6. Контроль параметров процесса и автоматизация производства

Цель и задачи занятия

Цель занятия — освоить методику составления схемы автоматизации выбранного технологического процесса производства изделия из КМ. Задачи занятия:

1. Осуществить выбор основных параметров техпроцесса, оказываю­щих влияние на качество получаемых изделий.

1. Выбрать методы контроля и контрольно-измерительные приборы.

2. Составить функциональную схему автоматизации процесса.

3. Увязать схему автоматизации с технологической схемой и описать ее.

Теоретическая часть

Большое многообразие технологических параметров, подлежащих из­мерению, контролю или регулированию, различные условия эксплуатации, а также широкая специфика свойств контролируемых продуктов требуют де­сятки тысяч типов и моделей измерительных устройств. Все устройства по назначению подразделяют на четыре основные группы:

1. Для получения нормированной информации о состоянии процесса (первичные измерительные преобразователи, нормирующие устройства).

2. Для приема, преобразования и передачи информации по каналам связи.

3. Для преобразования, хранения и обработки информации и формиро­вания команд управления (усилители, функциональные и операционные пре­образователи, оптические устройства, устройства памяти, регистрации, задатчики, управляющие вычислительные устройства и комплексы).

4. Для использования командной информации с целью воздействия на процесс или представления ее оператору (исполнительные механизмы и уст­ройства, показывающие, самопишущие, печатающие приборы и т.п.).

Кроме того, в систему приборов и средств автоматизации включают устройства локального действия, объединяющие ряд или все упомянутые функции в одном изделии.

Для обеспечения совместной работы устройств в системах контроля, регулирования и управления, унифицируют виды носителей нормированной информации, метрологические характеристики, группы условий эксплуата­ции, конструктивное исполнение и общие технические условия, в том числе структурный состав, совокупность нормируемых параметров, надежность и ресурс, источники питания, комплектность и методы испытаний.

Технические средства получения, хранения, обработки и регистрации измерительной информации входят в состав различных агрегативных ком­плексов.

По роду энергии, используемой для передачи информации и команд управления, предусматриваются три ветви устройств систем приборов: элек­трическая, пневматическая и гидравлическая. Наиболее эффективно комби­нированное применение ветвей или их отдельных элементов.

Наиболее универсальной является электрическая ветвь, приборы и уст­ройства которой обладают высокой чувствительностью, точностью, быстро­действием, обеспечивают дальность связей, большую емкость каналов пере­дачи информации и т.п.

Пневматическая ветвь характеризуется безопасностью в легковоспла­меняющихся и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых ус­ловиях работы и в агрессивных средах.

Гидравлические приборы обеспечивают точные перемещения испол­нительных механизмов при больших усилиях и т.д.

Преобразование формы и рода энергии сигналов, несущих информа­цию, осуществляется переходными преобразователями, обеспечивающими взаимосвязь и взаимозаменяемость, всех устройств систем приборов.

В общем случае процесс измерения — это ряд последовательных пре­образований измеряемой величины, проводимых до тех пор, пока результат измерения не будет приведен к требуемому виду. Измерение представляет собой сравнение измеряемой величины со шкалой возможных значений этой величины, а результат измерения состоит в выборе одного интервала из все­го множества интервалов шкалы.

Собственно измерение — это прием и преобразование информации об измеряемой величине с целью получения количественного результата ее сравнения с прй^рггой шкалой или единицей измерения в форме, наиболее удобной для дальнейшего использования человеком или машиной.

Под единицами измерения понимают конкретные значения физических величин, принятые за основание при количественной оценке величины того же рода.

Единицы измерения, выбранные произвольно, вне зависимости от единиц других физических величин, называют независимыми.

Производными единицами измерения называют единицы измерения, вы­раженные через ограниченное число независимых и представленные в виде за­кономерных качественных или количественных связей, описываемых матема­тическими формулами.

Система единиц измерения — это совокупность единиц для одного или нескольких разделов физики.

