9176 Разработка автоматизированной системы управления вентиляционной системы в офисных помещениях.

Для этого используется станции распределенного ввода-вывода. Станции ЕТ200М предназначены для построения систем распределенного ввода-вывода и поваляют использовать в своем составе все сигнальные и функциональные модули. Станция работает в сети PROFIBUS-DP и выполняет функции ведомого устройства. Интерфейсные модулиМодули ввода-вывода информации предназначены для подключения датчиков и ИМ к полевой магистрали PROFIBUS-DP, а он так же снабжает шину напряжением.Резервный модуль IM 153-2 предназначен на случай отказа или некорректной работы основного модуля.Датчики и исполнительные механизмы подключаются к двум станциям распределенного ввода-вывода ЕТ 200М. Станции соединяются с системой управления через шину PROFIBUS-DP.Всего модулей:– два основных интерфейсных модуля IМ 153-2;– два резервных интерфейсных модуля IМ 153-2;– двамодуля ввода аналоговых сигналов SM 431 на 16 входов;– пятьмодулей ввода аналоговых сигналов SM 431 Ex на 8 входа;– три модуля ввода дискретных сигналов SM 421 на 32 входа;– модуль ввода дискретных сигналов SM 421 на 8 входов;– два модуля вывода дискретных сигналов SM 322 на 32 входа. Интерфейсные модули IМ 153-2 предназначены для подключения станций распределенного ввода-вывода ЕТ 200М к основной сети PPOFIBUS-DP и к резервированной в качестве ведомых сетевых устройств. В случае повреждения активной линии связи пассивный модуль IМ 153-2 осуществляет безударный перехват управления передачей данных (на время переключения выходные сигналы замораживаются) и обеспечивает связь по резервной линии связи. Для согласования дискретных сигналов переменным напряжением 220 В со входами дискретных модулей на 24 В применены оптопары DEK-OE-230AC/48DC/100. Для согласования выходных сигналов дискретных модулей с управляемым электрическим оборудованием применены реле DEK-REL-G24/21. Оптопары и реле производятся немецкой фирмой PhoenixContact.4.3.Алгоритм программной частиПод алгоритмом управления понимается описание процедуры обработки информации о наблюдаемых переменных состояния с целью определения управляющих воздействий, реализуемых для получения требуемых показателей управляемого процесса как в установившемся, так и в переходном режиме.Программа должна выполнять следующие функции:– при выходе технологических параметров за допустимые пределы сигнализировать об этом оператору в SCADA-систему;– для параметров, по которым предусмотрена блокировка, при дальнейшем их росте выдать сигнал на управление соответствующим блокирующим оборудованием.После включения ПК на рабочем месте оператора, в 1 блоке выполняется подпрограмма инициализации системы (проверка начальных настроек). В блоке 2 проверяется готовность системы, и в случае не исправности выдается сообщение оператору о сбое в настройках (блок 3) и далее следует выключение компьютера. Если система готова, выводится признак готовности ПК к работе (блок 4). После этого система переходит в режим ожидания команды оператора с клавиатуры (блок 5). Введенную команду система распознает (блок 6) и при ее успешной идентификации (блок 7) выдает команду на загрузку программы (блок 8), иначе выводит сообщение оператору и ожидает следующей команды. В блоке 9 происходит выбор режима управления V. Если V1, то система управления переходит в дистанционный режим (блок 10) с выдачей сообщения оператору о режиме (блок 11). Если V2, то система управления переходит в автоматический режим (блок 12) с выдачей сообщения оператору о режиме (блок 13).При наличии хотя бы одного из сигналов выводится сообщение о превышении предельных значений параметра (блок 21) и происходит переход в начальное состояние программы на блок 5. Иначе происходит проверка режима (блок 20) и в случае, если режим дистанционный, то осуществляется цикл проверки команд от оператора (блоки 22, 34, 49, 74, 83, 92), если режим автоматический – выполняются команда «открыть задвижку ЭЗ-2» (блок 24) и вывод сообщения оператору (блок 23).