ВВЕДЕНИЕ
Эффективностьсельскохозяйственного производства, качество продукции в значительной мерезависит от уровня развития технологии и оборудования.
Автоматизация – высшийэтап машинной техники, на котором работники сельского хозяйства высвобождаютсяне только от физического труда, но и от функций контроля за машинами,оборудованием, производственными процессами и операциями и управления ими.Автоматизация способствует повышению производительности труда, улучшениюусловий труда.
Высокую эффективностьавтоматизация показала в различных отраслях сельского хозяйства. Благодаряавтоматизации резко возрастает производительность труда. В промышленности в 8раз, в сельском хозяйстве в 5…7 раз. В 2…3 раза сокращается количество занятыхв производстве людей.
Автоматизациясельскохозяйственного производства повышает надежность и продлевает срок службыоборудования, облегчает и оздоровляет условия труда, повышает безопасностьтруда и делает его более престижным, экономит затраты труда, увеличиваетколичество и повышает качество продукции, ускоряет процесс сближения умственноготруда с физическим, промышленного с сельскохозяйственным.
Оптимальный микроклимат:прирост живой массы КРС на откорме увеличивает на 20…25%; надои молокавозрастают на 15…20%; происходит сокращение отхода молодняка на 10…15%; вхранилищах на 10…20% снижаются потери продукции. В невентилируемых помещенияхснижается продуктивность молочных коров на 10…15%; прирост свиней уменьшаетсяна 20…30%; яйценоскость кур снижается на 15…20%; расход корма увеличивается на24% на единицу привеса.
Целью курсового проектаявляется систематизация углубления знаний и умений по автоматизациимикроклимата в животноводческих помещениях.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ИВЫБОР ОБЬЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
Землепользования СПК «КолхозаЩербаковского» расположено в центральной части Усть-Тарской низменности, на югеУсть-Тарского района. Центральная усадьба село Щербаковское, расположено в 5 кмот районного центра ив 600 км от областного центра города Новосибирска.Отделение д. Богуславка отделена от центральной усадьбы на 20 км, д. Михайловкана 10 км. Транспортная связь с районным центром и отделениями осуществляется погрунтовым дорогам общего пользования.
Дороги в основном подняты,но без твердого покрытия и не обеспечивают нормального движения транспорта впериод повышенной увлажненности.
Колхоз организован в 1959году в результате объединения ряда мелких хозяйств.
Хозяйство расположено награнице южной и северной лесостепной зоны. Средняя температура июля- 18-200С,самого холодного месяца – января – 19-210С. Продолжительностьбезморозного периода 101 день. Устойчивый снежный покров образуется в концеоктября и сходит в конце апреля. Высота снежного покрова достигает 1 метра.Годовая сумма осадков составляет 350-400 мм.
Территория хозяйствапредставлена пониженной равнинностью. Пахотные земли расположены на приподнятыхравнинах. Межгривные понижения имеют вытянутую форму и избыточно увлажнены.грунтовые воды залегают на глубине 2-3 метра в понижениях и 4-6 на гривах. Нагривах преобладают черноземные почвы, которые используются под пашню.
На склонах грив иприподнятых равнинах -лугово-черноземные, солонцевые. Часть этих земель тожеиспользуется под пашню. В понижения преобладают солонцовые почвы, разнойстепени засоленности. Межгривные понижения в основном сильно увлажнены.
Природно-климатические условиятерритории хозяйства СПК « Колхоза Щербаковского» позволяет возделыватьосновные сельскохозяйственные культуры: овес, пшеницу, кукурузу на силос.
Общая земельная площадьсоставляет 28222 га с/х угодий и пашни 11473
Среднегодовая стоимостьосновных средств в 2006 году по отношению к 2002 г. Имеет тенденциюувеличиваться 154,5%. Это связано с тем, что в 2003 году была закплена новаятехника и оборудования
Поголовье свиней вхозяйстве достаточно большое и наблюдается постепенное увеличение поголовья. Поголовьесвиноматок 500 голов и остается неизменным на протяжении пяти лет.