Выбор вида и размера единиц осуществляют с учетом ряда требований:

• обеспечение единообразия измерений и общности получаемых резуль­татов;

• минимальное число независимых единиц, через которые могли бы вы­ражаться все производные. Наиболее удобными являются системы, в которых независимые единицы выбраны так, что производные получаются из опреде­ляющих уравнений с числовыми коэффициентами, равными единице;

• рациональный выбор единицы измерения, удобной для практического использования.

Для практического применения при решении различных задач во всех об­ластях науки, техники и народного хозяйства используют единую Международ­ную систему единиц (СИ).

В состав измерительной аппаратуры входят меры, измерительные прибо­ры и вспомогательные устройства. По назначению они бывают образцовыми и рабочими.

Образцовые приборы служат для воспроизведения и хранения единиц измерения, а также для градуировки и поверки рабочих измерительных уст­ройств.

Рабочие приборы предназначены для прямого или косвенного сравнения измеряемых величин с соответствующими единицами измерения и разделяются на две группы — лабораторные и технические.

Лабораторные приборы характеризуются установленной точностью, а в результат измерения вносят поправки в соответствии с паспортными данными и учитывают влияние внешних факторов.

Для технических приборов точность принимается заранее заданной и в результат измерения не требуется вносить какие-либо поправки.

Измерительными преобразователями называют средства измерения, с помощью которых формируются сигналы измерительной информации, удоб­ные для передачи, обработки и хранения.

Под измерительными приборами понимают средства измерения, предна­значенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, дос­тупной для непосредственного восприятия наблюдателей. Измерительные приборы прямого действия преобразуют сигнал изме­рительной информации один или несколько раз только в одном направлении. Применение обратных связей характерно для измерительных приборов срав­нения, построенных по методу уравновешивающего преобразования. В таких приборах происходит обратное преобразование выходной величины в вели­чину, однородную с входной величиной, и их взаимное уравновешивание с определенной степенью точности.

По способу выдачи результатов измерения измерительные приборы могут быть показывающими и регистрирующими.

Показывающие приборы допускают только визуальное отсчитывание показаний, регистрирующие осуществляют регистрацию измеряемой величины. Регистрирующие приборы, фиксирующие измерения в виде графиков или ряда символов на непрерывно движущейся ленте, диаграмме, называют самопишущими.

Измерительные устройства с приспособлениями для сигнализации оп­ределенных значений измеряемой величины или для ее автоматического ре­гулирования называют соответственно сигнализирующими или регулирую­щими.

Метрологические характеристики измерительных устройств служат основными критериями их качества. Как правило, для выработки сигналов измерительной информации в удобной форме используют измерительные системы, представляющие собой совокупность средств измерения (измери­тельные приборы, преобразователи и др.) и вспомогательных устройств, со­единенных между собой каналами связи.

Метод измерения — это совокупность отдельных преобразований ин­формации о значении измеряемой величины, обеспечивающая получение ре­зультата измерения в заданной форме. Различают прямые, косвенные и сово­купные измерения.

Результат прямого измерения получают непосредственно из опытных данных. К косвенным измерениям относят те, результат которых получают на основании прямых измерений нескольких величин, связанных с искомой величиной определенным уравнением.

Совокупные измерения состоят из ряда прямых и косвенных измере­ний одной или нескольких однородных величин. В ходе измерения инфор­мацию представляют в виде произвольных или нормированных сигналов аналоговой или дискретной формы. В системе измерения первый из числа измерительных преобразователей называют первичными или приемными (рис. 11), который может быть объединен с нормирующими преобразовате­лем, обеспечивающим представление измерительных сигналов в унифициро­ванной форме.

Устройства, предназначенные для дистанционной передачи сигналов или их масштабного изменения, называют соответственно передающими и масштабными преобразователями.

Различают:

— пневматические преобразователи с силовой компенсацией (рис.12 а);

• электросиловые преобразователи (рис. 12 6);

• электропневматические преобразователи (рис. 12 в);

• частотные унифицированные преобразователи (рис. 12 г);

• дифференциально-трансформаторные преобразователи (рис. 13);

• ферродинамические преобразователи (рис. 14).

