система управления контролирует действия оператора, и в случае неверного управления сигнализирует об ошибке, но не отключает сам процесс закачки.

Для запуска процесса закачки в ручном режиме необходимо:

1.      Перевести переключатель режима работы в положение “Ручной”

2.      Перевести переключатель нагнетание давления в цистерне в положение “ВКЛ”.

Для отключения процесса перевести переключатель нагнетание давления в цистерне в положение “ВЫКЛ”

Примечание: процесс закачки серной кислоты из цистерны осуществляется при давлении порядка 3..4 атм.

Процесс транспортировки кислоты:

Процесс транспортирования серной кислоты состоит из 3 этапов:

1.      Наполнение транспортной ёмкости серной кислотой

2.      Ожидание сигнала среднего уровня буферной ёмкости.

.        Передача серной кислоты из транспортной в буферную ёмкость.

Примечание: процесс передачи серной кислоты осуществляется при давлении порядка 3..4 атм.

Автоматический режим:

Процесс автоматического транспортирования серной кислоты начинается при нажатии на кнопку “Пуск” на пульте управления, при этом на пульте загорается индикатор, сигнализирующий о включении процесса транспортирования.

При включении процесса транспортирования проверяется сигнал верхнего уровня транспортной ёмкости, при его отсутствии запускается процесс наполнения. Наполнение транспортной ёмкости осуществляется перетеканием при выравнивании давлений транспортной и рабочей ёмкостями.

При запуске процесса наполнения открывается клапан наполнения транспортной ёмкости, о чём сигнализирует сигнальная лампа на пульте управления. При этом система управления контролирует время появления сигналов с датчика нижнего и верхнего уровней. При отсутствии этих сигналов за контрольное время происходит аварийное отключение процесса транспортирования и индикация аварийного состояния.

При наполнении транспортной ёмкости до верхнего уровня устанавливается флаг готовности транспортной ёмкости к передаче кислоты в буферную ёмкость, после чего система управления переходит в режим ожидания сигнала с датчика среднего уровня буферной ёмкости.

При отсутствии сигнала среднего уровня в буферной ёмкости и установленном флаге готовности к передаче запускается процесс передачи из транспортной в буферную ёмкость. Для осуществления процесса передачи производится закрытие клапана сброса давления и последующее открытие клапана нагнетания давления. Процесс открытия и закрытия клапанов сигнализируется на пульте управления соответствующими лампами. После открытия клапана нагнетания давления система управления контролирует сигналы с датчиков верхнего и нижнего уровня. Если они не изменяются в течение контрольного времени, происходит аварийное отключение процесса транспортирования.

При опорожнении транспортной ёмкости до нижнего уровня происходит включение таймера на вытеснение оставшейся в ёмкости серной кислоты, по истечении, которого процесс транспортирования считается завершённым.

При окончании процесса транспортирования происходит закрытие клапана нагнетания давления, после чего через время, задаваемое таймером, открывается клапан сброса давления. При полном открытии клапана сброса давления сбрасывается флаг готовности транспортной ёмкости к передаче, запускается процесс наполнения транспортной ёмкости. Цикл работы повторяется.

Отключение процесса транспортирования осуществляется нажатием на кнопку “Стоп” на пульте управления. При этом гаснет индикатор, сигнализирующий о включении процесса транспортирования. Сигнализация аварийного состояния не включается.

Аварийные состояния, при которых осуществляется аварийное отключение:

1.      Клапан не переключился за контрольное время.

2.      Переключение на ручной режим работы.

.        Отсутствие изменения сигналов с датчиков верхнего и нижнего уровней за контрольное время при наполнении и опорожнении ёмкости.

При аварийном отключении на пульте управления гаснут индикатор включения клапанов нагнетания давления, сброса давления, наполнения, начинает мигать индикатор включения процесса транспортирования и сигнализироваться аварийное состояние.

При появлении сигналов с датчиков верхнего или нижнего уровня транспортной ёмкости на пульте управления сигнализируется аварийная ситуация. Процесс транспортирования при этом автоматически не останавливается и не запускается.

Ручной режим:

В ручном режиме процессом транспортирования управляет оператор, ориентируясь на лампы индикации расположенные на пульте. Система управления контролирует действия оператора, и в случае неверного управления сигнализирует об ошибке, но не отключает сам процесс транспортирования.

Управление процессом транспортирования осуществляется тремя переключателями:

1.      Наполнение транспортной ёмкости

2.      Сброс давления в транспортной ёмкости

.        Нагнетание давления в транспортной ёмкости

Сигнализация аварийного состояния:

Для упрощения поиска неисправностей в системе управления предусмотрена функция архивирования ошибок. В памяти контроллера сохраняется последние 10 кодов ошибок.

При возникновении аварийной ситуации при работе оборудования склада на пульте управления начинает звучать прерывистый звуковой сигнал и мигать кнопка авария. Аварийное состояние будет сигнализироваться до его отключения. Отключение аварийной ситуации осуществляется кратковременным нажатием на кнопку “Авария”.

При возникновении нештатной ситуации также осуществляется отключение процесса закачки в емкость и процесса транспортирования кислоты, если это необходимо. При этом начинает мигать индикатор включения того процесса, который был автоматически отключен. Для повторного запуска процесса необходимо нажать на кнопку “Пуск” для отключения индикации - кнопку “Стоп”.

Блок схема программы управления представлена в графической части.

.2.2 Разработка программы управления закачкой и транспортированием серной кислоты

В качестве устройства управления данном дипломном проекте выбран программируемый контроллер CJ1M-CPU11.

Программирование контроллера осуществляется на несколько модифицированном языке релейно-контактных схем, в основу которого кроме элементов релейно-контактных схем вводятся дополнительные функциональные блоки, позволяющие организовывать ветвление прикладной программы, и обмен данными по каналу связи. Также программирование может осуществляться на языке ассемблер, модифицированном для данного контроллера.

Программирование контроллера осуществляется в программной среде CX-Programmer. Это проблемно-ориентированное программное обеспечение позволяет упростить программирование путем разбиения проектов на модули, выполняющие циклические задачи и задачи прерывания.

Управляющая программа - это алгоритм управления, реализованный операторами одного из языков программирования.

Ассемблер контроллера серии CJ1M включает в себя 327 команд, разделённых в зависимости от назначения на 32 группы. Описание команд в технической документации на контроллер приводится на английском языке, поэтому в приложении к записке приводятся только те команды, которые используются для описания программы управления процессами закачки и транспортирования кислоты.

Входные и выходные сигналы имеют следующие адреса:

Модуль дискретных входов 1:

Транспортная емкость верхний уровеньCIO0000.00

Транспортная емкость нижний уровеньCIO0000.01

Емкость 1 верхний уровеньCIO0000.02

Емкость 2 верхний уровеньCIO0000.03

Буферная емкость верхний уровеньCIO0000.04

Буферная емкость средний уровеньCIO0000.05

Буферная емкость нижний уровень CIO0000.06

Клапан сброса давления закрытCIO0000.07

Клапан сброса давления открыт CIO0000.08

Клапан нагнетания давления закрыт CIO0000.09

Клапан нагнетания давления открытCIO0000.10

Клапан наполнения транспортной емкости закрытCIO0000.11

Клапан наполнения транспортной емкости открыт CIO0000.12

Сброс ошибкиCIO0000.13

Модуль дискретных входов 2 (пульт управления):

Включен автоматический режим CIO0001.00

Закачка. ПускCIO0001.01

Закачка. Стоп CIO0001.02

Транспортирование. ПускCIO0001.03

Транспортирование. СтопCIO0001.04

Нагнетание в цистерну (переключатель)CIO0001.06

Нагнетание в транспортную емкость (переключатель)CIO0001.07

Сброс давления (переключатель)CIO0001.08

Нагнетание в цистерну (переключатель)CIO0001.12

Нагнетание в цистерну (переключатель)CIO0001.13

Модуль дискретных выходов:

Нагнетание давления в цистернуCIO0002.00

Нагнетание давления в транспортную емкостьCIO0002.01

Сброс давления из транспортной емкостиCIO0002.02

Наполнение транспортной емкостиCIO0002.03

Лампа «Закачка включена»CIO0002.04

Лампа «Транспортирование включено»CIO0002.05

ЗуммерCIO0002.06

Лампа «Авария»CIO0002.07

Сетевой модуль дискретных входов:

Закачка из цистерны. СтопCIO2004.00

Транспортирование. СтопCIO2004.01

Сброс ошибкиCIO2004.02

Сетевой модуль дискретных выходов:

Лампа «Закачка из цистерны включена»CIO2000.00

Лампа «Транспортирование включено»CIO2000.01

Лампа «Автоматический режим включен»CIO2000.02

Лампа «Емкость 1. Верхний уровень»CIO2000.03

Лампа «Емкость 2. Верхний уровень»CIO2000.04

Лампа «Буферная емкость. Верхний уровень»CIO2000.05

Лампа «Буферная емкость. Нижний уровень»CIO2000.06

ЗуммерCIO2000.07

Лампа «Авария»CIO2000.08

Датчик уровня 1Н0250

Датчик уровня 1Н0300

Фрагмент программы управления представлен в графической части проекта.

.2.3 Разработка программы визуализации процесса закачки и транспортирования серной кислоты

Для решения задачи визуализации различных технологических процессов фирма “OMRON” поставляет программное обеспечение CX-Supervisor, которое представляет собой SCADA систему и позволяет достаточно быстро разрабатывать управляющую программу верхнего уровня.

Использование современных средств автоматизации и программного обеспечения одного производителя (фирмы “OMRON”) позволяет достаточно легко согласовывать эти компоненты системы управления между собой, не задумываясь об ох совместимости.

Программа CX-Supervisor представляет собой среду разработки программы верхнего уровня. Разработка управляющей программы включает в себя два этапа: на первом этапе создаются изображения линии, и картинки, изменение которых будет отображаться как анимация подвижных частей. Также на первом этапе наносятся объекты управления и отображения информации и создаются сообщения, которые будут выводиться оператору. На втором этапе создания программы верхнего уровня все объекты, отображаемые на экране, связываются с дискретными или аналоговыми входами/выходами контроллера управления складом серной кислоты. Связывание объектов осуществляется при помощи стандартных событий, которые уже написаны разработчиком SCADA системы.

