1. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящей выпускной квалификационной работе использованы
ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 1.5-2012 Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты национальные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения.
ГОСТ Р 7.0.4. -2006 СИБИД. Издания. Выходные сведения. Общие требования и правила оформления.
ГОСТ Р 7.0.5-2008 СИБИД. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления.
ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.303-68 Единая система конструкторской документации. Линии.
ГОСТ 2.304-81 Единая система конструкторской документации. Шрифты чертежные.
ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.
ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.2.007.3-75 ССБТ. Электротехнические устройства на напряжение свыше 1000 В. Требования безопасности.
ГОСТ 21.404-85 Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.
ГОСТ 34.201-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.
ГОСТ 25298-82 Установки компактные для очистки бытовых сточных вод. Типы, основные параметры и размеры.
?
2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
2.1 Краткая характеристика предприятия
На рассматриваемом предприятии длительное время не проводилась актуализация технических средств на участке очистки сточной воды. Используется устаревшее оборудование, которое на сегодняшний день не справляется с полным объемом перерабатываемой воды, что тормозит остальные производственные линии. Также из-за недостаточного уровня качества очищенной воды ее приходится отправлять на повторную очистку. Ставится задача изучить предлагаемую систему очистки сточной воды и создать автоматизированную систему, которая должна справляться с полным объемом воды и поддерживать необходимый уровень качества очистки.
2.2 Описание технологического процесса
Процесс очистки сточной воды подразделяется на несколько этапов:
1) Очистка воды от крупных частиц в отстойнике
Для разделения неоднородных систем используется отстойник непрерывного действия. Вода подается в отстойник, где происходит осаждение шлама, который непрерывно примешивается и взбалтывается, поступая к центральному разгрузочному отверстию, расположенному на дне аппарата. Шлам автоматически удаляется по трубам в шламоприемник, а осветленная вода через желоб поступает дальше на очистку.
На данном этапе необходимо отслеживать уровень воды в камере отстойника и расход воды на входе и выходе отстойника.
2) Очистка воды с помощью флотационной установки
Очистка воды во флотационной установке происходит с помощью воздуха, который должен поступает в камеру под давлением от 0,6 до 0,8 МПа и работы импеллера расположенного на днище камеры. Импеллер должен вращается со скоростью 50-60 оборотов в минуту. Таким образом, импеллер увлекает пузырьки воздуха, которые слипаются с взвешенными в воде частицами, образуя пену. Скопившаяся на поверхности воды пена отводится через желоб в камеру для флотошлама. Чистая вода поступает камеру для осветленной воды.
Камера для осветленной воды обеспечивает непрерывность процесса очистки, даже если источник временно не потребляет воду.
2.3 Описание предлагаемого решения
Автоматическое управление технологическим процессом осуществля¬ется с помощью программируемого логического контроллера фирмы ОВЕН ПЛК 160 (Рис. 1.1.).
Рис. 1.1. Программируемый логический контроллер фирмы ОВЕН ПЛК 160
Сбор информации от датчиков осуществляется модулем ввода.
Сбор информации от остальных датчиков осуществляется модулем дискретного ввода-вывода. Этот же модуль управляет исполнительными уст¬ройствами.
Микроконтроллер отслеживает и регистрирует состояние системы и поддерживает регулируемые величины в заданных диапазонах, обеспечивая соответствующий уровень очистки. Оператор обеспечивается информацией о конкретных значениях контролируемых параметров и информации о среднем объеме очищенной воды, всех аварийных ситуациях и о вынужденной остановке работы системы из-за переполнения камеры с очищенной водой или камеры с флотошламом, если по каким-то причинам автоматическая перекачка чистой воды или переработка флотошлама была остановлена ранее.
Также на базе контролера была создана система аварийной сигнализации, оповещающая оператора о проблемах, возникших в ходе технологического процесса и позволяющая быстро определить какой узел перестал работать и по какой причине это произошло.
2.4 Организация работ по проектированию и разработке оптимального варианта технической задачи
2.4.1 Штатное расписание
Примем срок разработки автоматизированной системы управления равным 60 дней.
Штат и зарплата разработчиков приведены в таблице 2.1.
?
