Автоматизация управления складом этаноламинов на предприятии ОАО Синтез

13 06 Синтез системы автоматического регулирования.doc

6. Синтез системы автоматического регулирования
В ходе синтеза САР определим оптимальные настройки регулятора для
контура регулирования температуры диэтаноламина подачей горячей воды в
змеевик емкости поз. Е 52. Температура диэтаноламина должна поддерживаться
в пределах 30-50 °С. В качестве величины задания температуры выберем 40 °С
Возмущающим воздействием (Хвозм(t)) является изменение температур
входных компонентов поступающих в емкость и изменение температуры
содержимого емкости за счет теплообмена с окружающей средой.
Целью расчета является нахождение оптимальных настроек регулятора для
повышения точности регулирования.
Принципиальная схема рассматриваемой САР представлена на рис. 6.1.
X(t) Объект регулирования
Рисунок 6.1 - Структурная схема САР
Кривая разгона объекта регулирования получена экспериментально при
ступенчатом изменении расхода горячей воды на 20%. В результате увеличения
расхода воды температура диэтаноламина повысилась от 40 до 45 °С.
Переходная характеристика объекта управления строится по формуле:
где Y(t) –кривая разгона объекта регулирования;
А – величина изменения расхода горячей воды.
Переходная характеристика объекта управления изображена на рисунке 6.2
Рисунок 6.2 - Переходная характеристика объекта управления
Подставив в формулу (6.1) численные значения рассчитаем значение
коэффициента усиления объекта:
Коб = h() h(300) = [pic] = 07
Объект управления имеющий переходную характеристику приведенную на
рисунке 6.2 аппроксимируется цепочкой состоящей из передаточного звена
первого порядка и звена чистого запаздывания. Аппроксимирующая передаточная
функция в общем случае имеет вид:
где Коб – коэффициент усиления объекта управления;
– время транспортного запаздывания объекта управления;
Тоб – постоянная времени объекта управления.
Для расчета амплитудо-частотной и фазо-частотной характеристики (АЧХ и
ФЧХ) проведем замену:
Подставив выражение (6.3) в формулу (6.2) получим выражение для
расчета амплитудо-частотной характеристики (АЧХ):
Выразим из выражения (6.5) формулы для расчета АЧХ и ФЧХ:
f() = - × – arctg( × ) (6.7)
Изображения АЧХ и ФЧХ и АФХ объекта управления представлены на
рисунках 6.3 6.4 и 6.5.
Рисунок 6.3 - АЧХ объекта управления
Рисунок 6.4 - ФЧХ объекта управления
Рисунок 6.5 - АФХ объекта управления
АФХ объекта управления принято называть годографом.
Рассчитаем оптимальные настройки которые будут использоваться при
регулировке объекта управления. Выбор регулятора произведем на основании
следующих характеристик объекта:
– При отклонении температуры от регламентных ограничений произойдет
необоснованный расход сырья и энергии пострадает качество выпускаемого
продукта поэтому статическую ошибку регулирования необходимо устранить
следовательно регулятор должен иметь интегральную составляющую.
– Ограничений на длительность переходного процесса нет поэтому
дифференциальная составляющая регулятора является необязательной.
Исходя из перечисленных свойств объекта выбираем ПИ – регулирование
для стабилизации температуры в емкости.
Расчет настроек регулятора проведем методом расширенной амплитудо-
фазовой характеристики (РАФХ) которую можно получить из передаточной
функции путем замены по формуле:
S = - m × + i × (6.8)
где m – степень колебательности m = 0336.
РАФХ ПИ – регулятора определяется по формуле:
Wp (m; i) = [pic] (6.9)
где С1 – коэффициент усиления регулятора;
С0 – передаточный коэффициент интегральной составляющей.
Расчетные формулы для нахождения оптимальных настроек ПИ – регулятора
для объекта описываемого апериодическим звеном первого порядка с
Рассчитаем коэффициенты С0 и С1 перебирая частоты от 0 до 5
построим график зависимости С0(С1) приведенный на рисунке 6.6.
Рисунок 6.6 - Кривая равной колебательности
Рабочую частоту регулятора выбирают из соотношения (6.11).
где о – частота соответствующая вершине кривой равной
р = 122 × 0265 = 0324 (6.12)
Для этого значения частоты определим оптимальные настройки ПИ -
регулятора: С0 = 1808 и С1 = 22623.
Оптимальные настройки:
К = 22623 - коэффициент усиления регулятора;
Тинт = 055 с - время интегрирования;
Тиз = 1251 с - время изодрома.
Проверим полученную систему на устойчивость с помощью критерия
Найквиста. Критерий Найквиста определяет устойчивость замкнутой системы по
амплитудно-фазовой характеристике разомкнутой системы которая представляет
собой последовательное соединение объекта управления и регулятора.
Критерий Найквиста формулируется следующим образом: если разомкнутая
цепь системы устойчива или нейтральна то для устойчивости замкнутой
системы необходимо и достаточно чтобы АФХ разомкнутой системы не
охватывала критической точки (-1 i0).
Передаточная функция разомкнутой системы может быть найдена по
Wраз = Wo (S) ×Wp (S) (6.13)
Где: Wо – передаточная функция объекта регулирования;
Wр – передаточная функция регулятора.
Выражение (6.13) можно представить в виде:
АФХ разомкнутой цепи объекта управления строится аналогично АФХ для
замкнутой системы. Сначала производится замена по формуле (6.3) затем
рассчитываются значения действительной и мнимой части для различных
значений частоты и строится график в осях iQ(P).
Рисунок 6.7 - АФХ разомкнутой системы.
Как видно из рисунка 6.7 АФХ разомкнутой системы не охватывает
критическую точку (-1i0) следовательно замкнутая система при
рассчитанных оптимальных настройках будет устойчива.
Переходный процесс для замкнутой системы при оптимальных настройках
регулятора приведён на рисунке 6.8.
Рисунок 6.8 - Переходный процесс в замкнутой системе при оптимальных
настройках регулятора
Интегральный квадратичный критерий I = 17607.
Время регулирования tрег = 790 с.
Динамическая ошибка Yдин = 071.
Вывод: в данном разделе были рассчитаны оптимальные настройки
регулятора для контура регулирования температуры диэтаноламина подачей
горячей воды в змеевик емкости поз. Е 52 методом РАФХ. Полученные
значения коэффициентов регулирования следующие:
С0 = 1808 – передаточный коэффициент интегральной составляющей;
С1 = 22623 – коэффициент усиления регулятора.
Проведенная оценка устойчивости показала что при рассчитанных
настройках система будет устойчива.
Полученные значения коэффициентов регулирования могут быть
использованы при составлении алгоритма управления технологическим
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