\

1 — первичный измерительный преобразователь; 2 — заслонка: 3 — сопло;

4 — пневматический усилитель; 5 — линия передачи сигнала;

6 — сильфон обратной связи; 7 — передвижная опора; 8 — пружина; 9 — сердечник; 10 — ярмо; 11 — электронный усилитель; 12 — катушка: 13 — постоянный магнит; 14 — струна

Рис. 14. Устройство (а) и характеристика (б) ферродинамического преобразователя.

В соответствии с назначением и условиями эксплуатации автоматиче­ские измерительные приборы обеспечивают:

• контроль и регулирование технологических параметров с высокой точностью измерения и записи;

• мнемонический контроль и сигнализацию в системе щитов и пуль­тов управления (с невысокой степенью точности измерения и записи пере­менных). Мнемосхема — схема изображения основных технологических связей внутри и между цехами;

• измерение и контроль параметров при научных исследованиях (для обеспечения быстродействия и высокой точности измерения). Рис. 12. Нормирующие преобразователи с унифицированными выходными сигналами

Установленные для автоматических приборов классы точности 0.25; 0.5; 1.0 и 1.5 соответствуют основной допустимой погрешности измерения (показаний) ±0,25; ±0,5; ±1,0; и ±1,5%. Погрешность записи при этом не пре­вышает удвоенного значения основной погрешности.

В зависимости от числа измеряемых параметров и условий эксплуата­ции различают одно- и многоканальные автоматические приборы, в нор­мальном и искробезопасном, а также в тропическом исполнении.

Для расширения возможностей использования в автоматические при­боры встраиваются автоматические регуляторы, устройства сигнализации и вторичные преобразователи. В основу построения автоматических приборов положен агрегатно-блочно-модульный принцип. Он обеспечивает получение рода модулей и модификаций, выполняющих функции измерения, записи и регулирования многих величин с использованием различных входных и вы­ходных устройств.

Различают автоматические электронные потенциометры, электронные мосты, компенсаторы и др.

Состояние объектов химической технологии характеризуется текущи­ми значениями температуры, давления, уровня рабочих сред в аппаратах, расхода продуктов, химическим составом и физическим состоянием веществ на различных стадиях производства.

Обоснование выбора элемента системы автоматизации производят на основании анализа внешних (режимных) и внутренних (качественных и мет­рологических) факторов, особенностей объекта управления и условий его эксплуатации, требований к качеству управления, контроля и т.д.

Наиболее часто в технологических процессах контролируют и регули­руют температуру, давление, уровни жидкостей и сыпучих материалов, рас­ход веществ и т.п.

Для измерения температуры используют две основные группы прибо­ров и методов — контактные и бесконтактные. Наибольшее применение для измерения температуры получили следующие приборы:

• термометры расширения;

• манометрические термометры;

• электрические термометры сопротивления;

• термоэлектрические термометры;

• пирометры излучения;

По роду измеряемой величины приборы давления подразделяют на: барометры — для измерения атмосферного давления; манометры — для избыточного давления; вакуумметры — для разрежения;

мановакуумметры (тягонапорометры) — для избыточного давления и разряжения,

дифференциальные манометры — для разности (перепада) давлений.

По принципу действия (измерения) приборы давления бывают: пру­жинные, мембранные, манометры сопротивления, пьезоэлектрические, ра­диоизотопные, ионизационные и др.

Для измерения уровня жидких веществ в промышленности используют поплавковые уровнемеры, гидростатические, электрические (емкостные), ультразвуковые и радиоактивные приборы.

Уровень сыпучих и кусковых материалов измеряют при помощи элек­трических устройств и различных механических уровнемеров с тормозящей­ся крыльчаткой, с вибрирующим поплавком и др.

Задачи измерения расхода возникают при необходимости учета жид­костей, газов, паров и сыпучих материалов в процессе их перемещения. Для измерения сыпучих материалов наиболее часто используют дозаторы (объемные, весо­вые). Учет жидкостей и газов, транспортируемых по трубопроводам, осуще­ствляют расходомерами и счетчиками.

Под расходом вещества понимают его количество, прошедшее через сечение канала в единицу времени.

В промышленности применяют расходомеры переменного перепада давления, обтекания, электромагнитные, крыльчато-тахометрические и теп­ловые.