Использование стандартных объектов позволяет организовать как дискетное управление объектом через различные кнопки и переключатели, так и аналоговое управление, например задание значения температуры или через перемещение ползунка регулятора. Также стандартные объекты позволяют выводить дискретную информацию в виде лампочек, или появляющихся картинок, и аналоговую - в виде гистограмм, графиков, или стрелочного прибора.

Программа CX-Supervisor позволяет также организовать страничную структуру программы верхнего уровня. Использование страничной структуры системы управления позволяет разделить выводимые на экране параметры.

Для склада серной кислоты можно предложить следующее деление на страницы:

- Страница визуализации процесса закачки

-       Страница визуализации процесса транспортирования

-       Страница журнала ошибок

Для процессов транспортирования и закачки серной кислоты не характерно регулирование большого числа параметров, поэтому разработанную программу визуализации следует рассматривать как дополнительную опцию. Кроме того разработанных устройств человеко-машинного интерфейса вполне хватает для получения полной информации о состоянии объекта и для управления объектом. В перспективе данная программа может быть встроена в общую систему участка/цеха/завода.

Программа визуализации представлена в графической части проекта.

3. Эксплуатационная документация

.1 Инструкция по эксплуатации

Назначение

Склад предназначен для приёма, хранения и последующей передачи концентрированной серной кислоты (Н₂SO₄). На предприятие кислота поступает в ж/д емкости, закачка из которой производится в емкости хранения. В случае необходимости кислота поступает в транспортную и буферную емкости, откуда происходит раздача непосредственно потребителям. Данная система хранения и передачи кислоты может применяться на различных производствах, в том числе в пищевой и химической промышленности

Состав

Данный склад серной кислоты состоит из следующих основных элементов:

)Две емкости объемом 40 м³

Эти емкости предназначены для длительного хранения кислоты. Непосредственно в них производится разгрузка кислоты из ж/д цистерны. Одна из емкостей исполняет роль основного хранилища кислоты, вторая является резервной.

)Транспортная емкость 0,4 м³

Транспортная емкость предназначена для накопления и передачи определенного объема кислоты. Заполнение происходит путем перетекания кислоты из емкостей хранения. Для передачи кислоты в емкость нагнетается избыточное давление воздуха.

) Буферная емкость.

Данная емкость располагается в непосредственной близости от потребителей, и в случае необходимости из неё производится раздача кислоты.

) Система трубопроводов кислоты.

Данная система предназначена для транспортировки кислоты между всеми емкостями склада.

) Запорная арматура

Предназначена для распределения потоков кислоты. Включает в себя запорные, трехходовые клапаны, с ручным и пневматическим приводом.

) Пневматический трубопровод и распределители.

Пневматическая система обеспечивает нагнетание давления в емкостях, а также управление запорной арматурой с пневматическим приводом.

) Датчики уровня

Благодаря датчикам уровня система управления получает информацию об уровне кислоты в емкостях.

) Система управления

Предназначена непосредственно для управления складом. Включает в себя шкафы электроавтоматики, пульты управления, видеотерминал, электромагнитные катушки-соленоиды.

Режимы работы.

Процессы закачки и транспортирования кислоты имеют два режима работы - автоматический и ручной. Полуавтоматический режим не предусмотрен.

Закачка кислоты.

Перед запуском процесса закачки кислоты из цистерны необходимо провести комплекс подготовительных мероприятий:

) Подсоединить рукав передачи серной кислоты к одному из трубопроводов, через который будет осуществляться процесс закачки кислоты в ёмкость.

) Подсоединить рукав подачи сжатого воздуха в цистерну.

) Проверить состояние запорной арматуры и при необходимости произвести его изменение.

Автоматический режим:

Для запуска процесса закачки в автоматическом режиме необходимо перевести переключатель режима в положение «Автомат» и нажать кнопку запуска процесса закачки.

Процесс будет продолжаться до тех пор пока кислота в наполняемой емкости не достигнет верхнего уровня, после чего процесс остановится. Останов процесса может быть вызван нештатной ситуацией (см. раздел Нештатные ситуации)

Для остановки процесса необходимо на жать на кнопку «Стоп»

Ручной режим:

Для запуска процесса закачки в ручном режиме необходимо перевести переключатель режима в положение «Ручной», и при помощи переключателя «Цистерна. Нагнетание давления» включить подачу сжатого воздуха в транспортную емкость. При достижении верхнего уровня наполняемой емкости, будет подан сигнал.

При необходимости закачки кислоты во вторую ёмкость провести следующие действия:

) Остановить процесс закачки.

) Произвести необходимые переключения трубопроводов и запорной арматуры

) Запустить процесс закачки.

По окончании процесса закачки отключить трубопроводы и перекрыть запорную арматуру.

Примечание:

) Пропадание сигнала о наличии серной кислоты в трубопроводе может возникнуть при опустошении цистерны, из которой осуществляется закачка. При этом через контрольное время оператору будет выдана ошибка наполнения ёмкости и процесс автоматически остановится.

) Определение наличия кислоты в трубопроводах осуществляется 4 электродами. Не прикасайтесь к трубам передачи серной кислоты во время процесса закачки, это может привести к ложному срабатыванию датчика и возникновению аварийной ситуации.

При аварийном отключении на пульте управления гаснет индикатор включении клапана нагнетания давления, начинает мигать индикатор включения процесса закачки и сигнализироваться аварийное состояние.

Примечание: Не переключайте режим работы в процессе закачки. Это может привести к нештатной ситуации. Система управления выдаст ошибку.

Транспортирование кислоты

Перед запуском процесса транспортирования кислоты необходимо проверить состояние запорной арматуры и при необходимости произвести его изменение.

Процесс транспортирования серной кислоты состоит из 3 этапов:

) Наполнение транспортной ёмкости серной кислотой

) Ожидание сигнала среднего уровня буферной ёмкости.

) Передача серной кислоты из транспортной в буферную ёмкость.

Автоматический режим:

Для запуска процесса транспортирования в автоматическом режиме необходимо перевести переключатель режима в положение «Автомат» и нажать кнопку запуска процесса транспортирования. После запуска контроллер будет автоматически поддерживать необходимый уровень в буферной емкости.

Для остановки процесса необходимо на жать на кнопку «Стоп»

Ручной режим

Для перевода процесса транспортирования в ручной режим необходимо перевести переключатель режима в положение «Ручной»

В ручном режиме процессом транспортирования управляет оператор, ориентируясь на лампы индикации расположенные на пульте. Система управления контролирует действия оператора, и в случае неверного управления сигнализирует об ошибке, но не отключает сам процесс транспортирования.

Управление процессом транспортирования осуществляется тремя переключателями:

) Наполнение транспортной ёмкости

) Сброс давления в транспортной ёмкости

) Нагнетание давления в транспортной ёмкости

При наполнении транспортной емкости клапан сброс давления и клапан наполнения должны быть открыты, клапан нагнетания - закрыт. При передаче кислоты - наоборот.

Нештатные ситуации

Аварийные состояния, при которых осуществляется аварийное отключение:

) Появление сигнала верхнего уровня в ёмкости, в которую осуществляется закачка.

2) Появление сигнала о наличии серной кислоты в обоих трубопроводах.

3) Отсутствие сигнала о наличии кислоты в трубопроводе за контрольное время.

) Переключение на ручной режим работы.

) Клапан не переключился за контрольное время.

) Переключение на ручной режим работы.

) Отсутствие изменения сигналов с датчиков верхнего и нижнего уровней за контрольное время при наполнении и опорожнении ёмкости.

При возникновении нештатной ситуации начинает мигать индикатор включения того процесса, который был автоматически отключен. Зумер подает звуковой сигнал. Для повторного запуска процесса необходимо нажать на кнопку “Пуск” для отключения индикации - кнопку “Стоп”.

Требования безопасности

Процесс хранения и передачи кислоты является очень опасным для здоровья человека и окружающей среды, т.к. кислота является очень агрессивной средой, кроме того, используется высокое давление воздуха, так же представляющее большую опасность. В связи с этим к работе допускаются люди прошедшие обязательный инструктаж по технике безопасности. После чего работник должен сделать соответствующую отметку в специальном журнале.

Техническое обслуживание

Концентрированная серная кислота является очень агрессивной средой, поэтому необходимо проводить осмотр всего оборудования, которое вступает в непосредственный контакт с кислотой (трубопроводная, запорная арматура, датчики уровня). Система управления в техническом обслуживании не нуждается. При необходимости ПЛК можно подключить к ПК для просмотра журнала ошибок.

.2 Руководство программиста

Программирование контроллера осуществляется на несколько модифицированном языке релейно-контактных схем, в основу которого кроме элементов релейно-контактных схем вводятся дополнительные функциональные блоки, позволяющие организовывать ветвление прикладной программы, и обмен данными по каналу связи. Также программирование может осуществляться на языке ассемблер, модифицированном для данного контроллера.

Программирование контроллера осуществляется в программной среде CX-Programmer. Это проблемно-ориентированное программное обеспечение позволяет упростить программирование путем разбиения проектов на модули, выполняющие циклические задачи и задачи прерывания.

Данное окно (рисунок 3.1) открывается при запуске программы.

Рисунок 3.1 - Окно CX-Programmer

Рассмотрим процесс создания нового проекта. Для создания нового проекта необходимо нажать на кнопку "Новый" (New) (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 - Создание нового проекта

Откроется окно свойств проекта (рисунок 3.3). В поле Device Name находится имя, присвоенное вами устройству, можно ничего в нем не изменять. В поле Device Type необходимо выбрать контроллер, в нашем случае это CJ1M. Далее необходимо нажать на кнопку Settings возле поля Device Type. Откроется окно конфигурации модуля контроллера (рисунок 3.4).

