Технологические процессы производства растительного масла как объекта автоматизации и управления

Фиксируется и обозначается через значение коэффициента передачи регулятора, при котором система находится на границе устойчивости. Измеряется период установившихся в системе колебаний.Рисунок 3.3 – Коэффициент передачи П - регулятора, при котором на выходе системы устанавливаются незатухающие колебанияРисунок 3.4 – Переходной процесс на границе устойчивостиЗначения параметров регулятора выбранного типа рассчитываются по формулам, приведенным в таблице 3.1.Таблица 3.1Параметры типовых регуляторовknkиkдП-регулятор0,5∙ к*--ПИ-регулятор0,45∙ к*0,54∙ к*/Т*-ПИД-регулятор0,6∙ к*1,2∙ к*/Т*0,075∙ к*∙Т*Из рисунка (3.4) видно, что переходной процесс системы с незатухающими колебаниями и постоянной амплитудой получится при k=1,562 , а период колебаний составляет T = 50с.Применив формулы из таблицы 2.1, произведем расчет параметров регуляторов[1, стр. 34].П - регулятор: kn = 0,5*1,562 = 0,781.ПИ - регулятор: kn = 0,45*1,562 = 0,7029; kи = = 0.0169.ПИД - регулятор: kn = 0,6*1,562 = 0,9372; kи = = 0.0375; kд = 0,075*1,562 *50= 5,858.3.2.5 Моделирование системы и определение показателей качества ее работыС помощью программного пакета МВТУ смоделируем автоматическую систему регулирования П,ПИ и ПИД регуляторов, произведем оценку качества процессов регулирования исходя из полученных переходных процессов, и определим удовлетворяют ли данные показатели нормам протекания технологического процесса.Рисунок 3.5 - Структурная схема и АСР, с П – регуляторомРисунок 3.6 – Переходной процесс АСР, с П – регуляторомРисунок 3.7 - Структурная схема АСР, с ПИ регуляторомРисунок 3.8 – Переходной процесс АСР, с ПИ – регуляторомРисунок 3.9 - Структурная схема АСР, с ПИД регуляторомРисунок 3.10 – Переходной процесс АСР, с ПИД – регуляторомОпределим основные показатели качества переходного процесса.П регулятор: 𝑡𝑝 - 270c; 𝜎- 80,2%; Хст – 0,03; Ψ - 3.ПИ регулятор: 𝑡𝑝 - 600c; 𝜎- 116%; Хст – 0; Ψ - 8.ПИД регулятор: система не является устойчивой.Исходя из полученных значений можно сделать вывод, что применяя ПИ закон регулирования АСР имеет слишком большое количество колебаний и слишком высокое перерегулирование, а при использовании ПИД закона система не устойчива. Наилучшими показателями качества переходного процесса для данного объекта регулирования обладает П закон регулирования, который в полной мере удовлетворяет требованиям технологического процесса.4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА4.1 Экономическое обоснование разработки системы автоматизации технологического процесса производства растительного маслаДля любого предприятия основной является задача повышения качества ведения технологического процесса, эффективности управления, интенсификации технологических процессов и, в конечном счете, увеличения прибыли. В решении этих задач особая роль принадлежит автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП). Современное производство характеризуется наличием большого количества информации и информационных взаимосвязей. Источники экономической эффективности, характер и степень воздействия АСУТП на технико-экономические показатели производства зависят от функциональных, алгоритмических, программных и технических решений. Основной экономический эффект от применения АСУТП получается благодаря улучшению функционирования управляемого технологического объекта в результате вывода его из нерегламентированных режимов, вызванных внешними помехами.Целью любого технологического процесса является выполнение следующих задач:получить продукцию с наивысшим показателем качества для данной технологии;добиться максимально возможного выпуска продукции за определенный период времени (повысить производительность технологического процесса);обеспечить минимальные трудовые и материальные затраты на единицу продукции;обеспечить безопасность технологического процесса; обеспечить экологическую безопасность.