Проектирование автоматизированной системы управления насосными агрегатами днс2 с упсв ярайнерского месторождения
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
ICPDAS и Simatic S7-300 имеют схожую стоимость (меньше по сравнению с CompactLogix). Так как контроллер Simatic S7-300 давно зарекомендовал себя, выбираем это контроллерное средство. Выбор конфигурации контроллера В системе производится ввод и вывод следующих сигналов трех типов сигналов: аналоговых входных сигналов - 60; дискретных входных сигналов – 74; дискретных выходных сигналов – 68. По общему числу дискретных и аналоговых каналов выбираем процессор CPU 312 (максимальное число дискретных каналов – 256, аналоговых – 64). Для опроса 60 аналоговых сигналов с учетом запаса необходимо 8 модулей SM331 1x8 AI. Для опроса 74 дискретных сигналов с учетом запаса необходимо 5 модулей SM321 1x16 DI. Для формирования 68 дискретных сигналов с учетом запаса необходимо 5 модулей SM322 2x8 DO. Для установки 18 модулей понадобится 2 стойки расширения (базовый блок – 8 модулей, стойка расширения – 8 модулей). Следовательно, необходимо три интерфейсных модуля: один модуль IM 360 в базовый блок и два модуля IM 361 в стойки расширения. В таблице 7 представлен баланс токов и мощностей потерь (без учета блока питания). - Баланс токов и мощностей потерь (без учета блока питания)
Для питания данной системы выбираем блок питания PS 307 5 A. Учитывая мощность потерь блока питания (18 Вт) общая мощность потерь контроллера составляет 77,8 Вт. В итоге получилась следующая конфигурация контроллера: процессор CPU 312; блок питания PS 307 5A; интерфейсный модуль базового блока IM 360; 2 интерфейсных модуля стоек расширения IM 361 8 модулей ввода аналоговых сигналов IM 331 1x8 AI; 5 модулей ввода дискретных сигналов IM 321 1x16 DI; 5 модулей вывода дискретных сигналов IM 322 2x8 DO. Программное обеспечение автоматизированного рабочего места Общие сведения SCADA-пакеты (Supervisory for Control And Data Acquisition) - одно из наиболее популярных средств для программирования систем автоматизации технологических процессов. Они предназначены в первую очередь для создания человеко-машинных интерфейсов (MMI, Man Machine Interface), регистрирования, отображения и архивирования данных в АСУ ТП. За последние годы в различных изданиях появилось много публикаций на эту тему. Как правило, их авторы или превозносят достоинства какого-либо одного пакета, или, предлагая обзор рынка SCADA-пакетов, опять-таки в основном описывают непревзойденные качества своего продукта на фоне остальных, “недоразвитых”. Вполне понятное желание поставщиков SCADA-пакетов продать как можно больше, наобещав все, что хочет услышать покупатель, породило массу легенд и мифов среди специалистов в области промышленной автоматизации. Многие разработчики убеждают, что большая часть проектирования АСУ ТП заключается в разработке мнемосхем, а все остальное это мелочи. Этот гениальный рекламный слоган время от времени успешно эксплуатируется на рынке SCADA-программ. Клиент завороженно следит за древним фокусом по “оживлению” прямоугольника (стрелки, ползунка, графика-тренда), начинающего отображать состояние имитатора канала ввода данных после двух-трех манипуляций мышкой. Восторгу клиента нет предела: “Теперь у меня любой технолог сможет создавать и сопровождать программы!”. Действительно, все очень просто в той части, которая касается рисования. Проверить настоящие возможности и столкнуться со скрытыми проблемами можно только при самостоятельной попытке решить реальную или близкую к реальной задачу. Поэтому, даже если вы очень сильно доверяете конкретному продавцу, попробуйте сначала поработать с демоверсией SCADA. Продавцы этих систем в большинстве своем честные и высококвалифицированные люди. Но никто не указывает на недостатки и ограничения конкретного ПО. В лучшем случае вам грамотно ответят на правильно сформулированные вопросы, но разобраться во всех тонкостях и принять на себя ответственность за решение должен только сам заказчик. К сожалению, случаи применения SCADA-систем, мягко говоря, не по назначению встречаются довольно часто. В качестве примера можно привести попытки решения задач управления быстрыми процессами по десяткам параметров с применением обычных ПК. Также каждый разработчик указывает, что именно его продукт является самым надежным и предназначенным для ответственных применений. Абсолютная правда, если принимается в расчет относительность надежности всего, что связано с электроникой, вычислительной техникой и в частности с ПК. IBM PC значительно надежнее, чем предшествовавшая ей СМ-4, а устойчивость Windows NT в сравнении с предыдущими версиями Windows просто фантастическая. Однако вряд ли можно абсолютизировать надежность одного из элементов системы в отрыве от остальных. В конце концов, абсолютной “защиты от дурака”, а тем более от умного оператора не существует. Поэтому, говоря о надежности систем на базе любых SCADA-пакетов и о возможности их применения для особо ответственных целей, нужно всегда оценивать хотя бы принципиальную допустимость достаточно долгой перезагрузки любого ПО под управлением Windows, во время которой перезагружаемый