16 08 Безопасность и экологичность проекта.doc

8. Безопасность и экологичность проекта
Целью данного раздела является разработка мероприятий направленных на
исключение возможности производственного травматизма профессиональных
отравлений и заболеваний возникновения взрывопожароопасных и аварийных
ситуаций а также загрязнения окружающей среды при осуществлении
технологического процесса для которого проводится разработка новой системы
автоматизации или модернизация существующей.
Вышеперечисленные мероприятия разрабатываются применительно к
технологическому процессу очистки дымовых газов.
Дадим характеристику опасных и вредных производственных факторов
присущих секции очистки дымовых газов. Рассматривая опасные и вредные
производственные факторы целесообразно разделить их на группы: физические
химические и психофизиологические [11].
К числу физических факторов наиболее характерных для химической
нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности можно отнести
движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного
оборудования передвигающиеся изделия заготовки материалы. Разрушающиеся
конструкции; повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;
повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования
материалов воздуха рабочей зоны; подвижность воздуха; повышенное
напряжение в электрической цепи. Замыкание которой может произойти через
Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются
по характеру воздействия на организм человека (токсические раздражающие
сенсибилизирующие канцерогенные мутагенные и влияющие на репродуктивную
функцию) и по пути проникновения в организм человека (через органы дыхания
желудочно-кишечный тракт кожные покровы и слизистые оболочки).
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по
характеру воздействия подразделяются на физические перегрузки и
нервнопсихические перегрузки.
В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные
факторы» при очистке дымовых газов имеют место следующие опасные факторы:
) движущиеся машины и механизмы;
) повышенная или пониженная температура воздуха в рабочей зоне;
) повышенный уровень шума на рабочем месте;
) повышенный уровень вибрации;
) недостаточное освещение на рабочем месте;
) повышенное значение напряжения в электрической сети замыкание
которой может произойти на тело человека;
) опасность разгерметизации пневматического оборудования.
1 Санитарно-гигиенические мероприятия
Характеристика токсических свойств сырья полупродуктов готового
продукта и отходов cклада готовой продукции производства этаноламинов
приведена в таблице 8.1
Таблица 8.1 - Характеристика токсических свойств сырья полупродуктов
готового продукта и отходов производства
Наименование вещества Моноэтаноламин Диэтаноламин Триэтаноламин Литерат
Агрегатное состояние жидкость жидкость жидкость [32]
Плотность кгм3 1015 1094 1095-1124 [3313]
Класс опасности II III III [34]
Предельно допустимая 05 50 50 [34]
концентрация в воздухе
Согласно рассматриваемое производство относится к 3 классу ши-рина
защитной зоны не менее 300 м. [15].
В данном пункте представлено краткое описание различных опасных
химреагентов технологических или вспомогательных сред присутствующих в
системе и общее описание их воздействия мер предосторожности необходимых
во время работы с ними или поблизости и мер неотложной медицинской помощи
Химические вещества жидкости и газы которые могут присутствовать во
время эксплуатации производства этаноламинов приведены выше в Таблице 8.1.
Моноэтаноламин при попадании внутрь организма человека вызывает
раздражение верхних дыхательных путей слизистых оболочек глаз и носа.
Кроме того вызывает насморк чихание кашель затрудненное дыхание жже-
ние покраснение и конъюнктивиты глаз. При вдыхании паров возможно раз-
витие отека гортани и пневмонии с отеком легких.
Диэтаноламин при попадании на кожу вызывает покраснение. При попадании
на влажную кожу и слизистые оболочки может вызвать раздражении а при
длительном воздействии дерматит конъюнктивит. Вдыхание паров вы-зывает
раздражение дыхательных путей.
Триэтаноламин оказывает раздражающее действие на кожные покровы. При
вдыхании высоких концентраций поражаются легкие и пищеварительная система.
Все работающие в цехе должны пользоваться установленными нормами
спецодеждой и спецобувью. Согласно требованиям ГОСТ 12.2.062-81
«Оборудование производственное. Ограждения защитные» производства
этаноламинов имеет сетчатое разборное ограждение исключающие возможность
проникновения посторонних лиц на территорию объекта. [32]. Для защиты
органов дыхания при необходимости необходимо пользоваться фильтрующим
противогазом марки В или БКФ [16].
Технологический процесс в ряде технологических операций связан с
выделением паров вредных веществ. Для уменьшения загрязнения воздуха
предусмотрено максимально герметичное оборудование а в местах интенсивного
выделения паров продуктов (прежде всего при затарке в бочки) необходима
установка местных отсосов. Удаление водяных паров со следами вредных
веществ производится через воздушники предусмотренные в конструкции
оборудования. Проливы компонентов после уборки оборудования снаружи
рабочих мест площадок обслуживания подлежат уничтожению сжиганием. Проливы
компонентов собираются в отдельные емкости а затем в емкость 228 корпуса
6 с последующей отправкой на сжигание. Количество отходов – до 70 тонн в
год. Периодичность вывоза отходов - ежедневно.
В случае крупных разливов встаньте под душ снимите одежду при
включенном душе после душа наденьте сухую чистую одежду.
При попадании раствора в глаза держите глаза открытыми и немедленно
промойте большим количеством пресной воды. Не трите глаза. Позвоните по
телефону предприятия в медпункт для получения рекомендаций по лечению.
В случае попадания на кожу промойте водой. При появлении сыпи или
покраснения обратитесь к врачу. [33].
Подвижные части представляющие опасность травматизма имеют съёмные
защитные ограждения (кожухи крышки) на которые с наружной стороны
наносятся предупреждающий знак опасности по ГОСТ 12.4.026-01 «Цвета
сигнальные и знаки безопасности». Под знаками установлены таблички "При
включенном оборудовании не открывать". [35].
Электрооборудование оснащено пусковой аппаратурой исключающей
самопроизвольное включение после внезапного исчезновения напряжения. [7].
Предусмотрены блокировки включения и световая индикация при нерабочем
и аварийном состоянии оборудования.
1.2 Метеорологические условия. Вентиляция. Отопление
Поддержание определенной температуры относительной влажности и
скорости движения воздуха рабочей среды необходимо для создания
высокопроизводительных безопасных условий труда. [36].
Микроклимат на рабочем месте спроектирован в соответствии с
требованиями СанПиН 2.24.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений». [36].
Таблица 8.2 – Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих
местах производственных помещений
Категория Температура Температура ОтносительнаяСкорость
работ по воздуха (С поверхностей движения
Период уровню (С Влажность % воздуха
года энергозатра мс
Оптимальная Оптимальная Оптимальная Оптимальна
Холодный Ia (до 139)22-24 21-25 60-40 01
Теплый Ia (до 139)23-25 22-26 60-40 01
Категория ТемператураОтносительнСкорость движения воздуха мс
Период годауровню поверхностеВлажность %
для диапазона для диапазона
температур не температур
Холодный Ia (до 190-260 15-75 01 01
Теплый Ia (до 200-290 15-75 01 02
Таблица 8.3 – Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих
местах производственных помещений.
Все приведённые в таблицах 8.2 8.3 значения параметров воздуха в
рабочей зоне [36] обеспечиваются системой парового отопления и механической
вентиляцией цеха спроектированной согласно СНиП 41-01-03 «Вентиляция
отопление и кондиционирование воздуха» [37].
Для помещений предусмотрена естественная и общеобменная механическая
приточно-вытяжная вентиляция. Механическая общеобменная вентиляция
обеспечивает необходимый воздухообмен в теплый период года а в холодный
период года осуществляет отопление с помощью паровых калориферов [37].
1.3 Характеристика производственного шума и вибрации
Источником шума при эксплуатации секции очистки дымовых газов является
динамическое оборудование.
По ГОСТ 12.1.003-83 на постоянных рабочих местах и рабочих зонах в
производственных помещениях допускается следующий уровень шума [21]:
Таблица 8.4 – Уровни звукового давления
Рабочие Уровни звукового сигнала дБ в октавных Уровни звука
места полосах со среднегеометрическими или
частотами. Гц эквивалентные
Уровень звукового71 61 54 49 45 42 40 38 50
Уровень звукового99 92 86 83 80 78 76 74 80
Так как уровень шума не превышает допустимого значения проведение
специальных мероприятий не требуется.
Вибрации бывают общие и локальные. Общая вибрация вызывает сотрясение
всего организма локальная вовлекает во всестороннее колебательное движение
отдельные части тела [21].
Источником вибрации являются работающие электродвигатели.
Предельно допустимые значения и логарифмические уровни виброскорости
не должны превышать значений для общего вида вибрации соответствующих
ССБТ ГОСТ 12.1.012-90 “Вибрационная безопасность. Общие требования” [20]
которые приведены в таблице.
Таблица 9.5 – Логарифмические уровни вибростойкости
Логарифмические уровни виброскорости (дБ) в
Параметры октавных полосах частот со среднегеометрическим
Среднеквадратичные 13 045 022 02 02 02
Уровни виброскорости 108 93 93 92 92 92
В целях снижения вибрации на секции:
В местах крепления электродвигателей применяются виброгасящие
Целью виброизоляции механизмов является создание таких условий на пути
распространения колебаний которые увеличили бы необходимые потери и тем
самым уменьшили передаваемую от источника колебательную энергию [20].
1.4 Освещение производственных помещений
Для выполнения ремонтно-наладочных работ необходимо обеспечить
достаточную освещенность рабочей зоны. Работы по обслуживанию относятся к
средней точности согласно СНиП 23-05-95 [38].
Таблица 8.6 – Нормы освещения на рабочем месте
Номинальный Освещенность КЕО % при
различения Разряд Контраст Фон
искусственном естественном
освещении освещении
Общее лк Комбини-ров
Свыше 05 до 1 IV Средний Сред. 200 400 4%
2 Электробезопасность. Защита от статического электричества.
Согласно «Правил устройства электроустановок» ПУЭ [7] пункт управления
складом этаноламинов относится к классу помещений повышенной опасности.
Факторы повышенной опасности:
– токопроводящие полы;
– возможность одновременного прикосновения к корпусам технологического
оборудования и электрооборудования с одной стороны и к металлическим
частям имеющим связь с землей с другой стороны.
Электрооборудование работает от 3х фазной сети переменного тока –
напряжением 380 В частотой 50 Гц с глухо заземленной нейтралью.
В соответствии с требованиями ПУЭ 7 предусмотрены:
- устройство для запирания вводного выключателя в отключённом
- защита от самовключения механизмов при восстановлении напряжения
после его отключения;
- рабочая изоляция токоведущих частей (не менее 05 МОм);
- оградительные устройства;
- защита открытых токоведущих частей оболочками крышками;
- предупредительная сигнализация;
- защитные блокировки;
- защитное заземление сопротивлением не более 4 Ом;
- зануление согласно требованиям ССБТ ГОСТ 12.1.030-81
«Электробезопасность. Защитное заземление зануление» [39].
- защитное автоматическое отключение участков электрических цепей при
замыкании их на землю;
- на корпусах ПР указываются места и способ крепления заземляющего
проводника и знак заземления;
- предупредительные знаки электрического напряжения на дверках и
крышках оболочек защищающих электрооборудование с напряжением выше
К работам на электроустановках оборудования допускаются лица прошедшие
инструктаж и обучений безопасным методам труда. При проведении ремонтных
работ вывешиваются таблички «Не включать! Работают люди» [40].
Статическое электричество образуется в следующих случаях [4142]:
статическое накопление заряда образуется в результате трения двух
диэлектрических или диэлектрического и проводящего материалов если
последний изолирован. Заряды могут возникнуть при измельчении пересыпании
и пневмотранспортировке твёрдых материалов при переливании перекачивании
по трубопроводам перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей при
обработке диэлектрических материалов при сматывании тканей бумаги. Кроме
трения причиной образования статических зарядов является электрическая
Защита от статического электричества осуществляется двумя путями [42]:
- уменьшением интенсивности образования электрических зарядов;
- устранением образовавшихся зарядов статического электричества.
Существует три категории молниезащиты. Принадлежность здания к
определенной категории зависит от присвоенного класса пожаро — и
взрывоопасности и других факторов.
К первой категории относятся здания помещения которых относятся к
зонам классов В-I В-II (согласно ПУЭ). Речь идет про помещения с горючими
и легко воспламеняющимися парами и газами взрывающимися при контакте с
воздухом (В-I). К классу В-II относятся места проведения работ с горючей
пылью или волокнами способными взорваться при нормальных режимах работы.
Вторая категория – помещения относящиеся к зонам классов В-Iа В-Iб и
В-IIа. Сюда относятся сооружения для работы со смесями горючих газов
взрывоопасные смеси которых образуются в результате аварий или
неисправностей (В-Iа и В-Iб) а также места проведения работ с горючей
К третьей категории относят абсолютное большинство непроизводственных
зданий и сооружений как например: вычислительные центры учебные и
медицинские сооружения спортивные здания и прочее [403343].
Помещение пункта управления относится к третьей категории
молниезащиты. Для защиты применён одиночный стержневой молниеотвод. Он
предназначен для защиты от прямого удара молнии и наведения потенциалов в
результате вторичного воздействия молнии. Сопротивление заземлителя
молниезащиты не должно превышать 10 Ом [403343].
3 Пожарная безопасность
Склад готовой продукции этаноламинов относится к пожароопасным
производствам. Категория помещения - В3. Взрывопожароопасные свойства
обращающихся веществ приведены в таблице 8.3.
В пожароопасных зонах П-1 могут применяться электрические аппараты
приборы шкафы и сборки зажимов имеющие степень защиты оболочки IP44.
Производственный корпус - двухэтажное здание. Строительные материалы
стен и перекрытий - негорючие. Степень огнестойкости - I.[17]
Согласно [18] предусмотрены эвакуационные выходы (по 2 на каждом
этаже): на отметке 0.000 - наружу на отметках 6.000 - на лестничную
Эвакуационные выходы из помещения должны быть расположены равномерно.
Высота выходов в свету должна быть не менее 19 м. ширина не менее 08 м.
Таблица 8.3 - Свойства веществ обращающихся в технологическом процессе
обуславливающие его пожарную и взрывную опасность
Наименование вещества Литература
Наименование вещества
Моноэтанол-Диэтанол-амТриэтанол-а
-вспышки 1161 157 136 [25 26]
-самовоспламенения 174-190 235-282 204-245 [25 26]
Пределы воспламенения в смеси
-температурный ОС 315 336 368 [25 26]
Категория взрывоопасной смесиIIВ IIВ IIВ [27]
Группа взрывоопасной смеси Т4 Т3 Т3 [27]
Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного
выхода составляет 10 м. Пути эвакуации должны быть освещены в соответствии
с требованиями [19].
В цехе оборудована электросигнализация - ручные кнопочные извещатели и
телефон которые используются при возникновении загорания задымления или
Для тушения возможного пожара имеется подводка пожарохозяйственной
воды а в помещении находятся первичные средства пожаротушения:
огнетушитель пенный ОХП-10 и ОВП-100 (передвижной); огнетушитель
углекислотный ОУ-2; асбестовое полотно; песок; кошма.
Для обнаружения возникновения пожара и его ликвидации предусматриваются
следующие мероприятия:
установка пожарных извещателей для сообщения о пожаре;
оснащение производства первичными средствами пожаротушения.
При ведении технологического процесса могут возникать различные опасные
нарушение правил пожарной безопасности искрение дымление сильный
перегрев электрооборудования приведет к возникновению пожара;
использование в качестве теплоносителя водяного пара высокого давления
ведение процесса при повышенных температурах что при нарушении
теплоизоляции трубопроводов и аппаратов создает опасность термических
Правильная эксплуатация оборудования не доводящая режим эксплуатации
автоматической линии до критического противопожарный инструктаж по срокам
качественный ремонт оборудования.
Строгое соблюдение и контроль исполнения технологического процесса
своевременная подналадка и ремонт оборудования периодический осмотр и
техническое обслуживание всех узлов автоматической линии.
Мероприятия режимного характера.
Запрещение курения на рабочих местах и в цеху (только в отведенных и
оборудованных для курения местах) выполнение основных работ при условии
выполнения взрывопожаробезопасности хранение обтирочного материала вне
объекта в специальной таре.
Правильное размещение оборудования – чтобы были обеспечены
противопожарные проходы.
Установка вытяжкой вентиляции.
В местах наиболее вероятного возгорания устанавливать стационарные
установки для пожаротушения – пенообразователи ПО-11 с двуокисью углерода
которые включаются автоматически при срабатывании датчика ИДФ-1М.
Наличие огнетушителей типа ОУ-8 ОУ-10 а также ящик с песком
вместимостью не менее 1м3 с лопатой и ведром.
Пожарные посты с ручными инструментами и инвентарем размещаются на
видных местах имеют свободный доступ.
Должны быть вывешены планы с указанием мест расположения
противопожарной техники и путей эвакуации людей через двери цеха (не менее
-х запасных) которые должны открываться по направлению движения и не
иметь замков и запоров снаружи.
Двери бытовых помещений должны быть огнестойкими.
4. Гигиенические требования к работе с видеодисплейными терминалами
(ВДТ) и персональным (ПЭВМ). Эргономические требования по организации
Органы управления находятся на пульте управления секции который
размещается вне рабочей зоны. Рабочее место оператора имеет хороший обзор.
На пульте управлении и наладки устанавливаются кнопки «аварийный останов» с
грибовидными толкателями красного цвета которые обеспечивают отключение
электрооборудования РТК независимо от режима работы. Переключатели режимов
работы и регулятор скорости снабжены фиксаторами не допускающими
самопроизвольное их перемещение36.
Рабочий стол с учетом характера выполняемой работы должен иметь
достаточный размер для рационального размещения монитора (дисплея)
клавиатуры другого используемого оборудования и документов поверхность
обладающую низкой отражающей способностью.
Клавиатура располагается на поверхности стола таким образом чтобы
пространство перед клавиатурой было достаточным для опоры рук работника (на
расстоянии не менее чем 300 мм от края обращенного к работнику.
Чтобы обеспечивалось удобство зрительного наблюдения быстрое и точное
считывание информации плоскость экрана монитора располагается ниже уровня
глаз работника предпочтительно перпендикулярно к нормальной линии взгляда
работника (нормальная линия взгляда - 15° вниз от горизонтали).
Для исключения воздействия повышенных уровней электромагнитных
излучений расстояние между экраном монитора и работником должно составлять
не менее 500 мм (оптимальное 600-700 мм).
Применяемые подвижные подставки для документов размещаются в одной
плоскости и на одной высоте с экраном.
Рабочий стул (кресло) должен быть устойчивым место сидения должно
регулироваться по высоте а спинка сиденья - по высоте углам наклона а
также расстоянию спинки от переднего края сиденья. Регулировка каждого
параметра должна быть независимой легко осуществляемой и иметь надежную
Для тех кому это удобно предусматривается подставка для ног.
5 Основные требования к разрабатываемым системам автоматизации
технологических процессов.
Категория взрывоопасности склада этаноламинов – зона 2 поскольку
секция находится на территории взрывоопасного производства.
Система автоматического контроля и управления технологическим
процессом и противоаварийной защиты должна отвечать требованиям Федеральных
Норм и Правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в
нефтяной и газовой промышленности» [44].
Поскольку в результате аварийных ситуаций может произойти
разгерметизация трубопроводного емкостного и динамического оборудования
что может привести к неконтролируемому выходу этаноламинов в окружающую
среду на объекте предусмотрена система противоаварийной защиты работающая
независимо от системы контроля и управления технологическим процессом [44].
Данная секция относится к электроприёмникам первой категории [7].
Энергетическое обеспечение системы управления и противоаварийной защиты
осуществляется двум независимым вводам с системой аварийного включения
резервного питания. Каждый ввод снабжён источником бесперебойного питания.
На случай прекращения подачи сжатого воздуха КИП к исполнительным
механизмам участвующим в реализации ПАЗ на объекте предусмотрен ресивер.
Обеспечивающий до 5 часов работы пневматического оборудования [4433].
Монтаж систем автоматизации кабельные и трубные проводки должны
соответствовать требованиям СНиП 3.05.07-85 [45].
6 Экологичность проекта
Склад этаноламинов является практически безотходным. Для исключения
дегазации предусмотрено максимально герметичное оборудование снабженное
местными отсосами с устройством для очистки воздуха. Контроль за
содержанием вредных веществ в воздухе осуществляется санитарной
лабораторией предприятия.
7 Безопасность в условиях чрезвычайных ситуаций
7.1 Характеристики рассматриваемого производства с точки зрения
безопасности в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС)
С точки зрения возникновения вторичных факторов поражения вещества.
обращающиеся в технологическом процессе не представляют опасности.
Объект расположен на территории нефтеперерабатывающего завода. Рядом с
объектом отсутствуют лесные массивы автомобильные и железные дороги.
Оборудование склада этаноламинов находится на открытой площадке. На
территории секции отсутствуют здания. В смене постоянно работает не менее
Для подачи сигналов ГО и ЧС применяются средства оповещения
расположенные и закрепленные на высотных точках сооружений.
Система управления производством отвечает всем требованиям надёжности
7.2 Организация оповещения работающих об угрозе возникновения
С целью снижения потерь работающих для своевременного оповещения
персонала секции об угрозе ЧС предусмотрена передача сигналов гражданской
обороны (ГО) по радиотрансляционной сети звуковые генераторы и световые
На входе в секцию и на противоположной стороне установлены звуковые
генераторы (сирены) На лестничных площадках и площадках обслуживания
предусмотрено пять световых сигнализаторов [334246].
7.3 Действия персонала по сигналам гражданской обороны
В случае подачи сигналов ГО персонал прекращает работу и укрывается в
специально оборудованных местах либо эвакуируется по специальному маршруту.
Данные действия персонала прописаны в инструкции по безопасной остановке
секции входящей в состав технологического регламента и ПЛАС разработанных
Сигнал ГО – сигнал передаваемый в системе управления ГО и являющийся
командой для проведения мероприятий силами ГО а также для применения
населением средств и способов защиты [46].
Таблица 9.7 – Сигналы ГО и ЧС
Наименование Назначение Порядок передачи Действия населения
сигнала сигнала сигнала
ВНИМАНИЕ ВСЕМ! Для Непрерывное Включить радио-
предупреждения звучание сирен в теле- и другие СМИ и
населения об течение 3 мин. с прослушать сообщение.
угрозе нападениямногократным
противника повторением.
радиационного Дублируется
или химического прерывистыми
заражения гудками на
ВОЗДУШНАЯ Для оповещения Прерывистое (6 сек.Немедленно укрыться в
ТРЕВОГА! населения о включить 6 сек. приспособленных
непосредственнойвыключить) защитных сооружениях
угрозе многократно или естественных
воздушного повторяющееся укрытиях. Дома:
нападения звучание сирен в выключить эл.
противника. течение 3 минут. приборы газ взять
Речевое сообщение всредства
звучащих СМИ. индивидуальной защиты
Дублируется (СИЗ) документы
прерывистыми необходимые вещи
гудками запас продуктов воды
предприятий и покинуть помещение.
ОТБОЙ ВОЗДУШНОЙ Для оповещения Речевое сообщение Покинуть защитные
ТРЕВОГИ! населения о по СМИ и подвижнымисооружения и другие
несостоявшемся громкоговорящими укрытия. Приступить к
или о прошедшем установками. выполнению прежней
воздушном ударе. деятельности или
РАДИАЦИОН-НАЯ Для оповещения Речевое сообщение Надеть СИЗ органов
ОПАСНОСТЬ! населения о по СМИ. Дублируетсядыхания (респиратор
непосредственнойзвуковыми противогаз) и верхнюю
угрозе или световыми и другимиодежду. Укрыться в
обнаружении средствами. укрытиях.
ХИМИЧЕСКАЯ Для оповещения Речевое сообщение Надеть СИЗ органов
ТРЕВОГА! населения об по СМИ. Дублируетсядыхания и кожи с
угрозе или звуковыми последующим укрытием
обнаружении световыми и другимив приспособленных
химического или средствами. помещениях.
7.4 Проектирование защитных сооружений
На территории секции очистки дымовых газов не предусмотрено защитных
сооружений. Защитные убежища предусмотрены на территории соседней установки
В данном разделе рассмотрены следующие вопросы и предусмотрены
соответствующие мероприятия по безопасности и экологичности:
- санитарно-гигиенические мероприятия;
- электробезопасность. Защита от статического электричества.
- пожарная безопасность;
- гигиенические требования к работе с видеодисплейными терминалами и
персональных ЭВМ. Эргономические требования по организации рабочего места;
- основные требования безопасности к разработанным системам
автоматизации технологического процесса;
- экологичность проекта;
- безопасность в условиях чрезвычайных ситуаций.
Разработанные мероприятия позволяют снизить риск производственного
травматизма профессиональных отравлений и заболеваний возникновения
взрывопожароопасных и аварийных ситуаций а также загрязнения окружающей
среды при осуществлении технологического процесса.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