Хозяйство полностьюэлектрифицировано. Электроэнергию получают от распределительной подстанции селаУсть-Тарки.
Количество электроэнергиипотребляемое хозяйством за последние 3 года составило:
2006 г. – потреблениесоставляет 1552455 кВт ч
2007 г. – потреблениесоставляет 1779750 кВт ч
2008 г. – потреблениесоставляет 1921405 кВт ч
Хозяйство повышаетпотребление электроэнергии в связи с автоматизированием производственныхпроцессов.
Из данных видно, чтопотребление электроэнергии растет из-за увеличения производительности.
Полностьюавтоматизированы доильные установки, навозоуборочные установки, охлаждениямолока; частично автоматизированы поильные установки. В хозяйстве имеется зерноток,сушилка, ремонтные мастерские, фермы. На которых установлены водонагреватели,транспортеры, автопоилки, холодильные установки, калориферы.
Наиболее крупнымипотребителями электроэнергии является мельница и навозоуборочные установки.
Протяженность ЛЭП – линийэлектропередач на территории хозяйства составляет: 10 кВ – 11 км, 0,4 кВ – 23км.
Процент выходаэлектродвигателя из строя 5.2%, выходят из строя по причине использования их вагрессивных средах и применения электродвигателей не сельскохозяйственногоназначения.
Электротехническая службаданного хозяйства представлена главным энергетиком предприятия и 3-мятехниками- электриками находящимися в подчинении главного энергетика.
Технический ремонтэлектрооборудования не производится. Происходит лишь замена вышедшего из строяэлектрооборудования новым.
Для АО «КолхозаЩербаковского» в курсовом проекте будет разработан процесс отопления помещений.
Воздух в помещениях нагревают электрокалорифернымиустановками типа СФОЦ, приточно-вытяжными установками ПВУ и электроконвекторамиЭОКС.
Наиболее распространеныустановки ступенчатого регулирования тепловой мощности при неизменной подачевентилятора СФОЦ-25/0,5-И1, СФОЦ-40/0,5-И1, СФОЦ-60/0,5-И 1 и СФОЦ-100/0,5-И 1.У установок СФОЦ-40/0,5-ИЗ, в которых тепловая мощность регулируетсятиристорнымпреобразователем, а подача вентилятора — ступенчато двухскоростнымэлектроприводом.
Электрокалориферные установкисо ступенчатымрегулированием мощности состоят из электрокалорифера с трубчатыминагревателями, соединенного переходным патрубком и мягкой вставкой сцентробежным вентилятором и односкоростнымэлектродвигателем, установленныхна раме, а также шкафа управления, укомплектованного пускорегулирующейаппаратурой и электронными терморегуляторами.
Система управленияданными установками обеспечивает автоматическое регулирование их мощности взависимости от изменения температуры воздуха внутри помещения. Принципрегулирования — позиционный: при достижении заданной температуры по сигналу,терморегулятора поочередно отключаются две секции нагревателейэлектрокалорифера, а при понижении температуры — включаются. Третья секцияэлектрокалорифера включается и отключается по сигналу терморегулятора.
Для обогрева помещенийширокое применение получила калориферная установка СФОЦ из-за простотыконструкции, более удобна в эксплуатации и ремонте.
В курсовом проекте будетрассмотрена автоматизация этого калорифера.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
Электрические калориферы — это приборы для нагрева воздухапри помощи ТЭНов или открытых нагревателей. Электрокалориферные установкиоснащаются центробежными или осевыми вентиляторам устройствами регулированиямощности, подачи воздуха, упраления, сигнализации и другими элементами.Установки предназначены для воздушного отопления помещении. Преимуществоихсостоит в том, что в одном агрегате сочетается воздушное отопление с приточнойвентиляцией. Приток подогретого воздуха обеспечивает оптимальные параметрывоздушной среды помещения по температуре, влажности и газовому составу всоответствии с требованиями санитарно-гигиенических норм.