Рисунок 3.3 - Свойства проекта

 

Рисунок 3.4 - Окно конфигурации модуля контроллера

В этом окне необходимо выбрать тип модуля контроллера (CPU Type). В нашем случае это CPU11. Больше ничего в этом окне изменять не нужно.

Далее в окне свойств проекта (рисунок 3.3) выбирается тип протокола связи с контроллером.

Далее ОК, что подтверждает создание нового проекта.

Необходимо отметить, что после создания нового проекта становится актуальным использование горячих клавиш, список которых приведен на специальной информационной панели (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 - Панель информации

Создание программы

Конфигурация модулей контроллера

) Открыть закладку IO Table в CX-programmer (рисунок 3.6)

Рисунок 3.6. - Дерево проекта

) Задать первый модуль контроллера, выбрав его из списка (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 - Выбор модуля

) Задать конфигурацию остальных модулей.

Ввод нормально разомкнутого контакта

1) Нажать на клавиатуре (С) или выбрать на панели инструментов иконку (рисунок 3.8)

Рисунок 3.8 - Ввод НО контакта

) Выбрать в поле программирования место для контакта и ввести в появившемся окне номер входа (рисунок 3.9)

Рисунок 3.9 - Ввод номера входа

) Нажать Enter и ввести комментарии в появившемся окне (рисунок 3.10)

Рисунок 3.10 - Ввод комментария

) Нажать Enter

Ввод нормально замкнутого контакта

Нажать на клавиатуре ( / ) или выбрать на панели инструментов иконку (рисунок 3.11)

Рисунок 3.11 - Ввод НЗ контакта

Повторить пункты по аналогии предыдущие пункты.

Ввод вертикальных и горизонтальных линий

Ввод линий производится при нажатии клавиши Ctrl и перемещении курсора. Так же можно выбрать соответствующую иконку на панели инструментов (рисунок 3.12).

Рисунок 3.12 - Ввод линий связи

Ввод выходных условий (катушек)

) Нажать на клавиатуре (О) - включить выход или (Q) - выключить выход. Или выбрать на панели инструментов соответствующую иконку (рисунок 3.13)

Рисунок 3.13 - Ввод катушки

) Указать место вставки.

) В появившемся окне ввести номер выхода (рисунок 3.14).

Рисунок 3.14 - Ввод номера выхода

4) Нажать Enter и ввести комментарии (рисунок 3.15).

Рисунок 3.15 - Ввод комментария

) Нажать Enter.

Ввод инструкций

) Нажать на клавиатуре (I) или выбрать на панели инструментов соответствующую иконку (рисунок 3.16)

Рисунок 3.16 - Ввод инструкции

) Выбрать место вставки.

) Ввести параметры инструкции (рисунок 3.17)

Рисунок 3.17 - Окно ввода параметров инструкции

Для просмотра параметров и списка инструкций необходимо нажать Find Instruction после нажатия кнопки Detail (рисунок 3.18).

) Нажать Enter.

Рисунок 3.18 - Выбор инструкции

Монитор памяти

Двойным кликом по разделу «Memory», который находится в дереве проекта, вызывается окно монитора памяти. В данном окне в табличном виде представлены все области памяти контроллера.

Слева представлено дерево памяти. Двойным кликом по соответствующему разделу памяти можно вызвать таблицу, в которой подробно представлено содержимое данной области памяти.

СIO - Область памяти входов-выходов

T - Таймеры

C - Счетчики

IR - Индексные регистры

DR - Регистры данных

D - Область оперативной памяти

Онлайн-режим работы и прошивка котроллера.

Для мониторинга и прошивки контроллера необходимо подключится к контроллеру, то есть перевести его в онлайн-режим. Для этого необходимо нажать кнопку «Work online» (Ctrl+W) (рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 - Перевод контроллер в режим онлайн

После нажатия на кнопку «Work online» появится окно подтверждения перехода в онлайн-режим. Кроме того программа предложит сразу перейти в режим монитора.

Рисунок 3.20 - Панель управления прошивкой и режимами работы котроллера.

На панели управления прошивкой и режимами работы контроллера находятся кнопки, позволяющие:

Выгружать прошивку контроллера на ПК

Загружать программу в контроллер

Сравнить программу в контроллере с программой открытой в CX-Programmer

Вышеперечисленные действия только касательно отдельных задач

Переключать контроллер в режимы:

Режим программирования

Режим отладки

Режим монитора

Режим выполнения программы

После нажатия кнопки «Transfer to PLC», появится окно подтверждения перехода в режим программирования. В следующем окне необходимо выбрать компоненты, которые надо загрузить в ПЛК. После прошивки контроллера появится окно подтверждения перехода в режим монитора.

Журнал ошибок

Для просмотра журнала ошибок необходимо обратится к области памяти Н (энергонезависимая память). В ячейках памяти Н0и Н1 сохраняется код последней ошибки. Н2 - адрес текущего слова в массиве. Сам массив располагается в области памяти Н3 - Н203.

Таблица 3.1 Коды ошибок

№ ошибки	Бит	Причина возникновения
1	00	Превышено время ожидания сигнала с датчика закачки в емкость
2	01	Кислота в 2-х трубопроводах (сигнал с обоих датчиков кислоты в трубопроводе)
3	02	Верхний уровень в ёмкости 1
4	03	Верхний уровень в ёмкости 2
5	04	Произошло переключение режима закачки
6	05	Нет сигнала с датчика уровня
7	06	Превышено время наполнения до верхнего уровня
8	07	Превышено время наполнения до нижнего уровня
9	08	Превышено время опорожнения до верхнего уровня
10	09	Превышено время опорожнения до нижнего уровня
11	10	Превышено время ожидания переключения клапана наполнения (Возможно клапан неисправен)
12	11	Превышено время ожидания переключения клапана сброса давления (Возможно клапан неисправен)
13	12	Превышено время ожидания переключения клапана сброса давления (Возможно клапан неисправен)
14	13	Верхний уровень в буферной ёмкости
15	14	Нижний уровень в буферной ёмкости
16	15	Произошло переключение транспортирования.

4. Технологическое обеспечение производственного процесса

.1 Разработка маршрутного технологического карты обработки детали «заглушка»

Деталь, технологическую обработку которой нужно провести, изображена на листе графической части дипломного проекта.

Для обработки детали достаточно использовать токарную и сверлильную операции, а так же стандартный набор инструментов и приспособлений. Имеется свободный отвод и подвод режущего и мерительного инструмента к обрабатываемым поверхностям.

При разработке технологического процесса следует руководствоваться следующими принципами:

·   при обработке заготовок, полученных литьем, необработанные поверхности можно использовать в качестве баз для первой операции;

·        при обработке у заготовок всех поверхностей в качестве технологических баз для первой операции целесообразно использовать поверхности с наименьшими припусками;

·        в первую очередь следует обрабатывать те поверхности, которые являются базовыми в дальнейшей обработке;

·        далее выполняют обработку тех поверхностей, при снятии стружки с которых в меньшей степени уменьшается жесткость детали;

·        в начале технологического процесса следует осуществлять те операции, в которых велика вероятность получения брака из-за дефекта.

Технологический процесс записывается пооперационно, с перечислением всех переходов.

Можно предложить следующий порядок операций:

. Токарная операция;

. Токарная операция;

. Контрольная операция.

Для точения будем использовать токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5. Станок 16К20ФЗ является наиболее массовой моделью отечественного токарного станка. Предназначен станок для выполнения патронных и центровых токарных работ, на нем в полуавтоматическом цикле могут быть обработаны разнообразные наружные и внутренние цилиндрические, конические и криволинейные поверхности, а также нарезаны резьбы.

Устройство УЧПУ NC-201 представляет собой малогабаритное, моноблочное, одноплатное устройство для управления токарными станками типа 16К20. С количеством входов выходов не более 40/24. Включает в себя мощное программное обеспечение. Заложенный в принцип компактности сделал возможным получение в устройстве высокой надёжности и низкой цены.

При выборе инструмента учитываем:

совместимость использование вместе со станком 16К20Ф3;

размеры должны удовлетворять размеры заготовки;

при выборе режущего инструмента, материал заготовки;

Его технические характеристики станка 16К20Ф3:

Макс. диаметр обрабатыв. детали, мм400

Наибольшая длина продольного перемещения, мм900

Наибольшая длина поперечного перемещения, мм250

Диапазон скоростей вращения шпинделя, об/мин12.5-2000

Наибольшая скорость продольной подачи мм/мин1200

Диапазон скоростей подач, мм/мин

- продольная подача3-1200

- поперечная1.5-600

Дискретность перемещения, мм

- продольная подача0.01

- поперечная0.005

Мощность электродвигателя главного движения, кВт10

Масса станка, кг4000

В соответствии с порядком операций технологический маршрут обработки будет выглядеть следующим образом:

Таблица 4.1 - Технологический маршрут обработки

№	Наименование и содержание операции	Оборудование
035	Токарная. Переход 1: 1. Точить торец. 2. Точить поверхность.	Станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3С5
045	Токарная. Переход 1: 1. Точить торец. 2.Точить фаску. 3. Точить поверхность. 4.Точить фаску. Переход 2: 4. Сверлить отверстие Æ15,5 Переход 3: 1. Точить фаску Переход 3: 2. Точить резьбу.	Станок токарный с ЧПУ 16К20Ф3С5

.2 Расчёты режимов обработки детали

При назначении параметров режимов резания учитывают характер обработки, тип и размер инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Точение:

При точении и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жесткости системы СПИД принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск снимается за 2 прохода и более. На каждом последующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. При параметре шероховатости обработанной поверхности Ra = 3,2 мкм t = 0,5 … 2,0 мм; Ra ³ 0,8 мкм, t = 0,1 … 0,4 мм. Следовательно выбираем t = 1 мм.

Подача: при чистовом точении подача принимается меньше максимально допустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД, прочности режущей пластины и прочности державки. Выбираем S = 0,2 мм/об.