Устройство и принцип действия рассмотренных приборов подробно описаны в литературе.

Элементы и системы автоматических устройств

Все автоматические системы состоят из сравнительно ограниченной номенклатуры элементов. Одной из важнейших характеристик систем и эле­ментов автоматики является их надежность.

В электрических системах автоматики используют усилители и реле, распределители (обеспечивают направление сигнала по заданному каналу), системы управления, исполнительные механизмы, стабилизаторы и преобра­зователи.

Для передачи информации и команд на расстояние используют систе­мы дистанционного измерения и управления, к которым относят потенциометрическую следящую систему, дифференциально-трансформаторную и ферродинамические системы, сельсинную дистанционную передачу, систе­мы телеизмерения.

Элементы пневматических и гидравлических систем управления

Основными элементами пневмо- и гидросистем автоматического регу­лирования и' управления являются измерительные устройства, управляющие элементы, усилители, исполнительные механизмы и регулирующие органы, а также стабилизирующие и вспомогательные элементы. Пневматические системы взрыво- и пожаробезопасны, морозоустойчи­вы, просты в обслуживании и эксплуатации, достаточно надежны, рабочая среда — сжатый воздух, очищенный от влаги, масла и твердых примесей, рабочее давление — 120 кПа (1,2 кг с/см²).

Гидропривод систем управления характеризуется высокой надежно­стью и безотказностью в работе, широким диапазоном регулирования скоро­сти, минимальным запаздыванием, большим быстродействием, высоким КПД, высокой экономичностью и удобством в эксплуатации.

Основными звеньями гидропривода являются золотники, струйные трубки, устройства типа сопло-заслонка, клапаны, дроссели, исполнительные механизмы и вспомогательные устройства.

Автоматическое регулирование технологических процессов

Технологический процесс производства продукции протекает в ком­плексе производственного оборудования: машин для транспортировки, агре­гатов для физического и химического превращения веществ и изменения их свойств, связанных в единую технологическую цепочку материальными и энергетическими потоками.

В зависимости от принципа регулирования функционального назначе­ния и используемого в контуре регулирования энергии все системы регули­рования можно разделить на ряд классов.

По принципу регулирования различают: автоматические системы ре­гулирования (АСР), работающие по отклонению регулируемой величины; АСР, работающие по возмущению и комбинированные АСР, сочетающие оба принципа.

По функциональному признаку АСР подразделяют на стабилизирую­щие, программные и следящие (непрямого и прямого действия).

В зависимости от вида используемой энергии АСР подразделяются на пневматические, электрические, гидравлические и комбинированные.

В зависимости от характера перемещения регулирующего органа АСР могут быть непрерывного и дискретного действия — импульсные и релей­ные АСР.

В АСР под действием возмущений и регулятора регулируемые пере­менные изменяются во времени по определенному закону. Различают устой­чивые, неустойчивые и АСР, находящиеся на границе устойчивости.

Устойчивой называют систему регулирования, которая возвращается к заданному состоянию равновесия с точностью статической погрешности.

К неустойчивой АСР относят системы, которые не могут вернуться к состоянию равновесия и с течением времени удаляется от него все дальше.

Системы регулирования, совершающие незатухающие периодические колебания (после воздействия возмущения) относительно состояния равно­весия, относят к АСР, находящиеся на границе устойчивости.

Устойчивость является необходимым условием работоспособности АСР, но с точки зрения качества регулирования — недостаточным.

К прямым показателям качества регулирования относят:

• время регулирования достижения заданного значения;

• динамическую ошибку, максимальное отклонение регулируемой ве­личины в переходном процессе;

• статическую ошибку, остаточное отклонение регулируемой величи­ны после окончания переходного процесса.

В качестве косвенных показателей используют: .

— степень затухания, интегральная оценка, квадратичная интегральная оценка и др.

Задачей промышленных АСР является поддержание оптимального технологического режима в объекте управления. Возмущающие воздействия в промышленных АСР — изменение режимов работы аппаратов, изменение характеристик материальных и энергетических потоков и т.д. Объектом ре­гулирования могут быть технологический процесс или аппарат, часть аппа­рата или совокупность аппаратов и т.д.