01 Титул ПЗ.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
Кафедра АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Заведующий кафедрой
(подпись) (фамилия и.
«Автоматизация склада этаноламинов»
(наименование темы проекта или работы)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ БАКАЛАВРА
по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и
(шифр и наименование)
КОНСУЛЬТАНТЫ: РУКОВОДИТЕЛЬ
Поразделу «Экономика» Кулигина
Олейник Н.С. (подпись) (фамилия и.
(подпись) (фамилия и. (дат
Поразделу «Безопасность СТУДЕНТ
Ермеев И.В. Рогожев В.Н.
(подпись) (фамилия и. (подпись) (фамилия и.
(дата (датаАТПП-11Ккс
РЕЦЕНЗЕНТ Проект (дат

22 16 САР.dwg

ДФ НГТУnгр. 97-АТПП-1
Автоматизацияnпроизводства ММА.nСтадия синтеза.
Таблица технико-экономических показателей
Модуль цифровых входов
Структурная схема КТС
Pentium 133 MHzISAPCIRAM 64 Mb
Модули аналоговых входов
Технологическая станция
Модули цифровых выходов
ДП-2102-26-03-АТХ.05
Схема подключения к контроллеру
Сигнализация при Т>90°С
Температура в смесителе поз.1 80-90°С
СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Структурная схема САР
8nnnn0.7nnnn0.6nnnn0.5nnnn0.4nnnn0.3nnnn0.2nnnn0.1nnnn0
nnnn2.33nnnn1.67nnnn1nnnn0.33nnnn-0.33nnnn-1
Кривая равной колебательности
Переходная характеристика
Переходная характеристика в замкнутой системе с оптимальными настройками
Коб = 07ntоб = 5сnТ об = 45с
Передаточная функция объекта
Wо(s) = коб еn Тоб s+1
Коб - коэффициент усиления объекта управленияntоб- время транспортного запаздывания объекта управленияnТоб - постоянная времени объекта управления
Уравнения для расчёта настроек ПИ-регулятора
С0 = Тоб (m + 1)n Kоб tоб е
w tоб cos(w tоб) - (m w tоб - ) sin w tоб
С1 = Тоб n Kоб tоб е
(2m w tоб - ) cos(w tоб) +n+ (w tоб - m w tоб + m ) sin(w tоб)
wр = 0324 рад с - рабочая частота
Оптимальные настройкиnК = 22623 - коэффициент усиления регулятораnТинт = 055 с - время интегрированияnТиз = 1251 с - время изодрома
Интегральный квадратичный критерий nI = 17607nВремя регулирования ntрег = 790 сnДинамическая ошибкаnYдин = 071
БР-НГТУ 220700-06-15-АТХ.4
БР НГТУ-220700-06-15-АТХ.4
Объект регулирования
Автоматизированная система управления складом nэтаноламинов

11 04 Оценка основных технических решений.doc

4 Оценка основных технических решений по автоматизации процесса
существующих в настоящее время
Существующая система управления сильно устарела и нуждаются в
модернизации и совершенствовании. Система автоматизации работы склада
готовой продукции производства этаноламинов выполнена на основе локальных
средств. Поэтому более сложные задачи управления складом например задачи
логического управления складскими ёмкостями в режимах наполнения и отгрузки
продукции потребителям а также работа в режиме АСУП в данной системе не
могла быть и не была реализована.
Автоматическое управление складскими ёмкостями реализовано лишь на
уровне поддержания температуры и уровней в емкостях а также частичной
реализации вспомогательных функций. Эта система позволяет поддерживать
технологически необходимые параметры обращающихся в процессе сред
(моноэтаноламин ди- и триэтаноламины различных концентраций). Но
реализовать автоматизированный отпуск продукции потребителям и обеспечить
необходимую точность экологичность и безопасность этого процесса она к
сожалению не в состоянии.
Существенным недостатком существующей системы является ее приборное
оформление. Эксплуатирующиеся приборы и средства автоматизации физически
износились они не обладают необходимыми надежностными и метрологическими
В соответствии с введением в действие новых стандартов качества на
продукцию и желанием производителей дальнейшего расширения и развития
производства для более эффективного решения задач регулирования необходимо
использовать современные датчики микропроцессорные контроллеры и станции
оператора для выполнения задач визуализации сбора хранения и обработки
полученной информации.
В связи с вышеизложенным уровень автоматизации рассматриваемого
производства должен быть таким чтобы на достаточном уровне обеспечить
безопасность протекания как самого технологического процесса и оборудования
его осуществляющего так и в целом окружающей среды до минимума снизив
сброс в последнюю вредных веществ. Кроме того не менее важной задачей
является обеспечение безопасности обслуживающего персонала производства.
Таким образом надежность является важнейшей проблемой данного
производства как с точки зрения техники так и сточки зрения обсуживающего
персонала. Значительный штат сотрудников создает и определенные
экономические проблемы что вместе с техническими повышает себестоимость
продукции и снижает её конкурентоспособность на современном рынке.
Вышеперечисленные недостатки с учетом важности склада этаноламинов
определяют необходимость модернизации существующей системы управления с
целью замены устаревших приборов и средств автоматизации на современные
устройства соответствующие новым нормам и требованиям к техническим
средствам автоматизации и уровню современных систем управления
производственными процессами.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

09 02 Описание технологического проекта.doc

2. Описание технологического процесса и его аппаратурного
оформления регламент технологического процесса
1 Описание готовой продукции. Общая характеристика производства
1.1 Прием хранение и залив в цистерны моноэтаноламина и
МЭА и ДЭА из корпуса 175А поступает по трубопроводу в соответствующие
емкости (на схеме не показаны из-за ограниченности объема как графической
части так и всей бакалаврской работы) после открытия соответствующего
отсечного клапана. Заполнение емкостей производится до уровня не более 2160
мм (90 % по шкале прибора). Хранятся МЭА и ДЭА в емкостях при температуре
-50 °С и под азотной подушкой давлением 6 кПа (600 мм. вод. ст.). Сдувки
с емкостей направляются через дыхательные клапаны на термическое
обезвреживание в корпус 156.
Перед заливом МЭА и ДЭА в тару потребителя производится перемешивание
продукта в емкостях соответствующими насосами в течение 2-4 часов с
последующим отбором пробы продукта для анализа на соответствие требованиям
ТУ 6-02-915-84. Отбор пробы производится в пробоотборном шкафу
установленном на трубопроводе нагнетания конкретного насоса.
При удовлетворительном анализе МЭА или ДЭА насосом заливается в жд
цистерну или другую тару. Наполнение любой тары допускается не более 90 %
В технологической схеме приема хранения и залива МЭА (емкости Е712)
или ДЭА (емкости Е52) в тару предусмотрены следующие блокировки:
а) Автоматическая остановка насоса в случае:
— максимальной токовой нагрузки на электродвигатель насоса;
— отсутствия жидкости в насосе;
— максимального значения давления более 025 МПа (25 кгссм2) в
трубопроводе нагнетания;
— минимального значения уровня в емкостях равного 200 мм (2 % по шкале
— максимального заполнения продуктом ж.д. цистерны или другой емкости
б) Автоматическое закрытие отсечных клапанов на трубопроводах приема
МЭА и ДЭА в емкости при максимальном значении уровня - 2160 мм (90 % по
1.2 Приготовление хранение и залив диэтаноламина марки Б (85%)
Для приготовления ДЭА марки Б используется емкость Е52. Узел включает
— мерник Е11 для приема конденсата или дистиллированной воды
представляющий собой вертикальный аппарат со сферическими днищами
оборудованный рубашкой для обогрева уровнемером и сигнализатором
максимального уровня;
— центробежный насос Н6 предназначенный для циркуляции и залива ДЭА
марки Б в ж.д- или автоцистерны или другую тару.
Конденсат из сетей корпуса 176 при удовлетворительном качестве
принимается в мерник Е11 через фильтр Ф13. При неудовлетворительных
результатах анализа конденсата дистиллированная вода с установки
дистилляторов корпуса 94 доставляется в автоцистерне к корпусу 176 и
азотом давлением 007 MПа (07 кгссм2) передавливается в мерник Е11. А в
емкость Е52 (из емкостей ЕЗ12 E51 насосом Н4 – не показаны на схеме)
через массовый кориолисовый расходомер заливается расчетное количество ДЭА.
ДЭА перемешивается насосом Н6 в течение 05 - 1 часа. По истечении
этого времени в емкость Е52 добавляется расчетное количество
дистиллированной воды (или конденсата) из мерника Е11 при помощи азота
давлением 007 МПа (07 кгссм2) через тот же расходомер. Полученный
раствор перемешивается насосом Н6 при температуре 30-50 °С в течение 3-4
часов. По истечении указанного времени отбирается проба для анализа на
соответствие требованиям ТУ 2423-054-05807977-2000 и при
удовлетворительном результате приготовленный продукт заливается в ж.д.
цистерну или другую тару. При неудовлетворительном результате анализа
производится корректировка продукта т.е добавляется или вода или ДЭА и
снова повторяется процесс перемешивания и отбора проб на анализ.
1.3 Прием хранение и залив триэтаноламина.
ТЭА из корпуса 175А поступает по трубопроводу в емкости Е71.2 после
открытия отсечного клапана на трубопроводе приема ТЭА в соответствующую
емкость. Заполнение емкостей Е712 производится до уровня не более 2160 мм
(90 % по шкале прибора). Хранится ТЭА в емкостях при температуре 30-50 °С и
под азотом давлением 6 кПа (600 мм. вод. ст.).
Сдувки с емкостей-Е712 направляются через дыхательный клапан на
термическое обезвреживание в корпус 156.
Перед заливом ТЭА в тару производится перемешивание продукта в емкостях
Е712 насосом Н8 в течение 2-4 часов с последующим отбором пробы продукта
для анализа на соответствие требованиям ТУ 6-02-916-79.
Отбор пробы производится в пробоотборном шкафу установленном на линии
нагнетания насоса Н8. При удовлетворительном анализе ТЭА насосом Н8
заливается в жд цистерны или бочки.
Наполнение любой тары триэтаноламином допускается не более 90 % от ее
Технологической схемой предусмотрена возможность передачи ТЭА из
емкостей Е712 насосом Н8 в корпус 94 участка этаноламинов для дальнейшей
В технологической схеме приема хранения и залива ТЭА предусмотрены
автоматические блокировки:
а) Автоматическая остановка насоса Н8 в случае:
— максимальной токовой нагрузки на электродвигатель насоса; —
отсутствия жидкости в насосе;
— минимального уровня продукта в емкостях Е712 равного 200 мм (2% по
— максимального давления в трубопроводе нагнетания более 0.25МПа;
— максимального заполнения ж.д. цистерны (90 % вместимости);
ТЭА при максимальном уровне продукта в емкостях С712 равном 2160 мм (90 %
2 Передача готовых продуктов в аварийную емкость и обратно.
Для приема МЭА ДЭА и ТЭА в аварийных и других случаях требующих
освобождения емкостей 52; 712 предусмотрена аварийная емкость Е9.
Освобождение емкостей E712 производится насосами Н6; Н8; Н10
Заполнение емкости Е9 производится до уровня не более 2160 мм (90 % по
шкале прибора). Возврат готовых продуктов из аварийной емкости
осуществляется насосом Н10 в соответствующую емкость.
Готовый продукт в емкости Е9 хранится под азотом давлением 6 кПа (600
мм. вод. ст.) сдувки из емкости через дыхательный клапан направляются на
Для безопасной эксплуатации насоса Н10 при транспортировке продуктов
имеются следующие блокировки:
а) Автоматическая остановка насоса Н10 при:
— максимальной токовой нагрузке на электродвигатель насоса;
— отсутствии жидкости в насосе;
— минимальном уровне в емкости Е9;
— максимальном давлении в трубопроводе нагнетания более 025 МПа (25
б) Закрытие отсечного клапана на трубопроводе приема готовых продуктов
в аварийную емкость при максимальном уровне 2160 мм или (90 % по шкале
прибора) в емкости Е9 с одновременной остановкой насоса Н6; Н8; Н10 в
зависимости от перекачиваемого продукта.
3 Вспомогательные системы
При подготовке производства после монтажа или проведения капитальных
работ по реконструкции производства и оборудования склада предусматриваются
следующие мероприятия:
— перед пуском склада готового продукта в работу оборудование продуть
— к емкостям предусмотрена подводка пара для пропарки емкостей при
подготовке их к ремонту.
При штатном функционировании склада задействуются следующие системы:
Для обогрева емкостей используется горячая вода от узла её
приготовления расположенного в теплопункте корпуса 176.
Кроме того в технологической схеме склада этаноламинов используются:
Азот давлением 0006 МПа (6 кПа) для системы «азотного дыхания»
поступающий по существующим трубопроводам от корпуса 176.
Сжатый воздух давлением 05-08 МПа (5-8 кгссм2) для питания КИПиА
поступающий от воздушной компрессорной корпуса 68.
Сдувки от «азотного дыхания» передаются по трубопроводам на термическое
обезвреживание в корпус 156. Вентвыбросы загрязненные ЭА рассеиваются в
Для пожаротушения в складе готового продукта предусмотрена
автоматическая установка аэрозольного пожаротушения типа «ПУРГА».
Проведение рассматриваемого в бакалаврской работе технологического
процесса невозможно без соблюдения ряда технологических параметров
поддержанием которых в необходимых рамках и будет в том числе заниматься
проектируемая система управления. Регламентные ограничения на
технологические параметры представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Регламентные ограничения на технологические параметры
Наименование стадий Контролируемый параметрНормы и технические
процесса место показатели
измерения параметра
Температура в емкости Максимальное значение 50 оС
Е52 Е712 Е9 параметра
Минимальный значение 30 оС
Уровень в емкости Максимальный уровень 2160 мм
Минимальный уровень 200 мм
Уровень в емкости Максимальный уровень 2680 мм
Минимальный уровень 300 мм
Массовый расход Номинальное значение 300 кгмин
компонентов (три поста)
Массовый расход Номинальное значение 800 кгмин
компонентов (один пост)
в авто- и жд цистерны
Согласно НПБ производственное помещение склада этаноламинов относится к
пожароопасной зоне В3. Наличие пожароопасной зоны учитывается при выборе
технических средств автоматизации устанавливаемых в данной зоне. Они
должны иметь исполнение не ниже IP44.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

22 15 KTC.dwg

Автоматизвция процесса производства нашатыря
Д.Ф.НГТУnгр. 97-АТПП-2
Газоанализатор NDIREO2
ДП-21.02-19-2002 АТХ.7
ДП НГТУ-220301-06-15-АТХ.3
Структурная схема КТС
Switch nD-Link DES-1005DE 5port 10100Mb
ДП-НГТУ-220301-06-15-АТХ.3
Автоматизированная система управления складом этаноламинов
Станция оператора и инжиниринга
MS Windows 7 ScadaWinCC Step 7
NVidianGeForcen9800GTX
HDDnSATA 500 Gb 3.5'' IBM 43R1990
MS Windows 7 БЭСТ-ПРО ScadaWinCC

18 10 Заключение.doc

При выполнении данной бакалаврской работы по разработке интегрированной
«Синтез» была достигнута поставленная цель в виде повышения уровня и
качества автоматического управления существующим технологическим объектом.
Существующая система автоматизации была модернизирована путём выбора
современных приборов и средств автоматизации имеющих более высокие
технические показатели такие как надежность метрологические
характеристики универсальность и гибкость по сравнению с существующими
средствами автоматизации.
Также для повышения технического уровня автоматизации производства был
выбран микропроцессорный контроллер семейства Siemens Simatic S7-300. Это
позволило централизованно управлять процессом сведя к минимуму участие
технического персонала.
Применение новых приборов контроллера и ПЭВМ позволило сократить
энергозатраты а значит снизить себестоимость хранения и обращения
этаноламинов при безусловном сохранении качества хранимых продуктов что
повлияло на технико-экономические показатели.
Применение средств микропроцессорной техники привело систему управления
в соответствие с современными техническими требованиями к системам
В работе была произведена оценка суммарной погрешности измерительного
канала а также оценены и улучшены показатели надежности системы
автоматического регулирования температуры.
В работе также были оценены технико-экономические показатели и
рассмотрены вопросы касающиеся экологичности и безопасности проведения
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

03 Рецензия (не подшивается).doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
на квалификационную работу бакалавра студента
группы № АТПП-11Ккс факультета очно-
Специальности 220700 «Автоматизация технологических процессов и
(шифр и наименование)
Кафедра Автоматизация и информационные системы
студент Рогожев Вячеслав Николаевич
Наименование темы Автоматизация складома этаноламинов.
ученое звание степень)
Квалификационная работа бакалавра на тему «Автоматизация склада
заданием на дипломное проектирование.
Производство этаноламинов построено сравнительно недавно поэтому
уровень автоматизации как самого производства так и склада готовой
продукции являаегося объектом настоящей бакалаврской работы достаточно
высокий. При успешном решении поставленных целей удастся сравнительно
малыми силами и средствами значительно повысить эффективность данного
производства существенно скомпенсировав моральные и физические недостатки
существующей технологии и технологического оборудования повысив качество
выпускаемой продукции.
Характеристика выполненной работы
Точно и в полном объеме описан процесс приема хранения и отпуска
Поставленная задача автоматизации процесса приема хранения и отпуска
различных этаноламинов является актуальной поскольку применение новых
приборов контроллера и ПЭВМ позволило сократить энергозатраты а значит
снизить себестоимость хранения и обращения этаноламинов при безусловном
сохранении качества хранимых продуктов что повлияет на технико-
экономические показатели. Выполнено достаточно четкое обоснование выбора
точек контроля регистрации регулирования и сигнализации обоснован выбор
расчетных контуров регулирования. Студент грамотно произвел расчет и
моделирование систем автоматического регулирования и обосновал выбор
системы автоматического регулирования для дальнейшей реализации этой
системы. Автор квалификационной работы выбрал современный
многофункциональный контроллер SIMATIC S7-300 фирмы SIEMENS который
отлично подходит для автоматизации процесса приема хранения и отпуска
различных этаноламинов так как он поддерживает быструю передачу данных
обеспечивая тем самым быстродействующее управление является компактным
относительно не дорогим в своем классе и не сложным в обслуживании.
Автор работы достаточно четко описал основные аспекты безопасности
регламентирующие основные положения в области охраны труда.
Экономический раздел работы отображает технико-экономическое
обоснование решений квалификационной работы бакалавра.
Качество пояснительной записки и графической части
Качество пояснительной записки и разработанных чертежей проектной
части соответствует действующей нормативно-технической документации.
В заключении следует отметить что уровень инженерных решений исходя
из поставленной задачи выполнен в достаточной мере. Принятые инженерные
решения отражают особенности технологии и конкретного технологического
Расчетная часть работы выполнена на необходимом инженерном уровне.
Студент в работе показал владение методами теории управления
математическими методами вычислительной техникой методами и программными
средствами анализа и моделирования в системе MATLAB.
Общий подход понимание задач автоматизации методы решения подходы к
анализу технологических процессов позволяют говорить о хорошем качестве
выполненной квалификационной работы бакалавра.
Квалификационная работа бакалавра Рогожева Вячеслава Николаевича
заслуживает оценки «отлично» а студент - присвоения квалификации

17 09 Расчет экономических показателей.doc

9 Расчет экономических показателей внедрения системы автоматизации
1 Технико-экономическое обоснование модернизации системы управления
Рассматриваемым технологическим объектом управления является
технологический процесс перемещения этаноламинов в рамках склада готовой
является периодическим. Через склад в течение года проходит около 100000
тонн этаноламинов которые представлены тремя видами продукции:
моноэтаноламин диэтаноламин и триэтаноламин. После модернизации
производительность (пропускная способность склада не меняется так как она
определяется кроме производительности производства еще и потреблением этой
продукции покупателями которая в рамках данной работы принимается
Рассматриваемое производство характеризуется достаточно высоким уровнем
автоматизации но в то же время большим моральным и физическим износом
оборудования. Кроме того число ручных операций связанных с управлением
рядом исполнительными устройствами и рядом других операций остается весьма
Кроме того необходимо отметить что рассматриваемый технологический
процесс является опасным для человека что объясняется применением
моноэтаноламин (вещество 2-го класса опасности).
Склад этаноламинов после модернизации в рамках представляемого проекта
будет характеризоваться высоким уровнем автоматизации. Управление процессом
практически полностью автоматическое.
Внедрение централизованной системы управления процессом производства с
использованием современных средств автоматизации приводит к улучшению
основных показателей эффективности производства: повышению надежности
производства улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой
продукции снижению потерь сырьевых ресурсов и повышению рентабельности
производства и в конечном итоге повышению прибыли.
В данном разделе производится оценка величины затрат на создание
системы автоматизации величины экономии производственных ресурсов от ее
эксплуатации а также определение экономических показателей эффективности
капитальных вложений.
В рамках данной разработки управление осуществляется на базе
микропроцессорного контроллера фирмы Siemens типа Simatic S7-300.
2 Экономическое обоснование внедрения системы управления
2.1 Предлагаемые технико-экономические мероприятия
В проекте предлагается внедрить новые средства автоматизации взамен
устаревших создать алгоритм оптимального управления что приведет к
снижению потерь сырья повышению качества выпускаемой продукции и в
конечном итоге увеличению прибыли. Устанавливаемые вновь приборы и средства
автоматизации показаны в таблице 9.1.
Таблица 9.1 - Устанавливаемые приборы и средства автоматизации.
Наименование приборы Цена за КоличесСумма
и средства автоматизации ед. руб. тво штруб.
Блок питания PS-307 2016900 2 4033800
Процессорный модуль CPU-314 4290000 1 4290000
Модуль аналогового ввода SM-331 3060000 4 12240000
Модуль аналогового вывода SM-332 9579044 2 19158088
Модуль дискретного ввода SM-321 3137861 3 9413583
Модуль дискретного вывода SM-322 6438177 2 12876354
Сигнальный модуль IM-353 538200 1 538200
Профильная шина 530 мм 530600 1 530600
Фронтальный штекер 40 pin 3500 9 31500
Операторская станция и станция 10588500 2 21177000
инжиниринга на базе офисного компьютера
Термопреобразователь сопротивления ТСМ 368160 3 1104480
Датчик уровня Rosemount 3051 3500000 5 17500000
Датчик расхода массовый кориолисовый 32000000 5 160000000
расходомер Micro Motion
Продолжение таблицы 9.1
Электропневматический преобразователь 695000 5 3475000
Регулирующий клапан НЗ 25с48нж 4977500 5 24887500
Клапан распределительный 178200 12 2138400
взрывозащищенный КРВ-2
Отсечной клапан НЗ 22нж32п 2489000 12 29868000
Кнопка аппаратчика КЕ 011 6500 4 26000
- стоимость всего комплекта оборудования для проектируемой АСУТП
вместе с базовым программным обеспечением для микропроцессорного
контроллера и станции оператора составляет 323288505 рублей Кз =
- стоимость разработки проекта привязки комплекса технических средств
(25% стоимости оборудования) Кп = 80822126 рублей;
- разработки специального программного обеспечения математических
моделей и алгоритмов управления (55% стоимости технологической
станции и станции оператора) Кд = 177808678 рублей;
- стоимость монтажа и наладки системы с частичным демонтажем старых
технических средств (40% стоимости оборудования) Км = 129315402
- стоимость разработки специального программного обеспечения (10%
стоимости технологической станции и станции оператора) Кс=32328850
Сводная смета капитальных затрат по проекту представлена в таблице 9.2.
Таблица 9.2 - Сводная смета капитальных затрат по проекту тыс.руб.
Наименование Затраты на
Стоимость всего комплекта оборудования для 3233
проектируемой АСУТП
Стоимость разработки проекта привязки 808
комплекса технических средств
Продолжение таблицы 9.2
Стоимость разработки математических моделей и 1778
алгоритмов управления
Стоимость монтажа и наладки системы с частичным 1293
демонтажем старых технических средств
Стоимость разработки специального программного 323
Всего капитальные затраты (строки 1-5) 7435
Приведенные выше расчеты показывают что внедрение новой системы
автоматизации будет стоить 7435 тысяч рублей.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

21 12 Опись чертежей.doc

Обозначение Наименование ФорматКол-во
ВКР ДПИ Опись чертежей А4 1
НГТУ-220700-06-15-ATX.l
ВКР ДПИ Функциональная схема А1 1
НГТУ-220700-06-15-АТХ.2
ВКР ДПИ Структурная схема КТС А1 1
НГТУ-220700-06-15-АТХ.З
ВКР ДПИ Синтез САР А1 1
НГТУ-220700-06-15-АТХ.4
ВКР ДПИ Сравнительная таблица ТЭП А1 1
НГТУ-220700-06-15-АТХ.5
ВКР ДПИ НГТУ-220700-06–15 АТХ.1
ИзмКол.Лист№ Подп.Дата
Разраб. Рогожев Опись чертежей СтадияЛист Листов
Провер. Кулигина У 1 1

001 Обложка ПЗ.doc

-----------------------
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной работе бакалавра
Рогожева Вячеслава Николаевича
(фамилия имя отчество)
Факультет вечернего и заочного обучения
Кафедра Автоматизация и информационные системы

15 07 Расчет показателей надежности.doc

7.3 Расчёт показателей надёжности системы управления
В качестве расчетного выберем контур регулирования температуры
питательной воды позиция TE1-1 подаваемой в смеситель E52. Данный контур
регулирования является весьма сложным и насыщенным приборами и элементами в
рамках данной схемы так как включает в себя в отличие от большинства
других контуров управления в данной технологической схеме регулирующий
клапан управляемый через аналоговый ЭПП. Это с одной стороны доказывает
актуальность рассмотрения его надежности а с другой гарантирует то что в
случае его надежности другие менее сложные контуры будут тем более
Так можно утверждать в связи с тем что наиболее ненадежные (аналоговые
ЭПП МИМ) элементы контура в других контурах являются дискретными и
поэтому более надежными. Надежность же датчиков других технологических
параметров (температура уровень и др.) современных типов и основных
производителей мало отличается друг от друга.
По надежности данного контура регулирования можно судить хотя бы
приблизительно о надежности всей проектируемой системы автоматизации.
Структурно-функциональная схема контура регулирования температуры в
емкости Е52 показана на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1 - Структурно-функциональная схема контура регулирования
температуры в емкости Е52
Д - датчик «Метран-254»; ЭЛС - электрическая линия связи; К -
контроллер; ЭПП - электропневмопреобразователь; ПЛС - пневматическая линия
связи; ИУ – исполнительное устройство.
3.1 Исходные данные для расчета.
) Датчик «Метран-254». Средняя наработка до отказа Тд=120000 часов.
) Электрическая линия связи (кабель КВВГЭ и коробки У615). Средняя
интенсивность отказов 10-5 1час.
) Контроллер SIEMENS Simatic S7-300 (блок AI - SM 331). Тк=175000
) Электропневмопреобразователь (ЭП 3324). Вероятность безотказной
работы за 2000 часов Рэпп(2000)=091.
) Пневматическая линия связи. Тплс=73600 часов.
) Исполнительное устройство. Риу(2000) = 0925.
3.2 Расчет вероятностей безотказной работы для всех элементов схемы.
Вероятность безотказной работы 1-го элемента схемы надежности при
экспоненциальном законе распределения времени до отказа определяется:
t – рассматриваемое время (для расчета принимаем t=2000 часов).
Интенсивность отказов i-гo элемента определяется:
) Интенсивность отказов датчика:
Вероятность безотказной работы датчика за 2000 часов:
). Вероятность безотказной работы электрической линии связи за 2000
) Интенсивность отказов контроллера:
Вероятность безотказной работы контроллера за 2000 часов:
) Вероятность безотказной работы ЭПП Рэпп (2000) - 091.
) Интенсивность отказов пневматической линии связи:
Вероятность безотказной работы ПЛС за 2000 часов:
) Вероятность безотказной работы ИУ Pиу(2000) = 0925.
3.3 Расчет показателей надежности контура в целом.
Вероятность безотказной работы системы с последовательной структурой
элементов в течение 2000 часов равна:
где п - количество элементов находящихся в последовательном
Вероятность безотказной работы контура регулирования температуры в
Вероятность безотказной работы за 2000 часов работы на уровне 0764
является недостаточной так как необходимый показатель равняется 092.
Следовательно с целью повышения надежности контура регулирования
необходимо резервировать наиболее ненадежные элементы которыми являются
ЭПП ПЛС и ИУ. Необходимо отметить что здесь возможны два варианта а
именно поэлементное резервирование вышеперечисленных элементов либо
резервирование всей этой цепочки целиком. Выберем первое решение которое
упрощает переключения в случае возникновения неисправностей и в целом
является более эффективным.
Таким образом структурно-функциональная схема контура регулирования
будет выглядеть следующим образом.
Рисунок 7.3 - Скорректированная структурно-функциональная схема контура
регулирования температуры в емкости Е52
В случае параллельного соединения элементов вероятность безотказной
работы резервной цепочки определяется по формуле:
где к - количество параллельно соединительных элементов.
Определим вероятность безотказной работы параллельно включенных ЭПП
Вероятность безотказной работы резервированного ЭПП:
Вероятность безотказной работы резервированной ПЛС:
Вероятность безотказной работы резервированного ИУ:
Таким образом вероятность безотказной работы резервированного контура
регулирования температуры диэтаноламина равна:
Интенсивность отказов контура равно
Средняя наработка до отказа контура:
3.4 Вывод по расчету.
Вероятность безотказной работы технических средств контура
регулирования температуры хранения диэтаноламина в емкости Е52 за 2000
часов составляет 0923. Этот показатель достаточно высок что объясняет
использование резервирования элементов ЭПП – ПЛС - ИУ как наименее
надежных элементов. Надежность других контуров будет не ниже рассчитанной.
Необходимо отметить что надежность можно повысить и с помощью
организационных мероприятий например путем повышения внимательности
операторского и ремонтно-обслуживающего состава при наблюдении за работой
слабых звеньев системы повышения качества обслуживания системы управления
и своевременным и качественным проведением ППР.
4 Расчет суммарной погрешности измерительного канала
4.1 Общее описание измерительного канала
Контур измерения температуры среды в емкости Е52 состоит из
следующих элементов определяющих его погрешность:
- датчик температуры: ТСМ-Метран-254;
- модуль ввода аналоговых сигналов SM-331.
В дальнейшем данные передаются между модулями в оцифрованном виде
следовательно остальные модули на суммарную погрешность измерительного
Погрешности выше указанных измерительных приборов:
- основания погрешность датчика
- температурная погрешность датчика
- погрешность датчика от колебания напряжения в сети.
) АЦП микропроцессорного контроллера
- основная погрешность АЦП
- температурная погрешность АЦП
- погрешность от колебания сети АЦП.
4.2 Определение погрешностей элементов канала
Основная погрешность датчика температуры ТСМ-Метран-254 нормирована
по паспорту значением [24]:
Считая закон распределения погрешности равномерным СКО определяется
Для равномерного распределения:
Погрешность датчика температуры от колебаний напряжения сети является
мультипликативной и распределена по нормальному закону распределения.
Значение этой погрешности:
Среднеквадратическое отклонение для нормального распределения:
чисто мультипликативной и распределена по треугольному закону
распределения. Значение этой погрешности:
Среднеквадратическое отклонение для треугольного распределения:
Параметры этого распределения:
[pic] - контрэксцесс.
Основная приведенная погрешность модуля ввода аналоговых сигналов
составляет [pic] [25]. Считая закон распределения погрешности равномерным
СКЩ определяется по формуле:
Параметры равномерного закона распределения:
[pic] - конрэксцесс.
Погрешность модуля ввода аналоговых сигналов вызванная колебаниями
температуры составляет 01% на [pic]. Предполагая что отклонения
температуры в операторском помещении относительно [pic]: составляет [pic].
Погрешность аддитивна закон ее распределения принимается равномерным [2].
Следовательно СКО составляет:
Погрешность модуля от колебаний напряжения питания определяется
колебаниями выходного напряжения блока питания которые составляют [pic].
Погрешность мультипликативная закон распределения – треугольный.
4.3 Суммирование погрешностей отдельных элементов
Расчет результирующей погрешности канала сводится к вычислению
приведенной погрешности при x=0 которая складывается только из аддитивных
составляющих и в конце диапазон из всех составляющих. Будем считать что
все суммируемые погрешности независимые (некоррелируемые).
Погрешность канала при x=0 складывается из трех аддитивных
Сумма с.к.о. основной погрешности датчика температуры и основной
Суммируемые составляющие распределены трапецеидально и равномерно
поэтому результирующее распределение является трапециидальным. Для
определения эксцесса и энтропийного коэффициента этого распределения нужно
рассчитать вес дисперсии второго из слагаемых в общей дисперсии:
эксцесс этого распределения:
Сумма с.к.о. основной погрешности датчика температуры основной
погрешности АЦП и температурной погрешности АЦП:
Энтропийный коэффициент композиции трапециидального и треугольного
распределений определяется по графику [2] стр. 95. При p=0066 [pic].
Отсюда энтропийное значение приведенной погрешности нуля канала:
Доверительная погрешность:
т.е. [pic] соответствует [pic].
Для расчета погрешности в конце диапазона канала к полученному
значению [pic] нужно добавить мультипликативные составляющие [pic] и [pic].
Среди этих значений погрешности нет пренебрежимо малых потому все они
должны быть по очереди просуммированы.
Все дисперсии [pic] в суммарной дисперсии
Согласно графику [2] стр. 95 p=0057соответствует [pic] т.е.
распределение оказывается достаточно близким к нормальному.
Вес дисперсии [pic] в суммарной дисперсии
контрэксцесс: [pic].
Согласно графику [2] стр. 95 p=0031 соответствует [pic] т.е.
По мере суммирования все большего числа погрешностей эксцесс
получающих композиций все более и более приближался к эксцессу нормального
распределения [pic].
Энтропийное значение погрешности в конце диапазона канала
Доверительная вероятность соответствующая полученному энтропийному
значению [pic] согласно формуле равна:
То есть при оценке погрешностей результатов измерений с вероятностью
[pic] следует ожидать погрешности [pic] и [pic].
Получим формулу для расчета суммарной погрешности измерительного
где: T – текущее значение температуры; [pic] - значение температуры в
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

14 07 Обоснование принятых проектных решений.doc

7 Обоснование принятых проектных решений выбор приборов и средств
1 Основные функции системы управления
В предыдущих разделах было показано что система автоматического
управления созданная на базе традиционных средств автоматизации обладает
рядом недостатков и для успешного и максимально эффективного управления
процессом было принято решение по модернизации системы автоматизации.
АСУТП на базе средств вычислительной техники должна соответствовать
требованиям технического задания и обеспечивать ряд необходимых функций:
постоянный контроль за параметрами процесса и управление режимом
для поддержания их регламентированных значений;
регистрацию срабатывания и контроль за работоспособным состоянием
постоянный контроль за состоянием воздушной среды в пределах
постоянный анализ изменения параметров в сторону критических
значений и прогнозирование возможной аварии;
действие средств управления и ПАЗ прекращающих развитие опасной
действие средств локализации аварийной ситуации выбор и
реализацию оптимальных управляющих воздействий;
проведение операций безаварийного пуска остановки и всех
необходимых для этого переключений;
выдачу информации о состоянии безопасности на объекте в
вышестоящую систему управления;
в помещениях управления должна предусматриваться световая и
звуковая сигнализация срабатывающая при достижении
предупредительных значений параметров процесса.
Применение современных датчиков отказ от щитовой системы автоматизации
и принятия решения о применении контроллеров и персонального компьютера
приводит к увеличению качества регулирования и контроля технологическим
процессом к увеличению срока службы приборов к снижению количества
продукта низкого качества к снижению вредных выбросов.
Применение микропроцессорного контроллера позволяет обеспечить
необходимую правильность четкость и быстроту принимаемых решений в
управлении технологическим процессом своевременную выдачу сообщений о
нарушениях хода процесса на станцию оператора. Применение ПЭВМ поможет
оператору в управлении технологическим процессом благодаря выдаче сообщений-
подсказок что несомненно облегчает работу обслуживающего персонала.
С учетом особенностей объекта управления наиболее эффективным является
применение централизованной системы управления. Централизованная система
характеризуется высокой живучестью и гибкостью.
АСУТП включает себя три уровня: нижний (полевой) средний и верхний
2 Проектные решения на различных уровнях автоматизации
Выбор приборов и средств автоматизации определяется условиями и
особенностями проведения процесса а также выполняется с учетом правил
безопасной эксплуатации оборудования. Это необходимо учитывать при выборе
средств автоматизации устанавливаемых в производственных помещениях. В
рамках модернизации существующей системы автоматизации предлагается
заменить датчики не удовлетворяющие требованиям проведения
технологического процесса на более современные. Применяемые в настоящее
время приборы и средства автоматизации устарели и не удовлетворяют
требованиям к точности надежности и ремонтопригодности.
Предлагается заменить устаревшие датчики выработавшие свой срок
эксплуатации и имеющие в связи с этим низкую надежность и точность
измерения не удовлетворяющие требованиям ведения технологического
процесса на современные имеющие высокие метрологические характеристики.
Для того чтобы отказаться от использования дополнительных нормирующих
преобразователей и тем самым снизить расходы на монтаж будем по –
возможности использовать датчики с унифицированным выходным сигналом.
В качестве датчиков температуры будем использовать термометры
сопротивления - ТСМ Метран-254- [11]. Медные преобразователи охватывают
диапазон рабочих температур склада хранения и отпуска этаноламинов (не
более 100 оС) и в тоже время существенно дешевле платиновых ТС.
С помощью уровнемеров будет производиться замер уровня в аппаратах. Для
этого используем гидростатические измерители уровня Rosemount 3051S-L с
фланцевой разделительной мембраной и возможностью промывки без удлинителя.
Для измерения расхода применяем расходомер Micro Motion фирмы «Метран».
Они имеют высокую точность (+05% для сенсоров класса «Elite») не высокая
требовательность к обслуживанию вообще и к метрологическому в частности.
В качестве исполнительных устройств в процессе используются
регулирующие и отсечные клапаны выпускаемые арматурными заводами г.
Котельниково и Гусь – хрустальный с мембранным пневмоприводом. Управляющие
воздействия к отсечным клапанам подводятся с помощью клапанов
Для сигнализации положения отсечных клапанов применены конечные
выключатели типа ВВ-1.
Управляющие воздействия в контурах аналогового регулирования подаются
2.2 Средний уровень АСУТП
Рассмотрим более подробно техническое оформление среднего уровня АСУТП.
На среднем уровне системы автоматизации находится микропроцессорный
контроллер включающий в себя центральный процессорный модуль
соответствующие технологическому процессу периферийные устройствами и
программное обеспечение.
Выбор контроллера для осуществления функции автоматизации в любой
системе управления производится на основании анализа информационной
нагрузки со стороны объекта управления. Под ней понимается число дискретных
и аналоговых каналов ввода и вывода к технологическому объекту управления и
от него. В данном технологическом процессе информационная нагрузка
определена и приведена в таблице 7.1.
Таблица 7.1- Информационная нагрузка объекта управления
Вид канала вводавывода Число каналов вводавывода
Аналоговый выход 15
Дискретный выход 46
Система автоматизации может быть выполнена на различных типах
контроллеров выпускаемых в настоящее время многими фирмами различных
стран. Для выбора контроллера необходимо определить критерии в
соответствии с которыми будет осуществляться выбор в пользу того или иного
контроллера. В качестве исходных базовых выберем три фирмы продукция
которых хорошо зарекомендовала себя в отечественных условиях: SIEMENS TREI
Для их сравнения и последующего выбора зададимся двумя наиболее важными
критериями. Во-первых стоимость контроллера а во-вторых надёжность
которой обладает тот или иной контроллер. В качестве показателей надёжности
работы контроллера будем рассматривать наработку на отказ.
Результаты сравнения контроллеров сведены в таблицу 7.2 (конфигурации
контроллеров рассчитаны в соответствии с необходимой информационной
Из таблицы 7.2 видно что по своей цене конкурентов превосходит
контроллер фирмы Siemens.
Таким образом для построения системы автоматизации на верхнем уровне
выбираем микропроцессорный контроллер Simatic S7-300 фирмы Siemens.
Таблица 7.2 Сравнительная таблица технических и стоимостных
характеристик контроллеров
Наименование контроллера Наработка на Общая стоимость
Simatic S7-300 фирмы SIEMENS 100000 590800
TREI-5B 75000 630500
MIC-2000 фирмы Advantech 85000 648200
Программно-технический комплекс (ПТК) фирмы Siemens обладает высокой
производительностью имеет небольшие размеры массу и оптимален по
соотношению цена-качество. Наличие в семействе шести различных по мощности
центральных процессорных устройств и широкого спектра специализированных
модулей с разнообразными функциональными возможностями позволяют
пользователю выбрать именно те компоненты которые в наибольшей степени
удовлетворяют требованиям задачи управления. Модульная структура
контроллеров Simatic S7-300 обеспечивает возможность последующего
наращивания и модернизации системы управления путем добавления
дополнительных модулей.
Для создания АСУТП на базе контроллеров Simatic фирмы Siemens можно
использовать несколько вариантов:
)Simatic S7-200 предназначен для решения задач управления и
регулирования небольших систем автоматизации и не может быть применен по
причине малого числа входоввыходов. Для реализации АСУТП на базе Simatic
S7-200 потребовалось бы объединение в сеть нескольких контроллеров что
привело бы к усложнению системы снижению ее надежности и увеличению
)Simatic S7-400 предназначен для решения сложных задач автоматизации
с большим объемом программы управления и для построения системы управления
с децентрализованной структурой на базе сети ProfiBus. Для автоматизации
процесса приема хранения и отпуска этаноламинов нет необходимости
применять такой дорогой и сложный контроллер.
)Simatic S7-300 предназначен для решения самых разнообразных задач
автоматизации среднего уровня.
При организации системы управления на базе контроллера Simatic S7-300
необходимы следующие модули;
Центральный процессор CPU-314 6ES7 314-6CG03-0АВ0 1 шт.
Модуль аналоговых входов 6ES7 331-1KF01-0AB0 4 шт.
Модуль аналоговых выходов 6ES7 332-5HD01-0AB0 2 шт.
Модуль дискретных входов 6ES7 321-1ВН50-0АА0 3 шт.
Модуль дискретных выходов 6ES7 322-1ВН10-0AA0 2 шт.
Блок питания PS-307 6ES7 314-1EA00-0АA0 2 шт.
Общая сумма затрат составляет 59078325 рублей.
Все контроллеры Simatic S7-300 имеют встроенный MPI-интерфейс
позволяющий опрашивать контроллер из нескольких точек связанных с ним по
Для обмена данными MPI использует протокол RS-485. Основные
характеристики сети:
7 оконечных устройств (до 32 устройств на сегмент);
максимальная протяженность сети до 1800 м;
скорость передачи данных 1875 кБитсек.
В сеть MPI могут быть объединены следующие устройства:
программаторы и ПЭВМ;
панели оператора фирмы S
контроллеры Simatic S7-300 и S7-400.
Для связи контроллера и ПЭВМ используется коммуникационный процессор
СР 5611 который устанавливается в PCI-слот ПЭВМ. Коммуникационный
процессор СР 5611 благодаря схожести аппаратных архитектур обеспечивает
возможность исполнения одних и тех же функций персонального компьютера или
программатора как через шину ProfiBus-DP так и через интерфейс MPI. Весь
стек протокола выполняется процессором ПК под управлением пакета Softnet. В
соответствии со стандартом PCI коммуникационный процессор СР 5611
поддерживает режим Plug & Play при работе под операционной системой Windows
Работу с коммуникационным процессором поддерживают следующие программные
COM ProfiBus - функции диагностики и запуска.
2.3 Выбор программного обеспечения
В качестве программного обеспечения контроллера используется язык
программирования STEP-7. STEP-7 представляет собой оболочку в которой
находятся несколько языков программирования предназначенных для конкретных
целей: конфигурирование и настройка параметров аппаратуры; определение
коммуникационных соединений; программирование; тестирование наладка и
обслуживание; документирование и архивирование данных.
S7-KOP - язык программирования низкого уровня аналог РКС (релейно-
контактных схем) для описания технологических задач различной сложности
при высоком быстродействии;
S7-AWL - язык программирования низкого уровня представляющий собой
ассемблерные команды процессора. Позволяет получить полный контроль над
процессором контроллера что бывает необходимо при решении нестандартных
S7-SCL - это Pascal-подобный язык высокого уровня оптимизированный для
программирования контроллеров. S7-SCL - язык структурного программирования
что позволяет делать программы более наглядными и понятными;
S7-GRAPH - позволяет выполнять программирование и конфигурирование систем
управления последовательными процессами в визуальном режиме;
S7-PLCSIM - позволяет тестировать программные блоки пользователя на
компьютере или программаторе без использования реального программируемого
CFC - инжиниринговый инструмент для создания программ управления
непрерывными технологическими процессами. Этот язык может быть использован
технологами не обладающими глубокими знаниями в области контроллеров и
вычислительной техники. Он позволяет объединять друг с другом некоторые
готовые программные компоненты в соответствии с технологическим планом.
Фирма Siemens предлагает программное обеспечение для станции
оператора которое можно заказать при покупке контроллера. Система
визуализации фирмы Siemens - Win CC позволяет легко и просто интегрировать
компоненты визуализации и обслуживания в создаваемые или уже существующие
системы технологического управления избегая при этом непомерных затрат на
проектирование и написание программного обеспечения. Программа поддерживает
русский язык. Ядро Win CC образует нейтральная по отношению к отраслям
промышленности и технологиям базовая система оснащенная всеми важнейшими
функциями визуализации и обслуживания.
SCADA Win CC включает в себя следующие программные продукты:
Control center. Для быстрого обзора всех данных проекта и
глобальных установок. Также она обеспечивает:
запуск приложений проектирования или визуализации и обслуживания;
глобальные установки в системе;
слежение за состоянием переменных в системе загрузка и выгрузка
изображения процесса в память осуществление коммуникаций с ПЛК;
конфигурация многоместной системы компоненты которой работают в рамках
единой информационной сети по принципу «Клиент-сервер».
Graphics designer. Для создания мнемосхем и динамических
графических объектов изображений процесса:
- создание стандартных объектов (текстов линий кругов и пр.);
- создание полей вводавывода объектов состояния переменных
создание вспомогательных объектов управления визуализацией: кнопок баров и
проектирование в режиме on-line для осуществления быстрой отладки.
Возможна программная эмуляция ответов управляемой установки.
Alarm Logging. Для сбора и архивации событий в системе а также
обработки рецептур согласно DEN 19235. Win CC поддерживает два метода
генерации сообщений: управляемую битовыми масками (каждому сообщению
поставлена в соответствие некоторая битовая переменная) или управляемую
данными поступающими в виде пакетов. Поступающие сообщения визуализируются
и могут также генерировать звуковые сигналы тревоги. Все поступающие
сообщения могут квитироваться в зависимости от степени их важности по
отдельным и целым группам.
Tag Logging. Для сохранения текущих и архивированных измеряемых
величин. Win CC предлагает различные методы архивации измеряемых
величин. Архивация производится циклически или управляется событиями в
системе. Возможно проведение архивации отдельных данных или данных
сгруппированных в блоки. Затем данные из архива могут
визуализироваться в виде кривых или таблиц. Возможно создание
долговременных архивов данных хранящихся в сжатой форме и служащих
для статистической оценки работы системы.
Archie. Для хранения пользовательских данных в форме записи со
свободно параметрируемой структурой. Наряду с архивацией измеряемых
величин возможно организовать базы данных имеющие свободно
программируемую структуру. В такой форме можно осуществлять хранение
рецептур связанных друг с другом машинных данных и т.д. Доступ к
базам данных можно осуществлять как через ODBC и SQL так и через Win
Report Designer. Для управления событиями в системе или по времени
генерации отчетов в свободно программируемом формате. Возможна генерация:
протоколов последовательности поступавших сообщений;
протокол архивов сообщений и измеряемых величин;
протоколов обслуживания системы;
протоколов системных сообщений;
пользовательских отчетов;
распечаток данных проекта например список переменных текстов сообщений
Global Scripts. Для программирования действий производимых с
объектами. Данный компонент позволяет пользователю программировать
интерфейс для работы с объектами системы визуализации. Написанные
пользователем на языке программирования ANSI-C функции могут в частности:
считывать и устанавливать значения переменных;
вызывать на экран новые изображения и позиционировать их;
генерировать квитировать и выбирать рабочие сообщения или сообщения о
запускать генерацию протоколов;
сохранять текущие данные процесса.
Написанные пользователем программные функции могут вызываться в рамках
Win CC циклически или в зависимости от происходящих в системе событий.
User Administration. Для удобного управления правами доступа
пользователей к системе.
Simatic Win CC является 32-битным приложением и работает в среде
На описанном выше программном обеспечении можно реализовать удобный
вывод информации на станцию оператора как о работе объекта управления в
целом так и более подробную информацию о любой его стадии аппарате
датчике или исполнительном механизме.
2.4 Верхний уровень АСУТП
Для осуществления визуализации технологического процесса а также для
осуществления функции программирования контроллера и оперативного
управления процессом необходима станция оператора и станция инжиниринга в
качестве которых выбраны персональные компьютеры. Поскольку все функции
управления осуществляются контроллером то можно выбрать персональный
компьютер офисного исполнения. Конфигурация выбирается исходя из
требований предъявляемых программным обеспечением. В связи с выше
изложенными требованиями к ЭВМ в качестве станции оператора выбирается IBM-
совместимый компьютер следующей конфигурации представленной в Intel Core
I3-2100 ОЗУ 2048 Мб MSI H57M-ED65 NVidiaGeForce9800GTX TFT 30" DELL
MSI H57M-ED65 - материнская плата;
ОЗУ 2048 - объем оперативной памяти ЭВМ Мб;
NVidiaGeForce9800GTX - видеоадаптер с объемом оперативной памяти 1024
Мб предназначен для вывода информации на экран монитора;
TFT 30" DELL U3011 - тип монитора и диагональ экрана рекомендуемое
(физическое) разрешение 2560x1600.
Для связи компьютера с микроконтроллером необходимо специальное
устройство поскольку они имеют разные протоколы передачи данных. Для этого
выбран коммуникационная PCI плата для протокола RS485.
Для осуществления бесперебойного питания компьютера выбран источник
бесперебойного питания UPS APC B - 1000.
Для осуществления функций оперативного вмешательства в процесс а также
для программирования контроллера и перемещения в окнах видеокадров
технологического тренда имеется клавиатура 108 клавиш Samsung PKB – 1500U и
оптическая мышь A4Tech BW - 35 Optical Mouse.
Таблица 7.3 - Структура станции оператора и инжиниринга и их стоимость
Наименование Количество Стоимость руб.
Процессор Intel Core I3-2100 2 11700
Материнская плата MSI H57M-ED65 2 13000
SATA 500 Gb 3.5'' IBM 43R1990 2 12480
Флоппи-дисковод 35" 144Мб Sony 2 1560
Объем оперативной памяти ОЗУ 2048 Мб 2 6500
Видеокарта NVidiaGeForce9800GTX 2 10140
Оптический привод ASUS DRW-2014S1 2 4680
Монитор 30" DELL U3011 2 80600
UPS APC Smart-SC1000VA 2 34710
Мышь A4Tech BW - 35 Optical Mouse 2 520
Клавиатура 108 кн. Samsung PKB – 1500U 2 1170
Колонки звуковые Genius SP – I200U 2 3510
Принтер Samsung SCX - 4600 2 31200
Для обеспечения неплохих возможностей в области графики выбрана
видеокарта на NVidiaGeForce9800GTX и видеомонитор с диагональю 30 дюймов с
высоким разрешением 2560x1600. Это позволяет отобразить значительно больше
информации чем на «стандартных» мониторах и разрешениях.
Для осуществления функции звуковой сигнализации выбраны активные
акустические системы Genius SP – I200U.
Для регистрации технологических параметров необходимо печатающее
устройство. Для этой цели выбран лазерный МФУ Samsung SCX - 4600. Данное
устройство обладает не только свойствами печати но и может заменить
отсутствие сканера. Неоспоримыми преимуществами являются высокое
быстродействие сравнительная бесшумность работы а также низкие
эксплуатационные расходы долговечность и неприхотливость.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

10 03 Анализ технологического процесса.doc

3 Анализ технологического процесса как объекта управления
1 Параметры процесса и их взаимосвязь
Как и в любом технологическом процессе в процессе функционирования
склада этаноламинов присутствуют как неуправляемые так и управляемые
технологические параметры оказывающие влияние на протекание процесса. Все
эти процессы и определяют в конечном счете качество работы склада и его
технико-экономические показатели.
Как объект управления технологический процесс может быть
охарактеризован следующими основными группами переменных рисунок 3.1:
- Y - переменные характеризующие состояние процесса которые в ходе
регулирования необходимо поддерживать на заданном уровне;
- хр - переменные изменением которых система регулирования
воздействует на объект с целью управления;
- Xв - переменные изменения которых не связаны с воздействием системы
Рисунок 3.1 – Технологический процесс как объект управления.
В ходе анализа технологического процесса как объекта управления
необходимо выбрать структуру системы регулирования т.е. определить с
использованием какого регулирующего воздействия следует управлять тем или
иным параметром процесса.
В понятие «технологический процесс как объект управления» включается
в частности технологическое оборудование кроме датчиков и исполнительных
органов которые физически и технически являются конструктивными элементами
оборудования но функционально входят в состав технических средств АСУТП
поэтому выражение «управление технологическим процессом» в последующем
изложении означает управление режимами работы именно технологического
Под термином «управляемый технологический процесс» в дальнейшем
понимается такой процесс для которого определены входные контролируемые
воздействия (управляющие управляемые) установленные детерминированные и
вероятностные зависимости между входными воздействиями и выходными
параметрами выпускаемого изделия (продукта) разработаны методы
автоматического измерения входных воздействий и выходных параметров (всех
или их части) и методы управления процессом.
В химической промышленности вопросам автоматизации должно уделяться
особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания
технологических процессов высокой их чувствительностью к нарушениям
режимов а кроме того вредностью и опасностью условий многих работ
исходных промежуточных и конечных веществ.
Склад этаноламинов не является взрывоопасным производством но в нем
обращаются в очень больших количествах вещества второго класса опасности
(моноэтаноламин) поэтому имеет смысл выбрать систему управления
реализованную на средствах микропроцессорной и вычислительной техники.
В соответствии с техническим заданием на ВКР бакалавра необходимо
разработать основные технико - организационные мероприятия по осуществлению
регулирования параметров влияющих на качество и безопасность при
протекании процесса. Для каждого технологического процесса определяется
совокупность критических значений параметров.
Допустимый диапазон изменения параметров устанавливается с учетом
характеристик технологического процесса. Технологические характеристики
системы управления и противоаварийной автоматической зашиты (ПАЗ) должны
соответствовать скорости изменения значений параметров процесса в требуемом
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

22 14 ФСА.dwg

Функциональнаяnсхема автоматизации
Автоматизацияnпроизводства ММА.nСтадия синтеза.
ДФ НГТУnгр. 97-АТПП-1
Вода оборотная обратная
Вода оборотная прямая
Технологическая станция
Статив преобразователей
Таблица технико-экономических показателей
ДП-2102-26-03-АТХ.05
Схема подключения к контроллеру
Наименование и техническаяn характеристика
Функциональная схема автоматизации
Среда технологическая
Стоки от пропарки оборудования
Конденсат пара Р = 0.5 МПа
Вода горячая обратная
Автоматизированная система управления складом nэтаноламинов
БР-НГТУ-220301-06-15-АТХ.2
Емкость триэтаноламина 70%
Камера пробоотборная 400х240х590 мм
Очиститель Dу = 32 для конденсата
Автоцистерна с дистиллированной
Затаривание в железнодорожные
на контейнерной площадке
Конденсат водяного пара
ДП НГТУ-220301-06-15-АТХ.2
Камера пробюоотборная 400х240х590 мм
Емкость диэтаноламина 85% и 99%
Емкость диэтаноламина 99%
Управление отсечным клапаном
Температура в емкости Е51nn 30-50°С
Управление регулирующим клапаном
Уровень в емкости Е51nn 02 - 216 м
Температура в емкости Е32nn 30-50°С
Уровень в емкости Е32nn 02 - 216 м
Уровень в емкости Е31nn 02 - 216 м
Температура в емкости Е31nn 30-50°С
Температура в емкости Е12nn 30-50°С
Уровень в емкости Е12nn 02 - 216 м
Температура в емкости Е11nn 30-50°С
ДП-НГТУ-220301-19-12-АТХ.2
Разработка интегрированной системы управления складом этаноламина
ДП НГТУ-220301-19-12-АТХ.2
Емкость моноэтаноламина 99%
Технологическаяn станция
Уровень в емкости Е52n 02 - 216 м
Температура в емкости Е52n 30-50°С
Уровень в емкости Е71nn 02 - 216 м
Температура в емкости Е71n 30-50°С
Уровень в емкости Е72n 02 - 216 м
Температура в емкости Е72n30-50°С
Температура в емкости Е9nn 30-50°С
Уровень в емкости Е9nn 02 - 216 м
n35n38n44n47n51n54n60n63n66n70n74n78n82
n34n37n43n46n50n53n59n62n65n69n73n77n81
Уровень в емкости Е11nn 03 - 268 м
Расход моноэтаноламина
Расход компонентов в Е52

22 17 ТЭП.dwg

ДФ НГТУnгр. 97-АТПП-1
Автоматизацияnпроизводства ММА.nСтадия синтеза.
Таблица технико-экономических показателей
Индекс доходности n за 3 года
Численность работающих всегоn в том числе основные n производственные рабочие
Годовой выпускn в натуральном исчисленииn в стоимостном исчислении
Наименование nпоказателя
Капитальные затраты наn создание системы n автоматизации
Полная себестоимость
Чистый дисконтированныйn доход за 3 года
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕnПОКАЗАТЕЛИ
ДП-2102-26-03-АТХ.05
Схема подключения к контроллеру
Стоимость разработкиnпроекта привязки комплекса nтехнических средств
Стоимость всего комплекта nоборудования дляпроектируемой АСУТП
Наименование nстатьи затрат
Стоимость разработки nматематических моделей nи алгоритмов управления
Сводная смета капитальных nзатрат по проекту
Затраты на nреконструкциютыс. руб.
ВКР ДПИ НГТУ-220700-06-15-АТХ.5
Стоимость разработки nспециального программного nобеспечения
Всего капитальные nзатраты (строки 1-5)
ВКР-ДПИ-НГТУ-220700-06-15-АТХ.5
Доля от nстоимости nоборудования
Стоимость монтажа и nналадки системы с nчастичным демонтажем nстарых технических средств
Автоматизированная система управления складом nэтаноламинов

05 Аннотация.doc

Данная бакалаврская работа посвящена разработке интегрированной
системы комплексного управления складом этаноламинов (моноэтаноламин ди-
В работе рассмотрен процесс получения на склад этаноламинов их
перемещение по складу и отпуск конечным потребителям. Проанализирована
структура и текущее состояние существующей системы автоматизации
сформулированы задачи и основные требования к системе автоматизации.
Проведены некоторые расчеты касающиеся как технологического процесса
на складе так технико-экономическим задачам решаемым в процессе
деятельности склада.
Произведен расчеты параметров сети предприятия её надежности
погрешности измерительного канала и надежности канала регулирования а
также произведен выбор необходимых современных технических средств.
Серьезное внимание в работе уделено разработке мероприятий по охране
труда и защите окружающей среды от воздействия негативных факторов
рассматриваемого объекта.
Кроме того в представляемой бакалаврской работе произведет расчет
экономической эффективности предлагаемой системы автоматизации.
Бакалаврская работа состоит из пояснительной записки содержащей 81
страницу текста формата А4 необходимые таблицы рисунки и приложения и
графической части на 4 листах формата А1.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ
Автоматизация склада этаноламинов.
Пояснительная записка

07 Введение.doc

Производство этаноламинов построено сравнительно недавно поэтому
уровень автоматизации как самого производства так и склада готовой
продукции являющегося объектом настоящей бакалаврской работы достаточно
Склад оснащен регуляторами температуры хранящейся продукции
расходомерами уровнемерами продукции в складских ёмкостях и другими
приборами. Вместе с тем многие операции по управлению работой склада и
учета как выработки готовой продукции так и ее отгрузки выполняются до сих
Поэтому данная работа направлена на преодоление этих недостатков путем
более широкого применения средств вычислительной техники для автоматизации
как технологических так и экономико-организационных процессов на
производстве т.е. применению интегрированной системы управления на базе
микропроцессорного контроллера для программно-логического управления
складскими ёмкостями в режимах приёма продукции из цеха и отгрузки
продукции в подвижные жд и автоцистерны. Предусмотрено наличие
персональных ЭВМ выполняющих учетные операции по информации полученной от
Автоматизация этих операций приводит к снижению объёма ручного труда по
управлению производством увеличения его производительности а также
снижение потерь продукции и более точному его учёту за счет автоматического
управления складскими ёмкостями.
Таким образом целью работы является разработка системы автоматизации
которая отвечала бы современным требованиям и тенденциям развития систем
автоматизации и управления технологическими процессами позволила бы
добиться высокой эффективности производства. В работе предусматривается
применение АСУТП высокого уровня построенной с использованием
микропроцессорной техники и современных датчиков и других ТСА.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

04 Отзыв руководителя проекта (не подшивается).doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
ОТЗЫВ РУКОВОДИТЕЛЯ ПРОЕКТА
о выпускной квалификационной работе студента группы № АТПП-11кс
очно-заочного факультета
Рогожева Вячеслава Николаевича
специальность 220700 «Автоматизация технологических процессов и
(шифр и наименование)
Целью работы является автоматизация процесса приема хранения и
Перед студентом была поставлена задача разработать систему
обеспечивающую контроль и централизованное управление установкой
регулирование параметров технологического процесса противоаварийную
взаимодействие с оперативным технологическим персоналом взаимосвязь с
верхнего уровня управления производства.
Студент самостоятельно выполнил поставленную задачу на высоком
На основе проведенных разработок создана система управления позволяющая
выполнять поставленные задачи. Глубоко проработаны вопросы создания
системы управления технологическим процессом и конструкторско-
разработок. Разработанная система управления отвечает самым современным
предъявляемым в данной отрасли промышленности.
Приборы и средства автоматизации были выбраны с высоким классом
положительно сказалось на улучшении ведения технологического процесса и
качества готовой продукции.
В процессе работы автор продемонстрировал аналитические способности
анализа и систематизации информации умение аргументировать полученные
К положительным свойствам выпускной квалификационной работы можно
- хорошо выполненный анализ объекта управления и поставленных задач
- грамотный и обоснованный выбор микропроцессорного контроллера станции
оператора и инжиниринга.
К недостаткам выпускной квалификационной работы можно отнести
безальтернативный выбор технических средств низового уровня.
Я оцениваю дипломный проект на «хорошо» и считаю что его автор
заслуживает присвоения квалификации бакалавра.
Руководитель бакалаврской работы

20 13 Спецификация.doc

Наименование и техническая характеристика
Тип марка обозначение документа
Код оборудования изделия материалов
Раздел 1. Приборы и средства автоматизации
Температура в емкости Е52 30-50оС
ПГ "Метран" г. Челябинск
Термопреобразователь сопротивления
ТСМ Метран 254 (100М) ±025%;
Электропневмопреобразователь 4-20мА20-100кПа
Класс точности – 05%
Регулирующий клапан НЗ Dу50 Ру1.6
Армагус" г. Гусь- Хрустальный
Уровень в емкости Е52 02 – 216 м.
Датчик давления Rosemount 3051-Ех-ДГ ±015%;
выходной сигнал 4-20 мА.
Клапан распределительный взрывозащищенный
КРВ-2 Рраб -063 МПа U=24В 1ЕхdIIСТ6
Управление насосом центробежным Н6
Пускатель электромагнитный 3-х фазный
Отсечной клапан НЗ Dу80 Ру 1.6
ВКР ДПИ НГТУ-220700-06-15 СО
Рогожев Автоматизированная склада этаноламинов
Стадия Провер. Кулигина У 1 9 Конс.
Спецификация оборудования ДПИ НГТУ
АТПП – 11Ккс Н.контр Тараненко Утв. Луконин

08 01 Разработка технического задания.doc

1 Разработка технического задания
1 Назначение и цели создания системы управления
Модернизация системы управления предполагает замену имеющейся
пневматической системы управления на автоматизированную систему управления
технологическим процессом выполненную на основе оборудования системы
управления SCADA Win CC предназначенную для автоматизированного управления
решение следующих задач:
- автоматическое управление технологическим процессом;
- противоаварийная защита технологического оборудования;
- мониторинг загазованности;
- обеспечение информационного взаимодействия с другими
производственными подразделениями.
Целями создания системы являются:
- обеспечение надежной и безаварийной работы технологического объекта;
- обеспечение выполнения плановых заданий по объему и качеству
переработки сырья с минимально необходимой численностью эксплуатационного и
обслуживающего персонала;
- применение автоматизированных рабочих мест операторских станций
оперативного персонала для управления технологическим процессом
обеспечение рациональной загрузки технологического персонала избавление
его от выполнения рутинных операций и вычислений автоматизация управления
технологическими операциями;
- снижение производственных потерь материально-технических и топливно-
энергетических ресурсов сокращение эксплуатационных расходов;
- повышение оперативности сбора обработки и представления достоверной
и своевременной информации оперативному и диспетчерскому персоналу для
контроля и принятия решений;
- выявление предаварийных и аварийных ситуаций в оперативном режиме и
автоматическое и автоматизированное выполнение алгоритмов противоаварийной
- повышение уровня экологической безопасности производства за счет
противоаварийной защиты технологических объектов;
- улучшение условий эксплуатации технологических объектов.
2 Технические характеристики АСУ.
Питание АСУ осуществляется от сети напряжением 220 В частотой 50±1 Гц.
Качество электроэнергии по ГОСТ 13109-87. Мощность потребляемая АСУ
определяется на этапе технического проекта.
Воздух КИПиА по ГОСТ 17433-80
Контролируемые параметры - температура давление расход доза.
2.1 Требования по функционированию АСУТП
АСУТП поддерживает и регистрирует заданные параметры расхода давления и
температуры и др. параметры в процессе производства.
Управление работой АСУТП осуществляется в ручном и автоматическом режиме.
Регистрация показаний измерительных приборов осуществляется при помощи
компьютера с выводом записанной информации на дисплей иили бумажный
В качестве исполнительных механизмов по регулировке давления и расхода
используется регулирующие и отсечные дроссельные РО.
Аппаратная и программная часть АСУТП предусматривает возможность
модификации (в соответствии с дополнительными техническими заданиями) для
дальнейшего расширения круга решаемых ею задач.
2.2 Точность измерений
Относительная погрешность измерений не должна превышать (в % от
номинальных расчетных величин):
избыточное давление - 20%;
Степень защиты не ниже IP44 по ГОСТ 14254-96.
Аппаратура АСУТП выполняет свои функции и сохраняет работоспособность при
воздействии следующих внешних факторов:
- диапазон рабочих температур:
+40°С в комнате оператора;
-10 +50°С внутри склада;
относительная влажность:
85% при +40°С без конденсации;
среднеквадратическое значение случайной вибрации (в рабочем
состоянии) в диапазоне 5 500Гц 05g.
2.4 Эксплуатационные и ремонтные требования
Время непрерывной работы системы - неограниченно.
На этапе рабочего проекта должна быть разработана эксплуатационно-
техническая документация (руководство по эксплуатации).
Регламентные работы и ремонт АСУТП производятся согласно РЭ. Периодичность
регламентных работ - не реже 1 раза в год.
2.5 Требования к стандартизации и унификации
При разработке АСУТП использованы стандартизированные и унифицированные
детали покупные изделия приборы и оборудование.
2.6 Требования по безопасности
По общим требованиям безопасности АСУТП соответствует ГОСТ 12.2.003-91
По степени защиты от поражения электрическим током элементы АСУТП
располагаемые в комнате оператора соответствует классу 01 по ГОСТ 12.2.007-
и удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.1.019-79.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

001 Обложка ПЗ.pdf

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной работе бакалавра
Рогожева Вячеслава Николаевича
(фамилия имя отчество)
вечернего и заочного обучения
Автоматизация и информационные системы

06 Содержание.doc

Техническое задание . 6
Описание технологического процесса и его аппаратурного оформления
регламент технологического процесса 9
Анализ технологического процесса как объекта управления 15
Оценка основных технических решений по автоматизации процесса
существующих в настоящее время 17
Постановка и обоснование задач автоматизации 19
Синтез системы автоматического регулирования . 21
Обоснование принятых проектных решений выбор приборов и средств
Безопасность и экологичность проекта .. 55
Расчет экономической эффективности системы автоматизции 72
Список литературы 77
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ
Автоматизация склада этаноламинов.
Пояснительная записка

12 05 Постановка и обоснование задач.doc

5 Постановка и обоснование задач автоматизации
Поскольку автоматизация работы склада готовой продукции производства
этаноламинов выполнена на основе локальных средств более сложные задачи
управления складом например задачи логического управления складскими
ёмкостями в режимах наполнения и отгрузки продукции потребителям не были
В представляемой работе в целях улучшения существующей на производстве
системы автоматизации предусматривается использование программно-
логического контроллера автоматического управления процессом коммутации
складских ёмкостей в режиме приёма продукции из производства и в режиме
отгрузки продукции из складских ёмкостей потребителям. Для реализации этих
задач в проекте предусматривается разработка двух алгоритмов логического
управления контроллером приёмными и отгрузочными отсечными клапанами. Они
расположены на складских ёмкостях и используются в режимах приёма продукции
из производства с контролем максимального уровня продукции и отключения
заполненных ёмкостей а также в режиме отгрузки продукции потребителю с
контролем уровня в складских ёмкостях и контролем количества отгруженной
продукции с окончанием отгрузки при достижении заданного количества
отгруженной продукции.
Автоматическое логическое управление складскими ёмкостями не только
снижает объём ручного труда работников производства повышая его
производительность но также снижает потери продукции вследствие
своевременного и оперативного переключения ёмкостей на приёме продукции и
её отгрузку потребителям.
Снижению потерь продукции служит предусмотренное в данном проекте
блокирование отгрузки продукции в тех случаях когда отгрузочный шланг не
подключен к подвижной цистерне. Кроме того проектом предусматривается
установка высокоточного расходомера для определения количества отгруженной
в цистерну продукции с целью своевременной остановки отгрузки при
заполнении подвижной цистерны и для повышения точности учёта отгрузки
продукции потребителям.
Дальнейшее совершенствование системы управления складом этаноламинов
связано с внедрением автоматизированного учёта количества выработанной
продукции всех видов с использованием расходомера поступающей на склад
продукции и отгруженной со склада продукции.
В работе предусматривается использование интеллектуальных массовых
расходомеров измеряющих расход и плотность потока с коррекцией значения
расхода на изменение плотности. Использование таких расходомеров повышает
точность учета выработки и отгрузки продукции.
Повышение эффективности учёта продукции предусматривается не только за
счет повышения точности измерения расхода продукции но и применение
локальной вычислительной сети для автоматической передачи информации об
интегральных расходах выработанной и отгруженной продукции на рабочие
станции функционального подразделения выполняющего учет продукции и
определение фактических производственных показателей. Это позволит снизить
искажение и потерю учётной информации по сравнению с ручной обработкой
экономической информации.
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

19 11 Литература.doc

Технологический регламент процесса отпуска этаноламинов.
ПБ 09-540-03 Общие правила взрывобезопасности для
взрывопожароопасных химических нефтехимических и нефтеперерабатывающих
Проектирование систем автоматизации: Методические указания к
курсовой работеНГТУ; Сост.: С.В. Виноградов Е.В. Тараненко. Н.
Проектирование систем автоматизации: Справочное пособие Под ред.
А.С. Клюева М.: Энергоатомиздат 1990
Новицкий П.В. Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов
измерений.- Ленинград: Энергоатомиздат 1991
Автоматизация технологических процессов: Методические указания к
выполнению курсового проекта Дф НГТУ; Сост.: Э.М. Мончарж. Дзержинск
Правила устройства электроустановок. Изд.7 - М.: Энергоиздат 2003
Слободкин М.С. Смирнов П.Ф. Казинер Ю.Я. Исполнительные
устройства регуляторов М.: издат. «Недра» 1979
Методическое пособие по расчету надежности систем управления
НГТУ; Сост.: М.Д. Ермаков Э.М. Мончарж С.В. Виноградов. Н. Новгород
Номенклатурный каталог фирмы Siemens 2013
Номенклатурный каталог концерна «Метран» г. Челябинск 2013
Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности. В 3 т.Н.В.
Лазарев. -Л.: Химия 1976.
Справочник химика. Т1-3. - М.-Л.: Химия 1965
ГН 2.2.5.2536-09 (ред. от 30.07.2007). Предельно допустимые
концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
СанПиН 2.2.12.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификация предприятий сооружений и иных объектов.
Средства индивидуальной защиты работающих на производстве.
Каталог-справочник под ред. Ардасенова В.Н. - М.: Профиздат1988
СНиП 31-03-2001 Производственные здания.
СНиП 21-01-97 (1999 с изменениями №2 от 2002). Пожарная
безопасность зданий и сооружений.
СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение.
ГОСТ 12.1.012-2004. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие
требования. М.: Стандартинформ 2008.
ГОСТ 12.1.003-83 (1999). ССБТ. Шум. Общие требования
безопасности. - М.: Изд-во Стандартов. 2002.
СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным
терминалам персональным электронно-вычислительным машинам и организации
работы. – М.: Госкомсанэпиднадзор России 1996.
Баратов А.Н. Иванов Е.Н. Пожаротушение на предприятиях
химической и нефтеперерабатывающей промышленности - М.: Химия 1979
Методические указания по выполнению расчётной части раздела
Охрана труда" в дипломных проектах. 4.1 и II. - Горький: Изд. ГПИ им.
А.А. Жданова 1983(4)
Пожарная опасность веществ и материалов применяемых в химической
промышленности. Справочник под ред. Рябова И.В. - М.: Химия 1970
ГОСТ 12.1.011 -78 Смеси взрывоопасные. Классификация.
Методические указания для выполнения организационно-экономической
части дипломных проектов Дф НГТУ; Сост.: доц. Позднякова В.В.
ст.преп. Луконин В.П. Дзержинск 1998
Вальков В.М. Вершин В.Е. Автоматизированные системы управления
технологическими процессами. - 3-е изд. перераб. и доп. - Л.:
Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в
химической промышленности - М: Химия 1991
Оформление текстовых документов учебных проектов и работ:
Методические указания для студентов спец. 21.02 Дф НГТУ; Сост.: Е.В.
Тараненко С.В. Виноградов. Нижний Новгород 2002
ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные
и вредные производственные факторы. Классификация. – М.: Изд-во
Материалы преддипломной практики. Основная часть расчётно-
пояснительной записки к дипломному проекту;
ГОСТ 123.1.005-88 Перечень и коды веществ загрязняющих атмосферу
воздуха. – СПб 2000;
ГОСТ 12.4.26-01. Система стандартов безопасности труда. Цвета
сигнальные знаки безопасности и разметка сигнальная. – М.: Изд-во
СанПиН 2.24.548-96 Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений. М.: Госкомсанэпиднадзор РФ 1996;
СНиП 41-01-03 Вентиляция отопление и кондиционирование воздуха. М.:
Строительные нормы и правила Российской Федерации. Естественное и
искусственное освещение (СНиП 23-05-95). – М.: Минстрой России 1995;
ГОСТ 12.1.030-81. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.
– М.: Изд-во стандартов 1981;
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание 7. – М.: НЦ ЭНАС
Статическое электричество в химической промышленности Под ред. Б.И.
Сажина - Л: Энергия 1977;
Правила защиты от статического электричества в производствах
химической нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. - М: Химия
Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты зданий и
сооружений (РД 34.21.122-87). -М.: Госстрой 1983.
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие
правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств». Серия 09. Выпуск
— 2-е изд. доп. — М.: Закрытое акционерное общество «Научно-
технический центр исследований проблем промышленной безопасности» 2013.
Клюев А.С. и др. «Проектирование систем автоматизации технологических
процессов» Справочное пособиеМ. «Энергоатомиздат» 1990 г.– 464 с.
Атаманюк В.Г. Ширшев Л.Г. Акимов Н.И. Гражданская оборона -М.: Высш.
СП 11-107-98. Порядок разработки и состав раздела «Инженерно-
технические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по
предупреждению чрезвычайных ситуаций» проектов строительства. - М.: МЧС
ВКР ДПИ НГТУ – 220700 – 06 – 15 ПЗ

02 Задание.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
Кафедра АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Заведующий кафедрой
(подпись) (фамилия и.
на выпускную квалификационную работу
по направлению 220700 Автоматизация технологических процессов и
(шифр и наименование)
Факультет вечернего и заочного
Тема работы Автоматизация склада этаноламинов
(утверждена приказом по вузу от № )
Срок сдачи студентом законченной работы
Исходные данные к работе: технологический регламент экономические данные
расчетные данные технологические схемы технические задания каталоги
продукции фирм производителей
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов подлежащих
Введение Техническое задание Описание технологического процесса и
его аппаратурного оформления
регламент технологического процесса Анализ технологического процесса как
Оценка основных технических решений по автоматизации процесса существующих
Постановка и обоснование задач автоматизации Синтез системы
автоматического регулирования
Обоснование принятых проектных решений выбор приборов и средств
автоматизации Безопасность и
экологичность проекта Расчет экономической эффективности системы
Перечень графических материалов (с точным указанием обязательных
) Функциональная схема– 1 лист формата А1
) Структурная схема КТС– 1 лист формата А1
) Синтез САР– 1 лист формата А1
) Сравнительная таблица ТЭП– 1 лист формата А1
Консультанты по работе (с указанием относящихся к ним разделов работы)
По разделу «Экономика» Олейник НС.
По разделу «Безопасность проекта» Ермеев И.В
Руководитель (подпись)
Задание принял к исполнению