Технико-экономическое обоснование автоматизации

Введение.

Одним из важнейших условий дальнейшего подъема производительности труда, повышения качества выпускаемой продукции и увеличения производственных мощностей является автоматизация технологических процессов.

Предприятия перерабатывающих отраслей оснащены высокопроизводительным оборудованием и используют передовую многостадийную технологию. Для них характерны непрерывные изменения в технологии и структуре производства, широкая производственная кооперация. Закономерным следствием этого является расширение задач и функций управления, рост технической оснащенности и численного состава управленческого персонала.

Повышение производственных показателей, сокращение потерь сырья и повышение качества готовой продукции на действующих, проектируемых и реконструируемых предприятиях связано в первую очередь с повышением качества управления промышленными объектами, в том числе за счет создания и применения автоматизированных систем управления.

   Автоматизация производственных  процессов в мясной промышленности  осуществляется по двум направлениям:

1)создание автоматического оборудования и машин-автоматов, обеспечивающих протекание процесса без применения ручного труда. К такому оборудованию можно отнести котлетные и пельменные автоматы, расфасовочно-укупорочные машины и т.д.;

2) оснащение действующего и вновь разрабатываемого оборудования и технологических линий средствами и системами автоматического контроля, регулирования, сигнализации, аварийной защиты, дистанционного и программного обеспечения.

Предприятия перерабатывающих отраслей обладают специфическими особенностями, которые определяют актуальность внедрения на них АСУ:  преобладание непрерывных ТП;  переработка скоропортящегося сырья; необходимость строгого соблюдения рецептур и параметров ТП для сохранения пищевой и вкусовой ценности продукции; внедрение сложных биохимических и физико-химических методов обработки сырья.

Процесс оптимизации предполагает организацию такого управления, которое обеспечивало бы максимальное или минимальное значение критерия, характеризующего качество управления. АСУ могут различаться по типу объектов управления, характеру и объему решаемых задач, критерию управления.

Современные АСУ ТП очень разнообразны и различаются по степени автоматизации управления объектом, применяемым техническим средствам и многим другим признакам и характеристикам. Более высоким уровнем в иерархии АСУ являются АСУ производством и предприятием. Эти системы предназначены для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия в целом или его составных частей (например, цехов) на основе применения экономико-математических методов. В АСУП в качестве источника информации используются различные формы документооборота. Распространенным критерием управления для этих систем является прибыль предприятия за планируемый период. Максимизация этого критерия должна выполняться при учете остальных показателей в виде ограничений.

1. Технико-экономическое  обоснование автоматизации.

Для выполнения технико-экономического обоснования (ТЭО) следует использовать систему показателей, обеспечивающих в рамках принятого критерия разностороннюю оценку технико-экономической эффективности АСУ ТП. Обобщающими показателями технико-экономической эффективности АСУ ТП являются годовой прирост чистой продукции, годовой экономический эффект, коэффициент экономической эффективности и срок окупаемости затрат.

Экономическая эффективность автоматизации измеряется степенью уменьшения совокупного труда, затрачиваемого на производство одной единицы продукции. При автоматизации сельскохозяйственных производственных процессов стоимость капитальных затрат обычно несколько возрастает, а эксплуатационные расходы на единицу существенно сокращаются. Таким образом, эффективность автоматизации характеризуется суммарным сокращением затрат на производство единицы продукции.

Если автоматизацию какого-либо процесса можно осуществить различными вариантами, то необходимо выбрать самый эффективный, который обеспечивает более интенсивное снижение стоимости и более высокий рост производительности общественного труда.

 На технико-экономические  показатели существенно влияют  правильно сформулированные технические  требования на автоматизацию  ТП, НП: повышенные требования к точности работы автоматической системы приводят к усложнению устройств автоматически и существенному повышению капитальных и эксплуатационных затрат.

В целях выявления технико-экономической эффективности АСУ ТП проектировщик обязан провести статистическое исследование, так как показатели экономической эффективности имеют вероятностную природу и

изменяются во времени.

Достоверность результатов ТЭО обуславливается полнотой учёта причинно-следственных факторов для каждого варианта АСУ ТП и приведением показателей в сопоставимый вид.

Основными задачами ТЭО АСУ являются следующие: выявление целесообразности разработки АСУ ТП, установление максимально допустимой суммы единовременных затрат, возмещение которой возможно за счет получаемой экономии в пределах нормативных показателей экономической эффективности, выбор наилучшего варианта АСУ ТП в целом и отдельных её компонентов по экономическим критериям, оценка влияния АСУ ТП на технико-экономические показатели объекта управления.