Кроме АСР, в промышленности используют и автоматизированные системы управления (АСУ), представляющие собой совокупность техниче­ских средств и алгоритмов сбора, обработки и представления информации, которая обеспечивает управления предприятием или отдельными процесса­ми.

Многофункциональность АСУ определяется:

• наличием отдельных подсистем;

• большим количеством связей между подсистемами;

• централизацией управления отдельными объектами;

• использованием одних и тех же технологических средств для вы­полнения различных функций.

В зависимости от объекта управления различают системы управления технологическими процессами (АСУТП) и управления предприятием (АСУП).

Автоматизированные системы управления, в отличие от автоматиче­ских систем, являются человеко-машинными, т.е. функции управления де­лятся между человеком и техническими средствами. В АСУ применяют про­граммно-управляемые вычислительные машины. Структурно-алгоритмиче­ская часть АСУ отражает функции системы и находит свое воплощение в программном обеспечении АСУ. Материальная часть в виде соответствую­щих технических средств (в основном, в виде ЭВМ, УВМ) служит для реали­зации функций АСУ.

Основные функции АСУ заключаются в обработке информации с це­лью выработки-близких к оптимальным воздействий.

В АСУТП взаимосвязь подсистем может быть выражена рамками от­дельных uexoeV» распространяется только на два уровня иерархии управле­ния:

— на верхнем — решается задача статической оптимизации техноло­ гических режимов, а на нижнем — задачи стабилизации выходных перемен­ ных.

В зависимости от выбранного технологического процесса алгоритмами АСУ могут быть:

• управление процессами приготовления сырья;

• контроль работы основного технологического оборудования:

• автоматический сбор информации о протекании технологического процесса;

• расчет технико-экономических показателей процесса;

• автоматическое управление режимами;

• поддержание оптимального уровня заданных показателей;

• оптимальное распределение нагрузок между параллельно работаю­щими аппаратами;

• поиск «узкого места»;

• определение резервов производства;

• расчет материального баланса;

• распределение энергетических потоков;

• анализ предаварийных ситуаций;

• оптимизация технологического процесса и ряд других.

В соответствии с выбранными для рассматриваемого технологического процесса алгоритмами осуществляют выбор структурной схемы реализации системы, например, (см рис. 15) и ее аппаратурное оформление.

Интегрированная АСУ производством изделий из композиционных материалов

Анализ производства изделий из КМ как объекта автоматизации по­зволяет выделить ряд особенностей, существенно влияющих на методологию разработки АСУ. К ним относят: многокомпонентность, частая смена рецеп­туры и номенклатуры изделий (вследствие появления новых материалов матрицы и наполнителей), мелкосерийность, высокая себестоимость готовой продукции, дискретно-непрерывный характер большинства технологических процессов.

Интегрированная АСУ производством изделий из КМ позволяет ре­шать с помощью оператора задачи автоматизации научных исследований свойств материалов и качества готовой продукции, проектирования изделий и режимов их изготовления, управления технологическими процессами. Та­кая интегрированная АСУ (ИАСУ) состоит из трех подсистем с общей ин­формационной базой с совместимыми техническими и программными сред­ствами.

Подсистема САПР служит для автоматизированного принятия реше­ния по выбору компонентов, геометрических показателей изделия, парамет­ров и программ их изменения.

В роли критериев качества проектируемых изделий выступают несу­щая способность, предельная адгезионная прочность, максимальный уровень напряжений, продолжительность изготовления и т.п. За управления прини­мают физико-химические свойства компонентов, геометрические параметры конструкции и некоторые координаты технологического режима изготовле­ния изделий.

Затем в диалоговом режиме производят выбор компонентов, «сборку» изделия и технологического режима изготовления (с учетом требований ТЗ на изделие).

Подсистема АСУ ТП производства изделия из КМ выполняет функ­ции:

• сбор и регистрацию данных о технологических процессах;

• регулирование выходных координат объектов автоматизации:

• реализацию управляющих воздействий;

• оперативную проверку адекватности и адаптации выбранных моде­лей, используемых в задачах оперативного управления.