Мощность электрокалориферов изменяют ступенчато в пределах от100 до 33% номинальной путем изменения числа включенных трехфазных секцийнагревателей или плавно при помощи тиристорных регуляторов. Подачу воздухарегулируют шиберной заслонкой, расположенной на выходном патрубке вентилятора.Для снижения вибрации вентилятор сочленен с калорифером при помощи мягкойвставки и установлен на виброизоляторах.
/>
Рис. 1 — Электрокалориферная установка типа СФОЦ: 1 — элеитрокалорифер; 2 — диффузор; 3 — мягкая вставка; 4~ заслонка-шибер; 5-центробежныи вентилятор (стрелкамипоказано направление движения воздуха); 6 — оребренные трубчатыеэлектронагреватели (ТЭНы)
Паспортные данные Показатель Мощность, кВт 40 Установленная мощность, кВт 47,2
Производительность по воздуху, м3/ч 3500
Перепад теиператур входящего и выходящего воздуха, 0С 50 Напряжения электроосети, В 380
Технические данныедвигателяТип двигателя
Рн
nmin-1 η% cosφ
K3 4А80В4СУ1 1,5 1000 76 0,72 0,7
Пускозащитная аппаратураТип двигателя Автоматический выключатель Магнитный пускатель Рубильник Предохранители 4А80В4СУ1 АЕ2036Р - - - ТЭНы - ПАЕ-311У3 - - Установка - - РБ-31 ПРС
3. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХСРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
При эксплуатациикалорифера СФОЦ необходимо предусмотреть автоматизацию регулированиятемпературы, управления.
Для контроля температурынеобходимо предусмотреть два датчика температуры марки ДТКБ – 53Т, и однотермореле ТР — 200. При повышении температуры воздуха в помещении вышеустановленной отключается одна секция; при дальнейшем повышении температурыотключается вторая секция. Отключение последней секции происходит, еслитемпература оребрения нагревателей превысит 80°C..
Реле температуры биметаллические типа ДТКБ. Применяютсядля контроля и двухпозиционного регулирования температуры воздуха при невысокойотносительной влажности. Принцип действия датчиков температуры данного типаоснован на свойстве биметаллических пластин деформироваться (изгибаться) приизменении температуры контролируемой среды. Биметаллическая пластина состоит издвух жестко соединенных между собой слоев разнородных металлов, которые имеютнеодинаковые коэффициенты линейного расширения.
Принципиальная схема датчика температуры типа ДТКБ приведенана рисунке. Чувствительным элементом прибора является биметаллическая спираль5, которая закреплена на стойке рычага 7. На конце спирали укреплена стальнаяпластина 6, соприкасающаяся с плоской пружиной 3 подвижного контакта 2. Приизменении температуры контролируемой среды биметаллическая спиральдеформируется, ее свободный конец перемещается, в результате чего происходитзамыкание контакта. Для обеспечения резкого срабатывания контакта в конструкциидатчика предусмотрена плоская пружина 3 с контактом 2 и два постоянных магнита5. Расстояние между магнитами и их положение относительно конца пластины 6определяют величину дифференциала прибора, которая устанавливается заводскойнастройкой. Упоры 4 служат для ограничения хода пластины 6.
Настройка реле на заданную температуру замыкания контактовпроизводится эксцентриком 9, при повороте которого поворачивается связанная сним биметаллическая спираль 8, в результате чего изменяется расстояние междуподвижным 2 и неподвижным / контактами. Чем больше это расстояние, тем вышетемпература, при которой происходит замыкание контактов.
Механизм реле смонтирован на квадратном металлическом основаниии закрывается пластмассовой крышкой с прорезями. Для настройки температурысрабатывания предусмотрена шкала, нанесенная на эксцентрике, причем рискирасполагаются на торцевой поверхности эксцентрика. Указатель с винтом дляфиксации находится на основании прибора и показывает по шкале температурузамыкания контактов.
Допустимая погрешность работы реле на средней отметке шкалысоставляет ± 1°С, а на крайних отметках — ±2,5°С.
Дифференциал прибораизменяется от 2 до 8°С. Разрывная мощность контактов при коммутации цепейпеременного тока напряжением 220 В составляет не менее 50 В-А, а при напряжении127 В постоянного тока — не менее 50 Вт.
/>
Рис. 2 — Принципиальная схема датчика температуры типа ДТКБ: 1- неподвижный контакт; 2 — подвижный контакт; 3 — пружина плоская; 4 — упоры; 5 — магниты; 6 — стальная пластина;7-рычаг; 8 — биметаллическая спираль; 9 — эксцентрик
4. РАЗРАБОТКАФУНКЦИОНАЛЬНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Функциональные схемы –основной технический документ, определяющий функционально – блочную структуруотдельных узлов автоматического контроля, управления и регулированиятехнологического процесса, оснащение объекта управления приборами и средствамиавтоматизации
В общем случае функциональная схема представляет собойчертеж, на котором условными обозначениями изображены технологическоеоборудование, трубопроводы, контрольно-измерительные и средства автоматизации суказанием связи между ними. Вспомогательные устройства (источники питания,реле, автоматы, выключатели и т.п.) на схемах не показывают. Функциональныесхемы автоматизации связаны с технологией производства и технологическимоборудованием. Поэтому их следует показывать на схеме размещениятехнологического оборудования.
Технологическоеоборудование на функциональных схемах автоматизации изображают упрощенно безсоблюдения масштаба, но в то же время с учетом действительной конфигурации.Кроме технологического оборудования, на функциональных схемах упрощенноизображают трубопроводы различного назначения./> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис. 3 – Функционально-технологическаясхема калорифера СФОЦ
автоматизациякалорифер установка надежность
Для контроля температурыкалорифера установлены два датчика температуры 1, 2. При температурепревышающей уставку датчика 1, отключается вторая секция, а при температуревыше уставки датчика 2 отключается первая секция. Датчик 3 настроенный натемпературу 80…90 оС, отключает электрокалорифер при возможныхперегревах, которые могут возникнуть при неисправности вентилятора ивоздуховодов
5. РАЗРАБОТКАЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Принципиальныеэлектрические схемы – это документы, разрабатываемые на основе функциональныхсхем автоматизации, определяющие полный состав электрических элементов и связеймежду ними, а также дающие детальное представление о принципах работы схемы.
Автоматическое управлениеработой установки осуществляется по температуре в помещении (температурные релеSК2, SК3). Термореле SК1типа ТР – 200 служит для защиты нагревателей от перегрева. При включенииустановки в сеть работают все три секции нагревателей. При повышениитемпературы воздуха в помещении выше установленной отключается одна секция(температурное реле SК2 иэлектромагнитный пускатель КМ1); при дальнейшем повышении температурыотключается вторая секция (SК3 иКМ2). Отключение последней секции (при размыкании SК1).
/>
QS />
Рис. 4 — Принципиальнаяэлектрическая схема электрокалориферной установки типа СФОЦ со ступенчатымрегулированием мощности
Происходит, еслитемпература оребрения нагревателей превысит 180°C. При снижении температурывоздуха ниже заданной секции включаются в обратном порядке. Вручную числомвключенных секций управляют при помощи переключателя SА2. Включение нагревателей возможно лишь при работающемвентиляторе (после замыкания блок-контакта QF2 автоматического выключателя двигателя вентилятора М).
6. РАЗРАБОТКА ЩИТАУПРАВЛЕНИЯ
Щиты систем автоматизациивыполняют роль постов контроля, управления и сигнализации автоматизированногообъекта. Они являются связующим звеном между объектом управления и оператором.Щиты устанавливают в производственных и специальных щитовых помещенияхоператорских, диспетчерских, аппаратных и т.д.
Выбираем нестандартныйщит шкафный – шкаф с установленными изделиями и с электрической трубнойпроводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов,устанавливаемых на объекте.
Шкаф выбираем настенногоисполнения, размерами 1000х800 мм. На дверце шкафа устанавливаем лампы,сигнализирующие о работе калорифера, переключатели режимов работы. Внутри шкафаустанавливается 3 магнитных пускателя, 3 предохранителя, автоматическийвыключатель, на боковой стенке расположен рубильник. Шкаф устанавливаем настене.
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ
Надежность – этокомплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условийэксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность исохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств.
Отказ – полная иличастичная или частичная утрата работоспособности, нарушение нормальногофункционирования объекта, в следствии чего его характеристики перестаютудовлетворять предъявляемым требованиям.
Безотказность – этосвойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некотороговремени.
Долговечность – этосвойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельногосостояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность — приспособленность изделия кпредупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений иустранению их последствий путем проведения ремонтов и техническогообслуживания.
Вероятность безотказнойработы Р(t) представляет собой вероятностьтого, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работыне возникает отказа изделия.
Таблица интенсивностиотказов СФОЦНаименование элементов Кол – во Интенсивность отказов элемента Результирующая интенсивность отказов
Датчик t0-ы ДТКБ 2
0,25*10-6
0,5∙ 10-6 Реле 1
0,50*10-6
0,5*10-6 Электромеханические контакты 1
0,25*10-6
0,25*10-6 Универсальный переключатель 1
0,175*10-6
0,175*10-6 Лампа накаливания 4
0,625*10-6
2,5*10-6 Резистор 4
0,03*10-6
0,12*10-6 Термореле ТР-200 3
0,25*10-6
0,25∙10-6
/>=(0,5+0,5+0,25+0,175+2,5+0,12+0,25)*10-6=4,295*10-6 1/ч
принимаем 10000ч К=10
/>
где К – коэффициентучитывающий влияние окружающей среды
λ – интенсивностьотказов, которая указывается в технической документации на изделие илипринимается по табличным показателем надежности
t – время эксплуатации, t=1000 ч
Р(t)=е-10∙4,295·10 ·10 =0,99
Рассчитываем среднююнаработку на отказ
/>
Рассчитываем вероятностьотказа
Q(t) = 1–P(t) = 1- 0.99 = 0.01
Автоматическая системадостаточно надежна
8. РАСЧЕТЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Автоматизация процессовсельскохозяйственного производства влияет на повышение производительности трудаи сокращения затрат на производство продукции. В соответствии с «Методическимирекомендациями по определению экономической эффективности капитальных вложенийв сельское хозяйство» при проектировании находят абсолютную и сравнительнуюэкономическую эффективность капитальных вложений. При определении абсолютнойэффективности прирост чистой продукции и прибыли сопоставляют с капитальнымивложениями.
Сравнительнаяэкономическая эффективность подсчитывается по формуле
/> где [2.195]
С1, С2–текущиезатраты не автоматизированного и автоматизированного вар-та.
К1, К2 –соответствующие капитальные вложения, принимаем К01=13103.Наименование Кол-во Стоимость Единица Общая Универсальный переключатель 1 170 170 Резистор 4 12 48 Термореле 1 1790 1790 Датчик температуры 2 1250 2500 Лампы 4 18 75 Итого 4583
Капитальные вложенияавтоматизированного варианта
К02 = К01+ 4583 = 17686р.
К = Ко + Км+ Кнр + Кп
где: Ко –стоимость оборудования
Км — капитальные вложения в монтаж
Кнр –накладные расходы
Ко= Ко1+Ко2=13103+17686 = 30789 руб
Ко1-стоимостьне автоматизированного варианта
Ко2 — стоимостьавтоматизированного варианта
Км = 0,2· Ко= 0,2· 30789 = 6158 руб
Кнр= 0,1 ∙Ко = 0,1∙30789 = 3078 руб
К=30789+6158+3078=40025руб
Аналогично рассчитываемнеавтоматизированный вариант.
Ко
Км
Кнр К Не автоматизированный 13103 2602 1301 17108 Автоматизированный 17686 3537 1768 40025
2. Рассчитываем текущиезатраты
С = Са + Сто+ Сэ + Спр+ Сот
Са –амортизационные отчисления
Сто – затратына ТО и ремонт
Сэ – стоимостьэлектроэнергии
Спр – прочиерасходы
Сот – оплататруда
Сот = С1 +С2 + С3 + С4 + С5
С1=tс• Дг • чс• no
tс — время работы оборудования в сутки, 3 часа
Дг — числоработы дней в году, 165 дней
чс — часовая ставка30 рублей
no – количество обслуживающегоперсонала, 1 человек
С1=3•165•30=14850руб.
С2-дополнительная оплата труда
С2= 0,4• С1=0,4•14850=5940 руб
С3 — оплата сучетом районного коэффициента
С3= 0,25(С1+С2)=0,25(14850+5940)=5197руб
С4 — отпускныеотчисления
С4=0,09(С1+С2+С3)=0,09(14850+5940+5197)=2338руб
С5 — отчисленияво внебюджетные фонды
С5= 0,315(С1+С2+С3+С4)=0,315(14850+5940+5197+2338)=8922руб
Сот=14850+5940+5197+2338+8922=37200руб
Рассчитываемамортизационные отчисления
Са=0,142•К=0,142•40025=5683руб
Рассчитываем стоимостьэлектроэнергии
Сэ= tс• Дг•Тэ/>kз = 3•165•1,53•/>•1,0=35518 руб
Тэ =1,53Р/кВт•ч
Рассчитываем затраты наТО и ремонт
Сто= 0,055•К =0,055•40025 = 2201 руб
Прочие расходы
Спр= 0,01( Са+Сто+ Сэ)=0,01(5683+2201+35518)=8239 руб
С=5683+35518+2201+8239+37200=88841руб.
Аналогично рассчитываемне автоматизированный вариант.
Сот
Са
Сто
Сэ
Спр С Автоматизированный - 5683 2201 35518 400 88841 Не автоматизированный 37200 1374 532 35518 128 74752
Рассчитываемэкономическую эффективность
/>
Определяем срококупаемости
/>
/>≈ 1,5 месяца
Вывод: проведенныерасчеты показали, что срок окупаемости составит примерно 1,5 месяца, чтоэкономически выгодно для хозяйства
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При автоматизации калорифернойустановки СФОЦ в курсовом проекте были рассмотрены технологические процессы в соответствии,с которым выбраны технологические средства автоматизации и разработанафункционально технологическая схема, которая дает представление о местеустановки приборов и их функциях. С целью пояснения принципа работы разработанапринципиальная схема. Для управления объекта, защиты от аварийных режимов исигнализации разработан шкаф управления. Произведенные расчеты надежности иэкономической эффективности показали, что выбранные средства автоматизациибудут надежно выполнять свой функции в течении 232828часов эксплуатации. Срококупаемости составил 1,5 месяца. Т.е можно сделать вывод о целесообразностиавтоматизированного объекта в хозяйстве.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бородин И.Ф.Андреев С.А. «Автоматизация технологических процессов и систем автоматическогоуправления» М.: Колос С, 2005.
2. Бородин И.Ф.Судник Ю.А. «Автоматизация технологических процессов» М.: Колос С, 2003.
3. Каганов И.П.Курсовое и дипломное проектирование М.; ВО Агропромиздат, 1990.
4. Кудрявцев И.Л.«Электрооборудование сельскохозяйственных агрегатов и установок» М.:Агропромиздат, 1988.
5. Мартыненко И.И.,Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматизации – М.: Агропромиздат, 1990.
6. Соркин Ю.И. «Электрооборудованиеживотноводческих ферм и комплексов» Минск: Урожай 1998.
7. Соркин Ю.И. Справочникэлектромонтера по оборудованию животноводческих ферм и комплексов – Минск,Ураджай, 1984.
8. Паспорт наустановку.
9. Прайс-лист 2008.