Блок 25 – опрос датчика залива насоса, который срабатывает (блок 26) до тех пор с выводом сообщения оператору (блок 27), c датчиков загазованности (блок 28), сигнал от которых приводит к останову насоса (блок 85) и проверяется сигнал от путевого выключателя верхнего положения задвижки ЭЗ-2. После получения сигнала открытия ЭЗ-2, осуществляется проверка режима (блок 30). В случае автоматического режима выводим сообщение оператору об открытии задвижки (блок 31) и переходим в блок 36 на очередную команду. В случае если режим дистанционный – выводим сообщение о режиме (блок 32) и об открытии задвижки (блок 33), далее система ждет команды от оператора.Следующие действия программы аналогичны выше описанным с необходимой сменой команд.Блоки 35, 50, 75, 84, 93 – сообщения оператору о смене состояний оборудования (включен/выключен, открыта/закрыта).Блоки 51, 76, 85, 94 – вывод команд технологическому оборудованию типа включить/выключить, закрыть/ открыть.Блоки 37, 52, 65, 77, 86, 95 – процесс опроса необходимых датчиков (блоки 38-43, 53-59, 67-72) с выводом сообщений о превышении предельных допустимых значений (блок 73).Блок 60 – определение сигнала «задвижка открыта». В блоках 65-72 осуществляется закачка бензина до тех пор, пока не придет сигнал с блоков 66, 67.Блок 78 – определение сигнала «задвижка ЭЗ-7 закрыта». Блок 96 – определение сигнала «задвижка ЭЗ-2 закрыта». Блоки 45, 61, 79, 88, 97 – определение режима управления.Блоки 46, 64, 80, 89, 98 – вывод сообщений оператору о состоянии технологического оборудования (задвижек ЭЗ-2 и ЭЗ-7) типа включен/выключен, закрыта/открыта (в автоматическом режиме).Блоки 47, 62, 81, 90, 99 – вывод сообщения оператору о дистанционном режиме управления.4.4. Выбор среды программированияПрограммирование и настройка параметров м может выполняться в среде STEP 7 У5.х и выше или в среде STEP 7 Professional от V11 (TIA Portal). В первом случае для программирования и настройки параметров модуля используется включенный в комплект их поставки пакет конфигурирования. Во втором случае все необходимое программное обеспечение интегрировано в пакет STEP 7 Professional от V11.Пакет конфигурирования включает в свой состав:Программное обеспечение пакета конфигурирования интегрируется в среду STEP 7, что позволяет:выполнять настройку параметров модуля из среды HW Config с использованием специальных экранных форм,управлять обменом данными между FM 455 и центральным процессором с помощью функциональных блоков, включаемых в программу STEP 7.Настройка параметров с помощью HW Config:Ввод имени модуля и комментария по его назначению в проекте STEP 7.Изменение (при необходимости) адресов встроенных каналов ввода и вывода.Разрешение/ запрет генерирования диагностических прерываний.Настройка параметров с помощью мастера конфигурирования модуля:Настройка общих параметров модуля:выбор частоты подавления помех равной 50 или 60 Гц;выбор единиц измерения температуры: градусы Цельсия или градусы Фаренгейта;установка температуры опорной точки;выбор активного уровня входного сигнала для каждого из 8 дискретных входов: высокий (13 ... 35 В) или низкий (0 . 4 В или разомкнутая цепь).Индивидуальная настройка каждого аналогового входа:выбор разрядности преобразования: 12 или 14 бит;выбор типа подключенного датчика;разрешение/ запрет фильтрации входных сигналов, настройка параметров фильтрации при разрешении выполнения этой операции;разрешение/ запрет вычисления среднеквадратичных значений входного сигнала;разрешение/ запрет использования таблицы линеаризации входного сигнала;5. РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА МОДЕРНИЗАЦИЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯЭффективность - одно из наиболее общих экономических понятий, не имеющих пока, по-видимому, единого общепризнанного определения. Это одна из возможных характеристик качества системы, а именно её характеристика с точки зрения соотношения затрат и результатов функционирования системы.Перед тем, как производить оценку показателей экономической эффективности необходимо произвести расчет финансового плана на разработку и внедрение проекта.Финансовый план включает оценку затрат на разработку и внедрение ЛВС, которые определяются при помощи метода калькуляции. В этом случае затраты определяются расчетом по отдельным статьям расходов с их последующим суммированием.