Таким образом, в связи с внедрением данной АСУ ТП произойдут изменения следующих технико-экономических показателей: снизится себестоимость единицы продукции за счёт уменьшения количества расхода энергоресурса;снизится трудоёмкость производства;повысится качество готовой продукции;повысится производительность, за счёт более точного соблюдения технологического регламента.Внедрение  автоматизации технологического процесса производства растительного масла  позволит обеспечить достижение главной цели -получение  стабильной прибыли  за счет производства конкурентоспособной  продукции, удовлетворяющей  требованиям потребителей.4.2 Расчет капитальных затрат на создание и внедрение системы автоматизации технологического процесса производства растительного маслаКапитальные (единовременные) затраты на автоматизацию технологического процесса производства растительного масла складываются из затрат на приобретение технических средств, их монтаж и наладку, а также затрат на разработку проектно-сметной документации.Расчет капитальных затрат представлен в таблице 5.1.Таблица 5.1 – Капитальные затраты на приобретение, монтаж и наладку технических средства автоматизации/п/ пНаименование оборудованияКол-воСтоимость приборов и устройств, тыс. руб.Цена за единицуОбщая стоимость,1Термоэлектрический преобразователь Метран 270044,016,02Электро-пневмопреобразователь ЭП-3324612,072,03Пневматический регулирующий клапан SAMSON-3345-761,710,24Малогабаритные датчики давления Метран-5546,325,25Преобразователь расхода вихреакустический Метран-300ПР320,060,06Волноводный уровнемер Rosemount 33014120,0480,07Уровнемер с параболической антенной Rosemount 56002120,0240,08Концентратомер АЖК-3101126,026,09Контроллер ОВЕН ПЛК 110120,020,010Модуль аналогового ввода ОВЕН МВ-11016,06,011Модуль аналогового вывода ОВЕН МУ-11015,05,012Модуль дискретного ввода ОВЕН МВ-11015,55,513Модуль дискретного вывода ОВЕН МВ-11015,05,014Устройства плавного пуска ОВЕН УПП-1212,024,0ИТОГО--994,9Единовременные затраты на создание АС (КА) определяются по формуле:Предпроизводственные затраты на создание АС рассчитываются аналогично затратам на выполнение НИР и составляют =450,0 тыс.руб.Величина капитальных затрат определяется по формуле:Затраты на приобретение КТС определяются по ценам поставщиков и составляют:= 994,9 тыс. руб.Затраты на установку, монтаж и запуск КТС в работу могут быть приняты в размере 25 % от стоимости КТС:=0,25·994,9 =248,7тыс. руб.Таким образом, величина капитальных (единовременных затрат) составит:=994,9 +248,7=1243,6 тыс. руб.Затраты на разработку документации составляют 450,0тыс.руб., в том числе: заработная плата разработчиков проекта -310,0 тыс.руб.; отчисления на социальные нужды (30,2%) отФОТ (фонда оплаты труда) - 93,62 тыс. руб.; затраты на вспомогательные материалы 7,38 тыс.руб.; прочие расходы 39,0 тыс.руб.Исходя из этого, общая сумма затрат на разработку и внедрение системы технологического процесса производства растительного масла, составит:= 450,0+1243,6 =1693,6 тыс. руб.4.3 Оценка изменения текущих затрат, в результате внедрения разработанной системы автоматизации технологического процесса производства растительного маслаРасчет эксплуатационных затрат по обслуживанию разработанной системы автоматизации технологического процесса производства растительного масла складываются из следующих элементов:Затраты на амортизацию средств автоматизации;Затраты на текущий ремонт;Затраты на электроэнергию;Затраты на заработную плату;Прочие расходы.