В.Г. Каширских Программа и методические указания

20

технические требования определяют структуру, функции и эффективность проектируемой системы автоматизации. Поэтому к их формированию необходимо отнестись с большой ответственностью.

Рекомендуется выделить три группы требований:

а) функциональные требования; б) конструктивные требова-

ния;

в) требования надежности и эффективности системы.

Впервую группу записывают требования, отражающие функции системы автоматизации по контролю, регулированию, сигнализации, защите, блокировке, управлению дискретными операциями и пускомостановом объекта, диагностике. При этом указывают диапазоны изменения контролируемых параметров, заданные значения и показатели качества регулирования по соответствующим параметрам, порядок следования и длительности дискретных технологических операций, пороговые значения параметров сигнализации и защиты, критерии оптимального управления, структуру системы управления.

Во вторую группу записывают требования, отражающие конструктивные особенности элементов системы управления: а) приспособленность к заданным параметрам среды функционирования (взрыво- и (или) пожаробезопасное исполнение, защищенность от пыли и влаги, вибро- и (или) помехоустойчивость и т.д.); б) компоновка приборных панелей и пультов управления, обеспечивающая комфортные условия работы операторов; в) блочно-модульное исполнение; г) микропроцессорная реализация управляющих устройств и т.п.

Втретью группу записывают обоснованные значения показателей безотказности функционирования системы (или узла) управления (наработки на отказ, вероятности безотказной работы в течение года) и срока окупаемости капитальных затрат на автоматизацию объекта.

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ. Этот раздел является творческой частью проекта. Рекомендуется

выделить в нем следующие подразделы: Функциональная схема системы автоматизации.

Автоматическое регулирование технологических параметров. Автоматизация управления пуском-остановом объекта и последо-

вательностью технологических операций. Автоматическая блокировка, защита и сигнализация. Электропитание средств автоматизации.

Расчет надежности.

21

Монтаж и наладка. Конструктивные разработки.

Состав подразделов, их наименование могут изменяться в зависимости от темы по согласованию с руководителем проекта. Содержание рекомендуемых подразделов раскрывается ниже.

Функциональная схема системы автоматизации (ФСА) являет-

ся важнейшим техническим документом, определяющим функциональную структуру и состав технических средств проектируемой системы управления.

ФСА составляется на основе технических требований, изложенных в разделе 3. При разработке функциональной схемы решаются вопросы выбора технических средств автоматизации (СА) для реализации заданных функций контроля, управления и регулирования, разработки новых СА в случае отсутствия типовых, размещения СА на пультах, щитах, технологическом оборудовании, представления информации обслуживающему персоналу. Составляется спецификация приборов и СА.

Технологическое оборудование при разработке ФСА изображается упрощенно. Однако изображенная таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ 21.404-85.

При проектировании простейших систем автоматизации ФСА может быть заменена структурной схемой, на которой объект управления и функциональные блоки изображают прямоугольниками, а их связи - стрелками с обозначением измеряемых параметров объекта, входных и выходных сигналов блоков.

ФСА при необходимости дополняются алгоритмами функционирования объекта управления и средств автоматизации.

Автоматическое регулирование технологических параметров.

Такая задача возникает при наличии в проектируемой системе автоматизации необходимости стабилизации и (или) оптимизации режима работы объекта управления. В данном подразделе необходимо определить критерий управления, обосновать выбор регулируемых величин и регулирующих воздействий, произвести математическое описание системы автоматического регулирования (САР), представить ее структурную (алгоритмическую) схему, определить закон регулирования, рассчитать

22

параметры настройки регулирующего устройства, обеспечивающие устойчивость и требуемые показатели качества процесса регулирования, составить принципиальную схему САР. Исследование переходных процессов в САР рекомендуется выполнять методом моделирования на ЭВМ.

При разработке принципиальной схемы (ПС) САР производится обоснование и выбор ее элементов (тех, которые не были выбраны в п. 4.1), выполняются необходимые расчеты по согласованию элементов по уровню и мощности сигналов, описывается работа ПС, приводится спецификация (перечень) ее элементов. ПС выполняют в соответствии с требованиями государственных стандартов.

Виды, структурные схемы САР и ПС регулирования определяются руководителем проекта.

Автоматизация управления пуском-остановом объекта и последовательностью технологических операций. Управление пуском-

остановом объекта решает задачу ввода-вывода в действие, т.е. в каком порядке и с помощью каких средств включается в работу и при необходимости отключается основное и вспомогательное технологические оборудование.

Если технологический процесс является дискретным (циклическим), то возникает задача автоматического управления последовательностью его операций во времени и (или) в зависимости от выполнения определенных логических условий.