Сравнительная срок окупаемости Тср определяется по формуле:,(5.1)где К1-К2= - дополнительные инвестиции в первый (наиболее технологичный) вариант; И2-И1= - экономия издержек в первом варианте.,(5.2)где Тн – нормативный срок окупаемости (принят равным 6,7 год.).Коэффициент экономической эффективности является показателем величины экономии эксплуатационных расходов, который дает каждый рубль инвестируемых средств:(5.3).Как и срок окупаемости, коэффициент экономической эффективности для принятия решения о выгодности проектного решения должен сравниваться с нормативным коэффициентом экономической эффективности Ен, который установлен в размере 0,15.В качестве нормативного коэффициента экономической эффективности может использоваться средняя величина доходности капитала в соответствующий период времени – средний банковский процент по дебиторам Р.Ен = Р, тогда нормативный срок окупаемости(5.4)Срок окупаемости ~5 лет .Смета затрат на материалы и покупные комплектующие изделия в таблице 5.1Таблица 5.1 – Затраты на материалыНаименованиеКол-во, шт.Цена за единицу, руб.Стоимость, руб.Затраты на создание системы видеонаблюденияПЛК CPU 41422145042900Модуль ввода /вывода41517860712Блок питания PS 4072789515790Панель оператора МР27011245012450Станция распределенного ввода-вывода ЕТ200М21708034160Датчики загазованности СТМ-3035274095900Датчики температуры Метран 27635197068950Коммуникационный модуль ESM ТР 804786031440Датчики серии Метран-10025212053000Итого415302Транспортно-заготовительные расходы принимаются в размере 15% от затрат на материалы: 415302 *0,15 = 86289 руб.Таким образом затраты на материалы составляют 661618руб.Затраты на оплату труда включают в себя основную и дополнительную заработную плату производственного персонала и административного аппарата, участвующего в процессе разработки и внедрения ЛВС на предприятии. Основная заработная плата (ОЗП) определяется на основе трудоемкости выполнения каждого этапа разработки и категории оплаты.Среднее количество рабочих дней в месяце составляет 22 дня.Следовательно, дневная заработная плата определяется делением размера оклада на количество рабочих дней в месяце.Результаты расчета основной заработной платы представлены в таблице 5.2.В состав дополнительной заработной платы (ДЗП) входят выплаты, предусмотренные законодательством о труде за неотработанное по уважительным причинам время (оплата очередных и дополнительных отпусков и т.д.), а также вознаграждения за сверхурочные работы с т.п. Она определяется в процентном соотношении от ОЗП и составляют 20%.Таким образом:ДЗП = ОЗП * 20% = 38000 руб. * 0,20 = 7600 руб.Сумма ОЗП и ДЗП составляет фонд оплаты труда (ФОТ)ФОТ = 38000 руб. + 7600 руб. = 45600 руб.В настоящее время на предприятии, накладные расходы составляют 250% от основной заработной платы.38000 руб * 2,5 = 95000 руб.Общая смета затрат на разработку и внедрение проекта приведена в таблице 5.3.Таблица 5.2. Результаты расчета основной заработной платы№ЭтапИсполнительТрудоемкость, чел/ дниОклад месячный, рубСумма за 1 день, рубОплата за этап, руб1Постановка задачиГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории18800400400Инженер7880040028002Согласование и утверждение ТЗ на разработкуГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории18800400400Инженер6880040024003Изучение литературыГлавный инженер----Инженер 1 категории18800400400Инженер10880040032004Технические предложенияГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории28800400800Инженер6880040024005РазработкаэскизногопроектаГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории28800400800Инженер18880040072006РазработкатехническогопроектаГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории18800400800Инженер18880040072007Рабочее проектированиеГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории28800400800Инженер4880040016008Сдача проектаГлавный инженер117600800800Инженер 1 категории18800400400Инженер388004001200Итого38000Таблица 5.3 - Смета затрат№п/пСтатья калькуляцииСумма, руб.1Материальные затраты (с учетом транспортных расходов)6616182Основная заработная плата38 0003Дополнительная заработная плата7 6004Отчисления на единый социальный налог11 8565Накладные расходы95 000Итого:814074Расчет экономии эксплуатационных затратГодовые эксплуатационные затраты в условиях функционирования системы могут быть определены по формуле:(5.5)Где: Сэл – затраты на электроэнергию, потребляемую системой, р.;Сзп – зарплата обслуживающего персонала с начислениями, р.;Срем - затраты на ремонт, р.;Са – затраты на амортизацию, р.