компьютер становится слепоглухонемым. “Наша SCADA позволяет вести сквозное проектирование всех уровней АСУ ТП”. При этом в рекламе следовало бы тем же размером шрифта продолжить эту фразу “+только для отдельных типов контроллеров, которые необязательно вам подходят”. И не дай бог, производитель этих контроллеров дополнит линейку новыми модулями. Купивший новинку счастливый обладатель “универсального” инструмента быстро окажется в очереди ожидающих новую версию пакета, где этот модуль будет непременно поддержан. Но через полгода. И за upgrade скорее всего возьмут кругленькую сумму. “Можно создавать АСУ ТП любой сложности”. Теоретически - да, но далеко не с любым пакетом. Неплохо удостовериться, что задачу, аналогичную вашей, с помощью этого пакета уже кто-то решил. Рекламные буклеты грешат умолчанием о всегда существующих ограничениях, “независимые обзоры” просто являются чистой воды профанацией. Ну сами подумайте, как можно сравнивать десятки сложных программных продуктов, не поработав с каждым из них? Собрав перечень характеристик от поставщиков пакетов, в надежде на внезапную эпидемию откровенности? “Программисты нам больше не понадобятся”. Нельзя сказать, что это большое преувеличение. Действительно, программистов, которые жить не могут без прямого доступа к регистрам и имеют богатый опыт в создании графических интерфейсов, лучше держать от SCADA-пакетов подальше. У них на такое ПО обычно бывает стойкая аллергия, поскольку почти весь предыдущий опыт программирования оказывается ненужным. Однако программирование на встроенном в SCADA-пакет языке скриптов изучить придется основательно. И хорошо, если им окажется привычный и несложный Basic. Практика показывает, что в 99% проектов на основе SCADA необходимо программировать достаточно серьезные алгоритмы на встроенных языках. “Можно легко создавать системы сбора данных в реальном времени”. Как известно, под реальным временем в каждом конкретном случае могут подразумеваться абсолютно разные промежутки времени, от микросекунд до минут. Мне кажется, логично, если в АСУ ТП верхнего уровня с участием человека-оператора это будет приблизительно 0,1-1 с. С одной стороны, трудно ожидать от оператора более быстрой реакции, с другой - в грамотно спроектированной АСУ ТП за управление и регулирование, быстрые процессы в целом, отвечают локальные контроллеры нижнего уровня, программируемые независимо от SCADA-пакетов и другими инструментальными средствами. Если гарантированное время отклика в диапазоне 0,1-1 с совпадает с вашим пониманием реального времени, то действительно при помощи любого SCADA-пакета вы легко создадите систему сбора данных в реальном времени. И наоборот, если вы установите в компьютер под управлением SCADA-пакета пару быстрых плат АЦП и пожелаете писать данные в архив на диске со всех каналов с частотой 100 кГц, то будете скорее всего жестоко разочарованы в результате. “Существует самая лучшая SCADA”. Конкуренция - великое дело. И результатом ее стало примерное равновесие между лидирующей в мире пятеркой производителей SCADA-пакетов. Из них наиболее известны в России FixDMAX, Intouch и Genesis. Наш российский производитель, в первую очередь фирма AdAstra, своей активностью тоже не дает дремать конкурентам. Борьба за клиента идет на уровне отдельных, скорее маркетинговых, чем реально необходимых функциональных возможностей. Раньше это было число драйверов к оборудованию различных производителей, теперь - возможность управлять процессом с мобильного телефона. Здесь главное не поддаваться эмоциям и не полениться с участием продавца подсчитать стоимость требуемого для решения вашей задачи ПО, обучения персонала, технической поддержки и перехода на новые версии. Это нужно сделать именно с участием фирмы-поставщика, поскольку простейшее сравнение цены версий пакетов на неограниченное число каналов - некорректно в большинстве случаев. К примеру, довольно распространенный прием - занижать стоимость ПО и поднимать стоимость обучения и техподдержки. Особо стоит обратить внимание на наличие бесплатной среды разработки приложений у некоторых SCADA. Фирма Iconics в версии GENESIS 32 для Windows NT пошла еще дальше и кроме бесплатной среды разработки приложений предлагает еще и runtime на месяц без каких-либо ограничений по функциональным возможностям. Наличие локализованной версии, русской документации, учебных курсов - верный признак серьезного отношения поставщика к делу. “Написать ОРС-сервер очень сложно и дорого”. Это так, если вы имеете на руках только описание стандарта ОРС и транслятор Си++. Если купить специальный инструментальный пакет, например OPCToolWorX от Iconics, вопрос сложности практически снимается, но возникает вопрос цены. Такой инструмент стоит около 4000 долл. Однако в Сети можно легко найти болванку для ОРС-сервера под Modbus и решить задачу на ее основе или приобрести соответствующий инструмент у более скромных российских программистов. Например, UniОРС предлагаемый в “Прософт”, обойдется вам примерно в 350 долл. Опыт показывает, что за пару недель реально написать и отладить полностью работоспособный ОРС-сервер. “SCADA - это очень дорого, лучше написать самому”. Можно пойти этим путем дальше и самому переписать избранные главы из Windows. Решить все проблемы с сетевыми протоколами, базами данных, драйверами к периферийным устройствам и т. п. А потом купить билет на пароход и забыть про этот кошмар навсегда. Достаточно большой личный опыт общения с заказчиками показал, что самописными SCADA болеют практически все мелкие системные интеграторы. Болезнь проходит с повышением стоимости содержания программистов, появлением первых крупных проектов, проблем обучения персонала заказчика и вопросов сопровождения самописных программ. На создание последней версии GENESIS было потрачено 30 человеко-лет. Сопоставимые цифры приводят и российские разработчики SCADA. Если допустить, что “наши” работают вдвое эффективнее, а получают в месяц по 200 долл., то затраты на создание своего пакета составят около 15 х 12 х 200 = 36 000 долл. Что значительно дороже приобретения самого навороченного SCADA-пакета. При этом в первом случае результат не гарантирован, а время будет потрачено на изобретение велосипеда. Мне кажется, выход здесь один - приобретать комплексные решения из одних рук. Только этот путь позволит избежать коллективной безответственности в тандеме программистов и разработчиков оборудования, обвиняющих друг друга то в отсутствии VESA-совместимости, то в кривизне драйверов. Отпадет необходимость ходить по кругу под вечную мантру “железо плохое - программа плохая”. Без очных ставок представителей разных фирм вам квалифицированно ответят на все вопросы, покажут все на примерах и драйвер новый из закромов достанут. Выбор средства разработки Для разработки программного обеспечения автоматизированного рабочего места рассмотрим следующие программные продукты: Trace Mode 6.06.3; InTouch 9,5; WinCC v6.2. TRACE MODE® 6 состоит из инструментальной системы (интегрированной среды разработки) и из набора исполнительных модулей. С помощью исполнительных модулей TRACE MODE® проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени. TRACE MODE позволяет создавать проект сразу для нескольких исполнительных модулей - узлов проекта. Инструментальная система включает полный набор средств разработки АСУТП, а именно средства создания: операторского интерфейса (SCADA/HMI); распределенных систем управления (РСУ); промышленной базы данных реального времени; программ для промышленных контроллеров (SOFTLOGIC), а также средства управления бизнес-процессами производства (АСУП): систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM); систем управления персоналом (HRM); систем управления производством (MES). Исполнительные модули для АСУТП и АСУП различаются. Модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) - в комплекс T-FACTORY.exe™. Вместе TRACE MODE® и T-FACTORY™ дают решения для комплексного управления в реальном времени технологическими процессами и производственным бизнесом, образуя интегрированную платформу для управления производством. TRACE MODE® 6 удобна и проста в использовании. Тем не менее, архитектура системы позволяет создавать крупные АСУ корпоративного уровня с десятками тысяч сигналов . Основные характеристики Trace Mode 6.06.3: поддержка 2197 контроллеров, УС О и плат ввода-вывода; более 1000 графических изображений; более 150 алгоритмов обработки данных и управления; поддержка управления нечеткой логики; высокая надежность; многоплатформенность. Среди специальных технологий и особенностей, повышающих производительность труда разработчиков: принцип автопостроения проекта; единая база данных распределенного проекта; богатые библиотеки драйверов, алгоритмов и графических объектов; мощные средства отладки; встроенная система горячего резервирования; собственный генератор отчетов; промышленная база данных реального времени SIAD/SQL 6. Технология интегрированной разработки АСУ ТП объединяет программирование как операторского интерфейса, так и промышленных контроллеров. Инструментальная система состоит из следующих редакторов: редактор базы каналов; редактор представления данных (РПД); редактор шаблонов. Редактор базы каналов необходим для разработки структуры проекта, а также включает математические основы обработки данных и управления (распределенная база реального времени): описываются конфигурации всех рабочих станций, УСО, контроллеров; настраиваются информационные потоки между ними; описываются входные, выходные сигналы, их связь с устройствами сбора данных и управления; настраиваются законы первичной обработки данных, технологические границы; осуществляется настройка архивирования и сетевого обмена и т.д. Редактор представления данных предназначен для разработки графической составляющей проекта: создание статических рисунков технологического процесса; динамические формы отображения и управления накладываются на статику. Редактор шаблонов используется для разработки шаблонов документов. Кроме того, в интегрированную среду разработки TRACE MODE® 6 встроены: редактор программ; построитель связей с СУБД; редактор паспортов оборудования (EAM); редактор персонала (HRM); редактор материальных ресурсов (MES). InTouch – это пакет мощных и гибких средств разработки операторских интерфейсов для создания АСУ ТП дискретных и непрерывных производств, распределенных систем управления, диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и других областей промышленного применения. InTouch - самый популярный в мире HMI-пакет. Он позволяет следить за работой предприятия, наблюдая за процессами, графически отображенными на экранах в реальном масштабе времени. Применение программной среды InTouch 9.5 фирмы Wonderware позволяет решать следующие основные задачи: сбор сигналов, определяющих состояние производственного процесса в текущий момент времени (температура, давление, положение и т.д.) с промышленной аппаратуры (контроллеры, датчики и т.д.); графическое отображение собранных данных на экране компьютера в удобной для оператора форме (на мнемосхемах, индикаторах, сигнальных устройствах, в виде текстовых сообщений и т.д.); автоматический мониторинг за состоянием контролируемых параметров, генерация сигналов тревоги, выдача сообщений оператору в графической и текстовой форме в случае выхода значений параметров за пределы заданного диапазона; контроль действий оператора путем регистрации его в системе с помощью имени и пароля, и назначения ему определенных прав доступа, ограничивающих возможности оператора (если это необходимо) по управлению производственным процессом; вывод (автоматически или по команде оператора) управляющих воздействий посредством промышленных контроллеров на исполнительные механизмы для регулировки непрерывных или дискретных процессов, подача сообщений персоналу на информационное табло; автоматическое ведение журналов событий и аварийных сообщений, в которых регистрируется изменение контролируемых параметров и наступление аварийных ситуаций; создание отчетных документов. WindowMaker – это программная среда разработки, в которой для создания диалоговых окон используется объектно-ориентированная графика. В среде разработки создаются мнемосхемы, определяются и привязываются к аппаратным средствам входные и выходные сигналы и параметры, разрабатываются алгоритмы визуализации, назначаются права пользователей ПО АСУ ТП. Разработанное ПО функционирует в среде исполнения InTouch 9.5 WindowViewer. WindowViewer осуществляет регистрацию пользователей и создание необходимых отчетов по контролируемым параметрам устройств ТП и по аварийным сообщениям. Ограниченный вариант WindowViewer – FactoryFocus предназначен только для просмотра выводимой технологической информации. FactoryFocus позволяет пользователю ПО АСУ ТП только наблюдать за ходом ТП в режиме реального времени. При этом пользователь не имеет права применить никакие управляющие воздействия на контролируемые устройства ТП. Такое разграничение прав пользователей позволяет предотвратить несанкционированное изменение ПО, не определенное порядком работы АСУ ТП. Основные свойства ПО АСУ ТП, выполненного в программной среде InTouch 9.5, следующие: простота использования и неограниченные возможности для дальнейшей разработки ПО (любое число мнемосхем, неограниченная сложность алгоритмов и пр.); использование стандартных протоколов обмена данными (DDE, OPC, TCP/IP и др.); высокая скорость работы благодаря механизму, динамически регулирующему скорость опроса входных сигналов (опрос происходит только при изменении значения контролируемого параметра); архитектура клиент-сервер для эффективной работы в сети; база данных ведется только на сервере, нет необходимости копировать ее на клиентские станции; открытость – можно добавлять и использовать готовые компоненты других фирм вследствие поддержки технологий ActiveX и OPC; интеграция с другими программными пакетами фирмы Wonderware и простой обмен данными с популярными программными пакетами для операционной системы MS Windows XP Professional SP2 – Microsoft Excel, Microsoft Access, Microsoft Visual Basic и др.; возможность создания библиотек алгоритмов; многозадачный режим функционирования (многопоточное выполнение пользовательских алгоритмов); возможность работы с 64000 сигналов и параметров (тэгов); автоматический контроль качества сигналов, поступающих с датчиков и контроллеров; средства сетевой разработки – обновление приложений на рабочих станциях происходит автоматически путем копирования изменений со станции разработки; распределенная система отслеживания и регистрации аварийных ситуаций одновременно поддерживает множество серверов («провайдеров») аварийных ситуаций, что дает возможность операторам видеть информацию об авариях во многих удаленных местах синхронно. Для сравнения средств разработки составим таблицу 4. – Сравнительная таблица средств разработки
* - цена указана за 256 каналов. Средство разработки + исполнительный модуль. Как видно из таблицы, каждый программный продукт имеет свои преимущества. Итоговая стоимость проекта, разработанного в Trace Mode, самая низкая. К тому же сама среда разработки существует в бесплатном варианте, что позволяет ознакомиться с возможностями пакета в полной мере. Поэтому для разработки программного обеспечение АРМ выбираем программный продукт Trace Mode 6.06.3. Разработка экранов Были разработаны следующие экраны: экраны насосных станций; экраны насосных агрегатов. На рисунке 4 изображен экран «Насосной НВО».  На экране изображены насосы внешней откачки Н-1…4 и их трубопроводная система коммуникаций. На экране отображены следующие параметры: значение датчиков загазованности и пожара в помещении; состояние вытяжных вентиляторов В-1…2; значения давлений на входе и выходе НВО; состояние насосных агрегатов. Также на экране отображены кнопки перехода на экраны насосных агрегатов и насосной пластовой воды. На рисунке 5 представлен экран насосного агрегата НВО.  На данном экране изображен насосный агрегат Н-1. На насосном агрегате указываются: температуры подшипников насоса и двигателя; давления на всасе/выкиде насосного агрегата; перепад давления на фильтре; состояние НА; состояния задвижек. При возникновении аварии по какому либо параметру загорается красным светом сигнал «Аварийный останов». Также предусмотрена возможность останова или запуска насосного агрегата. На рисунке 6 изображен экран насосной пластовой воды.  Экран «Насосная НПВ» На экране изображены насосы пластовой воды Н-1…3 и их трубопроводная система коммуникаций. На экране отображены следующие параметры: состояние вытяжных вентиляторов В-1…2; значение давления воды во входном/выходном коллекторе; состояние насосных агрегатов. Также на экране отображены кнопки перехода на экраны насосных агрегатов и насосной пластовой воды. Разработка программ Были разработаны следующие программы: программа контроля и управления насосным агрегатом; программа контроля параметров технологического оборудования вытяжных вентиляторов. Программа контроля и управления измерительной аппаратурой насосного агрегата Н-1 (НВО) начинается с запроса изменения уставок управления. Оператор производит перенастройку параметров управления с АРМ оператора. Программа контроля и управления включает в себя блок технологических защит, блок блокировок, блок управления и блок индикации. Блок технологических защит включает в себя контроль пожара, 2-го порога загазованности, температур подшипников насоса и двигателя, давления на всасе и выкиде насосного агрегата, уровня в РВС-4…5, уровня в РГС-8…9. При выходе какого-либо параметра за границы уставок производится останов насоса Н-1 и установка флага «Авария Н-1» Блок блокировок включает в себя контроль 1-го порога загазованности, температур подшипников двигателя, давления на всасе насосного агрегата. При выходе какого-либо параметра за границы уставок производится блокировка повторного пуска насоса Н-1. Блок управления включает в себя алгоритм управления насоса, в зависимости от режима его работы. Алгоритм управления насоса начинается с опроса флага «Авария Н-1». Если флаг установлен, то выдается команда «Нет готовности к пуску» и блок контроля на этом заканчивается. В противном случае производится опрос флага «Блокировка пуска». Если флаг установлен, то команда «Готовность к пуску» не выдается. При снятом флаге «Блокировка пуска», закрытой задвижке на выкиде и открытой задвижки на всасе выдается команда «Готовность пуска». Далее происходит опрос состояния насосного агрегата. Если состояние сменилось с выключенного на включенный, то оператору выводится сообщение «Н-1 запущен по месту». Если состояние сменилось с включенного на выключенный, то оператору выводится сообщение «Н-1 остановлен по месту» и запускается подпрограмма закрытия задвижек на выкиде и всасе. При нажатой дистанционной кнопке «Стоп» на АРМе оператора производится останов насосного агрегата Н-1 и закрытие задвижек на выкиде и всасе. Пуск насоса возможет только по месту при наличии разрешающего сигнала «Готовность к пуску», который генерирует система автоматики. Блок индикации включает в себя контроль ВАП, НАП, ВПП, НПП технологических параметров насосного агрегата Н-1. Все события и параметры технологического процесса фиксируются в базе данных, которые затем можно просмотреть в журнале событий и тревог и графиках технологических параметров, за любой промежуток времени. Алгоритм контроля параметров и управления технологическим оборудованием насосного агрегата Н-1 представлен в приложении Г. Программа контроля и управления измерительной аппаратурой вытяжных вентиляторов начинается с запроса изменения уставок регулирования. Оператор производит перенастройку параметров управления. Процесс контроля начинается с опроса датчика загазованности в блочном помещении. При достижении 1-го порога загазованности в блочном помещении выдается команда на включение световой сигнализаций загазованности по месту. Далее проверяется флаг «Блокировка пуска». При установленном флаге включение вентилятора не происходит автоматически. Вентилятор включается автоматически при снятом флаге «Блокировка пуска». Снять блокировку пуска возможно только с АРМа оператора. При достижении 2-го порога загазованности в блочном помещении выдается команда на включение световой сигнализаций и светозвуковой сигнализации загазованности по месту. При пожаре в блочном помещении и в случае, когда вытяжной вентилятор работает, выдается команда на отключение вентилятора и производится его блокировка повторного пуска. Оператору выводится сообщение о пожаре в блочном помещении. Все события и параметры технологического процесса фиксируются в базе данных, которые затем можно просмотреть в журнале событий и тревог и графиках технологических параметров, за любой промежуток времени. Надежность системы автоматизации Надежность технического объекта связывают с недопустимостью самопроизвольных, нежелательных изменений его технического состояния, которые проявляются в ухудшении качества функционирования объекта, в потере им работоспособности. Количественные характеристики и показатели надежности объекта зависят от меры допустимого возмущения его технического состояния. Надежность закладывается в процессе конструирования системы, реализуется при изготовлении различных механизмов и расходуется в процессе эксплуатации объекта. На перечисленных этапах жизни системы на производственный объект оказывают влияние возмущающие факторы, внутренние и внешние, негативно сказывающиеся на работоспособности элементов, порой приводящие к их отказам. Требования к системе автоматизации Автоматизированная система управления насосными агрегатами должна обеспечивать: непрерывный контроль технологических параметров, состояния агрегатов и исполнительных механизмов; защиту от несанкционированного пользования системой; дублирование оборудования, наличие блока бесперебойного питания для поддержания работоспособности системы при отключении электропитания; самодиагностика оборудования в режиме нормальной работы. ремонтопригодность отдельных блоков, узлов, модулей и деталей системы, их замену; сохранение состояния устройств и исполнительных механизмов в случае аварии и перехода на резервное питание. Расчет основных показателей надежности Для расчета показателей надежности рассмотрим структурную схему соединений элементов. Все расчеты будем производить на примере цепочки, информационную функцию измерения давления на всасе насоса.   Метран 150 SM 331 CPU 312   На сервер – Структурная схема соединений элементов Характеристика элементов цепочки представлена в таблице 9. – Характеристика элементов
Интенсивность отказов всей системы вычисляется по формуле  где i – интенсивности отказов i – го модуля. По данным таблицы 9 находим суммарную интенсивность отказов рассматриваемой цепочки:  1/ч.Среднее время безотказной работы вычисляется по формуле Тср=1/ λобщ , (2.1) Используя полученную суммарную интенсивность отказов, по формуле (2.1) находим среднее время безотказной работы: Тср=1/1,3  10-5= 76923,1 часов.Рассчитаем вероятность безотказной работы системы по формуле P(t)=e-λt Получаем  График представлен на рисунке 8. С учетом полученных данных найдем вероятность безотказной работы за 5 лет  Так же определим коэффициент готовности системы по формуле  , (2.2)где  , μ – время восстановления (время обнаружение и восстановление неисправности);  - Вероятность безотказной работы Готовностью называется способность технического устройства быть готовым к действию в любой момент времени. Она зависит от надежности и от ремонтопригодности системы. Чем выше надежность и ремонтопригодность, тем выше готовность. Используя данные таблицы 9, по формуле (2.2) определим значение коэффициента готовности системы  .Ремонтопригодностью называется способность технического устройства к восстановлению в процессе эксплуатации. Показателями ремонтопригодности может быть среднее время восстановления системы tв, рассчитываемое по формуле  , – Вероятность безотказной работы каждого элемента
Используя данные таблицы 10, находим среднее время восстановления системы  За 0,765 часа система будет полностью восстановлена. Полученные результаты расчета надежности системы сведем в таблицу 11. - показатели надежности системы автоматизации
Из проведенного расчета можно сделать вывод, что система имеет хорошие показатели надежности. Для повышения надежности систем применяется аппаратное резервирование, подразумевающее дублирования каждого элемента системы и замену блока в случае неисправности. Комплексная оценка экономической эффективности Расчет показателей экономической эффективности проекта Для обоснования эффективности единовременных затрат широко используется метод дисконтирования или чистой текущей стоимости [11]. Метод дисконтирования или чистой текущей стоимости базируется на дисконтных вычислениях по приведению связанных с реализацией проекта доходов и расходов к некоторому моменту времени (к расчетному году). Чистый дисконтированный доход рассчитывается по формуле ЧДД =  ,где ЧДt – чистый доход в году t, тыс.р.; t - коэффициент дисконтирования (приведения), доли ед.; tн,tк - соответственно начальный и конечный годы расчетного периода. Если ЧДД имеет положительное значение, то проект можно считается прибыльным, а если нет, то убыточным. Отдельный член денежного потока наличности равен разности между ожидаемой величиной доходов от реализации проекта и всеми видами затрат и может отличаться от другого как по знаку (т.е. быть отрицательным), так и по величине, и рассчитывается по формуле ЧДt = П + At - Ht - Kt , где П - прибыль, обеспечиваемая внедрением системы в году t. Аt - амортизационные отчисления от стоимости системы, тыс.р.; Ht - сумма налогов, выплачиваемых предприятием из прибыли в бюджет, тыс.р.; Кt - единовременные затраты в году t, тыс.р. При анализе эффективности инвестиций рассчитывается рентабельность капитальных вложений по формуле  где К – общие единовременные затраты.  .Считается, что если Р=100%, то рентабельность проекта равна заданной, если Р > 100%, то имеет место сверх рентабельность, если Р < 100 проект не обеспечивает заданный уровень рентабельности. Коэффициент дисконтирования определяется по формуле t = (1 + Eн)tp- t , где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный ставке банковского процента за долгосрочный кредит, выраженный в долях единиц; tp - расчетный год; t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году. В качестве расчетного года берется самый ранний из всех рассматриваемых вариантов календарный год, предшествующий началу использования в организации разрабатываемой системы. В качестве начального года расчетного периода берется год начала финансирования работ по созданию проекта, включая проведение научных исследований. Конечный год расчетного периода определяется моментом заключением цикла АС, прекращением его использования на производстве. Для анализа эффективности единовременных затрат на разработку и внедрение системы используется показатель - внутренняя норма доходности (коэффициент эффективности единовременных затрат ВНД), определяемый из соотношения  .Коэффициенты эффективности судя по различным проектам показывает об общем и минимальном уровне эффективности капитальных, осуществляемых в организации и выбрать к реализации наиболее эффективные из них. Другим показателем ВНД является оценка возможности привлечения заемных средств на разработку и внедрение АС. Расчетное значение ВНД равно максимально допустимому проценту за кредит, который может быть применен для полного финансирования капитальных вложений по данной АС. Если величина ВНД соответствует проценту за кредит, тогда текущая стоимость равна нулю. Таким образом, вычисляемое значение позволяет судить о приемлемости для предприятия условий кредитования. Показатель период возврата, используется для анализа эффективности единовременных затрат. Экономическое содержание этого показателя заключается в определении момента времени, необходимого для покрытия единовременных затрат в проект. Период возврата единовременных затрат (Ток) определяется последовательным сложением величин  Полученная сумма не сравняется с величиной единовременных затрат, приведенных к расчетному году. Количество произведенных сложений равняется периоду возмещения капитальных вложений. Сумма налогов на прибыль и имущество рассчитывается по формуле Н = Нпр + Ним где Нпр - налог на прибыль, тыс.р.; Ним - налог на имущество, тыс.р.  где СТпр - ставка налога на прибыль.  где Коt - остаточная стоимость внедряемой системы в году t, тыс.р.; СТим - ставка налога на имущество. Единовременные затраты предприятия-заказчика на приобретение устройства включают единовременные затраты предприятия-изготовителя и его прибыль, а также НДС, т.е. определяются по формуле Коб = К*(1+r)*(1+НДС) где К - единовременные затраты на создание системы автоматизации, р.; r-коэффициент рентабельности предприятия разработчика, доли ед.; НДС- ставка налога на добавленную стоимость, доли ед. В общем случае единовременные затраты на создание системы определяются по формуле К=Краз + Кпрог + Кизг где Краз - затраты на проектирование (разработку) системы, руб.; Кпрог - затраты на программирование, руб.; Кизг - затраты на изготовление, руб. Расчет стоимости машино-часа ЭВМ Стоимость машино-часа ЭВМ рассчитывается по формуле  где Sэкс - годовые эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием ЭВМ, р.; Тпол - годовой фонд работы ЭВМ, час. Эксплуатационные расходы рассчитываются по формуле Sэкс =12Зо (1+Кд)(1+Кр)(1+Ксн)+А+Тр+Э+М+Нрэкс где Зо - месячная оплата труда обслуживающего персонала, р.; А - амортизационные отчисления от стоимости ЭВМ и здания, р/год ; Тр - затраты на ремонт, р/год; Э - затраты на электроэнергию, р/год; М - затраты на материалы, р.; Нрэкс - накладные расходы, связанные с эксплуатацией ЭВМ, р/год. Затраты амортизацию вычисляются по формуле А = Кэвм Нэвм где Кэвм - балансовая стоимость ЭВМ, р.; Нэвм - норма амортизационных отчислений от стоимости ЭВМ, доли ед. Затраты на ремонт вычислим по формуле Тр = Кэвм Ктрэвм где Ктрэвм - коэффициент, учитывающий затраты на ремонт ЭВМ. Данные для расчета стоимости машино-часа ЭВМ приведены в таблице 12. - Данные для расчета стоимости машино-часа ЭВМ
Подставив данные из табл.5.1 получаем затраты на амортизацию (А) и затраты на ремонт (Тр) соответственно. А = 30000 0,2 = 6000 руб. Тр = 30000 0,05 = 1500 руб. Затраты на электроэнергию, потребляемую ЭВМ за год эксплуатации определяем по формуле Э = Ц Тпол N Км где Ц - цена за один кВт/ч электроэнергии, р.; N - потребляемая мощность, кВт ; Тпол - годовой фонд работы ЭВМ, час. Подставив данные из табл.5.1 получаем затраты на электроэнергию (Э). Э = 1,2 2044 0,4= 981 руб. В годовые эксплуатационные затраты по обслуживанию ЭВМ входят также накладные расходы, которые рассчитываются по формуле Нрэкс = 12 Зо (1 + Кд) (1 + Кр) Кнэкс где Кнэкс - коэффициент накладных расходов, связанных с эксплуатацией ЭВМ. Подставив данные из табл.5.1 в формулу (3.1) получим Нрэкс. Нрэкс = 12 300 (1 + 0,5) (1 + 0,7) 0,15 = 1377 руб. Sэкс =12300(1+0,5)(1+0,7)(1+0,26)+6000+1500+981+500+1377=21925 руб. Вычислим стоимость одного машино-часа (Смч). Смч = 21925 руб/2044 ч = 11 руб./ч. Затраты на разработку Затраты на разработку можно представить в виде Краз = Зо Траз (1+Кд) (1+Кр) (1+Ксн) (1+Кн.раз)+Смч Траз Кч где Зо - месячный оклад разработчика, р.; Траз - трудоемкость разработки проекта и проектной документации, чмес.; Кд, Кр - соответственно коэффициенты доплат к заработной плате и районный, доли ед.; Ксн - коэффициент отчислений на социальные нужды, доли ед.; Кнраз - коэффициент накладных расходов, доли ед; Кч - коэффициент перевода единиц времени. Данные для расчета единовременных затрат предприятия разработчика приведены в таблице 13. - Данные для расчета единовременных затрат предприятия разработчика
Краз=200001(1+0,5)(1+0,7)(1+0,26)(1+0,15)+111168= 75701 руб. Расчет затрат на разработку программного обеспечения Расчет затрат на разработку программного обеспечения проводится по формуле Кпрог=Зо Тпрог (1+Кд)(1+Кр)(1+Ксн)(1+Кн.прог) +Смч Тпрог Кч где Зо - месячный оклад программиста, тыс.р; Тпрог – трудоемкость разработки программного обеспечения, ч/мес; Кн.прогр - коэффициент накладных расходов, доли ед. ; Cмч - стоимость машино-часа ЭВМ, р.; Кч - коэффициент перевода единиц времени. Вычислим капитальные затраты на разработку программного обеспечения Кпрог, по формуле (5.15) и исходных данных табл.5.1 Кпрог=200000,5(1+0,5)(1+0,7)(1+0,26)(1+0,15) +110,5168=37850 руб. Затраты на изготовление, внедрение и отладку системы Затраты на основную заработную плату при изготовлении устройства равны: L0 = ТмЗо(1+Кд) (1+Кр)(1+Ксн) где Зо - месячная зарплата изготовителя устройства, р.; Тм - трудоемкость изготовления устройства, чел мес. L0=1 20000(1+0,5) (1+,0,7) (1+0,26)=46620 руб., Учитывая коэффициент транспортных затрат определим транспортные расходы по формуле Ртрп =Цоб Ктрп где Ктрп - коэффициент, системы учитывающий транспортные расходы, доли ед.; Цоб - сметная стоимость вводимой системы, руб.; Для подсчета стоимости оборудования составим таблицу 14. - Смета затрат на материалы и покупные комплектующие изделия
Ртрп = 1100000 0,08= 88000 руб. Стоимость монтажных и работ Рм = Цоб Км где Км коэффициент, наладочных учитывающий стоимость монтажных и наладочных работ, доли ед. Рм = 1100000 0,18 = 198000 руб. Накладные расходы, связанные с изготовлением и отладкой проектируемой системы, рассчитаем по формуле Нризг = Тмон Зраз (1 + Кпр) (1 + Кр) Кнризг Подставив данные в (5.24) получаем сумму накладных расходов (Нризг). Нризг = 1 20000 (1 + 0.5) (1 + 0.7) 0.15 = 7650 руб. Полученные результаты заносим в таблицу 15 и находим общую сумму капитальных затрат на изготовление системы. Результирующая таблица для расчетов по статьям калькуляции
В итоге К=Краз + Кпрог + Кизг = 75701+ 37850+ 1440270= 1553822 руб. Годовые эксплуатационные затраты в условиях функционирования системы могут быть определены по формуле С = Сэл + Срем + Са (3.2) где Сэл - затраты на электроэнергию, потребляемую системой, р.; Cзп - зарплата обслуживающего персонала с начислениями, р.; Cрем - затраты на ремонт, р.; Cа - затраты на амортизацию, р. Исходные данные для расчета представлены в таблице 16. Исходные данные для расчета затрат на эксплуатацию
Расчет годовых затрат на электроэнергию производим по формуле Cэл = N Цэл Тзад где N - мощность, потребляемая системой, кВт; Цэл - стоимость одного кВтч электроэнергии, р.; Тзад - годовой фонд работы системы при выполнении задачи, час. Годовые затраты на электроэнергию действующего варианта системы: Cэл = 1 1,2 8760= 10512 руб. Текущие затраты на ремонт системы находим по формуле  где Кобор - балансовая стоимость системы, р.; Кпр - норма отчислений на ремонт, %. Cпр = 1100000 0,05 = 55000 руб. Затраты на амортизацию оборудования находим по формуле Cа = Кобор На где Кобор - балансовая стоимость системы, р.; На - норма амортизационных отчислений, % . Са = 1100000 0,2 = 220000 руб. Введение в работу новой системы позволяет сократить 1 человека (снимается необходимость обслуживания системы слесарем КИПиА). В таблице 17 представлены исходные данные действующей и проектируемой системы. Сокращение персонала влечёт за собой сокращение расходов на заработную плату Cэ = 12 15000 (1+0,5) (1+0,7) (1+0,26) = 1156680 руб. Исходные данные действующей и проектируемой системы
Для полного расчета годовых эксплуатационных затрат в условиях функционирования системы нужно подставим полученные значения в формулу (3.2) С = 10512+ 55000 + 220000 руб.= 285512 руб. Экономия составляет Э= Cэ-С=1156680-285512=871168 руб. Показатели эффективности проекта приведены в таблице 18. - Показатели эффективности проекта
Точка пересечения линии ЧДДН и оси абсцисс позволяет определить период окупаемости единовременных затрат. При вложении собственных средств предприятия в реализацию проекта срок окупаемости составит – 4,6 года.  Рентабельность составляет R = (НЧДД + К) 100 / К  R = (93122+ 1553822) 100/ 1553822= 106 % Для построения кривой зависимости текущей дисконтированной стоимости и коэффициента эффективности капитальных вложений зададимся несколькими значениями Ен | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||