-Сумма амортизационных отчислений определяется по формуле:Зам=Нр*Кз=0,12*1693,6 =203,2 тыс. руб./ годгде Нр – норма амортизации отчислений 12%;-Затраты на текущий ремонт средств автоматизации 10% :Зр=0,1* Зам =0,1*203,2 =20,3 тыс.руб./ год-Затраты на электроэнергию рассчитываются по следующей формуле:Зэ=М*F*ам*Цэгде М=85кВт, средняя потребляемая мощность;F – фонд времени работ оборудованияам – коэффициент использования мощности, 0,8;Цэ – тариф на 1 кВт*ч.а) до внедренияЗэ=85*4160*0,9*5,96=1896,7 тыс. руб./годб) после внедрения, планируется снизить расход электроэнергии примерно на 10%, следовательно затраты на электроэнергию после внедрения система автоматизации составят:Зэ=Зэ* (1-0,10)= 1896,7 *0,9=1707,0 тыс. руб./год -Затраты на заработную плату рассчитываются на основе данных представленных в таблице 5.2.Таблица 5.2 – затраты на заработную платуПоказателиДо внедренияПосле внедренияОтклонение (+,-)Среднесписочная численность обслуживающего персонала, чел97-2,0Годовой фонд времени одного рабочего, час192019200,0Отчисления на соц.нужды , %30,230,20,0Часовая тарифная ставка, руб/час100,0100,00,0Расчет затрат на заработную плату: до внедрения АСУ ТП:З=φ*Fн*tстЗосн=9*1920*100=1728,0 тыс.руб./годЗд= Зосн*0,1=1728,0 *0,1=172,8 тыс. руб./годЗсн= (Зд+Зосн)*0,302=(1728,0 +172,8)*0,302=574,0 тыс. руб./годЗо= Зсн+Зд+Зосн=1728,0 +172,8+574,0 =2474,8 руб./годПосле внедрения:Зосн1=7*1960*100=1372,0 тыс.руб./год Зд1= Зосн1*0,1=1234,8 *0,1=137,2 тыс. руб./годЗсн1= (Зд1+Зосн1)*0,302=(1372,0 +137,2)*0,302=455,8 тыс. руб./год З1= Зсн1+Зд1+Зосн1=1372,0 +137,2+455,8 =1965,0 тыс. руб./год ∆З= З1- Зо=1965,0 -2474,8 =-509,8тыс. руб /годСумма прочих расходов:Прочие расходы составляют 5% от суммы предыдущих статей затрат:Зпр= 218,6 тыс.руб./годЗпр1= 194,8 тыс.руб./годДанные расчета эксплуатационных расходов сведены в таблицу 5.3Таблица 5.3- Эксплуатационные расходыНаименование элемента затратБазовый вариант, тыс.руб.Проектный вариант, тыс. руб.Отклонение(+,-), тыс.руб.Затраты на амортизацию,-203,2203,2Затраты на заработную плату2474,81965,0-509,8Затраты на электроэнергию1896,71707,0-187,7Затраты на текущий ремонт-20,320,3Прочие расходы218,6194,8-23,8Итого:4590,14090,3-499,8Таким образом, в результате внедрения системы автоматизации технологического процесса производства растительного масла, сумма изменения годовых эксплуатационных затрат, составит:∆Зэкспл=4090,3-4590,1=-499,8тыс.руб./год4.4 Определение эффективности внедрения системы автоматизации технологического процесса производства растительного маслаВ результате внедрения, разработанной системы автоматизации технологического процесса производства растительного масла, снижение затрат, в части эксплуатационных издержек составит 499,8 тыс.руб., ∆П = 499,8 тыс.руб./год С учетом налога на прибыль равного 20% , чистая прибыль составит:∆П = 499,8 (1-0,2)=399,84 тыс.руб.Общая экономическая эффективность от внедрения спроектированной системы определяется по формуле:где ∆П – прирост чистой прибыли, руб.∆Кп–дополнительные единовременные (капитальные) затраты.∆Кп=1693,6 тыс.руб.Срок окупаемости определяется по формуле:В результате внедрения, автоматизированной системы технологического процесса производства растительного масла, планируется получить дополнительный объем чистой прибыли (за счет снижения эксплуатационных издержек) на сумму 399,84 тыс. руб./год. Срок окупаемости инвестиций составит 2,8 года.Следовательно, можно сделать вывод об экономической целесообразности внедрения разработанной системы автоматизации технологического процесса производства растительного масла .ЗаключениеВ данном проекте на тему «Автоматизация технологического процесса производства растительного масла» произведен анализ технологического процесса, и на его основании выбраны параметры контроля и управления. Осуществлен выбор методов и средств контроля и управления. Разработаны функциональная схема автоматизации, структурная схема технологического процесса, выполнен расчет АСР.В экономической части выполнен расчет эффективности и произведено технико-экономическое обоснование внедрения системы автоматизации помола клинкераСПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫЩербаков, В.Г. Технология получения растительных масел / В.Г. Щербаков. – М. : Колос, 2018. – 206 с.Белобородов, В.В. Основные процессы производства растительных масел / В.В. Белобородов. – М. : Пищевая промышленность, 2018. – 478 с.Акаева, Т.К. Основы химии и технологии получения и переработки жиров. Ч. 1: Технология получения растительных масел : учеб.пособие / Т.К. Акаева, С.Н. Петрова. – Иваново : ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2018. – 124 с.В.М. Копейковский, С.И. Данильчук Технология производства растительных масел. Москва, 2018. – 208с.Макаренко В.Г. Промышленные системы управления и регулирования, Новочеркасск: ЮРГПУ, 2017. -36с.Тематический каталог ПГ «Метран» №2 – Датчики температуры, 01.05.2017.Тематический каталог ПГ «Метран» №1 – Датчики давления, 01.05.2017.Тематический каталог ПГ «Метран» №3 – Расходомеры, 01.05.2017.Каталог оборудования RosemountКаталог оборудования ОВЕН 2018гКаталог оборудования SAMОбщая информация про SCADA КРУГ 2000 [электронный источник] https://www.krug2000.ru/products/ppr/scada-2000.html (дата обращения :15.05.2019ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры нормального технологического режима№№Технологический параметрЗначение контролируемой величиныОтклонение параметраМесто контроляВид контроля и управленияконтрольрегистрациярегулированиеСигнализация123456789Температура11Температура в нейтрализаторе70 °С± 10 °Снейтрализатор+++-22Температура в насосах70 °С± 10 °Снасос++--3Температура в дозаторах70 °С± 10 °Сдозатор++-+Давление4Давление в дозаторе чернового масла0.3 МПа10%дозатор++--5Давление в дозаторе гидроксида натрия0.3 МПа10%дозатор++--6Давление в дозаторе щелочного раствора0.3 МПа10%дозатор++--7Давление в блок активной воды0.3 МПа10%ёмкость++--Расход8Расход технической воды2 м3/ ч± 5 м3/ чтрубопровод++-+9Расход чернового масла2 м3/ ч± 5 м3/ чтрубопровод++--10Расход соляного раствора2 м3/ ч± 5 м3/ чтрубопровод++--Уровень11Уровень черного масла1.5 м± 0.1 мёмкость++++12Уровень рафинированного масла1.5 м± 0.1 мёмкость+++-12345678913Уровень соапстока1.5 м± 0.1 мёмкость++--14Уровень гидроксид натрия1.5 м± 0.1 мёмкость+++-15Уровень активной воды1,5 м± 0.1 мёмкость+++-16Уровень щелочного раствора1.5 м± 0.1 мёмкость+++-Концентрация17Концентрация активной воды15 %± 2 %ёмкость+++-ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблица ввода/вывода№ позицииПеремен наяЗначения переменнойШкалы датчиковЕди ница изме ренияТип сигналаФункции системы управленияПримечаниеБлокировкаСиг нализа цияНо мин. ЗначениеДиапа зон измере нияТипАнало говыйДиск ретныйКонтроллерРСОТип клапа наТип регулятораИн дикацияСигнализа цияДист. Управ ление123456789101112131415161аТемпера тура-- -0-300ТПП°C4-20мА---++--2аТемпера тура-- -0-300ТПП°C4-20мА--ПИД+++-3аТемпера тура-- -0-300ТПП°C4-20мА---++--4аТемпера тура-- -0-300ТПП°C4-20мА---++--5аДавление-- -0-100ДИМПа4-20мА---++--6аДавление-- -0-100ДИМПа4-20мА---++--7аДавление-- -0-100ДИМПа4-20мА---++--8аДавление-- -0-100ДИМПа4-20мА---++--9аРасход-- -0.18-2ПРм3/ч4-20мА---+-+-10аРасход-- -0.18-2ПРм3/ч4-20мА--ПИ+++-11аРасход-- -0.18-2ПРм3/ч4-20мА---+-+-1234567891011121314151612аУровень-- -0-50мм4-20мА--П+++-13аУровень-- -0-50мм4-20мА---+-+-14аУровень-- -0-50мм4-20мА--П+++-15аУровень-- -0-50мм4-20мА---+---16аУровень-- -0-50мм4-20мА--П+-+-17аУровень-- -0-50мм4-20мА--П+-+-18аКонцентрация---0-20%%4-20мА--П+-+-