Оценка эффективности автоматизации той или иной установки, того или иного процесса должна быть строго индивидуальной и комплексной. Она должна объективно учитывать как положительные, так и отрицательные стороны решения конкретной задачи. Таким синтезированным показателем экономической эффективности часто служит срок окупаемости капитальных вложений на автоматизацию.

Технико-экономическое обоснование и исследование эффективности АСУ проводится на следующих стадиях создания системы: техническое задание, технический проект, анализ функционирования. На каждой стадии выполняется соответствующее технико-экономическое обоснование, отвечающее как общим целям создания системы, так и конкретным задачам рассматриваемой стадии. Технико-экономическое обоснование, выполняемое на каждой стадии, может отличаться целями, исходными данными и методиками их получения, степенью укрупнения и точностью расчётов.

На стадии технического задания проводится технико-экономический анализ объекта управления в целях выявления источников и объёма производственных потерь из-за недостатков существующей системы управления, потенциально возможных резервов повышения эффективности и качества производства. Выполняется технико-экономическое обоснование целесообразности создания АСУ ТП, в том числе обоснование предварительного выбора технических средств системы, обоснование экономически целесообразной величины дополнительных единовременных затрат и сроков создания системы.

Для выполнения технико-экономического обоснования на стадии технического задания используют данные технико-экономического анализа технологических объектов производства, показатели объектов-аналогов и укрупнённые нормативы.

На стадии технического проекта уточняют показатели технико-экономической эффективности (ТЭЭ) системы в зависимости от изменений по сравнению с техническим заданием, а также источники и факторы экономической эффективности. Выполняется детальный сравнительный технико-экономический анализ, разрабатываемый АСУ ТП и её аналогов. Уточнённую экономическую эффективность рассчитывают по каждой функционально-технологической задаче и АСУ ТП в целом.

На стадии анализа функционирования АСУ ТП по отчётным и экспериментальным данным определяется фактическая технико-экономическая эффективность функционирования системы. Выполняется ТЭО развития и совершенствования функционирующей АСУ ТП. Технико-экономическое обоснование на этой стадии производится по истечении не менее года нормального устойчивого функционирования внедренной системы.

Требование создания высокоэффективных АСУ ТП может быть удовлетворено только в том случае, если каждый проектировщик научится соизмерять свои проектные решения с реальным экономическим эффектом, который будет получен от их реализации. При этом нужно учитывать специфику экономики пищевой промышленности.

3. Описание  схемы автоматизации.

В пищевой промышленности широко распространенно непрерывное охлаждение с применением холодильных установок, где хладагент – сжиженный газ (фреон) – совершает круговой процесс, при котором он после осуществления холодильного эффекта восстанавливает свое первоначальное состояние.

Применяемые хладагенты кипят при определенном давлении, зависящем от температуры. Следовательно, изменяя давление в сосуде, можно изменять температуру в сосуде, а, следовательно, и температуру в холодильной камере.

Автоматизация холодильной установки работающей на фреоне.

Компрессор I всасывает пары фреона из испарителя II, сжимает их и через маслоотделитель III нагнетает в конденсатор IV. В конденсаторе пары фреона конденсируются за счет охлаждающей воды, и жидкий фреон из конденсатора, охлажденный в линейном ресивере V, через регулирующий вентиль VI поступает в испаритель II, где, испаряясь, охлаждает промежуточный хладоноситель (рассол, ледяную воду), нагнетаемый к потребителям холода насосом VII.

Регулирующий вентиль VI служит для дросселирования жидкого фреона, температура которого при этом снижается.

Система автоматизации предусматривает автоматическое управление работой компрессора и противоаварийные защиты. Командой на автоматический пуск компрессора служит повышение температуры рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя. Для управления температурой используется регулятор температуры типа РТ-2 (10б), датчик которого 10а устанавливается на трубопроводе выхода рассола (ледяной воды) из испарителя.

При работе компрессора в автоматическом режиме функционируют следующие противоаварийные защиты: от понижения разности давлений масла в системе смазки и картере – применяется датчик-реле разности давлений РКС-ОМ5 (1); от понижения давления всасывания и повышения давления нагнетания – применяется датчик-реле давления Д220А (2); от повышения температуры нагнетания – применяется датчик-реле температуры ТР-ОМ5 (3); от отсутствия протока воды через охлаждающие рубашки – применяется реле протока РП-65 (4); от аварийного повышения уровня жидкого фреона в испарителе – применяется полупроводниковое реле уровня ПРУ-5М (7а, 7б, 8а, 8б).