В этом разделе должны быть обоснованы и представлены алгоритмы управления пуском-остановом объекта и последовательностью технологических операций, программы их реализации на управляющих устройствах, выполненных на базе средств вычислительной техники (УВМ, программируемые контроллеры), составлены соответствующие принципиальные схемы, например схемы автоматического пуска, дистанционного управления приводами рабочих машин, задвижек и т.п., приведены спецификации элементов и описана работа ПС.

Виды, алгоритмы, программы и ПС автоматического управления определяются руководителем проекта.

Автоматическая блокировка, защита и сигнализация. В этом подразделе определяются виды, способы и технические средства защиты, блокировки и программы их реализации на базе программируемых либо аппаратных средств, составляются соответствующие принципиальные схемы.

23

Системы блокировки и защиты оборудования строятся на основе оценки возможных аварийных ситуаций, выбора параметров, которые можно использовать для прогнозирования аварий, определения уставок (настроек) защиты, представляющих собой предельно допустимые значения выбранных параметров, и воздействий на объект, предотвращающих аварии (отключение оборудования, прекращение подачи вещества, включение резервных аппаратов и т.п.).

Система сигнализации должна представлять оперативному персоналу информацию о: а) пуске объекта (предпусковая сигнализация); б) состоянии и положении элементов технологического оборудования (электродвигатель включен, задвижка закрыта и т.д.); в) достижении контролируемыми параметрами заданных значений (технологическая сигнализация); г) срабатывании защит (аварийная сигнализация).

Виды защиты и сигнализации и ПС, подлежащие разработке в проекте, определяются руководителем проекта.

Электропитание средств автоматизации. В этом подразделе разрабатывается схема электроснабжения приборов, аппаратов, регулирующих устройств, электроприводов исполнительных механизмов, задвижек и т.п. Проектирование системы электропитания включает в себя решение следующих вопросов:

выбор напряжения и схемы электропитания; автоматическое включение резерва;

выбор аппаратов управления и защиты схемы электропитания (пускателей, автоматических выключателей, предохранителей и т.п.);

выбор сечений проводов и жил кабелей.

Руководитель проекта может принять решение об исключении подраздела 4.5 Электропитание средств автоматизации. Однако, в этом случае, становится обязательным выполнение раздела 5 Электроснабжение.

Схема электроснабжения выполняется в соответствии с требованиями государственных стандартов, Правил устройства электроустановок.

Расчет надежности. В этом подразделе выполняется оценка надежности разработанной системы автоматизации, если она проста, либо ее отдельного узла (по согласованию с руководителем проекта). Анализ надежности осуществляется на основе разработанных принципиальных схем с учетом условий эксплуатации: температуры, нагрузки, вибраций и др. В результате расчета надежности должны быть определены два

24

показателя: а) среднее время безотказной работы системы (узла); б) вероятность безотказной работы системы (узла) в течение года (8000 ч). Расчетные показатели должны быть сопоставлены с заданными в разделе 3 значениями и в случае необходимости нужно предложить меры по обеспечению требуемого уровня надежности.

По заданию руководителя на стадии анализа альтернативных вариантов функциональных схем системы автоматизации могут быть проведены ориентировочные расчеты (без учета условий работы) для оценки структурной надежности вариантов системы или ее узлов.

Монтаж и наладка. В этом подразделе излагаются рекомендации по монтажу и наладке проектируемой системы (узла) автоматизации. По согласованию с руководителем проекта составляются в соответствии с требованиями ГОСТов электромонтажные схемы: а) схемы соединений - схемы внешних связей устройств системы; б) электромонтажная схема пульта или щита автоматики. Производится краткое описание составленных электромонтажных схем.

Наладка предусматривает описание комплекса работ по проверке и настройке средств автоматизации, заданных руководителем проекта.Конструктивные разработки. Содержание конструктивных разработок определяется руководителем проекта. Результатом конструктивных разработок могут быть: а) монтажные чертежи установок и средств автоматизации (датчиков, приводов и др.) на технологическом оборудовании; б) конструкторские чертежи на изготовление элементов (узлов) автоматической системы, пультов управления, взрывобезопасных электроаппаратов или станций управления и т.п.; в) экспериментальный образец (макет, модель) элемента (узла) или системы автоматизации, действующий лабораторный стенд.

РАЗДЕЛ 5. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ.

В этом разделе разрабатывается система электроснабжения мощных потребителей электроэнергии на объекте автоматизации. К таким электроприемникам можно отнести: а) электроприводы рабочих машин (экскаваторов, буровых станков, конвейеров, питателей, смесителей, подъемников, насосов, вентиляторов, компрессоров и др.); б) осветительные установки; в) установки электролиза и др.

Проектирование системы электроснабжения включает в себя решение следующих вопросов:

выбор расчетной схемы электроснабжения объекта;

25

определение расчетных нагрузок и выбор мощности силового трансформатора;

выбор сечения приводов и жил кабелей; расчет токов короткого замыкания и выбор аппаратов защиты и

управления; определение уставок защит.

Руководитель проекта может принять решение об исключении раздела 5. Однако в этом случае обязательно выполнение подраздела 4.5. Электропитание средств автоматизации.

РАЗДЕЛ 6. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА.

Вэтом разделе излагаются основные мероприятия по охране труда

итехнике безопасности при монтаже и эксплуатации электрооборудования и средств автоматизации, созданию нормальных условий труда, индивидуальной защите, пожаро- и электробезопасности, по спасению людей и ликвидации аварий на объекте.

РАЗДЕЛ 7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ.

Основной целью автоматизации производства является увеличение его экономической эффективности. В общем случае автоматизация производственных процессов позволяет:

повысить эффективность использования технологического оборудования, увеличить производительность установок и получить за счет этого экономию на условно-постоянных расходах;

сократить затраты живого труда за счет высвобождения части обслуживающего персонала, особенно на вспомогательных процессах;

снизить материально-энергетические затраты; увеличить выход целевого продукта за счет регулирования основ-

ных технологических параметров и стабилизации их на значениях, близких к оптимальным;

увеличить межремонтные сроки работы оборудования и получить экономию средств, расходуемых на ремонтные работы;

улучшить качество выпускаемой продукции и получить за счет этого экономию в смежных производствах и отраслях, использующих эту продукцию в качестве сырья;

сократить потери сырья и целевой продукции; получить экономию в народном хозяйстве за счет сокращения ка-

питаловложений в строительство новых мощностей отрасли, соответст-

26

вующих по производительности приросту продукции, обеспечиваемому автоматизацией;

улучшить условия труда и техники безопасности; очистить окружающую среду от вредных для всего живого про-

дуктов.

В разделе 7 производится экономическая оценка принятых решений при разработке системы автоматизации. При этом должны быть решены следующие вопросы:

а) определены источники эффективности разработанной (новой) системы автоматизации по сравнению с базовой системой, описанной в разделе 1. Должны быть представлены обоснованные количественные оценки источников эффективности, например роста производительности технологического оборудования, экономии энергии, материалов и затрат живого труда, повышения качества продукции и т.п.;

б) рассчитаны показатели экономической эффективности системы автоматизации:

капитальные затраты на средства автоматизации, монтаж и наладку системы;

экономия эксплуатационных расходов; годовой экономический эффект;

срок окупаемости капитальных затрат на автоматизацию.

Для определения капитальных затрат на реализацию системы автоматизации составляется смета (таблица) на средства автоматизации, монтажные и пуско-наладочные работы. Для расчетов используются прейскуранты и каталоги оптовых цен, ценники на монтаж оборудования, расценки наладочных организаций.

Экономию эксплуатационных расходов рекомендуется рассчитывать, анализируя снижение (увеличение) затрат по статьям себестоимости выпускаемой продукции (материалы, энергия, зарплата и т.д.) вследствие внедрения в производство новой системы автоматизации. Чаще всего несовершенство существующих систем автоматизации приводит к снижению качества выпускаемой продукции, уменьшению выхода годной продукции, увеличению брака и отходов и т.п.

Существует ряд методик определения показателей экономической эффективности от использования новой техники в различных отраслях промышленности. Для расчетов в проекте рекомендуется пользоваться соответствующими методиками в зависимости от принадлежности объекта автоматизации к той или иной отрасли экономики.

27

В качестве примера ниже приводится методика определения ожидаемого годового экономического эффекта и срока окупаемости от внедрения системы автоматизации, обеспечивающей прирост годового объема реализуемой продукции.

Годовой экономический эффект определяется по формуле

Эг = 100α П +∆СА2 −ЕнКа,

где α - коэффициент прироста годового объема реализуемой продук-

ции, %, α = А2 − А1 100% ; А1, А2 - годовой объем реализуемой продук-

А1

ции до и после внедрения новой системы управления, в натуральных единицах; П - годовая прибыль от реализации продукции до внедрения новой системы, р.; ∆С - снижение себестоимости единицы продукции вследствие внедрения новой системы, р./ед; Ка - капитальные вложе-

ния на создание новой системы автоматизации, р.; Ен = (0,2-0,3) - нор-

мативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.

Срок окупаемости капитальных затрат на автоматизацию

Ток = Ка ≤ 1

Эг Ен

не должен превышать 3-5 лет. В противном случае разработанная система автоматизации считается экономически нецелесообразной, т.е. должны использоваться другие варианты ее построения. В отраслевых методиках приводятся также расчеты показателей экономической эффективности от внедрения систем автоматизации повышающих: а) безопасность работ (снижение числа аварий) и сокращение затрат на устранение их последствий; б) надежность функционирования объекта (сокращение количества отказов и, как следствие, затрат на их устранение, потерь от простоев технологического оборудования).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В заключении излагаются основные результаты проекта, даются рекомендации по их использованию и дальнейшему совершенствованию систем автоматизации.

4.2.2 Графический материал проекта

Графическая часть проекта, наряду с необходимыми графиками, схемами и чертежами в пояснительной записке, должна содержать 7-8

28

листов формата А1. Перечень листов и их содержание определяются руководителем проекта. Рекомендуется следующий перечень графического материала:

технологическая схема с перечнем типов технологического оборудования;

чертежи основного технологического оборудования (общий вид) со средствами автоматизации, поставляемыми комплектно;

планы расположения технологического оборудования (ТО), средств автоматизации и проводок (чертежи помещений с указанием расположения ТО, средств автоматизации, пультов (щитов) управления);

структурная схема существующей системы автоматизации; технологические карты, циклограммы, грузопотоки, нагрузочные

диаграммы, тахограммы и другие характеристики объекта управления; обзорный материал (блок-схемы, алгоритмы, устройства, аппаратура системы), иллюстрирующий известные мировой науке и технике способы и технические средства автоматики, которые могут быть использованы для создания новой системы автоматизации в соответствии

с темой проекта; функциональная схема разработанной (новой) системы автомати-

зации, алгоритмы и программы ее работы; принципиальные электрические (гидравлические, пневматиче-

ские) схемы новой системы (узлов) автоматизации; схема электроснабжения объекта и средств автоматизации;

электромонтажные схемы соединений (внешних проводок), пультов (щитов) автоматики для разработанной системы автоматизации;

чертежи конструктивных разработок проекта.

5 ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ПРОЕКТА (РАБОТЫ)

5.1 Оформление пояснительной записки 5.1.1 Пояснительная записка (ПЗ) к дипломному проекту может

быть рукописной или машинописной. Текст располагается на одной стороне листов формата 297х210 через 1,5 интервала. Материал в ПЗ располагается в следующем порядке:

титульный лист; задание на проектирование; календарный план;

29

содержание с указанием введения, разделов и подразделов, заклю-

чения, списка литературы, приложений;
введение;
содержательная часть (разделы проекта);
заключение;
список использованных источников;
приложения.
Каждый раздел должен начинаться с новой страницы.	5.1.2

Текстовый материал ПЗ излагается в соответствии с требованиями ГОСТа 2.105-95. Текст ПЗ должен быть изложен грамотно, кратко, четко и не допускать различных толкований. Должны применяться на- учно-технические термины, обозначения и определения, установленные соответствующими стандартами, а при их отсутствии - общепринятые в научно-технической литературе. 5.1.3 Не допускается сокращенная запись слов, кроме общепринятых: т.д., т.е., т.п. и др. При использовании сокращений, например: Д - датчик, САУ - система автоматического управления и т.п. либо составляется их перечень, который располагается в ПЗ перед введением, либо обозначение термина приводится в тексте записки в скобках после его первого упоминания, например: «датчик (Д)», «система управления (СУ)» и т.д. 5.1.4 Все рисунки, таблицы и уравнения должны иметь нумерацию, привязанную к соответствующему разделу. В тексте записки обязательны ссылки на имеющиеся рисунки, таблицы и уравнения и их пояснения. Иллюстрации и таблицы должны иметь наименование. 5.1.5 Обязательна ссылка в тексте на материал, заимствованный из литературных источников, например, «в работе [3]…», «по данным литературы [5]…» и т.п. 5.1.6 Уравнения (формулы) следует выделять в тексте свободными строчками. Пояснение значений символов формулы следует приводить непосредственно под ней. Формулы должны быть написаны тщательно и разборчиво: четко должны обозначаться прописные и строчные буквы, надстрочные и подстрочные индексы и показатели степени. 5.1.7 Преимущественно должна применяться международная система единиц (СИ). При необходимости допускается применение системы СГС. 5.1.8 Листы ПЗ оформляются рамкой согласно рисунку 1. Заглавный (первый) лист ка-

ждого раздела оформляется штампом согласно рисунку	2, а все дру-
гие листы - штампом, представленным на рисунке 3.	Графы штам-

пов заполняются следующим образом: а) в графе 1 записывается наименование раздела, например «Характеристика объекта автоматиза-