Таблица 2.1 – Штат и зарплата разработчиков
Должность
сотрудника Количество
человек Средняя з/п,
руб/мес
Руководитель 1 40000
Инженер АСУ ТП 1 34500
Инженер-энергетик 1 24000
Монтажник 2 25000
Электрик 1 27000
2.4.2 Составление списка оборудования, используемого в процессе проектирования системы управления
Перечень оборудования используемого в процессе проектирования автоматизированной системы управления приведен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Перечень используемого оборудования
Оборудование Количество Цена единицы, руб Общая стоимость, руб
Компьютер 2 24000 48000
Принтер 3 4200 12600
Ноутбук 3 21000 63000
Итого 123600
2.4.3 Расчет затрат на материальные ресурсы в процессе проектирования
Расчетные данные о затратах по статье «Материалы» приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Затраты по статье «Материалы»
Номер Наименование расходов Кол-во, ед Цена единицы, руб Суммарная стоимость, руб
1 2 3 4 5
1 Расходные материалы - - 14624
2 Комплектующие - - 559422
Программируемый логический контроллер ПЛК160 1 29854 29854
Датчик избыточного давления ПД100-ДИ1-111-0,5 1 4248 4248
Радарный уровнемер Rosemount 3300 4 40000 160000
Датчик расхода для жидких сред Метран 370 5 64419 322095
Метран 350SFA 1 29000 29000
Прочие расходы - 14225 14225
Итого 574046
2.4.4 Расчет затрат на амортизацию
Расчет затрат по статье «Амортизация» определяется по формуле
"З" _"ам" "=" ("С" _"об" "•" "Н" _"ам" )/"РД" "•" "Т" _"эф" ", (2.1)"
где "З" _"ам" – затраты на возмещение износа оборудования, руб;
"С" _"об" – стоимость оборудования, руб;
Н_ам – годовая амортизация оборудования, %;
"РД" – число рабочих дней в году, дн;
"Т" _"эф" – сроки средней работы оборудования, дн.
Годовая амортизация оборудования составляет - 12,5 %. Число рабочих дней в расчетном году - 250 дней.
Рассчитаем затраты на амортизацию для оргтехники по формуле (2.1)
"З" _"ам" " = " ("123600•0,125" /"250" )"•225 = 13905 руб."
Рассчитаем затраты на амортизации для комплектующих по формуле (2.1)
"З" _"ам" " = " ("559422•0,125" /"250" )"•238 = 66571 руб."
2.4.5 Расчет затрат на электроэнергию
Расчет затрат по статье «Электроэнергия» определяется по формуле
"З" _"эл" " = М•" "Т" _"ст" "•Ч,"
где З_эл – затраты на электроэнергию, руб;
"Т" _"ст" – тарифная ставка, руб/кВт•ч;
"М" – суммарная мощность потребления, кВт;
"Ч" – продолжительность работы, ч.
Мощность потребления компьютера 0,8 кВт. Мощность потребления принтера 0,4 кВт. Мощность потребления ноутбука 0,2 кВт. Цена за 1кВт • ч электроэнергии равна 4,37 руб. Количество рабочих часов в сутки равно 8 часам.
Результаты расчетов по статье «Электроэнергия» приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Потребление электроэнергии
Наименование оборудования Количество, ед Суммарная мощность, кВт Продолжительность работы, ч Затраты на электроэнергию, руб
Компьютер 2 1,6 480 3356
Принтер 3 1,2 480 2517
Ноутбук 3 0,6 480 1258
Итого 7131
2.4.6 Расчет затрат на заработную плату группы разработчиков
Расчет затрат по статье «Заработная плата» определяется по формуле
"З" _"зпл" " = n•" ?"ЗП" ?_"ср" "•" "Т" _"эф" ", (2.2)"
где "З" _"зпл" – затраты на оплату труда специалистам, руб;
"n" – количество специалистов, чел;
?"ЗП" ?_"ср" – средняя зарплата в день, руб;
"Т" _"эф" – количество рабочих дней, дн.
Расчет единого социального налога проводится по формуле
"ЕСН=" ("ЗП•" "С" _"есн" )/"100" ", (2.3)"
где "ЕСН" – единый социальный налог, руб;
"ЗП" – зарплата, руб;
"С" _"есн" ¬– ставка единого социального налога, %.
Ставка единого социального налога составляет 30 %.