Исходные данные для расчета представлены в таблице 5.4.Таблица 5.4 – Исходные данные для расчетаПоказательЗначениеМощность потребляемая системой, кВт0,2Норма амортизации системы, %20Годовой фонд работы системы при выполнении задачи, ч8760Расчет годовых затрат на электроэнергию производим по формуле:(5.6)Где: N- мощность потребляемая системой, кВт;Цэл – стоимость одного кВт*ч электроэнергии, р.;Тзад – годовой фонд работы системы при выполнении задачи, час.Годовые затраты на электроэнергию действующего варианта системы:Сэл = 0,2* 1,2 * 8760 = 2102 руб.Текущие затраты на ремонт системы находим по формуле:(5.7)Где: Кобор – балансовая стоимость системы, р.;Кпр – норма отчислений на ремонт, %.Спр = 575320 * 0,05 = 28766 руб.Затраты на амортизацию находим по формуле:(5.8)Где: Кобор – балансовая стоимость системы, р.;На – норма амортизационных отчислений, %.Са = 575320 * 0,2 = 115074 руб.Введение в работу новой системы позволяет сократить 2 человека . В таблице 20 представлены исходные данные дейаствующей и проектируемо системы.Сокращение персонала влечет за собой сокращение расходов на заработную плату:Сэ = 12 * 15000 * (1 + 0,5) * (1 + 0,7) * (1 + 0,26) = 578340 руб.Таблица 5.5. Исходные данные действующей и проектируемо системыОбслуживающий персоналДействующая системаПроектируемая системаОклад, руб.Месячный оклад персонала дествующей системы, руб.Месячный оклад персонала проектируемой системы, руб.Инженер33200006000060000Слесарь КИПиА11150001500015000Машинист ТК65120007200060000Начальник службы11250002500025000Итого1110172000160000Для полного расчета годовых эксплуатационных затрат в условиях функционирования системы, подставим полученные значения в формулу:С = 2102 + 28766 + 115074 = 76737 руб.Экономия составляетЭ = Сэ – С = 578340 – 76737 = 432398 руб.Показатели эффективности проекта приведены в таблице 5.6.Таблица 5.6 – Показатели эффективности проектаПоказатель2016201720182019202020212022Единовременные затраты в проекте-415302------Экономия эксплуатационных затрат, руб.-501967501967501967501967501967501967Амортизационные отчисления, руб.-529805298052980529805298052980статочная стоимость оборудования3550002390001230007000000Налог на имущество, руб. (2,2%)-52582706154000Налог на прибыль, руб (20%)-835148402484535845668456684566Чистый доход-341424218056220098222139222262222262222262Накопленный чистый дисконтированный доход, руб.-415302-302160-267334-236606-209292-185393-164224Коэффициент дисконтирования (Е=13%)10,8850,7830,6930,6130,5430,481Накопленный чистый дисконтированный доход, руб.-341424-306310-298564-170346-8449336195143103При вложении собственных средств предприятия в реализацию проекта срок окупаемости составит – 5.2 года. Рентабельность составляет R = (НЧДД + К) * 100 / К R = ( 36195 + 341424)* 100 / 341424 = 114%Выводы по разделуОсновные экономические показатели сведены в таблицу 5.7Таблица 5.7 –Основные экономические показателиПоказательВеличинаЕдиновременные затраты341424Экономия эксплуатационных нуждНакопленный чистый дисконтированный доход, руб.36195Рентабельность, %.114Срок окупаемости, годы.5,2ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате выполнения данного дипломного проекта была разработана автоматизированная система управления технологическим процессом работы системы вентиляции офисных помещений. В процессе реализации проекта было выполнено:Проведен анализ объекта автоматизации, выделены возможные пути автоматизации и составлено техническое задание на проект.На основе проведённого анализа и составленного ТЗ, разработана структурная схема системы, а также структура отдельных блоков системы.Составлен алгоритм функционирования программы управления системой. Для решения поставленной задачи были использованы современные программируемые логические контроллеры. В работе проведен анализ наиболее популярных ПЛК различных производителей, проанализированы их достоинства и недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция. При проектировании использовалась современная элементная база производства компании Siemens, а также применялись последние достижения проектирования АСУ.Разработанная система, помимо управления работой системы вентиляции, организует сбор, а также хранение, обработку и приведение производственных данных к удобному для восприятия виду для анализа технологических процессов предприятия на предмет их улучшения. Использование панели оператора и пульта котла на базе программируемого контроллера SIMATIC S7-400, а также замена старых показывающих приборов на новые цифровые позволили существенно повысить надёжность автоматизированной системы, увеличить наглядность процесса, минимизировать размер технологического оборудования и существенно сократить число импульсных линий. Кроме того, это позволило разместить все органы управления и отображения информации в одном месте (пультовой), а также повысить простоту и эффективность работы оператора.Разработанная архитектура системы полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫПроизводственный менеджмент: Учебник для вузов / Ред. С.Д. Ильенкова.   - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.  - 583 с.Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М. : Горячая линия — Телеком, 2008. - 608 с.Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП – Каталог №2/2006.Промышленные контроллеры. Оборудование для АСУ ТП – Каталог №6/2006. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов АПК и ЖКХ: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 2001. – 423 с.: ил. Федотов А.В. Автоматизация управления в производственных системах: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. 368 с.Федотов А. В. Составление технического задания: Метод. указания. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. - 24 с.Федотов А.В. Алгоритмизация технологических процессов механической обработки при построении АСУ ТП: Учебное пособие. Омск, ОмПИ, 1984. – 44 с. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.: ил.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов и др.; Под ред. А.С. Клюева.Богословский В.И. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. – М.:Стройиздат,1985 – 159с., ил.Кузнецов В.П. Защита от электромагнитного излучения. Методические указания к дипломному проектированию. – Омск: Издательство ОмГТУ, 1998. – 28 с.Производственное освещение: Метод. указания/Сост.: Н.В. Горшенина, Л.Г. Стишенко, Омск, 2001Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие/Под ред. О.Н. Русака. – СПб.: Издательство “Лань”, 2003. – 448 с.Безопасность производственных процессов: Справочник/Под ред. С.В. Белова. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.Субботина Л.Г. Технико-экономическое обоснование работ исследовательского характера – Северск: СГТИ, 2006.Дроздов В. Ф. Отопление и вентиляция: Учеб. пособие для строит. вузов и фак. по спец. «Теплогазоснабжение и вентиляция». В 4-х ч. Ч. 2. Вентиляция.-М.: Высш. школа,2001.-263 с., ил.Сайт компании ОВЕН. Оборудование для автоматизации. http://www.owen.ru/Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Ананьев В.А., Балуева Л.Н. Системы вентиляции и кондиционирования, М.: Евроклимат, 2000г.Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование./ Под ред. проф. Б. М. Хрусталева- М.: Изд-во АСВ, 2007.-784 с., ил.Белецкий Б.Ф. Технология строительного производства, М.: Издательство АСВ -2001г. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справочник, под ред. А.Н. Баратова, М., 1987. А.Н. Боратов.СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации» - М.: Стройиздат, 1986гФеткуллов М. Р. «Экономика систем ТГВ»-Ульяновск, 2007.СНиП 23.05-95. Естественное и искусственное освещение: Строительные нормы и правила. М., 1996.СанПиН 2.2.2.542-96. Нормы для операторов ЭВМ. Санитарные правила. М.: Информ.-изд. центр Минздрава России, 1997. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности: Нормы пожарной безопасности. М., 2004. ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные излучения. М.: Изд-во стандартов, 1985.ГОСТ 12.1.002-84. Электрический ток. М.: Изд-во стандартов, 1985