Скорость резания при наружном, поперечном и продольном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле:

 (21)

D - выбираем максимальный диаметр заготовки - 54 мм.

n - количество оборотов шпинделя в минуту. Учитывая тот факт, что материалом детали является полиамид, т.е. достаточно мягкая пластмасса, легко поддающаяся механической обработке, выбираем максимальную скорость 2000 об/мин.

Таким образом получаем V=340

Сверление:

Выбираем сверла спиральные из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком для станков с ЧПУ из быстрорежущей стали (ОСТ 2 И20-2 - 80). Материал режущей части инструмента Р6М5. D = 15,5 мм, l = 115 мм.

При сверлении глубина резания t = 0,5∙D.

Следовательно, Æ14: t = 0,5∙15,5 = 7,75 мм;

При сверлении Æ15,5 мм подача S = 0,2 мм/об.

Таким образом, результаты расчета можно занести в таблицу:

Таблица 4.2 - Режимы резания

Режим, выдерживаемый размер	Режим резания
	t, мм	s, мм/об	v, мм/мин	n, Об/мин
1. Точение	1	0,2	340	2000
2. Сверление	7,75	0,2	340	2000

При выборе станочных приспособлений учитывались:

вид механической обработки;

модель станка;

режущие инструменты;

тип производства.

Следовательно выбираем стандартное станочное приспособление (ГОСТ 4743 - 68).

.3 Составление РТК для операции обработки детали на станке с ЧПУ

Расчет РТК производится в следующей последовательности:

Вычерчивается деталь в прямоугольной системе координат, выбирается исходная точка О. Контуры детали, подлежащие обработке, и контур заготовки вычерчиваются с указанием всех размеров.

Намечается расположение прижимов и зон крепления детали в соответствии с выбранным типом приспособления.

Наносится траектория движения центра (эквидистанту) каждого инструмента по двум или трем координатам. Началом (и концом) траектории инструмента является исходная точка О (РО1, РО2 и т.д.). Исходная точка задается координатами относительно детали (лист ).

На траектории движения центра инструмента обозначают цифрами. Опорные точки отражают изменения траектории движения инструмента и режима обработки. В опорных точках также осуществляется проверка точности обработки программ, смена инструмента, перезакрепление заготовки и т.д. В таких точках указывают время остановки станка в секундах.

На РТК обычно наносят дополнительные данные: тип станка, наименование обрабатываемой детали, особенности заготовки и её крепления, марку инструментального материала. Информация об инструменте, режимах и времени обработки на каждом участке траектории заносится в таблицу и используется при создании операционных расчетно-технологических карт (карт кодирования), по которым формируется управляющая программа для станка с ЧПУ.

Правило построения эквидистанты инструмента:

подводить инструмент к обрабатываемой поверхности и отводить его следует по специальным траекториям для вспомогательных перемещений, предусматривая своевременный переход с холостого хода на рабочий;

недопустимы остановка инструмента (заготовки) и резкое изменение режимов обработки в процессе резания: перед этим необходимо отвести режущие кромки инструмента от поверхности резания;

длина холостых перемещений должна быть минимальной;

в случае если известна величина деформации заготовки в процессе обработки, следует ввести корректировку траектории движения инструмента.

Существует несколько схем обработки детали:

петля;

зигзаг;

спуск;

подборка.

При черновом и получистовом точении используется схема петля, при чистовом - подборка, при точении канавок - спуск.

РТК обработки втулки показана на листе 9 графической части дипломного проекта.

5. Функционально-стоимостной анализ проекта

Данный раздел дипломного проекта посвящен экономической и социальной оценке при создании автоматизированных объектов. В работе приведены прогнозированные результаты проекта, определены величины и динамики изменения основных экономических параметров проекта. Выявлены требования экономической целесообразности создания АСУТП.

Для обоснования экономической целесообразности разработки АСУТП используется функционально - стоимостной анализ. С использованием корректирующей формы функционально - стоимостного анализа производится анализ базового варианта технической системы, подвергающийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в базовом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы. При этом кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

.1 Функционально-стоимостной анализ проекта

Функционально-стоимостной анализ разработки проводится в следующем порядке:

. Построение структурной модели объекта.

Структурная модель - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Для построения структурной модели рекомендуется использовать методику логической цепочки (FAST).

Структурная модель базового варианта представлена на рисунке 4.1

. Построение функциональной модели объекта

Функциональная модель - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам их формулировки и установления порядка подчинения.

Функциональная модель также должна строиться на основе техники систематизированного анализа функций (FAST).

При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

а) линии критического пути ФМ должны соответствовать те функции, которые должны быть выполнены обязательно для реализации главной функции изделия;

б) соответствие выделяемой функции как частным целям данной составляющей объекта, так и общим целям, ради которых создается объект;

в) четкая определенность специфики действий, обуславливающих содержание выделяемой функции;

г) соблюдение строгой согласованности целей и задач, определивших выделение данной функции, с действиями, составляющими ее содержание;

д) функции верхнего уровня должны являться отражением целей для функций нижестоящего уровня;

е) сигналом к завершению построения ФМ должна являться невозможность дальнейшей дифференциации функций без перехода от функций к предметной форме их исполнения.

Построение совмещенной функционально-стоимостной модели объекта

Функционально-стоимостная модель объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия. Построение функционально-стоимостной модели осуществляется путем суперпозиции функциональной и структурной моделей объекта.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням функциональной модели (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

(5.1)

где r_ij - значимость j^ой функции, принадлежащей данному i^ому уровню функциональной модели;=1,2,...,n

n - количество функций, расположенных на одном уровне функциональной модели и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.

Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Определение относительной важности функции R

Учитывая многоступенчатую структуру функциональной модели, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня R_ij по отношению к изделию в целом:

(5.2)

где G - количество уровней функциональной модели.

В случае если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня функциональной модели, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений R_ij по каждой ветви функциональной модели (от i^го уровня до первого), проходящей через эту функцию.

Оценка качества исполнения функций Q

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

 (5.3)

где b_n - значимость n^го потребительского свойства;_nv - степень удовлетворения n^го свойства в v^ом варианте;

m - количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями:

1 показатель актуализации функций, который определяется коэффициентом актуализации:

 (5.4)

где F_п - необходимые функции;_об - общее количество действительных функций;

2 показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

 (5.5)

где F_осн - количество основных функций;_об - общее количество функций;

3 показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

 (5.6)

где F_с - функции согласования;_об - общее количество функций;

4 показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости:

 (5.7)

где F_P - количество потенциальных функций;_П - количество необходимых функций.

Учитывая (11), (10), (9), (8), выражение качества выполнения функций будет иметь вид:

(5.8)

Определение абсолютной стоимости функций

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций S_абс определяется по формуле:

S_абс=S_изг+S_экспл+S_тр+S_эн+S_проч (5.9)

где S_изг -затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя(-ей) функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала.

S_экспл - эксплуатационные затраты._тр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции._эн - энергозатраты на реализацию функции.

S_проч - прочие затраты на реализацию функции (отвод земли, изыскания, плата за загрязнение и пр.).

Определение относительной стоимости реализации функций

Относительная стоимость реализации функций S_отнF определяется по формуле:

,(5.10)

где åS_абс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта, определяется путем суммирования значений абсолютных стоимостей реализации функций;_абсFij - абсолютная стоимость реализации j^ой функции i^го уровня функциональной модели.

Таблица 2 Функционально-стоимостная модель базового объекта

Инд. ф-ии	Наименование функции	Материальный носитель функции	r	R	Q	Sабс	Sотн
f1.1	Трубопровод	Трубы из нержавеющей стали и ПВХ	0,6	0,18	0,1	100000	0,416
f1.2	Распределение потоков	Ручные и пневматические клапаны	0,4	0,12	0,07	14500	0,06
f1.2.1	Ручные трехходовые шаровые краны	Ручные трехходовые шаровые краны фирмы GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,35	0,042	0,07	5000	0,02
f1.2.2	Ручные фланцевые мембранные краны	Ручные фланцевые мембранные краны GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,35	0,042	0,05	4000	0,016
f1.2.3	Пневматические трехходовые шаровые краны	Пневматические трехходовые шаровые краны фирмы GEMU, корпус из нержавеющей стали, мембрана - PTFE	0,3	0,036	0,03	5500	0,022
f2.1	Очистка и подготовка  воздуха	Блок подготовки воздуха	0,3	0,06	0,07	3000	0,012
f2.2	Распределение потока  воздуха	Пневматический распределитель с электромагнитным приводом	0,4	0,08	0,07	3000	0,012
f2.3	Передача сжатого  воздуха	Пневматическая трубка	0,3	0,06	0,07	10000	0,04
f3.1	Получение данных  о состоянии объекта	Датчики	0,33	0,099	0,04	21500	0,089
f3.1.1	Контактный датчик уровня	Щуп	0,35	0,034	0,07	2000	0,0008
f3.1.2	Бесконтактный  датчик уровня	Ультразвуковой датчик	0,35	0,034	0,07	17000	0,07
f3.1.3	Датчик давления	Манометр	0,3	0,03	0,07	2500	0,01
f3.2	Управление системой	Устройства HID	0,33	0,099	0,07	21000	0,087
f3.2.1	Кнопочный пульт	Кнопочный пульт	0,3	0,03	0,1	2000	0,0008
f3.2.2	Устройство отображения и управления	Сенсорный терминал	0,4	0,04	0,1	17000	0,07
f3.2.3	Сигнальные устройства	Сигнальные лампы	0,3	0,03	0,07	2000	0,0008
f3.3	ПЛК	ПЛК фирмы Omron	0,33	0,099	0,07	27000	0,11
f3.3.1	Блок питания	Блок питания для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,1	5000	0,02
f3.3.2	Блок ПЛК	Контроллер серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,08	10000	0,04
f3.3.3	Блок входов	Блок входов для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,15	5000	0,02
f3.3.4	Блок выходов	Блок выходов для контроллеров серии CJ1M фирмы Omron	0,25	0,025	0,07	7000	0,03
f4.1	Фильтрационные блоки	Фильтр	0,2	0,04	0,07	10000	0,04
f4.2	Средства оповещения	Звуковая, световая сигнализация	0,2	0,04	0,07	5000	0,02
f4.3	Вентиляционные установки	Втяжные, нагнетающие вентиляторы	0,2	0,04	0,04	15000	0,06
f4.4	СИЗ	Набор СИЗ	0,2	0,04	0,07	3000	0,012
f4.5	Аптечка первой помощи	Аптечный набор	0,2	0,04	0,07	300	0,0012
F1	Передача кислоты	F1=f1.1+f1.2	0,4	0,4	0,1	111450	0,463
F2	Трубопровод пневматический	F2=f2.1	0,3	0,3	0,08	26000	0,108
F3	Система управления	F3=f3.1+f3.2+f3.3	0,3	0,3	0,15	69500	0,29
F4	Система обеспечения безопасности	F4=f4.1	0,2	0,2	0,12	33300	0,138
						240250

Путем совмещения структурной и функциональной модели строим совмещенную функционально-стоимостную модель проектируемого варианта, которая приведена на листе графической части.

