Автоматизация технологического процесса производства кондитерских изделий с применением робастной системы управления

Освещение рабочих мест соответствует СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение». Нормативное значение коэффициента естественной освещенности составляет 1,5% что соответствует норме согласно СП 52.13330.2011.
Действующими нормативными документами являются: ГОСТ 12.1.003 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности». СН 3223 85 «Санитарные нормы уровней шума на рабочих местах». Действующим нормативным документом является: ГОСТ 12.1.012 "Вибрационная безопасность. Общие требования". Величина вибраций и шума на рабочем месте оператора соответствует нормам, воздействующим на организм.
Для уменьшения шума и вибраций на рабочих местах, участках необходимо, прежде всего, устранить причины шумообразования и вибраций в самом их источнике. С этой целью на предприятии проводится модернизация имеющегося оборудование и технологических процессов. Для снижения интенсивности шума и вибрации можно порекомендовать провести облицовку стен, потолков звукопоглощающими и звукоизолирующими покрытиями. Сократить время воздействия шума на человека. При шуме в 80- 90 дБ - не более 4 ч с перерывами на отдых через каждые 30-45 мин. Следует применять виброгасящие рукавицы, настилы, спецобувь.
Класс безопасности оговариваются в соответствии с ГОСТ 12.2.007
Так как работа ведется на оборудовании, подключенном к электрической сети и расположенном в пыльной среде, то возможно образование электростатического поля. На установке предусмотрены конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие в случае пожара нераспространение огня на рядом расположенные оборудование и сооружения, ограничение прямого и косвенного материального ущерба в случае пожара.
Датчики, входящие в систему АСУ, соответствуют требованиям ГОСТ 51330.1 и ГОСТ 51330.10, имеют вид взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» и «Искробезопасная электрическая цепь» и могут устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.
Взрывобезопасность производственных процессов на объекте обеспечивается предупреждением возникновения взрывоопасной ситуации, а также взрывозащитными, организационно-техническими мероприятиями.
Исполнение электрооборудования и средств автоматизации, размещенных во взрывоопасных зонах, соответствует классификации помещений и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности, предусмотренной правилами устройства электроустановок и правилами пожарной безопасности. Электрические контрольно-измерительные и автоматические приборы, устанавливаемые во взрывоопасных помещениях и на наружных установках, соответствуют установленным требованиям.
В зависимости от категорий пожарная безопасность установки обеспечивается системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, которые включают: установку оборудования во взрывобезопасном исполнении; установку блоков предохранительных клапанов на аппаратах,
работающих под избыточным давлением; контроль технологических параметров; автоматическое регулирование технологических режимов; контроль загазованности.

Таблица 3.1 – Пожарно-технические характеристики электрощитовой
Категория
здания, сооружения по НПБ 105-03 Степень
огнестойкости по СНиП 2.01.02-85* Пожарно-технические характеристики
по СНиП 21-01-97* степень
огнестойкости класс конструктивной пожарной опасности класс функциональной пожарной опасности Д IIIа IV С1 Ф 4.1
3.2 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях
Проектирование убежищ и противорадиационных укрытий, а также приспособление под защитные сооружения имеющихся заглубленных помещений, должно осуществляться в соответствии с требованиями Норм проектирования инженерно-технических мероприятий (СН и П II-11-77*).
Основные требования к убежищам.
При проектировании помещений, приспосабливаемых под убежища, следует предусматривать наиболее экономичные объемно-планировочные и конструктивные решения. Габариты помещения следует назначать минимальными, обеспечивающими соблюдение требований по эффективному использованию этих помещений в мирное время для нужд народного хозяйства и как убежищ в военное время.
Состав помещений убежища должен быть определен с учетом эксплуатации их в мирное время и не должен превышать площадей необходимых для убежища.
Защитные сооружения, размещаемые в подвалах, цокольных и первых этажах и в отдельно стоящих сооружениях, следует использовать в мирное время под следующие помещения:
санитарно-бытовые помещения;
технологические, транспортные и пешеходные тоннели;
помещения спортивного назначения;
помещения производственного назначения;
помещения торговли и общественного питания;
склады, гаражи, стоянки.
Полный перечень определен в СН и П II-11-77*, п.1.4. Возможность использования в мирное время убежищ по другому назначению допускается по согласованию с местными органами, Минздравом РФ, ГУПО МВД РФ и штабом ГО (органом управления по делам ГОЧС).

3.3 Экологическая безопасность
Машиностроительный комплекс ежегодно выбрасывает в атмосферу
32 % промышленных загрязнений от своих стационарных источников, а очистным оборудованием машиностроение оснащено всего лишь на 30–50 %. От выбросов предприятий в воздухе можно обнаружить такие вредные вещества, как диоксид серы и оксид углерода, а также взвеси, оксид азота, фенол, сернистый ангидрид, свинец и другое. Одно из самых опасных веществ – шестивалентный хром – чаще всего встречается в выбросах именно машиностроительных предприятий.
Со сточными водами в водоемы попадают опасные для окружающей среды вещества - сульфаты, хлориды, нефтепродукты, цианиды, соли никеля, хрома, фосфора, кадмия и многие другие. В районе рек, на берегу которых расположены большие машиностроительные предприятия, можно обнаружить ионы тяжелых металлов. Виды и количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу промышленным предприятием, зависят от технологических процессов производств.
Гигиенические нормативы предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест разработаны в соответствии с Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения от 30 марта 1999 года, № 52-ФЗ и Положением о государственном санитарно-эпидемиологическом Нормировании, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 года, № 553.
Предлагается физическая очистка, основанная на процеживание через решетку, которая задерживает крупные частицы, также применение гидроциклонов, которые нужны для очистки стоков от взвешенных веществ.
При выполнении данного раздела выявлены опасные и вредные производственные факторы и разработаны рекомендации по их устранению. В подразделе Безопасность жизнедеятельности в условия ЧС приведены основные требования к убежищам. Рассмотрены общие вопросы экологической безопасности.
4 Экономическая часть
Сущность и цель проекта по автоматизации процессов по фасовке:
1) электронное управление установкой;
2) контроль работы установки.
База для сравнения: Ручное управление процессом на устаревшей установке.
Эффективность определяется величиной годового экономического эффекта:
,
где – годовой экономический эффект от сокращения затрат на автоматизацию управления процессами, который рассчитывается по формуле:
,
где – изменение годовых текущих (эксплуатационных затрат) в результате АСУ и вычисляется по формуле:
,
где – сокращение затрат на заработную плату операторов в результате сокращения их численности;
– коэффициент автоматизации оборудования (15 %);
– капиталовложения;
Проведем расчет сокращения затрат на заработную плату , руб.
Расчет годовой зарплаты каждого сотрудника:
1) Годовая зарплата одного сотрудника, рассчитывается, , т. р.
,
где – зарплата сотрудника в месяц;
– количество рабочих месяцев в году.
Зарплата оператора 2 разряда:
.
Зарплата оператора 3 разряда:
.
Зарплата оператора 4 разряда:
;
Зарплата электрика 4 разряда:
;
Суммарная зарплата , т. р.:
,
.
2) Общая годовая зарплата
,
где – количество человек;
Зарплата операторов 2 разряда:
,
Зарплата операторов 3 разряда:
;
Зарплата операторов 4 разряда:
;
Зарплата электриков 4 разряда:
;
Суммарная годовая зарплата всех сотрудников , т. р.:


Расчет годовой зарплаты каждого сотрудника на установке:
1) Годовая зарплата одного человека
,
где – зарплата сотрудника в месяц;
– количество рабочих месяцев в году;
Зарплата оператора 5 разряда:
,
Зарплата электрика 5 разряда:
;
Суммарная зарплата , т. р.:
,

2) Общая годовая зарплата
.
Зарплата оператора 5 разряда:
;
Зарплата электрика 5 разряда:
;
Суммарная годовая зарплата всех сотрудников , т. р.:
,
.
Сокращение затрат на заработную плату операторов в результате сокращения их численности:
,
.
Благодаря АСУ экономия только на зарплате сотрудников составила 1287000 руб.
где – годовые затраты на амортизацию средств автоматизации рассчитываются по формуле, руб.:
,
где – коэффициент амортизации равный 12 %.
Подставив численные значения в формулу получим:

– годовые затраты на электроэнергию для приводов средств автоматизации, рассчитываются по формуле:
,
где – установленная мощность средств автоматизации;
– годовой фонд времени работы средств автоматизации (где, при работе в 2 смены – 4000 час.);
– коэффициент спроса, учитывающий долю времени срабатывания средств автоматизации (10 %);
– цена одного 1 Вт электроэнергии (6,22 рубля);
– годовые затраты на ремонт и обслуживание средств автоматизации;
– дополнительные капитальные вложения (единовременные затраты) в результате внедрения средств автоматизации. Вычисляется по формуле:
,
т.е. расчёт ведётся по изменившимся статьям затрат.

Таблица 4.1 – Расчет годовых затрат на заработную плату рабочих
Разряд Количество человек Годовая зарплата Одного рабочего Общая Ручное управление Оператор 2 2 275000 550000 3 1 352000 352000 Оператор 4 1 550000 550000 Электрик 4 2 473000 1419000 Всего 6 1650000 2871000 АСУ Оператор 5 1 869000 869000 Электрик 5 1 715000 715000 Всего 2 1221000 1584000
Их можно выразить с помощью коэффициентов и в % от капитальных вложений
,
а с учётом коэффициента эффективности капитальных вложений .
.
Годовые затраты на силовую электроэнергию для приводов средств автоматизации рассчитываются по формуле:
С учетом всех преобразований формула примет следующий вид:
;
Подставив численные значения в формулу рассчитаем , руб.:
;
где – годовой экономический эффект за счет улучшения пропускной способности потока.
Может получится отрицательный эффект, так как основной эффект от автоматизации реализуется в материальном потоке, рассчитывается по формуле:
,
где – годовой эффект от количественного увеличения потока за счёт минимизации потерь прямых и связанных с потерями, что объясняется человеческим фактором.
В результате чего реализуется безвозвратно теряемая нами для поставщика часть потока , рассчитывается по формуле, руб/г:
,
где – цена 1 тонны передаваемого (транспортируемого) сырья;
– годовой объём в тоннах фактически реализуемой массы;
– количественный коэффициент. Берется в пределах (0,010,015);
Подставив численные значения в формулу, рассчитаем:
.
Экономический эффект при повышении средней цены реализации 1 тонны в результате автоматизации составил, руб/г:
,
где , – средняя цена 1 тонны до и после автоматизации;
– средний процент увеличения цены.
Подставив численные значения в формулу рассчитаем:
.
Годовой экономический эффект за счет улучшения пропускной способности потока будет равен в численном эквиваленте:
.
Подставив численные значения в формулу, рассчитаем годовой экономический эффект:
.
Период окупаемости в таком случае будет равен:
Ток = (Сбаз – Сасу) / Эг = 7851402 / 4154181,17 = 1,89 года
В результате проведенных расчетов сравнительной экономической эффективности выявило:
- срок окупаемости 1,89 года;
- интегральный экономический эффект более 4,15 млн. руб.
Заключение

В данной работе была проанализирована робастной АСУ кондитерских продуктов – линией упаковки сыпучих продуктов, а именно сахарной пудры. Установлен состав оборудования, уточнены характеристики. Произведена алгоритмизация управления.
Обоснован выбор контроллера ОВЕН ПЛК160 в качестве базового для системы управления.
Освещены вопросы экономической эффективности, безопасности и охраны труда.
Список использованных источников

«Системы управления автоматических машин» Рабинович А. Н. «Техника», 2019, 440 с.
Азаров В.Н., Каперко А.Ф. Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления // Приборы и системы управления. – 2017. – №4. – с.15 – 30.
Попович Г.С. Основы автоматизации систем учета жидких и сыпучих продуктов. – М.: Стройиздат, 2018. – 250с.
Смирнов Д.Н. Автоматическое регулирование узла учета на промышленных предприятиях. – М.: Стройиздат, 2017. – 256 с.
В.И. Скурихин, В.В. Дубровский, В.Б. Шифрин, Н.Г. Бизюк “АСУ ТП. Теория и технология автоматизированного проектирования”. Киев, издательство “Наук.думка”, 2018
Охрана труда на производстве под редакцией В.И.Князевского. М., ”Машиностроение”, 2015
Купрякова Е.М. “Экономика предприятий”, Москва, 2016
“Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования”, Москва, изд-во “Госстрой России”, 2017
Баранов, В.Я. Промышленные приборы и средства автоматизации [Текст] / В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек. – Л.: Машиностроение, 2017. – 847 с.
Брусиловский, Л.П. Автоматизация технологических процессов в кофейной и чайной промышленности [Текст] / Л.П. Брусиловский, А.Я. Вайнберг. – М.: Пищевая промышленность, 2018. – 344 с.
Кошарский, В.Д. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы [Текст] / В.Д. Кошарский. – Л.: Машиностроение, 2016. – 488 с.
Черенков, В.В Промышленные приборы и средства автоматизации [Текст] / В.В Черенков. – Л.: Машиностроение, 2020. – 697 с.
Ефремов Н.Ф. Конструирование и дизайн тары: учебник для вузов, Н.Ф. Ефремов, Т.В. Лемешко; Моск. гос. у – М.: МГУП, 2018.
Панкратов Ф.Г., Памбухчиянц В.К. Технология упаковочного производства. - М.: ИВЦ "Маркетинг", 2018.
Приложение А
(справочное)
Структурная схема
Приложение Б
(справочное)
Схема подключений
















Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

НТК. ДП.20.А-461.00208.ПЗ 00000. ПЗ


Разраб.



Провер.



Реценз.



Н. Контр.



Утверд.



Автоматизация технологического процесса производства кондитерских изделий с применением робастной системой управления

Лит.

Листов

44

A-461


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

34

НТК. ДП.20.А-461.00208.ПЗ 00000. ПЗ