Результаты расчета затрат по статье «Заработная плата» приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Расчет основной заработной платы разработчиков
Состав
специалистов Количество
человек Всего,
дней Средний оклад,
руб З/п всего, руб ЕСН, руб Всего, руб
Руководитель 1 60 40000 80000 24000 80000
Инженер АСУ ТП 1 60 34500 69000 20700 69000
Инженер-энергетик 1 30 24000 24000 7200 24000
Монтажник 2 30 25000 50000 15000 50000
Электрик 1 30 27000 27000 8100 27000
Итого 75000 250000
2.4.7 Расчет сметы пред производственных затрат
Смета предпроизводственных затрат приведена в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Смета предпроизводственных затрат
Наименование расходов Содержание Порядок расчета Всего, руб
1 2 3 4
Материалы и оборудование Стоимость всех материальных ресурсов. Транспортные расходы. Таблица 2.3 574046
Амортизация Затраты на покрытие износа оборудования 12,5 % годовых от стоимости оборудования 13905
Электроэнергия Затраты на электроэнергию Таблица 2.4 7131
Основная зарплата Оплата за фактическое отработанное время Таблица 2.5 250000
Дополнительная зарплата Оплата очередных и дополнительных отпусков 10 % от основной зарплаты 25000
ЕСН Налог 30 % от основной зарплаты 75000
Накладные расходы Общехозяйственные расходы организации 20 % от основной зарплаты 50000
Итого 995082
2.5 Расчет стоимости проекта
Цену разработки проекта выразим следующим образом
"Ц" _"пр" "=" ?" З" ?_"пр" "+ПН+НДС+Б, (2.4)"
где "Ц" _"пр" – цена проекта, руб;
"З" _"пр" – затраты на разработку, руб;
"ПН" – плановые накопления (20 %) к сумме затрат, руб;
"НДС" – налог на добавленную стоимость (18 %) к оптовой цене, руб;
"БО" – банковские операции (5 %), руб.
Используя формулу (2.4) получим
"Ц" _"пр" "= 995082+199016+214937+49754 = 1458789 руб."
Общая прибыль определяется по следующей формуле
"П" _"о" " =" ?" Ц" ?_"пр" "-" "З" _"р" ", (2.5)"
где "Ц" _"пр" – общая прибыль, руб;
"З" _"р" – затраты на разработку, руб.
При расчете по формуле (2.5) получаем
"П" _"о" "= 1458789-995082 = 463707 руб."
Чистая прибыль определяется по формуле
"ЧП =" ?" П" ?_"о" "- НП, (2.6)"
где "ЧП" – чистая прибыль, руб;
"НП" – налог на прибыль, составляющий 24 % от общей прибыли, руб.
При расчете по формуле (2.6) получаем
"ЧП = 463707-111289 = 352418 руб."
?
3. ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
Установка для очистки сточных вод состоит из следующих компонентов:
– отстойник, предназначенный для осаждения крупных частиц;
– флотационная установка, предназначенная для очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ;
– камера для сбора флотошлама;
– камера для сбора осветленной воды.
Для учета среднего количества фильтруемой воды которая проходит от начального этапа очистки и до конечного этапа транспортировки используются расходомеры, которые измеряют расход воды через равные промежутки времени и передают их на контроллер.
Уровень воды в каждой камере регулируется с помощью клапанов на притоке и стоке.
Процесс очистки воды во флотационной камере разбивается на несколько этапов:
1) первичное заполнение и последующее поддержание постоянного уровня воды в камере;
2) подача воздуха во флотационную камеру;
3) включение и последующее регулирование оборотов импеллеров;
3.1 Поддержание постоянного уровня воды в камере
Для выхода установки на режим необходимо на начальном этапе заполнить камеры флотационной установки до уровня 2,5 м. После заполнения необходимо проводить процедуру обработки воды в течение 20 минут. После первичной обработки считается, что установка вышла на режим, и далее открывается клапан на стоке. Происходит регулирование уровня в камере путем изменения положения клапана на притоке. Положение клапана на стоке должно обеспечивать средний расход воды равный 40 м3/ч.
3.2 Подача воздуха во флотационную камеру
В качестве нейтрализатора в импеллерной флотационной установке используется воздух, который под избыточным давлением поступает в камеру, где его импеллерная крыльчатка диспергирует на мельчайшие пузырьки. Взвешенные частицы эмульсированных в воде поверхностно активных веществ завлекаются идущими через поток жидкости вверх мелкими частицами воздуха, образуя при этом пену, скапливающуюся на поверхности воды.
Сразу после заполнения камеры водой происходит подача воздуха. Диапазон изменения расхода воздуха поступающего в камеру равен
от 40 до 50 м3/ч. Давление воздуха в трубопроводе регулируется с помощью клапана обеспечивающего диапазон изменения от 0,6 до 0,8 МПа.
3.3 Работа импеллеров
В импеллерных флотационных установках диспергирование воздуха обеспечивается импеллерами, которые перемешивают воду с интенсивностью, обеспечивающей выделение пузырьков размером от 10 до 100 мкм.
Изменение окружной скорости импеллера от 12 до 15 м/с.
?
4. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
4.1 Основание для проектирования
Автоматизированная система управления процессом очистки сточной воды разрабатывается в соответствии с заданием на выпускную квалификационную работу.
4.2 Назначение и цели создания системы
Разрабатываемая автоматизированная система предназначена для управления процессом очистки сточной воды. Объектом автоматизации является система для очистки сточной воды состоящая из следующих элементов:
отстойника;
флотационной камеры;
шламоприемника;
резервуара для осветленной воды.