5.2 Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

а) чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).представляет собой разность между приведенными к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта.

,(5.11)

где T - продолжительность реализации проекта;- порядковый номер года реализации проекта;_t - чистый денежный поток года t;- коэффициент дисконтирования в году t;

б) коэффициент дисконтирования (PV-фактор) для года t определяется по формуле:

 , (5.12)

где r - ставка дисконта.

Период реализации проекта может определяться:

периодом времени, в течение которого модернизируемый или рационализируемый объект будет амортизирован;

периодом морального износа объекта;

в) внутренняя норма доходности.Rate of Return (IRR) - это то значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

(5.13)

г) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Descounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т.е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

,(5.14)

где CF_t - поступление денежных средств от эффектов, связанных с внедрением проекта;- инвестиционные затраты.

Проект считается эффективным, если приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования (IRR > r).

Инвестиции в данный проект составляют 350000 рублей:

- на материалы (контроллер, терминал, блоки питания, шкаф управления, датчики уровня и т.д.)

-на проектирование, разработку программного и методического обеспечения

- на монтаж, прокладку магистралей, пуско-наладочные работы.

В качестве значения ставки дисконта примем 15%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам:

PV₁ = 0.87; PV₂ = 0.76; PV₃ = 0.66; PV₄ = 0.57 PV₅ = 0.5

Схема формирования чистого денежного потока представлена в таблице на листе графической части дипломного проекта.

Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод о том, что проект является эффективным, т.к. чистая приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования.

Проект окупается в промежутке между вторым и третьим годом.

Так как окупаемость считаем с дискретой в 1 год, то делаем вывод о том, что проект полностью окупается за 3 года.

6. Безопасность и экологичность проекта

Безопасность - это состояние деятельности, при котором с определённой вероятностью исключается появление нежелательных последствий.

К нежелательным последствиям относятся: ущерб здоровью и жизни человека, пожары, аварии, катастрофы и т.п. Явления, воздействия и другие процессы, вызывающие эти нежелательные последствия, называют опасностями.

Обеспечение безопасности достигается следующим:

определением риска возникновения травмоопасного воздействия в системе и снижение его значения до допустимого уровня,

применением защитных устройств и других мероприятий;

обеспечением малоотходности производства и максимальной эффективности использования энергоресурсов при выборе технического решения;

выявлением травмирующих и вредных факторов, возникновение которых потенциально возможно при эксплуатации технических средств и реализации производственных процессов в штатных и аварийных режимах работы.

.1 Обзор опасностей

Для оценки фактического состояния условий труда используются понятия опасных и вредных факторов производственной среды (а также их количественные характеристики). Опасными производственными факторами являются те, которые непосредственно представляют собой угрозу жизни человека, к их числу, прежде всего, относят движущиеся машины и механизмы, транспортно-подъемные устройства и перемещаемые грузы, подвижные элементы производственного оборудования, отлетающие частицы обрабатываемого материала, электрический ток. В то время как под вредными подразумевают факторы, оказывающие негативное влияние на здоровье человека. Среди вредных производственных факторов выделяют следующие:

химические, к которым относят вредные химические вещества;

биологические патогенные микроорганизмы, микроорганизмы-продуценты, препараты, содержащие живые клетки и споры микроорганизмов, белковые препараты;

.1.1 Электрический ток

Вероятность смертельного исхода при действии тока на организм человека очень велика. Различают два вида поражения электрическим током: электрический удар и электрическую травму.

Исход поражения от действия электрического тока зависит от следующих факторов: силы, рода и частоты тока; продолжительности воздействия; путей прохождения тока через организм человека; индивидуальных особенностей организма и т. д.

Наиболее опасен переменный ток низкой частоты (в том числе частотой 50 Гц). При силе переменного тока до 0,015 А опасности для человека нет, но уже при силе более 0,015 А возможны тяжелые последствия. За величину отпускающей силы тока принята величина 0,01 А, токи силой 0,09 - 0,1 А и выше являются смертельными.

Опасность поражения электрическим током, как указывалось выше, зависит в большой степени от сопротивления тела человека, причем разные органы имеют различное сопротивление. За расчетную величину сопротивления тела человека принимают 1000 Ом.

Степень поражения человека электрическим током во многом зависит от характера включения человека в электрическую цепь. Наиболее опасно двухполюсное включение, когда человек одновременно прикасается к двум фазам электрической цепи и оказывается под полным линейным напряжением. При однополюсном прикосновении человек подключается к токоведущим частям одной фазы действующей электросети.

К защитным мерам от опасности прикосновения к токоведущим частям электроустановок относятся: изоляция, ограждение, блокировка, пониженные напряжения, электрозащитные средства, сигнализация и плакаты.

При обслуживании и ремонте электроустановок и электросетей обязательно использование электрозащитных средств, к которым относятся: изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками, диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, калоши, коврики, указатели напряжения. Для предупреждения персонала о наличии напряжения или его отсутствии в электроустановках применяется звуковая или световая сигнализация.

Системы защитного отключения - это специальные электрические устройства, предназначенные для отключения электроустановок в случае появления опасности пробоя на корпусе.

Таким образом, системы защитного отключения обеспечивают наибольшую электробезопасность. Однако, являясь достаточно сложными электрическими устройствами с определенной надежностью срабатывания, они применяются чаще всего в сочетании с защитным заземлением и защитным занулением.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и к другим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. При этом все металлические нетоковедущие части электроустановок соединяются с землей с помощью заземляющих проводников и заземлителя.

Заземлитель - это проводник или совокупность металлических соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей или ее эквивалентом.

Защитное зануление, так же как и защитное заземление, предназначено для устранения опасности поражения электрическим током при замыкании на корпусе электроустановок. Защитное зануление осуществляется присоединением корпуса и других конструктивных нетоковедущих частей электроустановок к неоднократно заземленному нулевому проводу. Защитное зануление превращает пробой на корпусе в короткое замыкание между фазным и нулевым проводами и способствует протеканию тока большой силы через устройства защиты сети, а в конечном итоге быстрому отключению поврежденного оборудования от сети.

Защитным заземлением либо занулением должно быть обеспечено сопротивление 4 Ом, поскольку ток пойдет по пути меньшего сопротивления, то поражения электрическим током не будет.

Предупреждение возможности накопления электростатических зарядов на материалах, оборудовании и на людях осуществляют с учетом особенностей производств; с целью защиты от статического электричества предусматривается проведение на предприятии следующих мероприятий:

заземление технологических аппаратов, оборудования и трубопроводов (в том числе установкой перемычек на фланцевых соединениях трубопроводов, по которым транспортируются кислота);

обеспечение герметичности оборудования и трубопроводов;

использование в производственном процессе инструментов из цветного металла (исключается вероятность искрения);

запрещается ношение одежды из синтетических волокон, шелка, а также колец и браслетов.

.1.2 Химическая опасность

Серная кислота оказывает сильное действие на организм человека. При соприкосновении с кожей она вызывает местное .омертвение и разрушение тканей. Это объясняется ее свойством интенсивно отнимать волу, резко обезвоживая ткани.

ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II.

С серной кислотой необходимо обращаться крайне осторожно. К работе с ней следует приступать только в исправной спецодежде (суконная куртка и брюки), спецобуви (резиновые сапоги) и в резиновых перчатках, глаза должны быть защищены предохранительными очками. Необходимо иметь при себе противогаз. При смешивании серной кислоты с водой следует серную кислоту вливать в воду, а не наоборот. При попадании серной кислоты на тело или в глаза надо быстро смыть ее большим количеством воды, затем обожженную поверхность тела смочить 5%-ным содовым раствором и смазать вазелином. Избыток соды обязателен, так как при небольшом количестве ожог может усилиться вследствие выделения теплоты разбавления и нейтрализации серной кислоты раствором соды. При сильных ожогах после выполнения указанных выше мер необходимо обратиться в здравпункт. В цехе на видных местах должны быть установлены бачки с чистой водой или лучше со слабым раствором соды.

Необходимо полностью устранить опасность падения в сборники и резервуары с серной кислотой; они должны быть закрыты крышками, а там, где это невозможно по техническим условиям, тщательно ограждены.

Приточно-вытяжную вентиляцию рассчитывают с учетом ассимиляции вредных веществ в соответствии с СН 245-71 .

Воздуховоды и вентиляторы должны быть в антикоррозийном исполнении.

Обслуживающие площадки, переходы и лестницы оборудуют прочными перилами, защитными бортиками и рифлеными ступенями.

.1.3 Шум и вибрация

Шум - это совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека и мешающих его работе и отдыху.

Вибрация - это механические колебания упругих тел и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота (Гц), амплитуда (м), скорость (м/с) и ускорение (м/с). Вибрация и шум сопутствуют друг другу.

Шум, действуя на центральную нервную систему, влияет на весь организм. Под влиянием шума изменяется режим дыхания и работы сердца, повышается кровяное давление и т.д., что, в конечном счете, может привести к различным заболеваниям.

Сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма и ведет к снижению производительности труда. Шум отрицательно действует на органы слуха, обладает кумулятивным свойством, действуя на центральную нервную систему, понижая тонус и в целом - производительность труда, увеличивая число ошибок в работе.

Между шумом и вибрациями нет принципиального различия - это гармонические колебания воздуха (шум), твердых предметов (вибрация).

Колебания твердых предметов (машин, установок) передаются окружающему воздуху, и начиная с 16-20 Гц вибрации сопровождаются шумом.

Источниками шума и вибрации на производстве дрожжей являются, вентиляторы, транспортирующие системы, течение газа или жидкости по трубопроводам. Все оборудование, используемое на данном производстве, по уровню шума должно соответствовать ГОСТ 12.1003-83 СС БТ и не превышать 80 ДБА.

Контроль уровня шума должен проводиться не реже 1 раза в год. Зоны с уровнем шума выше 80 ДБА должны обозначаться знаками безопасности.

.1.4 Пожарная безопасность

Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни и здоровья людей и объектов окружающей среды.

Здание производственное, фундамент бетонный, стены, перегородки, колонны построены из кирпича, перекрытия - железобетонные. Конструкции из кирпича весьма устойчивы, так как медленно прогреваются, хорошо противостоят действию воды. При температуре 900 °С прочность их уменьшается только на 10-15 % .

Из производственного здания предусматривается наличие не менее двух эвакуационных выходов. Противопожарное водоснабжение обеспечивается непосредственно из водопровода высокого давления или хозяйственно-питьевым водоснабжением. Вдоль дороги на расстоянии не более 100 м друг от друга или не более 2 м от дороги устанавливаются гидранты.

В цехах необходимо установление светового и звукового извещателя пожарной сигнализации

.2 Прогноз ЧС техногенного характера

Стихийные бедствия, промышленные аварии, катастрофы и т.д. создают ситуации, опасные для жизни и здоровья значительных групп населения. Такие бедствия принято объединять понятием "чрезвычайные ситуации" (ЧС). В общем случае под чрезвычайными ситуациями понимают внешне неожиданную обстановку, характеризующуюся резким нарушением установившегося процесса и оказывающую значительное отрицательное воздействие на жизнедеятельность человека, функционирование экономики, социальную среду и окружающую среду.

Чрезвычайные ситуации техногенного характера связаны с производственной деятельностью человека и могут протекать с загрязнением и без загрязнения окружающей среды. К ним относятся:

аварии с выбросом или угрозой выброса радиоактивных веществ, с выбросом химически опасных веществ, биологических веществ, приводящие к химическим заражениям больших территорий, групповым поражениям людей,

а также аварии, не связанные с загрязнением окружающей среды, сопровождающиеся взрывами, пожарами, обрушениями зданий (сооружений), нарушение систем жизнеобеспечения, разрушением гидротехнических систем, нарушением транспортных коммуникаций и т.п.

Прогнозирование чрезвычайных ситуаций - метод ориентировочного выявления и оценки обстановки, складывающейся в результате стихийных бедствий, аварий и катастроф.

В отличие от прогнозирования во многих естественных науках, где оно имеет целью приспособить действия к ожидаемому, в безопасности жизнедеятельности его значение определяется степенью использования полученных данных для изменения обстановки. При этом сложность заключается в том, что требуется оценить район, характер и масштабы ЧС в условиях неполной и ненадежной информации, а на их основе ориентировочно определить характер и объем работ по ликвидации последствий ЧС.

Исходными данными для прогнозирования обстановки являются: места (координаты) Потенциально опасных объектов и запасы веществ или энергии; численность и плотность населения; характер построек, количество и вид защитных сооружений, их вместимость и другие сведения. При прогнозировании учитываются метеорологические условия, характер местности.

При прогнозировании обстановки на химически опасных объектах определяются границы зон заражения, а также возможные потери населения и ущерб наносимый объектам народного хозяйства.

Данные прогнозирования обстановки в очагах поражения обобщаются, анализируются и делаются выводы для принятия решения, связанного с организацией и ведением спасательных и других неотложных работ.

Методика ТОКСИ

Методика оценки последствий аварийных выбросов опасных веществ (далее - методика) предназначена для оценки зон распространения опасных веществ (ОВ) при промышленных авариях. Методика позволяет определить:

количество поступивших в атмосферу ОВ при различных сценариях аварии;

пространственно-временное поле концентраций ОВ в атмосфере;

размеры зон химического заражения, соответствующие различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсодозе, в том числе с учетом времени

накопления токсодозы (с учетом пробит-функции);

размеры зон дрейфа пожаро-взрывоопасных облаков, в пределах которых сохраняется способность к воспламенению, и размеры зон распространения пламени (пожара-вспышки) или детонации, появления горячих продуктов;

количество ОВ в облаке, ограниченном концентрационными пределами

воспламенения.

Методика рекомендуется для использования:

при разработке декларации безопасности опасных производственных объектов, на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ;

при разработке мероприятий по защите персонала и населения;

при разработке планов локализации и ликвидации последствий аварий, сопровождаемых выбросом ОВ.

при проектировании объектов, на которых производятся, используются, транспортируются или хранятся ОВ.

Из-за сложности расчетов целесообразно реализовать методику в виде компьютерной программы.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

.1. Настоящая методика предназначена для количественной оценки последствий аварий на опасном производственном объекте с выбросом ОВ в атмосферу. Данная методика предназначена для выбросов ОВ, плотность которых на месте выброса больше плотности воздуха при соответствующих условиях.

.2. Методика распространяется на случаи выброса ОВ в атмосферу как в однофазном (газ или жидкость), так и в двухфазном (газ и жидкость) состоянии. Соответственно облако, рассеивающееся в атмосфере, состоит либо только из газа (воздух и ОВ), либо из газа (воздух и ОВ) и жидких аэрозольных включений (капли ОВ).

.3. ОВ, рассматриваемые в настоящей методике, при нормальных условиях находятся либо в газообразном, либо в жидком состоянии. В технологическом оборудовании ОВ могут находиться как в газообразном, так и в жидком состоянии. В последнем случае ОВ может быть сжижено путем повышения давления или понижения температуры.

.4. В зависимости от агрегатного состояния ОВ в оборудовании и характера разрушения оборудования методика позволяет провести расчеты для следующих сценариев аварий (более подробно см. Приложение 1).

Для ОВ, находящегося в технологическом оборудовании в газообразном состоянии:

Сценарий 1. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. (Рисунок. 5.1)

Рис 5.1 - Мгновенное разрушение емкости с газом

Сценарий 2. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОВ в газообразном состоянии. (Рисунок. 5.2)

Рисунок. 5.2 - Разгерметизация емкости с газом

Для ОВ, находящегося в технологическом оборудовании в жидком состоянии:

Сценарий 3. Полное разрушение оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. (Рисунок 5.3)

Рисунок 5.3 - Мгновенное разрушение емкости с жидким ОВ

Сценарий 4. Нарушение герметичности (частичное разрушение) оборудования, содержащего ОВ в жидком состоянии. (Рисунок 5.4)

Рисунок 5.4 - Разгерметизация емкости с жидким ОВ

По сценариям 1 и 3 ОВ мгновенно поступает в окружающую среду; по сценариям 2 и 4 ОВ поступает в окружающую среду через отверстия площадью S в течение продолжительного времени.

Сценарии 1 и 3 применимы только к емкостному оборудованию, сценарии 2 и 4 - как к емкостному оборудованию, так и к трубопроводам.

Приведенный перечень сценариев выброса не охватывает всего разнообразия возможных ситуаций, поэтому при выборе сценария для случаев, не перечисленных выше, следует руководствоваться соображениями физического подобия процессов.

.5. При прогнозировании наибольших масштабов химического заражения и размеров зон, ограниченных концентрационными пределами воспламенения ОВ, в качестве исходных данных рекомендуется принимать:

сценарий с полным разрушением емкости (технологической, складской, транспортной и др.), содержащей ОВ в максимальном количестве;

сценарий «гильотинного» разрыва трубопровода с максимальным расходом при максимальной длительности выброса;

метеорологические условия - класс устойчивости атмосферы - F, скорость ветра на высоте 10 м - 1-3 м/с.

.6. Основными элементами расчета по настоящей методике являются:

определение количества выброшенного ОВ или производительности источника

поступления ОВ в атмосферу для конкретного сценария аварии и времени поступления ОВ в атмосферу;

определение пространственно-временного распределения концентрации ОВ;

определение пространственного распределения токсодозы;

определение размеров зон химического заражения;

определение размеров зон, ограниченных концентрационными пределами воспламенения ОВ;

определение массы ОВ в облаке, находящейся в пределах воспламенения.

.7. Исходными данными для расчета являются²:

физико-химические и токсикологические характеристики ОВ; физические характеристики воздуха;

количество и технологические параметры ОВ; параметры оборудования, в котором обращается ОВ; сценарий выброса ОВ в атмосферу;

для выброса жидкой фазы характер разлива на подстилающей поверхности и ее характеристики;

топографические характеристики территории вблизи аварийного объекта и температура поверхности, над которой распространяется выброс;

метеоусловия на момент аварии;

время экспозиции.

.8. Границы зон химического заражения ОВ рассчитываются по смертельной и пороговой токсодозам при ингаляционном воздействии на организм человека либо по пробит-функциям.