При пуске компрессора в автоматическом режиме открывается вентиль с электромагнитным приводом 15кч888рСВМ (5) на подаче воды в охлаждающие рубашки и закрывается вентиль 15кч888рСВМ на байпасе.

Автоматическое регулирование уровня жидкого фреона в испарителе осуществляется полупроводниковыми реле уровня ПРУ-5М (9а, 9б), управляющим вентилем с электромагнитным приводом 15кч888рСВМ (9в), установленным на подаче жидкого фреона в испаритель.

Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого фреона в линейном ресивере осуществляется датчиком-реле давления Д220А (11).

Дистанционный контроль температуры воздуха, фреона, рассола, воды в контрольных точках холодильной установки осуществляется термопреобразователями типа ТСМ (14-18, 19а), подключенными к логометру Ш-69000 (19б).

Аппаратура контроля и управления работой компрессора расположена на пульте управления типа «Пуск», разработанном НПО «Пищепромавтоматика». Аппаратура контроля, управления и сигнализации остального технологического оборудования размещена в панелях щита управления.

4. Подбор  КИПиА

7. Техника  безопасности при работе с  оборудованием и КИПиА

Для обеспечения безопасной эксплуатации технологического оборудования и выполнения вспомогательных работ все рабочие обязаны пройти курс обучения технике безопасности. Руководители предприятий обязаны обеспечить своевременное и качественное проведение инструктажа рабочих и инженерно-технических работников по безопасным приемам и методам работы, который регулярно проводится на всех предприятиях.

С целью определения способности данного лица по состоянию здоровья заниматься обслуживанием, ремонтом, поверкой систем измерений и автоматизации и другими работами весь обслуживающий персонал обязан пройти медицинский осмотр. Повторные периодические медицинские осмотры проводятся не реже 1 раза с год, а при работе с приборами, содержащими ртуть, радиоактивные источники излучений, не реже 1 раза в 6 мес.

Выполнение работ на установках, в трубопроводах, емкостях, находящихся под давлением и в зоне высоких температур, допускается только с разрешения лица, ответственного за их эксплуатацию, после выполнения всех мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение работ технологическое оборудование и трубопроводы освобождаются и дегазируются; перекрывается запорная арматура между средствами автоматизации и технологическим оборудованием.

Работы по обслуживанию и ремонту средств измерений и автоматизации в загазованных и взрывоопасных помещениях и зонах, где возможен выход газа из аппаратов, газопроводов и т. п., должны проводиться не менее чем двумя лицами, а при проведении работ в колодцах, агрегатах, резервуарах — в дневное время с обязательным оформлением соответствующего наряда, предшествующим подробным инструктажем.

Техника безопасности при эксплуатации приборов и средств автоматизации.

Электрические приборы и средства автоматизации, приборы, устанавливаемые во взрывоопасных помещениях и наружных установках, должны удовлетворять требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Электрические приборы и средства автоматизации общепромышленного исполнения должны быть изолированы от взрывоопасных помещений. Эти приборы допускается устанавливать только внутри герметичных шкафов, продуваемых воздухом или инертным газом при избыточном давлении в соответствии с требованиями ПУЭ, с учетом выброса газов в атмосферу.

Приборы и средства автоматизации, устанавливаемые на открытом воздухе, должны быть защищены от атмосферных влияний.

Технологические цехи и участки должны быть снабжены устройствами, сигнализирующими о падении давления сжатого воздуха, предназначенного для питания приборов и средств автоматизации.

Сети сжатого воздуха для приборов и средств автоматизации должны иметь буферные емкости, обеспечивающие часовой запас сжатого воздуха для работы.

Эти требования не распространяются на установки, в которых включение компрессоров осуществляется автоматически по давлению воздуха или газа в ресивере.

При отсутствии специальных установок сжатого воздуха для приборов и средств автоматизации и снижении давления в общей сети ниже допустимого сети сжатого воздуха должны автоматически отключаться от всех других сетей посредством обратного клапана или другого автоматического устройства, устанавливаемого перед буфером.

Все электроприборы и щиты металлоконструкций подлежат заземлению в соответствии с ПУЭ независимо от подаваемого напряжения.

 В каждом цехе должен быть предусмотрен журнал для записи мероприятий (опробование, изменение установок, замена блокировочных приборов, поднятие выпавших блинкеров и снятие сигналов об изменении схемы блокировок), которые проводятся непосредственно на блокировочных устройствах, а также для записи разрешений на включение блокировочных устройств.

Техника безопасности при работе с термопреобразователями сопротивления:

- при работе с термометром запрещается прикасаться к поверхности ТС, имеющим температуру выше 50ºС;

- прибор не должен иметь механических повреждений и дефектов, влияющих на его работоспособность и метрологические характеристики;

- термометр должен быть снабжен батареей питания;

- рабочая поверхность корпуса ТС должна быть гладкой, ровной, без видимых бугров,  вмятин и следов коррозии;

Техника безопасности при работе с расходомером:

- запрещается использовать расходомеры при давлении в трубопроводе более 2,5 МПа;

- запрещается производить подключения к расходомеру, переключения режимов или замену электрорадиоэлементов при включенном питании;

- запрещается демонтаж  расходомера из трубопровода  до полного снятия давления  на участке трубопровода, где  производятся работы;

- запрещается использовать неисправные электрорадиоприборы, электроинструменты либо без подключения их корпусов к магистрали защитного заземления.

Опасными факторами для человека при работе с расходомерами являются переменное напряжение (с действующим значением до 264В частотой 50 Гц), давление в трубопроводе (до 2,5 МПа), температура рабочей жидкости (до 150 °С), другие факторы, связанные с профилем и спецификой объекта, где производится монтаж.

Требования пожарной безопасности к устройству и расположению помещений для щитов автоматизации.

Помещения для щитов автоматизации следует размещать 
в отдельно стоящих зданиях, но в зависимости от технологического процесса и его компоновочного решения эти помещения могут пристраиваться к помещениям с производствами категорий А, Б, Е или располагаться в пристройках к подсобно-производственным помещениям. При этом помещения для щитов автоматизации должны удовлетворять следующим требованиям:

а) иметь не более одной стены, смежной с помещениями производств категорий А, Б, Е;

б) иметь самостоятельные выходы на улицу, лестничную клетку, в коридор или в другое помещение невзрывоопасного производства;

в) осуществлять связь с производственными помещениями 
только через тамбур-шлюз, имеющий устройство для самозакрываний. В тамбуре-шлюзе необходимо обеспечить гарантированное избыточное давление. Подачу воздуха в тамбуры-шлюзы следует предусматривать не менее чем от двух приточных установок или от одной системы с резервным агрегатом;

г) иметь гарантированный подпор воздуха от постоянно действующих вентиляционных систем;

д) помещения не должны располагаться над и под помещениями производств категорий А, Б, Е, под душевыми, санузлами, под производственными помещениями с мокрым технологическим процессом, под приточными вентиляционными камерами;

е) устройство каналов и двойных полов на нулевой отметке 
не рекомендуется. При необходимости их устройства дно каналов или двойного пола должно быть на 0,15м выше пола смежного помещения взрывоопасного производства;

ж)  при возможности затекания в помещение жидкостей, участвующих в технологическом процессе, пол помещения щитов автоматизации должен быть поднят над уровнем пола смежного помещения взрывоопасного производства не менее чем на 0,15 м или вход в помещение щитов автоматизации должен быть огражден сплошным влагонепроницаемым бортом 
высотой не менее 0,14 м;

з) окна в помещении щитов автоматизации должны быть не открываемыми;

и)  расстояние от окон и дверных проемов помещения взрывоопасных производств до окон и дверных проемов помещений щитов автоматизации должны быть не менее 10 м; если это расстояние меньше 10 м, следует предусматривать тамбуры-шлюзы, обеспеченные подпором воздуха в соответствии с подпунктом «в».

Отдельно стоящие помещения управления, щитов автоматизации должны располагаться на расстоянии не менее 10 м от закрытых производственных зданий и открытых установок категорий А, Б, Е.

Полы в помещениях щитов автоматизации должны быть теплыми и неэлектропроводными.

Запрещается вводить в помещение щитов автоматизации пожарные водопроводы, а также устанавливать шкафы для пожарных кранов и рукавов. В качестве средств пожаротушения в этих помещениях следует применять углекислотные и порошковые огнетушители.

Электрическое освещение, расположенное за  щитами, должно обеспечивать нормальную освещенность всех деталей щита. Светильники  должны  иметь индивидуальные выключатели. За   щитами  должны  быть установлены  штепсельные  розетки. В   помещении   щитов   автоматизации   следует   использовать воздушное отопление (паровое не допускается).

В помещениях щитов автоматизации, особенно при наличии в них счетно-решающих устройств, рекомендуется применять установки для кондиционирования воздуха.

Не допускается прокладка через помещения управления любых транзитных материалопроводов.

5. Выбор  щитов и компоновка приборов  на щите.

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них КИП, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линий связи между ними.

Щиты и пульты устанавливаются в производственных или специальных щитовых помещениях – диспетчерских операторских пунктах.

Щиты шкафные и панельные выпускают двух модификаций, различающихся по числу лицевых панелей в одной секции. Щиты исполнения I имеют в каждой секции две лицевые панели, щиты исполнения II — три. При проектировании щитов СА ТП рекомендуется в первую очередь применять щиты исполнения II. Фасадные панели этого исполнения наиболее технологичны в изготовлении благодаря минимальным размерам и применению автоматизированного процесса изготовления.

При проектировании систем автоматизации рекомендуется применять: в производственных помещениях щиты шкафные одиночные и многосекционные с задними дверями, а также малогабаритные; в щитовых помещениях эти же щиты используются для установки аппаратуры при наличии особых условий (например, при установке аппаратуры с открытыми токоведущими частями); в диспетчерских и операторских помещениях щиты панельные с каркасом; в щитовых и производственных помещениях пульты в качестве устройств для размещения аппаратуры управления и сигнализации.

Под приборами и аппаратурой в стандартных рамках выполняют поясняющие надписи. На внутренних плоскостях щитов, дверях малогабаритных щитов размещают электро- и пневмоаппаратуру, изделия для монтажа электрических и трубных проводок.

 Основным техническим  документом на щиты и пульты  управления является чертеж общего вида. Он содержит вид спереди, вид на внутренние плоскости, таблицу надписей, перечень составных частей.

Щиты и пульты управления предназначены для размещения на них технических средств автоматизации: измерительных приборов, аппаратуры управления, сигнальных устройств, вспомогательной аппаратуры (например, фильтры и редукторы для сжатого воздуха), линий связи между ними (электрическая, и трубная коммутация) и т. п.

Щиты и пульты устанавливают в производственных цехах  или в специальных помещениях. Шиты и пульты управления следует размещать в помещениях с температурой окружающей среды от 30 до 50°С при относительной влажности воздуха не более 80%. В помещении недопустимо наличие вибрации агрессивных газов и паров. Если щиты и пульты предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности, высоких температур, а также при наличии агрессивной среды, то при согласовании проектной документации с заводом-изготовителем их изготовляют в специальном исполнении.

Щит  шкафной  –  шкаф с  установленными  на  унифицированных монтажных конструкциях,  поворотной   или   стационарной   раме электрической аппаратурой  и  арматурой,  а  также  с  электрической   и  трубной   проводками, подготовленными  к  подключению  внешних  цепей  и  приборов,  размещаемых  на  объекте.  Кроме шкафных   щитов   в  соответствии с  ОСТ 36.13—76    изготовляют щиты панельные с каркасом.

Для данной установки применяется шкафной полногабаритный щит.

Приборы и средства автоматизации, устанавливаемые на фасадах щитов, рекомендуется размещать на следующих расстояниях (в мм) по высоте (от основания щита):

- показывающие приборы и сигнальная арматура 1000 – 1650;

- регистрирующие приборы на оперативных щитах 1100-1700  с приставными пультами;

- аппаратура управления (переключатели, ключи и 700-1500 кнопки управления);

- регистрирующие приборы на оперативных щитах 900-1900 без приставных пультов;

При компоновке электро- и пневмоаппаратуры внутри щитов надо обеспечить удобство монтажа и эксплуатации.

Установку аппаратуры внутри щитов рекомендуется выполнять на следующих расстояниях (в мм) от основания щита:

- источники питания, пускатели, ревуны 1700-1975;

- выключатели, предохранители, автоматы, розетки 700-1700;

- реле 600-1900;

- аппаратура пневмопитания 300-700;

- функциональные блоки, регуляторы, преобразователи 600-1900;

- переборочные соединения 500-1975;

- сборки коммутационных зажимов 350-800.

На данном шкафном полногабаритном щите расположены приборы: