Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. курсовые работы > автоматизация
Название:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УСТАНОВКИ ВИСБРЕКИНГА ОА «УНПЗ»

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: автоматизация

Цена:
0 руб



Подробное описание:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

УСТАНОВКИ ВИСБРЕКИНГА

ОА «УНПЗ»

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ»

 

ТОМ № 1

 

 

 

Выполнил: ст. гр. АТ 99-02

И.Р. Исаева

Принял: доцент                                                                         

М.Г. Ахмадеев

 

 

 

 

 

 

УФА 2003

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра                         Автоматизации химико-технологических процессов                

 

Студенту                        Исаева И.Р.                                             гр.       АТ 99-02  

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Дисциплина                           Проектирование систем автоматизации                              

Рассчитать и спроектировать систему автоматизации     Установки висбрекинга                          

Исходные данные: материалы конструкторско-технологической практики, литература      

Поставить следующие материалы в указанные сроки:

1) ФСА                                                                                                           7 неделя

2) схема электропитания                                                                              8 неделя

3) схема пневмопитания                                                                               9 неделя

4) схема сигнализации                                                                                10 неделя

5) общий вид щита и план операторной                                                   10 неделя

6) общий вид панели и ее коммутации                                                     11 неделя

7) схемы трубных и электрических проводок                                          12 неделя

8) принципиальная схема регулирования                                                 12 неделя

9) план трасс                                                                                                12 неделя

10) пояснительная записка                                                                         13 неделя

11) защита проекта                                                                                 14-15 неделя

 

Дата выдачи «    »                  2003 года

Консультант

Студент

Содержание

 

Опись документов……………………………………………………………

4

Введение………………………………………………………………………

5

1. Описание технологической схемы……………………………………….

6

2. Система технологической сигнализации…………………………………

11

2.1 Перечень сигнализируемых параметров……………………………..

11

2.2 Выбор и обоснование схемы………………………………………….

12

2.3 Порядок действия схемы………………………………………………

12

2.4 Выбор и обоснование электроаппаратуры…………………………...

13

3. Эргономическое обеспечение рабочего места оператора……………….

14

3.1 Планировка пунктов управления, щитов и пультов…………………

14

3.2 Компоновка приборов на щитах и пультах…………………………..

15

4. Монтаж системы управления……………………………………………..

17

4.1 Установка щитов и пультов…………………………………………...

17

4.2 Размещение приемных и отборочных устройств, измерительных преобразователей и регулирующих клапанов……………………………

 

18

4.3 Указания по монтажу электрических и трубных проводок…………

19

4.4 Размещение щитов и аппаратуры сзади щитов………………………

20

5. Питание схемы управления……………………………………………….

21

5.1 Описание схемы электро- и пневмопитания…………………………

21

5.2 Выбор плавких предохранителей…………………………………….

23

6. Расчет надежности системы автоматизации…………………………….

25

Литература……………………………………………………………………

41

Смета затрат на приобретение средств автоматизации……………………

42

Заказная спецификация на электроаппаратуру…………………………….

43

Заказная спецификация на кабели и провода………………………………

44

Заказная спецификация на основные монтажные материалы…………….

45

Заказная спецификация на трубопроводную арматуру……………………

46

Приложения…………………………………………………………………..

47

Приложение 1 Текст программы PSA 1………………………………….

47

Приложение 2 Текст программы PSA 1 2………………………………..

52

 

Опись документов.

ТД.99.02.06.01

Наименование документов.

Шифр

1

Опись документов

ТД.99.02.06.01

2

Пояснительная записка

ТД.99.02.06.02

3

Смета затрат на приобретение средств автоматизации.

ТД.99.02.06.03

4

Заказная спецификация на электроаппаратуру

ТД.99.02.06.04

5

Заказная спецификация на кабели и провода

ТД.99.02.06.05

6

Заказная спецификация на основные монтажные  материалы.

ТД.99.02.06.06

7

Заказная спецификация на трубопроводную арматуру.

ТД.99.02.06.07

 

Перечень типовых установочных чертежей.

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Функциональная схема автоматизации.

Схема электропитания КИПиА.

Схема пневмопитания КИПиА.

Схема технологической сигнализации.

Общий вид операторной.

Монтажно-коммуникационная схема щита.

Схема внешних электропроводок.

Схема внешних трубных проводок.

План трасс КИПиА.

Схема регулирования по одному параметру.

ТД.99.02.06.30

ТД.99.02.06.31

ТД.99.02.06.32

ТД.99.02.06.33

ТД.99.02.06.34

ТД.99.02.06.35

ТД.99.02.06.36

ТД.99.02.06.37

ТД.99.02.06.38

ТД.99.02.06.39

 

 

 

 

 

 

Введение.

Целью данного курсового проекта является закрепление теоретических знаний по курсу «Проектирование систем автоматизации» и  отработка техники рабочего проектирования систем автоматизации химико – технологических процессов. За время выполнения этого проекта студент должен получить навыки:

Исходными данными и материалами для выполнения курсового проекта являются отчет о конструкторско – технологической практике и литературные источники.

 

  1. Описание технологической схемы.

Назначение процесса - получение компонента котельного топлива - остатка висбрекинга.

Для получения стандартного по вязкости котельного топлива без применения процесса висбрекинга в гудрон прямой гонки вовлекается значительное количество ценных дистиллятов.

Процесс висбрекинга - умеренный термический крекинг тяжелых нефтяных остатков с целью снижения их вязкости. Условная вязкость гудрона при 80 оС составляет около 80 УЕ, вязкость остатка висбрекинга при 80 оС около 16 УЕ.

Считается, что процесс висбрекинга вакуумного гудрона в настоящее время остается одним из самых экономичных способов снижения вязкости тяжелых котельных топлив.

Сырье установки – гудрон смеси нефтей (западно-сибирских, угленосных и др.). Целевым продуктом является остаток висбрекинга с вязкостью 16 УЕ при 80 оС.

Кроме целевого продукта с установки выводятся:

- бензиновая фракция КК-200 оС;

Предусматривается возможность получения и вывода легкого газойля (фракция 200-350 оС) и очищенного от сероводорода углеводородного газа.

Установка висбрекинга состоит из следующих технологических стадий (блоков и узлов):

Нормальный режим работы установки контролируется и регулируется при помощи контрольно-измерительных приборов, автоматических регуляторов, лабораторных анализов, а также визуального наблюдения за работой оборудования.

Процесс висбрекинга нефтяного гудрона осуществляется непрерывно.

Сырье с температурой не выше 150 оС с установки АВТ-6 по трубопроводу поступает в остатковые теплообменники Т-6¸11, Т-15¸17 параллельными потоками, при необходимости в сырье могут подкачиваться черный соляр и некондиционный продукт с битумной установки. При повышении давления в сырьевой линии выше 8 кгс/см2 сырье через клапан-регулятор давления PIRC 52 и холодильник ХП-1/1-3 сбрасывается в остатковую линию.

В теплообменниках гудрон нагревается до температуры не выше 350 оС, объединяется в один поток и поступает в колонну К-10, используемую в качестве буферной емкости. Для дыхания в К-10 подается инертный газ из заводского трубопровода с давлением не ниже 6 кгс/см2 . С низа К-10 гудрон забирается насосами Н-51/1, Н-51/2 и направляется на предварительный подогрев в печь  П-7. Гудрон в печь П-7 поступает четырьмя потоками.

На выходе из печи П-7  потоки объединяются и поступают в печь П-1/1, П-1/2.

Предусмотрена схема работы установки на одной печи П-1/1 или П-1/2, схема освобождения от продукта, пропарки змеевиков неработающей печи.

В поток на выходе из змеевиков печей предусматривается подача охлажденного до 80 оС газойля установки каталитического крекинга Г-43-107М/1 и охлажденного до температуры не выше 200 оС остатка висбрекинга для прекращения реакции. Затем потоки печей объединяются в общую трансферную линию.

Пропарка змеевиков неработающей печи производится через секцию погружного холодильника ХП-1/1-3 со сбросом конденсата в Е-27 и с температурой конденсата не выше 80 оС. Имеется возможность прокачки или постоянной подачи мазута после теплообменников                  Т-106/1,2;Т-105/1,2 через змеевики неработающей печи с выходом на вход в ХП-1/1-3.

Гудрон в каждую печь поступает четырьмя потоками, затем проходит камеру конвекции, объединяется в два потока, нагревается в камере радиации до температуры не выше 485 оС и двумя потоками продукты реакции выходят из печи.

Для предотвращения закоксовывания змеевиков предусматривается подача в них турбулизатора. В качестве турбулизатора подается фракция легкого газойля. Подача собственной фракции легкого газойля позволяет увеличить пробег установки. Это происходит за счет ароматики, имеющейся в легком газойле, т.к. она является разбавителем коксовых отложений в трубах печей.

Газойлевая фракция выводится с аккумулятора колонны К-1н, используя трубопровод вывода циркуляционного орошения в буферную емкость Е-33.

Турбулизатор (газойлевая фракция) из емкости Е-33 забирается насосом Н-10/1,2 и подается на выкид насосов Н-51/1,2. На время пуска установки легкий газойль на прием насосов Н-10/1,2 подкачивается с низа К-8 или с линии откачки дизельного топлива с установки АВТ-2.

Общее количество турбулизатора составляет до 10 % в расчете под загрузку змеевиков печей П-1/1,2.

В поток на выходе из змеевиков печей предусматривается подача охлажденного до температуры не выше 200 оС остатка висбрекинга для прекращения реакции крекинга.

Имеется схема подачи каталитического газойля в линию подачи остатка на прекращение реакции.

Газойль каталитического крекинга из линии газойля в резервуары 118,119 поступает в колонну К-5, в которой демонтированы тарелки.

Каталитический газойль с низа колонны К-5 поступает в испаритель Т-2, где подогревается до температуры не выше 150 оС. Пары углеводородов с Т-2 поступают на верхнюю часть колонны К-5, которая соединена со шлемом колонны К-1н. Для дыхания К-5 подается инертный газ из заводского трубопровода с давлением не ниже 6 кгс/см2. Каталитический газойль из Т-2 забирается насосом Н-11/1,2 и подается в линию остатка висбрекинга на прекращение реакции. Величина расхода газойля устанавливается в зависимости от загрузки около 10% на сырье.

Охлажденные до температуры не выше 420 оС продукты реакции поступают в ректификационную колонну К-1н под каскадные тарелки через два тангенциальных ввода.

Режим колонны К-1н

Давление верха

4,5 – 5,5 кгс/см2

Температура верха

Не выше 200 оС

Температура низа

Не выше 410 оС

 

Продукты с верха колонны К-1н конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного охлаждения  ХВ-1/1-3 и поступают в емкость орошения Е-21.

Бензиновая фракция (КК-200 0С) из Е-21 насосами Н-18, Н-19 подается на орошение верха К-1н, балансовое количество нестабильного бензина направляется в сырье АВТ-2.

Из аккумулятора колонны К-1н с температурой не выше 340 оС выводится циркуляционное орошение на прием насоса Н-55/1,2, прокачивается через кипятильник Т-2 колонны К-5, теплообменник Т-4 и с температурой не выше 200оС возвращается в колонну К-1н.

Из аккумулятора колонны К-1н выводится фракция легкого газойля (фракция 200-350 оС) в стриппинг К-8. Температура в аккумуляторе колонны не должна превышать 340 оС.

Для отпарки легких углеводородов из фракции 200-350 оС в стриппинг К-8 подается перегретый водяной пар.

Отпаренный легкий газойль снизу К-8 забирается насосами Н-22,23 и после утилизации тепла в теплообменниках Т-108,Т-104/1,2 закачивается в линию остатка висбрекинга перед ХП-1/1-3.Предусмотрен вывод легкого газойля после охлаждения в холодильнике ХП-1/3 с установки. Для отпарки легких углеводородов из остатка висбрекинга в куб колонны К-1н подается водяной пар.

Остаток висбрекинга с температурой не выше 410 оС, выходящий с низа колонны К-1н, смешивается с охлажденным до температуры не выше 200 оС остатком висбрекинга и с температурой не выше 380 оС поступает на прием Н-53/1,2, которые тремя потоками прокачивают его через теплообменники Т-6 ¸ Т-11, Т-15 ¸ Т-17, где отдает тепло сырью, поступающему на установку.

Остаток висбрекинга после сырьевых теплообменников отдает тепло в теплоутилизирующих аппаратах Т-107/1,2, Т-106/1,2, Т-105/1,2 и делится на три потока. Один поток направляется в низ колонны К-1н, другой в линию сырья на выходе из печи в качестве квенчинга, балансовая часть остатка висбрекинга, после смешения с легким газойлем охлаждается в холодильнике погружного типа ХП-1/1-3 и выводится с установки в парк. Часть остатка висбрекинга, идущего в парк, подается в смеситель С-1, куда поступает нефтешлам. После смесителя С-1 смесь остатка висбрекинга и нефтешлама в соотношении около 3:1 поступает в дезинтегратор Д-1 для приготовления стойкой эмульсии и откачивается в трубопровод остатка висбрекинга в парк. Балансовое количество бензина с Е-21 насосами Н-18,19  через холодильник    Х-26 откачивается на установку АВТ-2, в резервуарный парк или на установку Г-43-107М/1.

Конденсат водяного пара из Е-21 по межфазовому уровню направляется в Е-25. Внутри емкости смонтирована перегородка высотой 1000 мм от дна емкости. Технологический конденсат насосом Н-58/1,2 откачивается на АВТ-2 или Г-43-107М/1.

Газ висбрекинга из емкости Е-21 доохлаждается водой в холодильнике Х-25 и направляется в газосепаратор Е-22, где сконденсировавшаяся жидкость отделяется от газа. Конденсат из газосепаратора Е-22 насосами Н-57/1,2 возвращается в Е-21. Газ из Е-22 направляется в колонну абсорбции К-7н для моноэтаноламиновой очистки от сероводорода. Поглощение сероводорода из газа висбрекинга происходит на контактных тарелках в колонне К-7н.

 

 

Режим абсорбции:

Давление верха колонны

Не выше 2,7 кгс/см2 (изб.)

Расход регенерированного раствора МЭА

Не более 32 т/час

Температура низа колонны

Не выше 50 оС

Регенерация раствора моноэтаноламина на установке не предусматривается. Подача регенерированного (15%-ного) раствора МЭА в колонну К-7н предусматривается из централизованного блока регенерации раствора МЭА на установке производства серы.

Очищенный газ висбрекинга с верха К-7н выводится с установки на прием компрессоров установки Г-43-107М/1 или поступает в емкость Е-3 для использования в качестве топлива печей установки.

Насыщенный раствор МЭА из К-7н насосом Н-56/1,2 откачивается в блок регенерации раствора МЭА в составе комплекса Г-43-107М/1.

2. Система технологической сигнализации.

  1. 1 Перечень сигнализируемых параметров.

 По контуру температуры:

По контуру давления:

По контуру уровня:

 

 

  1. Выбор и обоснование схемы.

Схема технологической сигнализации предназначена для оповещения обслуживающего персонала о нарушении нормального режима ведения технологического процесса. Часто используются автоматические устройства, подающие одновременно световой и звуковой сигнал. Технологическая световая сигнализация, сопровождаемая звуковым сигналом, производится либо ровным, либо мигающим светом. Частота мигания света определяется в зависимости от количества сигнализируемых параметров.

Наибольшее распространение нашли схемы технологической сигнализации с центральным (общим) съемом звукового сигнала с повторностью действия, способных повторно подавать звуковой сигнал при срабатывании любого датчика сигнализации независимо от состояния всех остальных датчиков,  т. е. до размыкания контактов, вызвавших предыдущее появление сигнала.

Алгоритм работы такой схемы сигнализации заключается в том, что при повышении режимного параметра выше допустимой нормы генерируются световой и звуковой сигналы. Снятие сигналов происходит следующим образом: звуковой сигнал снимают кнопкой съема звукового сигнала, а световой исчезает при возврате параметра в область значений, определенных регламентом.

 

  1. Порядок действия схемы.

Схема технологической сигнализации, приведенная в ТД 99.02.07.33, имеет:

HL – лампа контроля напряжения, HA – звонок, KV – реле предупредительной сигнализации, KV1-KV5 – промежуточное реле индивидуальных сигналов, включаемые контактами датчиков SK1-SK6, HL1-HL5 – индивидуальные лампы, 1VD1-1VD5, 2VD1-2VD5 – развязывающие диоды, SB1 – кнопка опробирования сигнала, SB2 – кнопка съема сигнала.

Если первый параметр превысит заданный предел, контакт SK1 замкнется. Включается реле KV, которое включает звонок HA и реле KV1 включает лампу HL1. Для отключения звонка HA нужно нажать кнопку SB2, которая отключает реле KV, реле KV1 остается включенным по цепи SK1 – обмотка реле  KV1 – замыкающий контакт реле KV1 – источник питания. Лампа HL1 горит до тех пор, пока не восстановится режим и контакт  SK1 не разомкнется.

Если возник следующий сигнал (замкнулся SK2), а сигнал еще не снят, то срабатывает реле KV, включает звонок HA и реле KV2, которое включает лампу HL2. Реле  KV деблокирует кнопкой SB2, отключает звонок HA, лампа HL2 продолжает гореть до устранения нарушения режима.

Для проверки исправности ламп нужно кратковременно нажать кнопку SB1 – кнопку апробирования сигнала.

Проверка сигнализации: подаем питающее напряжение – лампа HL горит, в цепи нет контактов, звонок HA не звонит, т. е. реле KV отпущено и его контакты разомкнуты. Контролируемые параметры в норме, контакты датчиков технологического контроля К1- 5разомкнуты, реле KV1-5 отпущены, лампы Н1-5 погашены. Для проверки исправности ламп кратковременно нажать кнопку SB1.

 

  1. 4 Выбор и обоснование электроаппаратуры.

Выбор электроаппаратуры определяется принятым для схемы питания значением напряжения и родом тока, а также выполняемыми данной аппаратурой функциями, необходимым числом контактов, характеристикой помещения, где будет устанавливаться аппаратура, с точки зрения его опасности при применении электрооборудования.

В качестве световых сигнализаторов в схемах технологической сигнализации используем светодиоды с красной индикацией сигнала. Сигнальные диоды рекомендуется выбирать на напряжение несколько больше, чем нормальное.

Выбор звукового сигнализатора зависит от характеристики сигнала, продолжительности его включения, номинального напряжения и потребляемой мощности. В качестве звукового сигнализатора используется звонок.

При недостаточной резервной мощности контактного устройства, низком допустимом напряжении на контактах, а так же при необходимости сигнала, в схему включают дополнительное промежуточное реле. 

 

3                    . Эргономическое обеспечение рабочего места оператора.

Управление технологическими процессами в современных технологических автоматизированных производствах осуществляется, как правило, из операторских и диспетчерских пунктов управления.

На щитах и пультах пунктов управления устанавливаются десятки контрольных приборов, сигнальных устройств, аппаратов управления, дающих оператору информацию о состоянии технологического процесса и возможность управлять им. Организация представления информации оператору должна наилучшим образом соответствовать закономерностям восприятия и дальнейшей переработки ее человеком, поскольку значительное количество ошибок, допускаемых операторами, связано с тем, что щиты и пульты, на которых отображается информация и с которых ведется управление процессом, во многих случаях не обеспечивают оптимальных условий выполнения решаемых оператором задач. 

Чтобы обеспечить эффективную работу оператора в таких условиях, необходимо проектирование щитов, пультов, а также операторских пунктов в целом вести не только на основе технических требований и предпосылок, но и с привлечением данных инженерной технологии и технической эстетики.

 

  1. 1 Планировка пункта управления.

Помещение пункта управления проектируется  таким образом, чтобы обеспечить задачи создания наиболее благоприятных условий для успешной деятельности оператора, отвечающих и техническим нормам и    требованиям инженерной технологии и технической эстетики. Хорошим планировочным решением пункта управления можно считать такое, при котором все панели оперативного приборного щита располагаются вдоль одной из стен помещения, а место оператора находится в вершине угла 120о (не более), образованного линиями, идущими от крайних точек щита. Рекомендуется, чтобы расстояние от постоянного места нахождения оператора до щита было не более 5 м, что определяется условием видимости приборов.

Точность восприятия показаний приборов зависит как от формы и расположения в пространстве шкалы и стрелки приборов, так и от того под каким углом на них смотрит оператор. Оптимальным для обзора воспринимаемой информации является угол 30о. При считывании показаний прибора сбоку допустимый угол обзора составляет 45о к нормам щита так как при больших углах наблюдается значительное искажение. Ширина прохода перед щитом должна быть не менее 8000 мм, проходы между щитами при длине щита более 7 м должны иметь два выхода.

Полы в щитовых помещениях выполняются не электропроводными в целях безопасности помещений. Помещения пунктов управления должны быть хорошо освещены. Поэтому в операторных пунктах предусматривается рабочее и аварийное освещение. В дневное время используется естественное освещение, поступающее через оконные проемы.

 

  1. 2 Компоновка приборов на щитах и пультах.

От принятых компоновочных решений во многом зависят работоспособность, надежность, точность и быстрота действия оператора. Рациональная организация, компоновка панелей, щитов и пультов  управления должна обеспечить наиболее полное использование их площадей. Количество органов управления на пульте должно быть минимальным, но достаточным для выполнения поставленных перед оператором задач по управлению автоматизированным объектом.

При компоновке приборов на щитах должны учитываться следующие факторы:

-показывающие приборы и сигнальная аппаратура 800-2100 мм.

-оперативная аппаратура контроля и управления 500-1600 мм.

При размещении аппаратуры на многосекционных агрегатных, блочных и центральных щитах следует придерживаться технологического принципа. Это значит, что аппаратуру, относящуюся к объектам регулирования и являющуюся частью технологической линии, нужно располагать на отдельной панели (или на нескольких панелях, в зависимости  от ее многочисленности).

При проектировании щита для контроля и управления несколькими параллельно работающими технологическими установками аппаратуру контроля и управления для второй и последующих установок надо размещать в том же порядке, что и на панелях для первой установки. При последовательном сочетании однотипных технологических агрегатов (или установок) приборы и сигнализаторы, контролирующие отдельные участки технологического процесса одного агрегата (или установки), нужно размещать на отдельных панелях по вертикали, а приборы, контролирующие один и тот же параметр нескольких агрегатов – по горизонтали.

Аппаратура управления на пультах располагает в соответствии с ее значимостью и частотой использования, причем компоновка ее должна быть не симметричной: это уменьшает вероятность ошибочных включений в случае аварийных режимов. Ключи, переключатели и кнопки управления размещают в наиболее удобном для оператора месте. Аппаратуру управления и переключателя измерительных цепей располагают на одной линии с теми приборами и сигнальными устройствами, с которыми они связаны функционально.

 

  1. Монтаж системы управления.
  2. 1 Установка щитов и пультов.

Щиты и пульты управления устанавливаются в соответствии с проектными решениями и требованиями СНиП III-34-74. В современных условиях монтажа щиты поставляют на объект в законченном для установки виде. На них смонтирована аппаратура, выполнены электрические и трубные проводки, подготовленные к подключению внешних цепей, а так же предусмотрены конструкции для установки приборов и подводимых к щитам кабелей. В комплект поставки с щитами входят и крепежные изделия, необходимые для сборки и установки щитов.

Малогабаритные щиты обычно монтируются на стенах и других строительных конструкциях. Монтаж производится при помощи кронштейнов или на полу на стойках, обеспечивающих установку щита на высоте (высота должна быть удобной для наблюдения за приборами).

Щит нормальных размеров устанавливается непосредственно на пол при условии, что он обеспечивает достаточную жесткость и не подвержен сильной вибрации. В противном случае щит должен устанавливаться на специальном фундаменте.

Щиты шкафные и панельные с каркасом устанавливают на твердом основании на анкерных болтах или закладной металлической раме. Опорные рамы щитов и пультов имеют овальные отверстия для их установки с помощью болтовых соединений на закладных строительных конструкциях.

При размещении мест установок щитов следует обеспечивать необходимые проходы для их обслуживания. Ширина в свету проходов для обслуживания перед ними и сзади  них в производственных помещениях должна быть не менее 800 мм. При угле открытия в 1700  это расстояние должно исчисляться от корпуса щита, при угле открытия 90-1100 – от открытой двери.

При разработке чертежей установки щитов одновременно следует решать вопросы организации ввода проводок в щиты и пульты.

 

  1. 2 Размещение приемных и отборочных устройств, измерительных преобразователей и регулирующих клапанов.

Устанавливать ТСА необходимо таким образом, чтобы обеспечить надежную точность измерения, свободный доступ для обслуживания.  

 Место установки первичных преобразователей на технологических аппаратах зависит от измеряемого параметра (температура, давление) и среды:

 

  1. 3 Указания по монтажу электрических и трубных проводок.

Трубные проводки прокладываются по кратчайшему расстоянию между измеряемыми приборами и агрегатами в местах, доступных для монтажа, обслуживания и ремонта, не подверженных сильному нагреву или охлаждению. Одиночные и групповые трубные проводки, а также несущие конструкции для них разрешается прокладывать по стенам, перекрытиям, колоннам, эстакадам на расстоянии 25-30 мм от стен т перекрытий. Трубные проводки должны обладать необходимой механической прочностью при воздействии максимально возможных температур. Материалы труб должны быть стойкими против агрессивных воздействий. Проходные сечения импульсных линий связи должны обеспечивать подачу сигналов на заданном расстоянии.

Трубные проводки из цветных металлов защищают от механических повреждений при прокладке ниже 2,5 м.

Защитные трубы электропроводок следует прокладывать на таких расстояниях от других трубопроводов, чтобы обеспечить нормальные условия их монтажа. Эти расстояния должны составлять в местах пересечения технологических линий не менее 50 м, а при пересечении с трубопроводами с газами не менее 100 мм.

Удаление трасс электропроводок от сооружений, технологических трубопроводов и оборудования при параллельной прокладке трасс должно быть не менее:

В электропроводках систем автоматизации допускается совместная прокладка в одной защитной трубе, коробе цепей управления, регулирования, сигнализации питания напряжением до 400 В переменного и 440 В постоянного тока. Допускается совместная прокладка проводов в стальных защитных трубах для следующих приборов:

Электропроводки систем автоматизации допускается прокладывать рядом с аналогично выполненными электропроводками установок электроснабжения, за исключением:

 

  1. 4 Размещение преобразователей и аппаратуры сзади щитов.

 Компоновка электро- и пневмоаппартуры и установочных изделий внутри щитов и стативов должна выполняться с учетом конструктивных особенностей этих изделий и обеспечения удобства монтажа и эксплуатации.

При компоновке приборов внутри щитов должно учитываться:

С целью обеспечения удобства эксплуатации и соблюдения требований техники безопасности аппаратуру внутри щитов и стативов размещают на следующих расстояниях от нижней кромки опорной рамы:

   1) приборы, регуляторы, функциональные блоки, элементы аналоговой и дискретной техники,    преобразователи, сигнализаторы 600-1900 мм.;

   2) трансформаторы, стабилизаторы, пускатели, ревуны, звонки, источники питания малой мощности, освещение щита 1700-1975 мм;

   3) выключатели, предохранители, автоматы, розетки 700-1700 мм;

   4) реле  600-1900 мм;

   5) аппаратура пневмопитания 300-700 мм;

   6) сборник коммутационных зажимов не ниже 350 мм;

   7) переборочные соединители   500-1975 мм.

 

  1. Питание схемы управления.
  2. 1 Описание схемы электро- и пневмопитания.

Схема электропитания показана на чертеже ТД.99.02.06.31.

Принципиальные электрические схемы определяют полный состав приборов, аппаратов и устройств, а также связей между ними, действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. На принципиальных электрических схемах питания отображаются решения, принятые по выполнению системы электропитания приборов и средств автоматизации.

Главное требование, предъявляемое к системе электропитания, состоит в том, чтобы эта система обеспечивала необходимую надежность (бесперебойность) питания, качество электроэнергии (допустимые отклонения от номинала и колебания напряжения, не синусоидальность формы, пульсацию). Принципиальная электрическая схема должна быть спроектирована так, чтобы ее эксплуатация в производственных условиях была предельно простой, требовала минимум затрат труда и внимания обслуживающего персонала, обеспечивала возможность проведения ремонтных и наладочных работ с соблюдением необходимых мер безопасности.

Выбор схемы электропитания, рода тока, напряжения, аппаратов защиты и управления должен производится с учетом решений, принятых в системе электроснабжения автоматизируемого объекта. 

Источники питания в системе должны иметь достаточную мощность и обеспечивать требуемое напряжение у электроприемников. Отключение напряжения на шинах источников питания не должно превышать значений, при которых обеспечивается нормальная работа наиболее удаленных или наиболее чувствительных к отклонениям напряжения электроприемников и возможных наихудших для системы электроснабжения автоматизируемого объекта нагрузочных режимах.

В нормальном режиме включен рабочий ввод 1. Включен пакетный выключатель SA1 и замкнуты нормально разомкнутые контакты реле K1. Рабочий ток поступает через распределительную цепь, контактные выключатели и предохранители к приборам.

В случае аварии аварийной ситуации (короткое замыкание на рабочем вводе) происходит обесточивание обмотки реле K1, отключение его нормально разомкнутых контактов и включение нормально разомкнутых. Последние коммутируют цепи резервного ввода. При этом будут замкнуты контакты пакетного выключателя SA2.

При обесточивании обмотки реле K1 через третий нормально замкнутый контакт включается звуковая сигнализация.

При нажатии оператором на кнопку пакетного выключателя и кнопку SB1 происходит включение обмотки другого реле K2 (подключает сигнальную лампу). При этом реле само блокируется через свой нормально разомкнутый контакт K2 и подключает сигнальную лампу оповещения включения резервного ввода и происходит автоматическое отключение звуковой сигнализации.

Схема пневмопитания показана на чертеже ТД.99.02.07.32.

Наиболее широкое применение пневматика находит при проектировании автоматизации взрыво- и пожароопасных технологических процессов, а также процессов, ход которых проходит сравнительно медленно. Однако в настоящее время пневматику практически вытеснили электрические устройства, обеспечивающие более высокую точность и скорость, и длину дистанционной передачи сигнала.

Одним из достоинств пневматических систем является их неподверженность радиационным и магнитным воздействиям. Кроме того, пневматические устройства, основанные на взаимодействии свободных струй, не изменяют рабочих параметров при вибрационных перегрузках.

Основной недостаток пневматических систем - запаздывание передачи сигнала. Однако быстродействие средств автоматики при автоматизации многих технологических процессов не является решающим фактором. Другим недостатком пневмосистем являются повышенные требования к осушке и очистке сжатого воздуха.

В качестве источника питания для пневмосистем автоматизации используется энергия сжатого воздуха от воздушных компрессорных установок систем воздухоснабжения промышленных предприятий. Качество сжатого воздуха определяется составом, количеством и размерами содержащихся в нем примесей, главным образом влаги, минеральных масел и различного рода твердых частиц.

Входные параметры сжатого воздуха: 10…50 Со, давление 0,6 МПа.

На схемах пневмопитания условными обозначениями обозначаются: установка воздухоснабжения с всасывающими и нагнетающими воздухопроводами; фильтры для очистки воздуха; установка для осушки воздуха; воздухосборники и ресиверы; главный, цеховые и распределительные коллекторы, воздухопроводы от коллекторов  до пневмоприемников; индивидуальные и групповые редукторы давления воздуха и блоки питания; запорная переключающая арматура; резервные и продувочные штуцера; групповые и индивидуальные фильтры; контрольные манометры.

 

  1. 2 Выбор плавких предохранителей.

Различают предохранители с большой тепловой инерцией, способные выдержать значительные  кратковременные перегрузки током, и безынерционные, обладающие малой тепловой инерцией и ограниченной способностью к перегрузкам. К первым относятся в основном предохранители со свинцовыми токопроводящими мостиками, ко вторым - с медными. В схемах электропитания систем автоматизации наибольшее распространение имеет вторая группа плавких вставок.

Предохранители выбираются по следующим условиям:

Uном.пред..>Uном.с,

где Uном.пред-номинальное напряжение предохранителя; Uном.с.-номинальное напряжение сети.

Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети (в этих случаях плавкие вставки имеют лучшие защитные характеристики).

Iном.вст.>Iдлит ,

где Iном.вст.-номинальный ток плавкой вставки; Iдлит-длительный расчетный ток линии.

Расчет потребности электроэнергии и сжатого воздуха.

                                                                                                    Таблица 1     

Наименование приборов

Потребляемая мощность, Вт

Кол.

Суммарная мощность, Вт

Блок питания 506 ТВ “ABB Industry”

24

4

96

Блок питания “Сапфир-22-ДИ”

24

6

144

Электропневмопреобразователь ЭПП-м

6

7

42

Устройство отображения

85

4

340

Advant Controllert

500

2

1000

Розетка штепсельная

100

4

200

Лампа осветительная

40

1

40

Всего:

 

 

2062

 

Возьмём коэффициент запаса по мощности 1.5…2.5, тогда мощность на вводе составит 4кВт.

Расчёт потребности сжатого воздуха производится по формуле:

QР = (Q1+Q2)×КУТ×КЭПЗ ,                                                                                               где Q1 – расход воздуха на приборы и средства автоматизации, потребляющих воздух непрерывно, м3/ч;

  Q2  – то же, но потребляющие периодически;

  Кут – коэффициент утечки воздуха, Кут = 1,15;

  Кэпз– коэффициент, учитывающий подключение приборов и средств автоматизации, эпизодически потребляющих воздух, Кэпз = 1,1.

Q1=7·1,5=10,5 м3/ч, Q2 = 0,15·Q1 = 1,575 м3/ч.

В результате значение нагрузки на пневмоколлектор равно 15,27 м3/ч.

Объём ресивера:

VP = 1,03·QР×Dtавар /(РРД), 

 где Dtавар– аварийный запас времени при отключении источника питания (1..2)ч.

РР – рабочее давление ресивера, 6 кгс/см2.

РД – допустимое значение воздуха, потребляемое приборами, 1,4 кгс/см2.

VP = 1,03·15,27·2 / (6 –1,4) = 6,84 м3;

Внутренний диаметр воздухопровода:

К=4 при скорости движения воздуха v=20 м/с,

К=6 при v=10 м/с. Возьмём К=6.

Р - давление воздуха в системе трубопровода, Р=0,6 МПа.

DВН округлённо принимаем равным 26 мм.

  1. Расчет надежности системы автоматизации.

В данном разделе рассчитываются надежностные характеристики спроектированной АСУТП.

Сначала рассматривается система, состоящая из технических средств оперативного персонала. Рассчитывается вероятность безотказной работы и средняя наработка на отказ этого производственного комплекса при условии, что он невосстанавливаемый, коэффициент готовности комплекса, учитывая процесс восстановления.

  Для расчета необходимо построить структурную схему надежности комплекса. Отказ будем рассматривать как технологический, то есть приводящий к ухудшению характеристик технологического процесса без его останова. При этом в структурную схему надежности необходимо включить последовательно все технологические аппараты: теплообменник Т-4; ректификационную колонну К-1Н; холодильник ХВ-1; насосы Н-53/1,2,             Н-55/1,2, Н-22, Н-23, Н-18, Н-19; колонну К-8; емкость Е-21 (см. рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема надежности производственного комплекса.

Примем закон распределения отказов и восстановления элементов схемы изображенной на рис. 1. за экспоненциальный. Интенсивность отказов и восстановления элементов:  для колонны – 5·10-4 и 0,02 ч-1;

для теплообменника – 13,6·10-5  и 0,023 ч-1;

для емкости – 1·10-4 и 0,03 ч-1;

для насосов – 2,5·10-4 и 0,033 ч-1;

для конденсатора паров – 9·10-5 и 0,027 ч-1.   

 

Вероятность безотказной работы для цепочки последовательных элементов вычисляется по формуле

а для цепочки параллельных элементов – по формуле

где t – время, ч;

      li – интенсивность отказов элемента, ч-1.

Средняя наработка на отказ рассчитывается по формуле

где Dt – приращение по времени;

      n×Dt – интервал интегрирования – достаточно большое для требуемой точности расчета наработки число.

Для расчета  вероятности безотказной работы и средней наработки на отказ  системы с произвольной структурой и числом элементов по приведенным выше формулам разработана консольная Psa1.exe.

          После запуска программы необходимо ввести все типы элементов рассматриваемой системы (путем задания полных наименований и кратких обозначений вроде К, Х) с их интенсивностями отказов и восстановления; список типов элементов заканчивается вводом пустой строки (простоя нажатия клавиши ENTER). После этого, если была допущена ошибка, программа предоставляет возможность заново ввести список.

          После ввода списка элементов необходимо ввести структуру рассматриваемой системы. Для этого по порядку следования в структурной схеме (см. рисунок 1) вводится обозначения типа последовательных элементов. Если в структурной схеме встречается ветвление (несколько параллельных ветвей), вводится символ <=>. После этого вводится по порядку отдельные ветви; ввод ветви заканчивается вводом пустой строки. Если после ввода пустой строки ввести еще одну пустую, то все ветвление закончится. Число вложений ветвлений не ограниченно. Вся структура системы рассматривается как одна большая ветвь, и ее ввод заканчивается стандартно вводом пустой строки. Если при вводе структуры была допущена ошибка, программа предоставляет возможность ввести структуру заново.

          После ввода структуры рассчитывается вероятность безотказной работы на временном интервале  [0,t]. Необходимо задать длину интервала t и число точек на этом интервале.

          Далее по формуле (*) рассчитывается средняя наработка на отказ. Необходимо задать временной интервал интегрирования и число точек интегрирования.

          Результаты работы программы записывают в файл PSA1.txt  в кодировке Windows. Этот файл можно редактировать и распечатывать на принтере с помощью стандартного Windows-приложения Блокнот.

            Ниже приведены результаты расчета программы (файл psa1.txt) для структуры, приведенной на рис. 1. Расчет средней наработки на отказ проводился на интервале[0,1000] ч. при числе точек 20.

Результаты расчета программы psa1.exe

Расчет надежности системы с произвольными структурой и числом элементов при условии ее не восстановления.

Таблица типов элементов

Типы              Инт.отк.    Инт.восст.

к:                      0.0005        0        колонна

т:                      0.000136     0        теплообменник

е:                      0.0001        0        емкость

х:                      9e-05           0        холодильник

н:                    0.00025        0        насос

 

Структура отказа

1 теплообменник

2:1.1 насос

2:2.1 насос

3:1.1 насос

3:2.1 насос

4 колонна

5 холодильник

 

6:1.1 насос

6:2.1 насос

7 колонна

8:1.1 насос

8:2.1 насос

9 емкость

 

Время

Вероятность безотказной работы

 

 

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1

0.935273

0.873682

0.8152

0.759781

0.707364

0.657876

0.611234

0.567344

0.52611

0.487428

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0.451191

0.417291

0.385618

0.356063

0.328517

0.302873

0.279026

0.256874

0.236317

0.217259

 

Среднее время наработки на отказ: 508.616 ч.

График зависимости вероятности безотказной работы от времени показан на рисунке 2.

 Рисунок 2 – График зависимости вероятности безотказной работы от времени.

Вероятность безотказной работы низкая, поэтому требуется предусмотреть восстановление отказавших элементов ремонтным персоналом.

Для расчета коэффициента готовности производственного комплекса с учетом процесса восстановления упростим структурную схему до схемы, показанной на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема надежности производственного комплекса.

Для данной структурной схемы построим граф состояний.

Рисунок 4 – Граф переходов.

0 – все элементы системы работоспособны;

1 – отказ Т-4;

2 – отказ Н-53/1;

3 – отказ Н-55/1;

4 – отказ К-1Н;

 

5 – отказ ХВ-1;

6 – отказ Н-22;

7 – отказ К-8;

8 – отказ Н-18;

9 – отказ Е-21.

 


Граф описывается системой дифференциальных уравнений:

где li – интенсивность отказов i–го элемента,  ч-1;

mi – интенсивность восстановления i-го элемента, ч-1;

Pi – вероятность нахождения системы в i-ом состоянии;

Решаем систему уравнений по программе PSA12.ехе и получаем значения коэффициентов готовности.

 

Результаты расчёта программы psa12.exe

Расчёт надёжности системы с линейной структурой и произвольным числом элементов при условии её восстановления.

Таблица типов элементов

Типы

Инт. Отк.

Инт.Восст.

 

К

Т

Е

Н

ХВ

0.0005

0.0000136

0.0001

0.00025

0.00009

0.02

0.023

0.03

0.033

0.027

колонна

теплообменник

емкость

насос

холодильник

 

 

 

 

 

 

 

Структура отказа

1 Теплообменник

2 Насос

3 Насос

4 Колонна

5 Холодильник

6 Насос

7 Колонна

8 Насос

9 Емкость

Коэффициент готовности Кг=0.919464

На этом расчет надёжностных характеристик для технологического оборудования заканчивается.

Оценка  надежности локальных схем автоматики

(системы рассматриваются как невосстанавливаемые)

Требуется оценить надежность локальных схем автоматики, рассчитать вероятность безотказной работы Р(t) и среднее время наработки на отказ ТСР.

 Построим структурные схемы надежности для типовых локальных АСР.

  1. АСР регулирования по уровню

 

  1. АСР регулирования по расходу

 

  1. АСР регулирования по температуре
  2. АСР регулирования по расходу с коррекцией по температуре
  3. АСР регулирования по расходу с коррекцией по уровню

Так как в системе управления используется микропроцессорный контроллер, системы регулирования реализованы в виде каналов ввода измерительной информации, каналов вывода управляющей информации и одного общего звена – микроконтроллера МСКУ, то есть локальных систем регулирования нет. Для поддержания процесса в состоянии, предусмотренном технологическим регламентом, необходимо измерять:

Все эти параметры процесса вводятся в МСКУ с помощью каналов ввода, причем канал ввода температуры состоит из термоэлектрического термометра (ТТ) и линии связи (ЛС), канал ввода уровня – из тензометрического преобразователя (ТП) и линии связи (ЛС), канал ввода расхода – из диафрагмы (Д), тензометрического преобразователя (ТП) и линии связи (ЛС), канал ввода давления из тензометрического преобразователя (ТП) и линии связи (ЛС). На основе значений входных параметров вычисляются управляющие воздействия, которые падают на регулирующие клапаны, причем канал вывода состоит из линий связи (ЛС), электропневмопреобразователя (ЭП) и регулирующего клапана с исполнительным механизмом (РК). Канал вывода резервируется по цепочке: МСКУ-СОТ- оператор (ОП)-ручное управление клапаном или вентилем поставленным параллельно клапану, причем учитывать отказ последнего в структуре надежности не будем, т.к. его надежность несоизмеримо высока по сравнению с другими элементами схемы.

1. Расчет времени безотказной работы для контура измерения расхода.

Результаты расчёта программы psa1.exe

Расчёт надёжности системы с произвольными структурой

и числом элементов при условии её невосстанавления

 

 

Таблица типов элементов

Типы

Инт.отк.

Инт.восст.

 

FE

1×10-6

0,33

диафрагма

FT

1,4×10-6

0,77

тензометрический преобразователь

ЛС

2,11×10-5

1,04

линия связи

МСКУ

5,9×10-6

0,25

 

ОП

1×10-6

0,25

оператор

СОТ

2×10-6

1

 

ЭП

4,7×10-5

1

электропневмопреобразователь

ИМ

8,5×10-5

2

регулирующий клапан

 

Структура отказа

1 Диафрагма

2 Тензометрический преобразователь

3 Линия связи

4:1.1 МСКУ

4:2.1 Оператор

4:2.2 СОТ

5 Линия связи

6 Электропневиопреобразователь

7 Регулирующий клапан

Время

Вероятность безотказной работы

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

 

1

0,991209

0,982495

0,973857

0,965296

0,96809

0,948397

0,940059

0,931795

0,923602

0,915482

0,907433

0,899455

0,891547

0,883708

0,875938

0,8868236

0,860602

0,853035

0,845535

0,8381

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее время наработки на отказ: 912.63 ч

Рисунок 5 – График зависимости вероятности безотказной работы от времени.

Эта же система с восстановлением.

Результаты расчёта программы psa12.exe

Расчёт надёжности системы с линейной структурой и произвольным

числом элементов при условии её восстановления

Коэффициент готовности Кг=0.989776.

Рассматривается  ситуация, когда отказавшее оборудование не восстанавливается, а достаточно быстро заменяется резервным, тем самым повышая надежность всего производственного комплекса. В резерве экономически выгодно иметь небольшое количество приборов при большом количестве того же типа, находящихся в эксплуатации. В эксплуатации на данном узле имеется девять электропневматических преобразователей ЭПП-Ех-1. Пусть на установке имеется один резервный прибор, который при отказе любого рабочего мгновенно (временем подключения пренебрегаем) подключается вместо него. Пусть резерв приборов на установке может быть восполнен еще двумя, находящимися на складе. Отказом для такой системы будет состояние, в котором отказал любой один рабочий прибор и на установке нет резервного. Возможные состояния такой системы иллюстрирует граф:

n=3                  n=3              n=3               n=3              n=3               n=3

r=1                  r=0                r=1                r=0              r=1               r=0

z=2                  z=2               z=1               z=1               z=0              z=0

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Граф переходов n резервированных невосстанавливаемых приборов.

В состоянии 0 все приборы исправны.

В состоянии 1 вместо отказавшего прибора поставлен единственный резервный, на складе остается еще два.

В состоянии 2 резерв на установке восполняется приборов со склада.

В состоянии 3 еще один рабочий прибор выходит из строя и заменяется на резерв.

В состоянии 4 резерв восполняется последним прибором, находящимся на складе.

В состоянии 5 отказывает еще один рабочий прибор и заменяется последним резервным.

Состояние 6 – отказовое, возникает тогда, когда произошел отказ и резерв исчерпан или резерв на установке не успел восполниться из резерва на складе.

 Граф описывается системой дифференциальных уравнений:

 

 


где Рi – вероятность нахождения системы в i-ом состоянии.

С помощью этих формул можно рассчитать вероятности нахождения систем в том или ином состоянии, а также функцию готовности:


И среднее время наработки на отказ:

при двух приборах на складе:


при бесконечном числе приборов на складе


Для расчета надежности разработана программа PSA2.ехе, c помощью которой для девяти электропневматических преобразователей рассчитаем вероятности нахождения системы в определенном состоянии, функцию готовности и среднюю наработку на отказ.

Исходные данные:

интенсивность отказов (1/ч): 4.7e-05

интенсивность восстановления резерва (1/ч): 2

число одновременно работающих приборов: 9

интервал расчёта функции готовности (ч): 10000

число точек расчёта: 10

Результаты расчёта при двух приборах на складе:

Время

Р0

Р1

Р2

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

1

0,625002

0,390628

0,244143

0,15259

0,0953692

0,0596059

0,0372538

0,0232837

0,0145524

0

0,000146879

9,17997е-05

5,7375е-05

3,58595е-05

2,24123е-05

1,40077е-05

8,75486е-06

5,47181е-06

3,41989е-06

0

0,293611

0,367107

0,344193

0,28684

0,2241

0,168079

0,122559

0,0875434

0,0615546

 

Время

Р3

Р4

Р5

Кг

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0

6,89657e-05

8,62506e-05

8,08737e-05

6,74006 e-05

5,26596 e-05

3,94961 e-05

2,88001 e-05

2,05719 e-05

1,44649 e-05

3,31381e-08

0,0688968

0,172415

0,24254

0,269535

0,263245

0,236937

0,201572

0,164555

0,130169

1,38132e-16

0,0109108

0,0552888

0,118087

0,177109

0,218869

0,239309

0,240467

0,227152

0,204688

1

0,998637

0,985617

0,949102

0,886178

0,801659

0,703984

0,601889

0,50256

0,410982

Средняя наработка на отказ: 8745.7

 Результаты расчёта при бесконечно большом числе приборов на складе:

Средняя наработка на отказ: 1.00641е+07.

По результатам расчета  построены графики.

 

 

Рисунок 7 - Графики зависимости вероятностей и функции готовности от времени.

Другим подходом к повышению эффективности промышленного комплекса может быть резервирование двух рядом стоящих преобразователей, например типа “Сапфир 22- ДИ”, третьим, находящимся в горячем резерве. Подключение резервного прибора вместо отказавшего требует некоторого времени. Допустим, на время подключения приборов допускается перерыв в работе tДОП. = 5 мин. Процесс подключения описывается экспоненциальным законом с параметром интенсивности подключения g = 10 ч-1. Будем считать, что при отказе резервного прибора и одного из основных приборов произошёл отказ независимо от длительности пребывания в этом состоянии. Такой модели соответствует граф состояний.

 

 

 

 

Рисунок 8 -  Граф состояний n приборов с подключением резерва.

В состоянии 0 все приборы исправны.

В состоянии 1 отказал один прибор.

В состоянии 2 вместо отказавшего прибора поставлен единственный резервный.

Состояние 3 - отказовое для всей системы.

Построенный граф описывается системой дифференциальных уравнений:

P0(t) = 1; Pi(0) = 0; i = 1,2,3

-1 = - (n+1) lT0 + mT2

0=lT0 + yT0 – (nl + m)T2

a = nl + y;  b = exp (-at);  e = m + nl ;  N = n+1;

 

где Pi – вероятность нахождения системы в i-том состоянии.

Решая систему, находим вероятности безотказной работы в момент времени t.

Среднее время наработки на отказ определяется так же, как и в случае 2 с запасными элементами.

Исходные данные:

интенсивность отказов (1/ч): 1.4e-05

интенсивность восстановления (1/ч): 0.77

интенсивность перехода на резерв (1/ч): 10

допустимая длительность перехода на резерв (ч): 0.0833

число рабочих приборов: 2

Среднее время наработки на отказ: 82146.2 ч

Среднее время наработки на отказ при мгновенном  переходе на резерв: 6.54821е+08 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

  1. Технологический регламент установки висбрекинг, УНПЗ.
  2. Казьмин П.М. Монтаж, наладка и эксплуатация автоматических устройств химических производств: М.: Химия, 1979.
  3. Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации и технологических процессов: справочное пособие. Москва: Энергия, 1980. – 512 с.
  4. Клюев А.С. и др. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 376 с., ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТД 99.02.06.03

Смета затрат на приобретение средств автоматизации.

Наименование

Стоимость единицы, тыс.руб.

Кол-во, шт.

Общая стоимость, тыс.руб.

Диафрагма камерная ДКС

180

5

900

Термопреобразователь ТХК

380

6

2280

Преобразователь «Сапфир-22-ДИ»

350

6

2100

Преобразователь «ABB Industry»

600

4

2400

Устройство отображения

6000

4

24000

ADVANT Controller System

22000

2

44000

Электропневмопреобразователь ЭП-1321

450

7

3150

Исполнительный механизм КР: 25С18НЖ

500

7

3500

Блок питания БП-36

1020

8

8160

Итого:

 

 

90490

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТД 99.02.06.04

Заказная спецификация на электроаппаратуру.

№ по пор.

Наименование

Цена, руб.

Кол-во, шт.

Сумма, руб.

1

Электроконтактное реле напряжения РН 53/220

270

2

540

2

Кнопочный нажимной выключатель КУ 123-11У2

60

2

120

3

Пакетный выключатель ПВ2-10

60

24

1440

4

Пакетный переключатель ПП2-10/Н2

80

2

160

5

Пакетный выключатель ПВ2-10, один полюс закорочен

80

2

160

6

Сирена электрическая СС-1

250

1

250

7

Предохранитель с плавкой вставкой

ПК-30  0,5А

ПК-30  0,25А

ПТ

ПТ         0,1А

ПК-30    1А

ПТ           3А

 

25

25

15

20

15

30

 

1

10

1

6

4

4

 

25

250

15

120

60

120

8

Трансформатор 220/36 ТБС-016 220/36

600

1

600

9

Розетка штепсельная РШ-Ц-2-0-00

50

4

200

10

Резистор на 360 Ом МЛТ-0,5

15

1

15

11

Лампа сигнальная В 220-25

30

9

270

Итого:

 

 

4345

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТД 99.02.06.05

Заказная спецификация на кабели и провода.

№ п/п

Наименование

Цена за 1м,      руб.

Кол-во,

м

Сумма, руб.

1

КРВГ 4х1,5

45

75

3375

2

КРВГ 4х1,0

40

38

1520

3

КРВГ 10х1,5

80

24

1920

4

2ПРТО 1х1,5

30

110

3300

5

ПРТО 2х2,5

60

63

3780

Всего:

 

 

13895

 

 

ТД 99.02.06.06

Заказная спецификация на основные монтажные материалы.

№ п/п

Наименование

Цена, руб.

Кол-во

Сумма, руб.

1

Зажим коммутационный ЗК-И

85

7

595

2

Колодки маркировочные КМ 40ИЧ250

30

3

90

3

Рейка зажимная РЗ

20

2

40

4

Оконцеватель маркировочный ОКМ-МИ21Т3-64

20

4

80

5

Бирка маркировочная БМА-20

15

20

300

6

Коробка соединительная КСК 8

50

7

350

7

Протяжная коробка КТО 20

120

1

120

Итого:

 

 

1575

 

 

ТД 99.02.06.07

Заказная спецификация на трубопроводную арматуру.

№ п/п

Наименование

Цена, руб.

Кол-во

Сумма, руб.

1

Кран трехходовой КТК

220

3

660

2

Вентиль запорный муфтовый Ру=1 Мпа, Ду=32 мм 15БЗК

230

12

2760

3

Вентиль запорный муфтовый Ру=1 Мпа, Ду=25 мм 15БЗК

200

1

200

4

Вентиль запорный муфтовый Ру=1 Мпа, Ду=15 мм 15БЗК

210

10

2100

5

Фильтр воздуха Ру=0,2…1 Мпа ФВ-2М

260

7

1820

6

Фильтр воздуха ФРБ1

350

2

700

7

Редуктор давления РДВ-1М

330

7

2310

8

Манометр показывающий МТ-1                со шкалой (0…1,0) МПа

180

3

540

Итого:

 

 

11090

 

 

Приложения.

Приложение 1 Текст программы PSA 1.

#include <stdio.h>

#include <cstring.h>

#include <iostream.h>

#include <math.h>

#include <fstream.h>

 

template<class T> class TLink

 {public:

   TLink* next;

   T* data;

  TLink(T* Data,TLink* Next):data(Data),next(Next){}

  ~TLink(){ if(next) delete next; if(data) delete data; }

  void Output(){ if(next) next->Output(); data->Output(); }

  void Output(ofstream& out){ if(next) next->Output(out); data->Output(out); }

 };

 

template<class T> class TList

 {public:

   TLink<T>* first;

  TList():first(0){}

  ~TList(){ delete first; }

  void Add(T* Data){ first=new TLink<T>(Data,first); }

  int IsEmpty(){ return first?0:1; }

  void DeleteFirst(){ TLink<T>* current=first; first=first->next;

                                                               current->next=0;         delete current;    }

  void Output(){ if(first) first->Output(); }

  void Output(ofstream& out){ if(first) first->Output(out); }

  int SwitchInput(string& S){ char c[80]; cin.getline(c,80);

                                                                                            switch(c[0]){ case  0 : return 0;

                                                                                                                                            case '=': return 2;

                                                                                                                                            default: S=c; return 1; } }

  double NumberInput(string S){ cout << " " << S << ": ";

                                                                                                    char c[20]; cin >> c;

                                                                                                     for(int i=0;i<strlen(c);i++)

                                                                                                     if(c[i]==',') c[i]='.';

                                                                                                    return atof(c);              }

 };

 

class TType

 {public:

   string denomination,designation;

   double l,m;

  TType(string Denomination,string Designation,double L,double M)

   :denomination(Denomination),designation(Designation),l(L),m(M){}

  void Output(){ cout << designation << ":\t" << l << "\t" << m << "\t"

 

                                                               << denomination << endl;                          }

  void Output(ofstream& out){ out << designation << ":\t" << l << "\t" << m

                                                                                                      << "\t" << denomination << endl;          }

 };

 

class TTypeList:public TList<TType>

 {public:

  TTypeList():TList<TType>()

   { for(;;){  string denomination,designation;

                                          double l,m;

                                         cout << endl << " наименование: ";

                                         if(!SwitchInput(denomination)) return;

                                         for(;;){ cout << " обозначение(тип): ";

                                                                       cin  >> designation;

                                                                       if(designation=="=")

                                                                        cout << "  зарезервированный тип\n";

                                                                       else if(TypeExist(designation))

                                                                        cout << "  такой тип уже существует\n";

                                                                       else break;                              }

                                         l=NumberInput("интенсивность отказов (1/ч)");

                                         m=NumberInput("интенсивность восстановления (1/ч)");

                                         Add(new TType(denomination,designation,l,m));

  1. ignore(); } }

  void Output(){ cout << "Типы    Инт.отк.Инт.восст.\n";

                                                   TList<TType>::Output();                 }

  void Output(ofstream& out){ out << "Типы    Инт.отк.Инт.восст.\n";

                                                                                            TList<TType>::Output(out);             }

  TType* TypeExist(string Designation)

   { if(!first) return 0;

            TLink<TType>* current=first;

            do{ if(current->data->designation==Designation) return current->data;

                       current=current->next;

              }while(current);

            return 0;

   }

 };

 

class TElement

 {public:

   TType* type;

   string poz;

  TElement(TType* Type,string Poz=""):type(Type),poz(Poz){}

  virtual int IsEmpty(){ return 0; }

  virtual void Output(){ cout << " " << poz << type->denomination << endl; }

  virtual void Output(ofstream& out)

   { out << " " << poz << type->denomination << endl; }

  virtual double P(double t){ return exp(-t*type->l); }

 };

 

class TSeria:public TList<TElement>

 

 {public:

   TTypeList* tl;

   string poz;

   int i;

  TSeria(TTypeList* TL,string Poz=""):TList<TElement>(),tl(TL),poz(Poz),i(1)

   { for(;;){  string designation;

                                         cout << poz << i << " тип элемента: ";

                                         switch(SwitchInput(designation))

                                          { case 0: return;

                                                   case 2: AddPar(tl); continue; }

                                         TType* type=tl->TypeExist(designation);

                                         if(!type) cout << "  такой тип не существует\n";

                                         else{ char c[10]; sprintf(c,"%d ",i);

                                                             Add(new TElement(type,poz+c)); i++; }      } }

  void AddPar(TTypeList* TL);

  double P(double t){ TLink<TElement>* current=first;

                                                               double p=1;

                                                               do{ p*=current->data->P(t); current=current->next;

                                                                        }while(current);

                                                               return p;                                          }

 };

 

class TParallel:public TElement,TList<TSeria>

 {public:

   string poz;

  TParallel(TTypeList* TL,string Poz=""):TElement(0),TList<TSeria>(),poz(Poz)

   { for(int i=1;;i++)

             { char c[10]; sprintf(c,"%d.",i);

                      Add(new TSeria(TL,poz+c));

                      if(first->data->IsEmpty()){ DeleteFirst(); return; } } }

  int IsEmpty(){ return TList<TSeria>::IsEmpty(); }

  void Output(){ TList<TSeria>::Output(); }

  void Output(ofstream& out){ TList<TSeria>::Output(out); }

  double P(double t){ TLink<TSeria>* current=first;

                                                               double q=1;

                                                               do{ q*=1-current->data->P(t); current=current->next;

                                                                        }while(current);

                                                               return 1-q;                                          }

 };

 

void TSeria::AddPar(TTypeList* TL)

 { char c[10]; sprintf(c,"%d:",i);

  Add(new TParallel(TL,poz+c));

  if(first->data->IsEmpty()) DeleteFirst(); else i++;

 }

 

#include <conio.h>

int question(char* string)

 { cout << string << " (ENTER/ESC)";

  for(;;){ int c=getch();

 

                                if(c==13){ cout<<"\n"; return 1; }

                                if(c==27){ cout<<"\n"; return 0; } }

 }

 

void main()

 { cout << "Расчёт надёжности системы с произвольными структурой\n"

              << "и числом элементов при условии её невосстанавления\n";

  TTypeList* t; for(;;)

   { cout << "\nВведите типы элементов\n";

            t=new TTypeList();

            cout << "\nТаблица типов элементов\n";

            if(t->IsEmpty()) cout << " пуста\n";

             else{ t->Output();

                                 if(question("\nПравильно введены типы?")) break;

                                  else delete t;                                  }

   }

  ofstream out("psa1.txt",ios::out);

  out << "Результаты расчёта программы psa1.exe\n\n"

             << "Расчёт надёжности системы с произвольными структурой\n"

             << "и числом элементов при условии её невосстанавления\n"

             << "\nТаблица типов элементов\n";

  t->Output(out);

 

  TSeria* s; for(;;)

   { cout << "\nВведите структуру отказа\n";

            s=new TSeria(t);

            cout << "\nСтруктура отказа\n";

            if(s->IsEmpty()) cout << " пуста\n";

             else{ s->Output();

                                 if(question("\nПравильно введена структура отказа?")) break;

                                  else delete s;                                              }

   }

  out << "\nСтруктура отказа\n";

  s->Output(out);

 

  double P[100],time,dt; int n; for(;;)

   { cout << "\nРасчёт вероятности безотказной работы\n"

                        << " временной интервал (ч): ";

            cin  >> time;

            cout << " число точек (до 100): ";

            cin  >> n;

            if(n>100) continue;

            dt=time/n;

            cout << "Время   Вероятность безотказной работы\n";

            for(int i=0;i<=n;i++)

             { P[i]=s->P(i*dt); cout << i*dt << "  " << P[i] << "\n "; }

            if(!question("\nПовторить расчёт вероятности?")) break;

   }

  out << "\nВремя   Вероятность безотказной работы\n";

  for(int i=0;i<=n;i++) out << i*dt << "  " << P[i] << "\n ";

 

  double T; for(;;)

 

   {       cout << "\nРасчёт среднего времени наработки на отказ\n"

                        << " временной интервал (ч): ";

            cin  >> time;

            cout << " число точек (до 10000): ";

            cin  >> n;

            if(n>10000) continue;

            dt=time/n; T=0;

            for(i=1;i<=n;i++) T+=s->P(i*dt)*dt;

            cout << "\nСреднее время наработки на отказ: " << T << " ч\n";

            if(!question("\nПовторить расчёт наработки?")) break;

   }

  out << "\nСреднее время наработки на отказ: " << T << " ч";

 

  cout << "\nРезульты расчёта находятся в файле psa1.txt"

              << "\nРабота приложения закончена. Закройте окно.";

 }

 

 

 

Приложение 2 Текст программы PSA 12.

#include <stdio.h>

#include <cstring.h>

#include <iostream.h>

#include <math.h>

#include <fstream.h>

template<class T> class TLink

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 };

template<class T> class TList

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 };

class TType

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 };

class TTypeList:public TList<TType>

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 };

class TElement

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 };

class TSeria:public TList<TElement>

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

  double Kg(double T,int N)

   { TLink<TElement>* current=first;

            int n=0; do{ n++; current=current->next; }while(current);

            double* l,* m,* p,Sl=0,kg,dt=T/N;

            l=new double[n]; m=new double[n]; p=new double[n+1];

            current=first;

            for(int i=0;i<n;i++){ l[i]=current->data->type->l; Sl+=l[i];

                                                                                  m[i]=current->data->type->m; p[i]=0;

                                                                                  current=current->next;                 }

            p[0]=1; double t=0;

            for(i=0;i<=N;i++){ double SmP=0,Po=p[0];

                                                                        for(int j=1;j<=n;j++) SmP+=m[j-1]*p[j];

                                                                        p[0]+=dt*(SmP-Sl*Po);

                                                                        for(j=1;j<=n;j++) p[j]+=dt*(l[j-1]*Po-m[j-1]*p[j]);

                                                                        t+=dt;                                              }

            kg=p[0]; delete[] l,m,p; return kg;

   }

 };

 

#include <conio.h>

int question(char* string)

 { ... // подробно см. файл psa1.cpp

 }

void main()

 { cout << "Расчёт надёжности системы с произвольными структурой\n"

              << "и числом элементов при условии её невосстанавления\n";

  TTypeList* ty;       for(;;)

   { cout << "\nВведите типы элементов\n";

            ty=new TTypeList();

            cout << "\nТаблица типов элементов\n";

            if(ty->IsEmpty()) cout << " пуста\n";

             else{ ty->Output();

                                 if(question("\nПравильно введены типы?")) break;

                                  else delete ty;                                 }

   }

  ofstream out("psa12.txt",ios::out);

  out << "Результаты расчёта программы psa12.exe\n\n"

             << "Расчёт надёжности системы с линейной структурой и произвольным\n"

             << "числом элементов при условии её восстановления\n"

             << "\nТаблица типов элементов\n";

  ty->Output(out);

 

  TSeria* s; for(;;)

   { cout << "\nВведите структуру отказа\n";

            s=new TSeria(ty);

            cout << "\nСтруктура отказа\n";

            if(s->IsEmpty()) cout << " пуста\n";

             else{ s->Output();

                                 if(question("\nПравильно введена структура отказа?")) break;

                                  else delete s;                                              }

   }

  out << "\nСтруктура отказа\n";

  s->Output(out);

  double kg,t; int n; for(;;)

   { cout << "\nРасчёт коэффициента готовности\n"

                        << " временной интервал (ч): "; cin  >> t;

            cout << " число точек расчёта (до 100000): "; cin  >> n;

            if(n>100000) continue;

            kg=s->Kg(t,n);

            cout << "Коэффициент готовности Кг=" << kg;

            if(!question("\nПовторить расчёт Kг?")) break;

   }

  out << "\nКоэффициент готовности Кг=" << kg;

  cout << "\nРезульты расчёта находятся в файле psa12.txt"

              << "\nРабота приложения закончена. Закройте окно.";

 }

 




Комментарий:

Курсовая работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы