Дипломная работа: Схема автоматического регулирования продолжительности выпечки с коррекцией по температуре во второй зоне пекарной камеры

Начальные затраты определяются путем расчета капитальных вложений, которые состоят из сметной стоимости электропривода, стоимости пускорегулирующей аппаратуры, стоимости монтажных работ, транспортно-заготовительных расходов и плановых накоплений монтажной организации. Поскольку целью экономического расчета является сравнение альтернативных вариантов, при расчете можно пренебречь наличием резервного электропривода, что никак не повлияет на результат. Наиболее дорогостоящими составляющими электропривода являются двигатель и преобразователь. Таким образом, сметная стоимость электропривода:

для первого варианта

kэп1 = kдв1+kп1 = 142,5+545 = 687,5 млн. бел. руб.,

где    kдв1 – стоимость электродвигателя (АД КЗ), млн.бел.руб.;

kп1 – стоимость преобразователя, млн.бел.руб.;

для второго варианта

kэп2 = kдв2+kп2 = 445+240 = 685 млн. бел. руб.,

где    kдв2 – стоимость электродвигателя (ДПТ), млн. бел. руб;

kп2 – стоимость выпрямителя, млн. бел. руб.

Стоимость пускорегулирующей аппаратуры определяется как определенная часть (12%) стоимости преобразователя. Тогда:

для первого варианта

kпр1 = 0,12×kп1 = 0,12× 687,5 = 82,5 млн. бел. руб,

для второго варианта

kпр2 = 0,12×kп2 = 0,12×685 = 82,2 млн. бел. руб.

Стоимость монтажных работ вычисляется отдельно для электропривода и рабочего механизма. Для электропривода эту величину можно принять равной 6% от стоимости электропривода kэп, для рабочего механизма – 5% стоимости электропривода. Таким образом стоимость монтажных работ:

для первого варианта

kмр1 = (0,06+0,05)×kэп1 = (0,06+0,05)×687,5 = 75,625 млн. бел. руб.,

для второго варианта

kмр2 = (0,06+0,05)×kэп2 = (0,06+0,05)×685 = 75,35 млн. бел. руб.

Транспортно-заготовительные расходы составляют 2% от суммы стоимости электропривода и стоимости монтажных работ:

для первого варианта

kтзр1 = 0,02×(kэп1+kмр1) = 0,02×(687,5+75,625) = 15,3 млн. бел. руб.,

для второго варианта

kтзр2 = 0,02×(kэп2+kмр2) = 0,02×(685+75,35) = 15,207 млн. бел. руб..

Плановые накопления монтажной организации составляют 10% от стоимости монтажных работ:

для первого варианта

kпн1 = 0,1×kмр1 = 0,1×75,625 = 7,5625 млн. бел. руб.,

для второго варианта

kпн2 = 0,1×kмр2 = 0,1×75,35 = 7,535 млн. бел. руб.

Для наглядности выполненный      расчет капитальных вложений для обоих вариантов сведен в таблицу 13.2.

Таблица 13.2.

Расчет капитальных вложений.

13.3 Определение эксплуатационных затрат

При расчете эксплуатационных затрат важное значение имеет величина периода, за который производится расчет. При сравнении приводов постоянного и переменного тока ограничимся периодом 1 год.

Годовые эксплуатационные расходы – это суммарные затраты на электропривод и рабочий механизм, необходимые для эксплуатации механизма в течении года и выпуска годового объема продукции, т.е. себестоимость эксплуатации механизма. Годовые эксплуатационные расходы в общем случае включают в себя стоимость потребленной электроэнергии, амортизационные отчисления и годовые затраты по эксплуатации электрической части установки.

Затраты на электроэнергию определяются количеством энергии, потребляемой за год, номинальной мощностью двигателя, а также тарифной ставкой на электроэнергию. Для расчета энергии, потребляемой за год, нужно знать суммарное время работы электропривода за год, которое определяется коэффициентом использования:

kисп=(ПВ× tраб.см )/tсм = (100×8)/8 = 1,

где: ПВ - продолжительность включения установки, %;

tраб.см - продолжительность работы установки за смену, ч.;

tсм – число рабочих часов за смену.

Зная коэффициент tисп можно определить число рабочих часов установки в году:

Тг=Траб.дн×nсм× tсм× kисп=253×1×8×1=2024 ч.,

где : Траб.дн - число рабочих дней в году;

nсм - число рабочих смен в сутки (так работает сборочный цех).

Энергия, потребляемая за год, определяется по формулам:

для первого варианта

Эг1=Pдв.н1×Тг / hн1=11×2024 / 0,875=25444,6 кВт×ч,

где: Pдв.н1, hн1 – номинальные параметры двигателя переменного тока (АД КЗ);

для второго варианта

Эг2=Pдв.н2×Тг / hн2=22×2024 / 0,8=27830 кВт×ч,

где Pдв.н2, hн2 – номинальные параметры двигателя постоянного тока (ДПТ).

Таким образом, затраты на электроэнергию:

для первого варианта

Cз1=Pдв.н1×Cосн×12+ Эг1×Сдоп

Cз1=11×1164,992×12+25444,6×9,17=387106 тыс. бел. руб ,

где : Сосн – тарифная ставка, руб/кВт×ч (основная плата за 1 месяц);

Cдоп – тарифная ставка, руб/кВт×ч (дополнительная плата).

для второго варианта

Cз2=Pдв.н2×Cосн×12+ Эг2×Сдоп

Cз2=11×1164992 .12+27830×9,17=408980 тыс. бел. руб.

Амортизационные отчисления составляют 9,5 % от сметной стоимости электропривода. Тогда

для первого варианта

Cа1 =0,095×kэп1 =0,095×687,5=65,3125 млн. бел. руб.,

где: kэп1 – сметная стоимость электропривода постоянного тока;

для второго варианта

Cа2 =0,095×kэп2 =0,095×685=65,075 млн. бел. руб.,

где: kэп2 – сметная стоимость асинхронного электропривода.

Издержки на эксплуатацию оборудования включают в себя множество составляющих. Оборудование электроприводов обоих вариантов является ремонтируемым, оно проходит планово-предупредительные ремонты, периодичность и объем проведения которых регламентируется сметой планово-предупредительных ремонтов. Кроме того оборудование нуждается в регулярном техническом обслуживании, требующем также определенных затрат. Таким образом, затраты на ремонтно-эксплутационное обслуживание оборудования можно определить как сумму затрат на заработную плату ремонтных рабочих, стоимости материалов для ремонта и обслуживания, общецеховых и общезаводских расходов.

Заработная плата ремонтных рабочих определяется количеством времени, необходимым для проведения ремонтно-эксплутационного обслуживания электрической части оборудования, которая в свою очередь зависит от норм трудоемкости ремонта и технического обслуживания оборудования. Всю систему электропривода можно разделить на 4 основные части: двигатель, преобразователь, трансформатор и пускорегулирующая аппаратура. Для каждой из этих частей отдельно находится трудоемкость ремонта и технического обслуживания. Затем эти величины суммируются. Для расчета трудоемкости требуется определить плановую продолжительность ремонтного цикла и межремонтного периода, число ремонтов в год и т.д.

Плановая продолжительность ремонтного цикла (ремонтный цикл – наработка энергетического оборудования, выраженная в годах календарного времени между двумя капитальными плановыми ремонтами):

для асинхронного электродвигателя

Тпл.2дв=Ттабл.двbрbо=9×2×0,85=15,3 года,

для электродвигателя постоянного тока

Тпл.1дв=Ттабл.двbкbрbо=9×0,75×2×0,85=11,5 лет,

где: Ттабл.дв - продолжительность ремонтного цикла для электродвигателей;

bк – коэффициент, учитывающий уменьшение срока службы коллекторных машин;

bр – коэффициент, определяемый сменностью работы оборудования;

bо – коэффициент, учитывающий уменьшение ремонтного цикла машин, отнесенных к категории основного оборудования;

для трансформатора

Тпл.тр=Ттабл.трbо=9×0,85=6,8 года,

где: Ттабл.тр - продолжительность ремонтного цикла для трансформаторов;

для преобразователя частоты

Тпл.пр =Ттабл.прbо=6×0,85=5,1 года,

где: Ттабл.вып - продолжительность ремонтного цикла для преобразователей частоты.

для тиристорного выпрямителя

Тпл.вып=Ттабл.выпbо=10×0,85=8,5 года,

где: Ттабл.вып - продолжительность ремонтного цикла для тиристорных выпрямителей.

Плановая продолжительность межремонтного периода (межремонтный период – наработка энергетического оборудования, выраженная в месяцах календарного времени между двумя плановыми ремонтами):

для асинхронного электродвигателя:

tпл.2дв=tтабл.двbрbо=9×2×0,7=12,6 мес.,

для двигателя постоянного тока:

tпл.1дв=tтабл.двbкbрbо=9×0,75×2×0,7=9,45 мес.,

где: tтабл.дв - величина межремонтного периода для двигателя ;

для трансформатора

tпл.тр=tтабл.трbо=6×0,7=4,2 мес.,

где: tтабл.тр - продолжительность межремонтного периода для трансформаторов

для тиристорного выпрямителя

tпл.вып=tтабл.выпbо=24×0,7=16,8 мес.,

где: tтабл.вып - продолжительность межремонтного периода для тиристорных выпрямителей;

для преобразователя частоты

tпл.пр =tтабл.прbо=18×0,7=12,6 мес.,

где: tтабл.пр - продолжительность межремонтного периода для преобразователей частоты .

По полученным величинам можно рассчитать количество капитальных и текущих ремонтов в расчете на 1 год. Количество капитальных ремонтов в год:

для асинхронного электродвигателя:

Мк.р.1дв=1/Tпл.2дв=1 / 15,3=0,065,

для двигателя постоянного тока:

Мк.р.2дв=1/Tпл.1дв=1 / 11,5=0,087,

для трансформатора:

Мк.р.тр=1/Tпл.тр=1 / 6,8=0,147,

для преобразователя частоты:

Мк.р.пр=1/Tпл.пр=1 / 5,1=0,196,

для выпрямителя:

Мк.р.вып=1/Tпл.вып=1 / 8,5=0,118.

Количество текущих ремонтов в расчете на 1 год определяется аналогично:

Мт.р.1дв=0,08, Мт.р.2дв=0,106, Мт.р.тр=0,238,

Мт.р.пр=0,079 Мт.р.вып=0,06.

По заданному количеству ремонтов в год, а также по заданной норме трудоемкости определяется годовая трудоемкость ремонтов. Годовая трудоемкость капитальных ремонтов электрических машин рассчитывается по формулам:

для асинхронного двигателя

Тк.р.1дв = Мк.р.1дв × Нк.р.дв × kw= 0,065×32×1,1 = 2,3 человеко-часа.

для двигателя постоянного тока

Тк.р.2дв = Мк.р.2дв × Нк.р.дв × kw×kк = 0,087×32×1,1×1,8 = 5,51 человеко-часа,

где: Нк.р.дв – норма трудоемкости капитальных ремонтов для электродвигателей заданной мощности;

kw – поправочный коэффициент, учитывающий частоту вращения электродвигателя;

kк – коэффициент, учитывающий увеличение трудоемкости эксплуатации коллекторных машин;

Для трансформатора, преобразователя частоты и тиристорного выпрямителя годовая трудоемкость капитальных ремонтов рассчитывается следующим образом:

Тк.р.тр = Мк.р.тр × Нк.р.тр = 0,147×88 = 12,94 человеко-часа,

Тк.р.пр = Мк.р.пр × Нк.р.пр = 0,196×50 = 9,8 человеко-часов,

Тк.р.вып = Мк.р.вып × Нк.р.вып = 0,118×35 = 4,13 человеко-часов,

где    Нк.р.тр – норма трудоемкости капитального ремонта для трансформаторов;

Нк.р.пр и Нк.р.вып – нормы трудоемкости капитлаьного ремонта преобразователей частоты и выпрямителей соответственно.

Годовая трудоемкость текущих ремонтов для соответствующих типов оборудования определяется аналогично трудоемкости капитальных ремонтов:

Тт.р.1дв = Мт.р.2дв × Нт.р.дв × kw= 0,08×7×1,1 = 0,62 человеко-часа,

Тт.р.2дв = Мт.р.1дв × Нт.р.дв × kw×kк = 0,106×7×1,1×1,8 = 1,47 человеко-часа,

Тт.р.тр = Мт.р.тр × Нт.р.тр = 0,238×17 = 4,05 человеко-часа,

Тт.р.пр = Мт.р.пр × Нт.р.пр = 0,079×15 = 1,19 человеко-часа,

Тт.р.вып = Мт.р.вып × Нт.р.вып = 0,06×10 = 0,6 человеко-часа,

где: Нт.р.дв, Нт.р.тр, Нт.р.вып и Нт.р.пр – нормы трудоемкости текущего ремонта для различных типов оборудования (находятся по тем же таблицам, что и для капитального ремонта).

Для пускорегулирующей аппаратуры годовая трудоемкость капитального (текущего) ремонта принимается равной 25% от трудоемкости капитального (текущего) ремонта электропривода, которое в свою очередь складывается из трудоемкости ремонта двигателя, трансформатора и преобразователя:

для электропривода переменного тока:

Тп.р.к.р.1 = 0,25×(Тк.р.1дв+Тк.р.тр+Тк.р.пр) =

= 0,25×(2,3+12,94+9,8) = 6,26 человеко-часа,

Тп.р.т.р.1 = 0,25×(Тт.р.1дв+Тт.р.тр+Тт.р.пр) =

= 0,25×(0,62+4,05+1,19) = 1,47 человеко-часа.

для электропривода постоянного тока:

Тп.р.к.р.2 = 0,25×(Тк.р.2дв+Тк.р.тр+Тк.р.вып) =

= 0,25×(5,51+12,94+4,13) = 564 человеко-часа,

Тп.р.т.р.2 = 0,25×(Тт.р.2дв+Тт.р.тр+Тт.р.вып) =

= 0,25×(1,47+4,05+0,6) = 1,53 человеко-часа.

Трудоемкость технического обслуживания оборудования принимается равной 10% от нормы трудоемкости текущего ремонта оборудования без учета поправочных коэффициентов. Таким образом, годовую трудоемкость обслуживания оборудования можно определить по формулам:

для электропривода переменного тока

Тт.о.1пр = 1.2×12×Нт.р.пр = 0.1×12×15 = 18, человеко-часов,

Тт.о.тр = 0,1×12×Нт.р.тр = 0,1×12×17 = 20,4 человеко-часа,

Тт.о.пр = 0,1×12×Нт.р.пр = 0,1×12×10 = 12 человеко-часа;

для электропривода постоянного тока:

Тт.о.2дв = 0,1×12×Нт.р.дв = 0,1×12×7 = 8,4 человеко-часа,

Тт.о.тр = 0,1×12×Нт.р.тр = 0,1×12×17 = 20,4 человеко-часа,

Тт.о.вып = 0,1×12×Нт.р.вып = 0,1×12×10 = 12 человеко-часа.

Трудоемкость технического обслуживания электропривода за год:

для электропривода переменного тока:

Тп.р.т.о.1 = 0,1(Тт.о.1дв+Тт.о.тр+Тт.о.пр) = 0,1×(8,4+20,4+18) = 4,68 человеко-часов.

для электропривода постоянного тока:

Тп.р.т.о.2 = 0,1(Тт.о.2дв+Тт.о.тр+Тт.о.вып) = 0,1×(8,4+20,4+12) = 4,08, человеко-часов;

Для удобства сравнения выполненный расчет трудоемкости ремонта и технического обслуживания для обоих вариантов сведен в таблицу.

Таблица 13.3

Результаты расчетов трудоемкости ремонта и технического обслуживания оборудования рассматриваемых вариантов.

По известной годовой трудоемкости эксплуатации оборудования, учитывая тарифную ставку ремонтного рабочего, а также соответствующие налоги можно определить затраты на заработную плату ремонтных рабочих за год:

для первого варианта:

Сз.п.1 = Ста×Снал×Тсум.1 =

= 0,017×(1+0,04+0,05+0,35+0,02)×90,11 = 2,24 млн. бел. руб.

для второго варианта:

Сз.п.2 = Ста×Снал×Тсум.2 =

= 0,017×(1+0,04+0,05+0,35+0,02)×80,72 = 2,01 млн. бел. руб.

где      Стар    -        часовая тарифная ставка ремонтного рабочего, (по IV разряду)

Снал      -        Коэффициент, определяющий затраты на выплату налогов в связи с начислением зарплаты:

4% - Чернобыльский налог,

5% - начисление на содержание детских дошкольных учреждений,

35% - начисление на социальное страхование,

1% - начисление на пенсионных фонд,

25% - начисление на премирование,

10% - начисление на выплату дополнительной зарплаты;

Тсум.1     -   суммарная трудоемкость эксплуатации оборудования электропривода переменного тока;

Тсум.2     -   суммарная трудоемкость эксплуатации оборудования электропривода постоянного тока.

Стоимость материалов для ремонта и обслуживания оборудования принимается равной 100% от основной заработной платы ремонтных рабочих без учета затрат на выплату налогов:

для первого варианта

Смат.1 = Стар×Тсум.1 = 17 ×90,11 = 1,53 млн. бел. руб.,

для второго варианта

Смат.2 = Стар×Тсум.2 = 17×80,72 = 1,37 млн. бел. руб.

Общецеховые расходы принимаются равными 100% от основной заработной платы без учета налогов, т.е. в данном случае они равны стоимости материалов для ремонта и обслуживания оборудования:

Сц.1 = Смат.1 = 1,53 млн. бел. руб.;

Сц.2 = Смат.2 = 1,37 млн. бел. руб.

Общезаводские расходы принимаются равными 50% от основной заработной платы без учета налогов, т.е. в данном случае составляет половину общецеховых расходов:

Сз.1 = 0,5×Сц.1 = 0,5×1,532 = 0,76 млн. бел. руб.;

Сз.2 = 0,5×Сц.2 = 0,5×1,373 = 0,68 млн. бел. руб.

Таким образом, найдены все величины, необходимые для расчета годовых затрат по эксплуатации электрической части установки:

Сэкс.эл.1= Сз.п.1+ Смат.1+ Сц.1+ Сз.1=

= 2,24 + 1,53 + 1,53 + 0,76 = 6,07 млн. бел. руб.

Сэкс.эл.2= Сз.п.2 + Смат.2 + Сц.2 + Сз.2 =

= 2,01 + 1,37 + 1,37+ 0,68 = 5,44 млн. бел. руб.

Для определения годовых эксплуатационных расходов для обоих вариантов:

Сэкс1 = Сз1+ Са1 + Сэк1 = 0,76 + 65,31 + 387,1 = 458,4 млн. бел. руб.

Сэкс2 = Сз2 + Са2 + Сэк2 = 0,68 + 65,07 + 408,9 = 474,6 млн. бел. руб.

Приведенные затраты по сравниваемым вариантам определяется из выражения:

З=Ек.К+Сэкс,

где: Е = 0,15 – коэффициент, принимаемый по рекомендации ЮНИДО для развивающихся стран;

К – капиталовложения, млн. бел. руб.

З1 = Е.К1+Сэкс.1 = 0,15.868,5 + 458,4 = 588,7 млн. бел. руб.

З2 = Е.К2+Сэкс.2 = 0,15.865 + 479,5 = 609,3 млн. бел. руб.

13.4 Анализ полученных технико-экономических показателей

Полученные технико-экономические показатели сравниваемых систем приведены в табл. 13.4. Анализ и сопоставление капиталовложений, эксплуатационных затрат и затрат на электроэнергию показывает, что недостатком электропривода постоянного тока является высокая стоимость и ремонтная сложность электродвигателя, в то время как асинхронные двигатели являются наиболее простыми и дешевыми.

Поскольку разница приведенных затрат по расчетным вариантам составляет менее 5%, то варианты являются фактически равноценными, поэтому принимаем вариант с использованием привода переменного тока. При приблизительно равной стоимости привод переменного тока обладает наиболее лучшими технико-экономическими показателями. Произведенные расчеты показывают, что при использовании привода переменного тока экономится 20 миллионов 550 тысяч рублей.

Таблица. 13.4

Технико-экономические показатели сравниваемых систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте была произведена модернизация привода пода хлебопекарной печи А2–ХПЯ–25. Механическое регулирование продолжительности выпечки было заменено на электрическое по системе электропривода ПЧ – АД. Такая замена увеличит надежность и долговечность элементов кинематической цепи привода конвейера, уменьшит расходы на обслуживание оборудования и облегчит его обслуживание.

Также была произведена комплексная автоматизация хлебопекарной печи с помощью программируемого контроллера. Новая схема автоматизации, по сравнению со старой, обеспечивает коррекцию продолжительности выпечки по температуре во второй зоне пекарной камеры. Применение такой семы улучшит качество выпекаемой и уменьшит количество бракованной продукции. Применение программируемого контроллера увеличивает возможности контроля и регулирования параметров технологического процесса и увеличивает надежность схемы автоматизации.

В ходе работы над дипломным проектом были построены статические и динамические характеристики новой системы электропривода, рассчитаны технико-экономические показатели, рассмотрены вопросы техники безопасности и охраны труда.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Маклюков И. И., Шумаев Ф. Г. Промышленные печи хлебопекарного производства. – М.: Пищевая промышленность, 1971. – 392 с.

2.  Печь хлебопекарная с электрообогревом марки А2 – ХПЯ – 25. Паспорт А2 – ХПЯ – 25. ПС.

3.  Ключев В. И., Терехов В. М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980. – 360 с.

4.  Соколов М. М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов: учебник для вузов. – М.: Энергия, 1976. – 480 с.

5.  Зенков Р. Л., Ивашков И. И. Машины непрерывного транспорта: учебник для вузов, – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. – 432 с.

6.  Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие для техникумов. – М.: Высш. шк., 1991. – 432 с.

7.  Ключев В. И. Теория электропривода: учебник для вузов. – М.: Энергоатом издат, 1985. – 560 с.

8.  Сандлер А. С., Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. – М.: Энергия, 1974.

9.  Электротехника. Реферативный журнал. №2 – №12 1997 год.

10. Михелев А. А. Справочник по хлебопекарному производству. – М.: Пищевая промышленность, 1987. – 352 с.

11. Копылов И. П. Справочник по электрическим машинам. Т1. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.

12. Преобразователи частоты серии VLT5000. Технические данные. 1997. – 60с.

13. Преобразователи частоты серии VLT5000. Руководство по эксплуатации. 1998. – 260 с.

14. Энергосбережение. Реферативный журнал. №5 1997 год.

15. Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. Елисеева В.А. и Шинянского А. В. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 616 с.

16. Power solutions. Product digest 48 SFC – 96. INTERNACIONAL RECTIFIER, USA, 1996.

17. Акимов И. И., Ващуков Е. П., Прохоренко В. А. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, коммутирующие устройства. РЭА Справочник – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.

18. BTLITEV V. Mendo por frecuencia de las maginas electricas de corriente alterna. – Camaguey.: LUIS SANTANA ROSA. 1983. – 136 с.

19. Корлин Е. Б. Автоматизация технологических процессов пищевых производств. – М.: Пищевая промышленность, 1977. – 430 с.

20. Программируемый контроллер SIMATIC S5. Руководство по программированию.

21. Минеев Р. В., Михеев А. П., Рыжнев Ю. Л. Повышение эффективности электроснабжения электропечей. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 208 с.

22. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник/Белорусов Н. И. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 536 с.

23. Кручинин А. М., Махмудов К. М. Автоматическое управление электротермическими установками: учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 416 с.