.9. При расчете рассеяния ОВ в атмосфере используется модель рассеяния «тяжелого» газа. Модель «тяжелого» газа учитывает следующие процессы:

движение облака в переменной по высоте скорости ветра; гравитационное растекание;

рассеяние облака в вертикальном направлении за счет атмосферной турбулентности (подмешивание воздуха в облако); рассеяние облака в горизонтальном направлении за счет подмешивания воздуха в облако, происходящего как за счет атмосферной турбулентности, так и за счет гравитационного растекания;

нагрев или охлаждение облака за счет подмешивание воздуха; фазовые переходы ОВ в облаке; теплообмен облака с подстилающей поверхностью. Кроме того, в методике приняты следующие допущения:

газообразное ОВ считается идеальным газом, свойства которого не зависят от температуры;

жидкое ОВ считается несжимаемой жидкостью, свойства которой не зависят от температуры;

гравитационное растекание облака ОВ учитывается с помощью эмпирической зависимости;

истечение ОВ и его испарение происходят с постоянной скоростью, соответствующей максимальной скорости истечения (испарения) (в приложении 6 указан способ, позволяющий учесть изменение скорости истечения (испарения);

разлив жидкой фазы происходит на твердой, не впитывающей поверхности; для случаев отсутствия обвалования высота слоя разлившегося ОВ принимается равной 0,05 м;

при расчете рассеяния ОВ в атмосфере используется модель рассеяния «тяжелого» газа; осаждение на подстилающую поверхность выброса ОВ и его химические превращения при рассеянии не учитываются. Основными причинами образования «тяжелых» газов являются: молекулярный вес ОВ выше молекулярного веса воздуха (29,5 г/моль), низкая температура, наличие аэрозолей.

в методике используются стандартные характеристики атмосферы и профили ветра, а также известные скорости поступления воздуха в выброс. Для описания устойчивости атмосферы используется 6 классов устойчивости - А, В, С, D, Е и F (по Пасквилу). Первые три класса соответствуют неустойчивой стратификации атмосферы, последние два - устойчивой. Класс D - соответствует нейтральной стратификации атмосферы. Метеоусловия остаются неизменными в течение времени экспозиции, а характеристики атмосферы рассчитываются согласно соотношениям раздела 3;

в методике учитывается наличие аэрозолей в выбросе и тепломассообмен с подстилающей поверхностью;

предполагается, что в течении времени распространения облака характеристики атмосферы не меняются;

в начальный момент времени в облаках (первичном и вторичных) ОВ воздухом не разбавлено;

в облаке существует фазовое равновесие газ-жидкость, это равновесие устанавливается мгновенно;

капли в облаках и пролив жидкости на подстилающую поверхность не «захолаживаются», т.е. их температура не опускается ниже температуры кипения;

при определении размеров зон, где возможно горение (или детонация) ТВС, предполагалось что горение (или детонация) могут быть инициированы в областях со средней концентрацией от 0,5 НКПВ до ВКПВ;

выброс происходит на уровне земли;

распространение выброса происходит над твердой ровной поверхностью, с которой нет обмена массой, а есть только обмен теплом;

проливы жидкой фазы имеют форму квадрата, вдоль одной из сторон которого направлен ветер; в случае если поперечные размеры пролива существенно отличаются во взаимоперпендикулярных направлениях, допускается принимать поперечный размер пролива отличным от принятого в методике;

в начальный момент времени первичное облако ОВ имеет форму цилиндра (Рисунок 5.5), а сечение вторичного облако во всех сценариях представляют собой прямоугольник (Рисунок 5.6);

фазовые переходы ОВ приводит к изменению только высоты облака.

Рисунок 5.5 - Схема рассеяния первичного облака «тяжелого» газа

Рисунок 5.6 - Схема рассеяния вторичного облака «тяжелого» газа.

.10 К ограничениям методики относятся:

методика не предназначена для прогноза рассеяния в штилевых условиях;

методика не предназначена для расчета распространения выброса внутри помещений;

методика предназначена для прогноза распространения выброса в пределах 20-30 км от места выброса;

методика предназначена для прогноза распространения выброса с массой ОВ в первичном облаке не более 500 т;

методика предназначена для прогноза распространения облаков от пролива ОВ площадью не более 250 тыс. м²;

методика не предназначена для расчета рассеяния твердых ОВ, выпадения конденсированной фазы на подстилающую поверхность и ее повторного поступления в атмосферу.

Для прогнозирования ЧС по методике ТОКСИ, используется компьютерная программа ТОКСИ+ ver. 2.2. Данная программа предназначена для расчета возможных зон поражения при авариях на химически опасных объектах и последующего нанесения этих зон на план прилегающей местности. (Рисунок 5.7)

На рабочем поле программы находится выбранный план местности. Данный план местности был взят из свободно распространяемого справочника «Дубль Гис». После добавления плана местности необходимо указать масштаб и направления ветра. После этого можно переходить к выбору расчетной методики (в нашем случае ТОКСИ).

Прежде чем производить расчёт по методике необходимо ввести исходные данные для расчёта.

Рисунок. 5.7 - Рабочее поле программы ТОКСИ +

Ввод исходных данных условно разделён на три части

.Ввод параметров аварии. - В этом разделе вводятся собственно параметры аварии, такие как сценарий, количество и характеристики ОХВ и состояние окружающей среды. (Рисунок 5.8)

.Ввод параметров истечения. - В этом разделе вводятся параметры, связанные с процессом истечения ОХВ из повреждённого оборудования, необходимые при расчётах по 2-му и 4-му сценариям. (Рисунок 5.9)

.Ввод параметров расчёта. - В этом разделе вводятся параметры, не связанные собственно с аварией, но необходимые для определения диапазонов и точности расчёта. (Рисунок 5.10)

Рис. 5.8 - Ввод параметров аварии

Рисунок 5.9 - Ввод параметров истечения.

Рис. 5.10 - Ввод параметров расчета

Параметры аварии могут быть сохранены в файле на диске и в последующем загружены из этого файла.

После ввода всех параметров можно производить расчёт.

Программа предусматривает несколько режимов расчёта, в зависимости от количества получаемых показателей.

Режим расчёта выбирается путём отметки соответствующих пунктов выпадающего меню "Расчёт".

Возможен вывод следующих результатов.

·Границы зон поражения.

·Значения в контрольных точках.

·Значения по осям координат.

·Значения по плоскостям сечения.

Кроме того, возможен выход в подсистему расчётов по диапазонам значений исходных данных.

По окончании проведения расчёта, появляется закладка, выводящая на страницу результатов расчёта.

Результаты расчёта могут быть нанесены на план местности.

Для предварительной оценки параметров наносимой на план зоны используется лист описания границ зон поражения. (Рисунок 5.11) На нём можно изменить цвет и толщину линий, обозначающих границы зон поражения, а также ввести параметры зон поражения вручную.

При нажатии на кнопку "Нанести", методика завершит работу и зоны заражения будут нанесены на план местности. (Рисунок 5.12)

При нажатии на кнопку "Отмена", методика завершит работу, ничего не нанеся на план местности.

При нажатии на кнопку "Обновить" произойдёт восстановление результатов последнего расчёта (если параметры зон были исправлены вручную).

Рисунок 5.11 - Описание границ зон поражения.

Рисунок 5.11 План местности с нанесенными зонами поражения

По результатам расчёта можно построить график изменения выбранного параметра по времени для разных контрольных точек. Для этого необходимо в выпадающем списке выбрать параметр, для которого будет строиться график. Будет отображено до 10-ти графиков для выбранных перед началом расчёта контрольных точек. (Рисунок 5.13)

График можно экспортировать в графический файл, формата WMF для последующего встраивания в документы Word, Excel и т.д.

Рисунок. 5.13 - График концентрации от первичного облака кг/см³

По результатам расчёта можно построить график изменения выбранного параметра по осям координат. Для этого необходимо в выпадающем списке выбрать параметр, для которого будет строиться график, а под выпадающим списком выбрать ось, по которой будет отслеживаться изменение параметра. (Рисунок 5.14)

Рисунок 5.14 - График суммарной токсодозы (Ось Х)

Протокол расчета по заданным параметрам приведен в приложении.

Заключение

В данном дипломном проекте была рассмотрена тема: “Проект АСУТП предприятия ООО «Саф-Нева»”. В результате проделанной работы был разработан проект автоматизированной системы управления процессами закачки и транспортирования концентрированной серной кислоты. Оборудования для реализации данного проекта было выбрано с учетом того, что ему предстоит работать в условии контакта с агрессивной средой. Был разработан пакет документации для реализации реального проекта.

В рамках проекта был разработан большой программный продукт, который реализует все необходимые и ряд дополнительных функций. Кроме этого, была разработана программа визуализации процессов закачки и транспортирования кислоты. В настоящий момент данная программа не востребована, её применение предполагается в случае ввода в эксплуатацию программы визуализации всего участка/цеха.

Особое внимание было уделено разделу, связанному с охраной труда и экологией. Был произведен общий обзор опасностей которым могут подвергнутся человек и окружающая среда, а так же была изучена специализированная программа ТОКСИ для расчета последствий выброса отравляющих веществ в атмосферу.

Благодаря разработке и реализации этого проекта удалось практически полностью исключить нахождения человека в условиях повышенной опасности связанной с возможными аварийными ситуациями. Исключение человеческого фактора из данных технологических процессов повышает надежности системы.

Экономический расчёт показывает, что окупаемость проекта составляет 3 года.

Список использованных источников

1   Модули CPU серии CJ. Руководство по эксплуатации.

2       Интерфейс RS-485. Техническая информация.

         Автоматизация типовых технологических процессов и установок / А.М. Корышин и др. - : Энергоиздат, 2013.- 432 с.

4   Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / Под общ. ред. А.С. Клюева-М.: Энергоатомиздат,2012.- 464 с.:ил.

     Чекмарёв А.А. Справочник по машиностроительному черчению/А.А. Чекмарёв, В.К. Осипов. - 4-е изд., стер. - М.:Высш.шк.,2013. - 493с.: ил.

6       Вальков В.М., Вершин В.Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами.- Л.: Политехника, 1991.-269 с

         Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / Под общ. ред. А.С. Клюева-М.: Энергоатомиздат,1990.- 464с.:ил.

         Таранов С.Т.,Макарова И.М. “Автоматизация технологических процессов и производств”. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов специальности 220301

         Мастрюков Б. С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях: Учебник для студ. Высш. Учеб. заведений / Борис Степанович Мастрюков. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 336 с.

         Бесков В. С., Сафронов В. С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебник для вузов. - М.: 1999. 472 с.: ил.

         Амелин А. Г., Яшке Е. В.

         Производство серной кислоты: учебник для проф.-техн. учеб. заведений. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Школа, 1980. - 245 с., ил.

Приложения

автоматизация программный транспортирование

Протокол расчета последствий выброса отравляющих веществ в атмосферу.

---------------------- ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ -------------------------

вещество Виртуальное ОХВ _50= 1 - пороговая токсодоза [мг*мин/л]_50= 6 - смертельная токсодоза [мг*мин/л]= 50.1 молекулярная масса = 1.3 показатель адиабаты _boil= -14.1 температура кипения жидкой фазы при давлении окружающей среды [град С]_boil= 100000 теплота испарения жидкой фазы [Дж/кг] = 960 теплоемкость жидкой фазы [Дж/кг/К] _OXB_L= 1553 плотность жидкой фазы [кг/куб. м.]

Подстилающая поверхность concerete (бетон)_down= 2220 плотность материала подстилающей поверхности [кг/куб. м.]_down= 770 теплоемкость материала подстилающей поверхности [Вт/м/с]_down= 1.42 теплопроводность материала подстилающей поверхности [Дж/кг/град]

Сценарий 4= 100000 - давление в оборудовании [Pa]= 20 - температура в оборудовании [градC]= 5 - длина участка трубы от входа до отверстия [м]_trub= 1 -диаметр трубы [м]= 1.5 - высота столба жидкости в оборудовании над уровнем отверстия [м]= 0.2 -площадь отверстия [м^2]_trub=0 - площадь сечения трубы [м^2]_liquidation= 100 - время ликвидации отверстия [с]_otsek= 10 - время отсечения аврийного участка [с]_air= 20 - температура воздуха [град.C]_down= 20 - температура подстилающей поверхности [град.C]

Пролив происходит в обваловку. = 30 площадь пролива [м^2]_kontakt= 1000 - площадь контакта жидкости с твердой поверхностью_tank= 10 - максимальная площадь поверхности жидкости в оборудовании [м^2]_gas= 10 - масса газ. ОХВ в оборудовании [кг]_liq= 76000 - масса жидк. ОХВ в оборудовании [кг]_liq_H= 1000 - масса жидк. ОХВ в оборудовании выше отверстия[кг]_trub= 1 - масса ОХВ в отсекаемом участке трубы [кг]_trub_otsek= 1 - высота столба жидкого ОХВ в трубе над отверстием [м]_liq_trub_H= 1 - масса жидк. ОХВ в аварийном участке трубы выше отверстия [кг]_gas_otsek= 1 - масса газ. ОХВ в отсекаемом участке трубы на момент отсечения [кг]_liq_otsek= 1 - масса жидкого ОХВ в отсекаемом участке трубы на момент отсечения [кг]_liq_otsek_H= 1 - масса жидкого ОХВ в аварийном участке трубы выше отверстия на момент отсечения [кг]_liq_tr= 122140 - масса жидкого ОХВ во всем аварийном участке трубы [кг]= 1 - величины шероховатости подстилающей поверхности [м]= 1 - скорость ветра на высоте 10 м [м/с]

Класс устойчивости атмосферы - инверсия_expos= 3600 время экспозиции для человека попадающего в область поражения [c]

Расчет по формуле 023 0.0822634 кг масса газовой фазы в оборудовании

Расчет по формуле 032 2.3273 кг/куб.м. плотность газовой фазы ОХВ при 1 атм и температуре кипения

Расчет по вспомогательной формуле после формулы 037 131091 Па давление насыщенных паров ОХВ при температуре ОХВ в оборудовании

Расчет по вспомогательной формуле после формулы 037 2.69599 кг/куб.м. плотности паров ОХВ при температуре ОХВ в оборудовании и давлении насыщенных паров при этой температуре

Расчет по вспомогательной формуле после формулы 037 3.05088 кг/куб.м. плотности паров ОХВ при температуре ОХВ в оборудовании и давлении насыщенных паров при температуре кипения

Расчет по формуле 038 0.169693 коэффицент К

Расчет по формуле 037 1023.18 кг/с расход в выбросе из разрушенного оборудования

Расчет по формуле 040 1439.43 кг/с скорость выброса из отсекаемого участкаq_otsek при T_boil<=T_4

Расчет по формуле 026 983.26 мм. рт. ст. давление насыщенных паров ОХВ при температуре воздуха

Расчет по формуле 047 285.648 кг/с скорость выброса, до отсечения аварийного участка, из разрушенного оборудования газа, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости

Расчет по формуле 048 285.648 кг/с скорость выброса, до отсечения аварийного участка, из разрушенного оборудования аэрозоля, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости

Расчет по формуле 042 (предварительный - только первый член) 137.06 с^0.5 время выравнивания скоростей испарения при кипении и за счет тепломассобмена с воздухом

Расчет по формуле 050 285.648 кг/с скорость выброса, после отсечения аварийного участка, из разрушенного оборудования газа, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости

Расчет по формуле 051 285.648 кг/с скорость выброса, после отсечения аварийного участка, из разрушенного оборудования аэрозоля, образовавшегося при вскипании перегретой жидкости

Расчет по формуле ____ после формулы 045 6743 с время испарения всего вылившегося

Расчет по формуле ____ после формулы 045 68931.1 с время испарения всего вылившегося после отсечения

Расчет по формуле 044 10 с время формирования первичного облака на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования до отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 045 0 с время формирования первичного облака на стадии истечения жидкости из разрушенного оборудования после отсечения аварийного участка

Расчет по правилу перед формулой 043 30 кв. м. - площадь пролива на стадии формирования первичного облака - она равна площади обваловки

Расчет по формуле 042 (окончательный) 3.30975 с^0.5 время формирования первичного облака

Расчет по формуле 057 0 с длительность выброса жидкой фазы до отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 058 0.000694717 с длительность выброса жидкой фазы после отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 041 1001 кг масса первичного облака

Расчет по правилу перед формулой 060 30 кв. м. - площадь пролива - она равна площади обваловки.

Расчет по формуле 046 571.362 кг/с расход во вторичном облаке при истечении жидкости из разрушенного оборудования.

Расчет по формуле 049 803.776 кг/с расход во вторичном облаке при истечении жидкости из разрушенного оборудования после отсечения

Расчет по формуле 052 59.5913 кг/с расход во вторичном облаке при истечении газа из разрушенного оборудования при наличии пролива

Расчет по формуле 056 0 кв. м. эффективная площадь эмиссии из разгерметизированного оборудования

Расчет по формуле 053 59.5257 кг/с расход ОХВ во вторичном облаке при истечении газа в отсутствии пролива

Расчет по формуле 054 0.0655628 кг/с расход ОХВ во вторичном облаке при испарении из пролива

Расчет по формуле 055 0 кг/с расход ОХВ во вторичном облаке при испарении из оборудования

Расчет по формуле 059 6.73626 с время испарения пролива

Расчет по формуле 062 859.193 с максимально возможное время истечения газовой фазы при наличии пролива

Расчет по формуле 061 6.73626 с длительность истечения газовой фазы ОХВ из оборудовании при наличии пролива

Расчет по формуле 064 852.457 с максимально возможное время истечения газовой фазы в отсутствии пролива

Расчет по формуле 063 83.263 с длительность истечения газовой фазы ОХВ из оборудовании в отсутствии пролива

Расчет по формуле 065 0 с длительность испарения ОХВ из пролива после окончания выброса газовой фазы из разрушенного оборудования.

Расчет по формуле 066 0 с длительность испарения ОХВ из оборудовании

Расчет по формуле 067 -1.25554 кг/куб. м. начальная плотность первичного облака

Расчет по формуле 068 4.65407 кг/куб. м. начальная плотность вторичного облака, образовавшегося при истечении жидкого ОХВ до отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 069 4.65423 кг/куб. м. начальная плотность вторичного облака, образовавшегося при истечении жидкого ОХВ после отсечения аварийного участка

Расчет по вспомогательной формуле после формулы 070 2.69599 кг/куб. м. плотность газовой фазы ОХВ в оборудовании

Расчет по формуле 070 2.18917 кг/куб. м. начальная плотность вторичного облака, образовавшегося при истечении газообразного ОХВ при наличии пролива

Расчет по формуле 070 2.18917 кг/куб. м. начальная плотность вторичного облака, образовавшегося при истечении газообразного ОХВ при отсутствии пролива

Расчет по формулам 071 2.3273 кг/куб. м. и 2.3273 кг/куб. м. начальная плотность во вторичных облаках, образующихся при испарении пролива и испарения из емкости

Расчет по формуле 072 -NAN м начальный радиус первичного облака

Расчет по формуле 073 6.24693 м начальный радиус вторичного облака, образовавшегося при истечении жидкого ОХВ до отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 073 7.4092 м начальный радиус вторичного облака, образовавшегося при истечении жидкого ОХВ после отсечения аварийного участка

Расчет по формуле 074 2.94157 м начальный радиус вторичного облака, образовавшегося при истечении газообразного ОХВ при наличии пролива

Расчет по формуле 075 2.93995 м начальный радиус вторичного облака, образовавшегося при истечении газообразного ОХВ в отсутствии пролива

Расчет по формуле 076 2.73861 м начальный размер вторичного облака, образующегося при испарении пролива

Расчет по формуле 077 0.223607 м начальный размер вторичного облака, образующегося при испарении из емкости

----------------------- РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА -------------------------

DOZA, mg*min/l; Q_gas = 0.0822634; Q_liq = 62057.9_50= 1 mg*min/l LCt_50= 6 mg*min/l, where are reached dose PCt_50_P= 5651.5, y_P= 193.848, z_P= 94.6883 _P= 193.848 at distance x= 1695.45 _P= 94.6883 at distance x= 2599.69 , where are reached dose LCt_50_L= 1908.53, y_L= 88.9271, z_L= 47.3053 _L= 88.9271 at distance x= 1221.46 _L= 47.3053 at distance x= 992.434