Автоматизация данной системы необходима для экономичного использования ресурсов, таких как электроэнер¬гия, для получения требуемых параметров качества за счет соблюдения условий эксплуатации. Необходимо производить контроль и регулирование основных параметров системы.
4.3 Условия эксплуатации. Технологическое оборудование и его параметры
Диапазон изменения расхода воды при подаче в отстойник
от 40 до 60 м3/ч.
Диапазон изменения расхода воды при сливе воды из отстойника
от 40 до 60 м3/ч.
Номинальный уровень воды в камере отстойника (3 ± 0,15) м.
Диапазон изменения расхода воды при подаче во флотационную установку от 35 до 50 м3/ч.
Диапазон изменения расхода воды при сливе воды из флотационной установке от 35 до 45 м3/ч.
Номинальный уровень воды во флотационной установке (2,5 ± 0,1) м.
Диапазон изменения расхода воздуха при подаче во флотационную установку от 40 до 50 м3/ч.
Диапазон изменения давления воздуха в воздуховоде от 0,6 до 0,8 МПа.
Номинальный уровень флотошлама в шламоприемнике (5 ± 0,2) м.
Диапазон изменения расхода воды при подаче в камеру для осветленной воды от 40 до 50 м3/ч.
Диапазон изменения расхода воды при сливе воды из камеры для осветленной воды от 40 до 50 м3/ч.
Номинальный уровень воды в камере с осветленной водой (5 ± 0,2) м.
4.4 Требования к системе
Требования к системам контроля и регулирования процесса:
камеры должны быть снабжены датчиками уровня;
трубопроводы должны быть снабжены датчиками расхода
система автоматики должна сигнализировать о неполадках в работе системы очистки сточной воды;
регулирование процесса должно осуществляться в автоматическом режиме.
При выборе комплекса технических средств (КТС) необходимо соблю¬дать следующее:
возможность подключения технических средств для автоматической совместной работы;
согласова¬ние устройств по производительности;
КТС должен обеспечивать сбор ин¬формации от датчиков.
4.5 Содержание работ на стадии создания
Обследование объекта и обоснование необходимости создания автома¬тизированной системы (АС), формирование требований к АС, оформление отчета о выполненной работе и заявке на АС, проведение необходимых научно-исследовательских работ, разработка вариантов концепции АС, удовле¬творяющие требованиям пользователя, оформление отчета о выполненной работе.
4.6 Порядок контроля и приемки системы
Проведение предварительных испытаний, контрольный запуск систе¬мы, проверка работы предусмотренных систем защиты.
4.7 Содержание работ на стадии внедрения
Подготовка системы к вводу в действие, подготовка персонала, ком¬плектация АС поставляемыми изделиями, пусконаладочные работы, прове¬дение предварительных испытаний, проведение опытной эксплуатации, про¬ведение приемочных испытаний.
4.8 Требования к документации
Разработка схем автоматизации, электрических принципиальных схем сигнализации, питания и регулирования.
4.9 Источники разработки
ГОСТ 15.001-88 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно - технического назначения».
ГОСТ 34.201-89 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Виды, комплектность и обозначения доку¬ментов при создании автоматизированных систем».
ГОСТ 34.601-90 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии соз¬дания».
ГОСТ 34.602-89 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автомати¬зированной системы».
ГОСТ 34.603-92 «Информационная технология. Виды испытаний ав¬томатизированных систем».
РД 50-34.698-90 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».
4.10 Краткая характеристика производственного участка
Очистка воды - процесс удаления различного рода примесей из воды. Для отстойника очистка воды – это осаждение крупных частиц различных примесей содержащихся в воде, таких как ил. Для флотационной установки очистка воды – это удаление поверхностно-активных веществ, масел, нефти или других видов гидрофобных загрязнителей. В результате очистки воды во флотаторе можно добиться качества от 85 % до 95 %. Качество очистки будет зависеть от состава и свойств подаваемой на очистку воды.
Задачей очистки сточной воды является соблюдение всех технологических параметров и обеспечение необходимой производительности.
4.11 Краткое описание предлагаемого решения
Автоматическое управление технологическим процессом осуществля¬ется с использованием программно логического контроллера ПЛК160 фирмы ОВЕН. Информация от датчиков поступает на аналоговые входы контроллера и поддерживаемого им дополнительного модуля МВ110-8А.
Управление обеспечивается с помощью аналоговых выходов контроллера и поддерживаемого им дополнительного модуля МВ110-8И.
С цифровых выходов контроллера и поддерживаемого им дополнительного модуля МУ110-8Р подаются сигналы на схему сигнализации где отображаются аварийные ситуации или отклонение технологических параметров от нормы.