На этом этапе получают информацию об основных проектных харак­теристиках изделия, заданные фактические режимы изготовления, а также данные о свойствах собственно КМ и изделия из него.

Подсистема АСНИ выполняет построение оптимальных планов прове­дения лабораторных исследований по изучению свойств материалов, обра­ботку результатов экспериментов, оценку качества изделия.

В производстве изделий из КМ находят применение АСУ, формируе­мые из рассмотренных выше подсистем в том или ином сочетании.

Широкое применение интегрированных АСУ позволит решать в крат­чайшие сроки задачи создания с минимальными затратами технологий по производству изделий с заданными характеристиками.

На первом этапе проводят экспериментальные и научные исследования в лабораторных условиях для построения математических моделей физико-химических процессов при формировании КМ. Эти модели лежат в основе процедур проектирования, составляющих второй этап производства изделий из КМ.

При удовлетворении критериев качества проектных решений условиям работоспособности переходят к этапу собственно получения изделий, т.е. к реализации проекта. При необходимости — выполняют корректировку.

На четвертом этапе полученное изделие подвергают контролю качест­ва с помощью разрушающих и неразрушающих методов.

По результатам испытаний принимают решение о необходимости формирования проектно-технологической документации на производство данного вида изделий.

Практическая часть

Решение задач сводится к выбору приборов, преобразователей и со­ставлению функциональной схемы автоматизации всего технологического процесса.

В зависимости от выбранных параметров, являющихся определяющи­ми в обеспечении нормального проведения технологического процесса, про­изводят выбор соответствующих приборов, исполнительных механизмов, преобразователей и размещение их по месту.

Затем составляют общую функциональную схему автоматизации, спе­цификацию используемых приборов, составляют описание схемы.

По завершении составления схемы автоматизации производят увязку выбранных приборов, предназначенных для регистрации, регулирования или управления, с основной технологической схемой технологического процесса производства изделий (или их составных частей) из ВКМ.

В текстовой части пояснительной записки приводят аргументирован­ное обоснование разработанной технологической схемы процесса.

Описание схемы автоматизации и выполнение графической части по данному практическому занятию производят в соответствии с ГОСТ.

Как и на предыдущих занятиях, результаты выполненной работы должны быть защищены разработчиками на практическом занятии.

Контрольные вопросы

1. Цель и задачи занятия.

1. Классификация измерительных устройств по назначению и роду ис­пользуемой энергии.

2. Процесс измерения и система единиц измерения.

3. Образцовые, рабочие и измерительные приборы.

5. Приборы для измерения температуры, давления, уровня и расхода.

6. Элементы и системы автоматических устройств.

7. Автоматические системы управления и регулирования.

8. Автоматические системы управления технологическими процесса­ми.

9. Структура и алгоритмы АСУ ТП.

10. Технологическая схема технологического процесса.

11. Элементы интегрированной АСУ.

7. СПРОЕКТИРОВАТЬ (РЕКОНСТРУИРОВАТЬ)

ПРЕДПРИЯТИЕ (ЦЕХ, УЧАСТОК) ПО ПРОИЗВОДСТВУ

ЗАДАННОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ КМ

Цель и задачи занятия

Цель занятия — освоить методику проектирования промышленного предприятия по производству конкретного изделия из КМ.

Задачи занятия:

1. Составление задания на проектирование промышленного предприятия.

2. Обосновать выбор района строительства.

3. Составить генеральный план промышленного предприятия.

4. Рационально разместить здания и сооружения.

5. Оформить монтажно-строительную и санитарно-технические части проекта.

Введение

Проектирование промышленного предприятия имеет свои особенно­сти. При этом решается целый комплекс задач: выбор технологии производ­ства и его аппаратурное оформление, автоматизация и электротехническое обеспечение, строительная и сантехническая части, генплан, транспорт и межцеховые коммуникации, сметная и технико-экономическая документа­ции и др.

Проекты, предназначенные для конкретных условий строительства в определенном географическом районе, называют индивидуальным. Проекты, используемые многократно, называют типовыми. Их разрабатывают по спе­циальным заданиям, в которых оговаривают условия, на которые эти проек­ты рассчитаны.

Технический проект промышленного предприятия, кроме объектов, стоящихся в целом по типовым проектам, состоит из следующих частей:

• общая пояснительная записка;

• технико-экономическая часть;

• генеральный план и транспорт;

технологическая часть;

• организация труда и система управления производством;

• строительная часть;

• организация строительства;

• сметная часть;

• жилищно-гражданское строительство.

Основанием для начала работы над проектом является согласованное и утвержденное в установленном порядке (согласно нормативного документа СНиП 1.11.101-95) задание на проектирование. Задание на проектирование включает следующие основные части (положения):

1. Основные исходные данные (заказчики-инвесторы).

2. Местоположение здания, сооружения, предприятия.

3. Цель и источники инвестирования, объемы финансовых средств.

4. Номенклатура продукции, объем оказываемых услуг.

5. Требования к технологии, производству, основному оборудованию.

6. Требования к архитектурно-планировочным и конструкторским ре­шениям.

7. Требования к охране окружающей среды.

8. Особые условия строительства.

9. Основные технико-экономические характеристики и показатели объекта.

Краткая характеристика пунктов (содержания) задания на проектиро­вание промышленного предприятия:

1. Основные заказчики инвесторы. Это вводная часть для составления задания на проектирование. В этой части заказчик определяет и указывает мощность объекта, объемы производства, экономический, социальный и коммерческий эффекты, технико-экономическую оценку и общую характе­ристику объекта инвестирования.

2. Местоположение предприятия. В этой части приводят характеристи­ку района и площадки строительства, включая краткие климатические, гео­логические и гидрогеологические данные.

Приводят данные о наличии источников сырья, энергоснабжения, тру­довых ресурсов, крупных промышленных предприятий и возможность коо­перирования, оценку современного состояния производства, наличие потен­циальных потребителей намеченных к выпуску продукций. Приводят меро­приятия по охране окружающей среды и приведение земельного участка для использования.

3. В этой части задания на проектирование промышленного предпри­ ятия указывают, на основании анализа эффективности, экономии сырьевых и энергоресурсов, цель и источники инвестирования для строительства зданий и сооружений, приобретения передовых технологий, оборудования для про­изводства целевой продукции и переработки отходов производства.

Указывают объемы финансирования.

В цели, кроме основной, могут быть указаны и Перспективные, т.е. ис­пользование созданного предприятия для выпуска любой иной продукции и т.д. Определяют структуру и состав предприятия.

4. Номенклатура продукции, объем оказываемых услуг, т.е. определя­ют какой вид и в каком объеме будет выпускаться на предприятии. Указы­вают годовую потребность предприятия в сырье, материалах, топливе, энер­гии, полуфабрикатах, воде и т.д. Приводят анализ возможных источников и условий получения сырья, возможных партнеров по кооперации; требования к сырью (качество), расчеты ежегодных расходов на обеспечение предпри­ятия сырьевыми ресурсами. Кроме, этого могут быть указаны дополнительно виды и объемы оказываемых услуг (ремонт, наладка, транспортные и т.д., включая консультации, обучение, переподготовку кадров).

5. Проектировщики проводят сравнение возможных вариантов техно­логических процессов и на основании анализа выбирают технологическую схему, удовлетворяющую комплексу требований. Производство должно быть:

• передовое;

• экономичное;

• продукция высокого качества, конкурентоспособная на рынке и т.д.

Требования к оборудованию подробно изложены в разделе 4.

Приводят также варианты размещения оборудования согласно техно­логической схеме и в соответствии с основными принципами размещения оборудования на промышленных предприятиях.

6. Требования к архитектурно-планировочным и конструкторским ре­ шениям.

В этом разделе приводят обоснование архитектурно-планировочных и строительных решений зданий, сооружений и предприятия в целом, сведения по общеплощадочной унификации и числе типоразмеров конструкции и изде­лий, технологические требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям, воздействию агрессивных сред на строительные конструкции, тре­бования к освещенности помещений, краткое описание решений по бытовому обслуживанию работающих, общий воздухообмен, мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности, снижению производственных шумов и вибра­ции, основные решения по водоснабжению, канализации, отоплению, конди­ционированию воздуха, энергоснабжения, потребности в строительной продук­ции и т.д. Приводят принципиальную схему генерального плана.

7. Указывают мероприятия по охране окружающей среды:

• называют виды и количество всех промышленных отходов, выбро­сов, методы по утилизации и использованию;

• мероприятия по обеспечению санитарно-гигиенических требований и др.

Все мероприятия выполняют на основании закона об охране окру­жающей среды.

8. Особые условия строительства — указывают сроки и очередность ввода в действие объектов строительства, характеризуют условия труда, допустимость к работе женщин, приводят общую потребность в трудовых ресурсах, в том числе — расписывают по категориям работников.

9. Основные технико-экономические характеристики и показатели объекта. Дают оценку, которая должна учитывать себестоимость строительства (по анало­гам), проводят уточнения возможных источников и условий финансирования, определение себестоимости основных видов продукции, основные виды затрат и технико-экономические показатели по элементам дохода и издержек производст­ва, определяют прогнозы, изменения показателей производственной деятельно­сти, оценку риска инвестиций.

Оценку эффективности инвестиционных проектов проводят по методиче­ским рекомендациям Госстроя, Минэкономики, Минфина РФ. Все результаты расчетов представляют в виде таблиц и выводов.

Рекомендации включают программу и план-график осуществления инве­стиционного проекта.

В задании (пояснительной записке) должны быть приведены основные технологические расчеты, полный материальный баланс получения готовой про­дукции и переработки отходов, принципиальные технологические схемы процес­са с нанесенными на них обозначениями арматуры, трубо- и продуктопроводов, места установки и принципы действия КИП, датчиков и исполнительных меха­низмов, системы механизации, автоматизации, регулирования и управления тех­нологическим процессом.

К заданию должны быть приложены основные чертежи:

• принципиальная технологическая схема технологического процесса и механизация производства, а также системы автоматизации, регулирования и управления;

• технологическая компоновка по корпусам с размещением на них основ­ного оборудования;

• схемы функциональной и организационной структуры;

• схемы организации связи и сигнализации;

• схема генерального плана предприятия и т.д.

Методы проектирования

В процессе проектирования промышленного предприятия используют, как правило, графический и объемный (модельно-макетный) методы проектирова­ния.

Объемный метод заключается в использовании масштабных моделей зда­ний, сооружений, строительных конструкций и промышленного технологическо­го оборудования. В качестве исходных данных при определении основных раз­меров цеха или сооружения в плане используют габариты оборудования и аппа­ратов, минимально необходимую кратность воздухообмена, условия производст­ва, рабочую площадь обслуживания, ширину цеховых проходов и проездов и т.д.

Объемный метод является выразительным, наглядным и более экономич­ным в сравнении с графическим методом проектирования.

Этапы создания проекта промышленного предприятия

Общие положения по размещению промышленных предприятий

В соответствии с нормами и правилами промышленное предприятие должно располагаться на территории, предусмотренной схемой и проектом планировки или долгосрочным планом развития промышленного района.

Предприятия размещают группами, что создает экономию земли и удобство в организации энерго-, водо- и теплоснабжения, создании единых инженерных сетей, железнодорожных веток, автодорог и т.д.

При размещении промышленных предприятий группами принимают во внимание места расселения трудящихся. Учитывают сейсмичность рай­она, наличие отвалов; содержащих горючие вещества (отделяют санитарно-защитной зоной). Если промышленное предприятие располагают на берегу реки, водоемов, то размещают ниже по течению реки с целью недопущения загрязнения мест водозабора для жилых массивов, предусматривают органи­зацию систем водоочистки. Размещение предприятий допускается в радиусе до 30 км от аэродромов, а при наличии высотных сооружений — до 75 км.

При размещении предприятий учитывают природные особенности строительства:

• температура воздуха (среднемесячная, среднегодовая);

• преимущественное направление ветра («роза ветров»);

• возможные режимы вымерзания грунтов;

• возможность сильных снегоотложений.

В общем случае при выборе участка для размещения промышленного предприятия необходимо учитывать следующее:

1. Наличие поблизости железнодорожной линии и возможность отве­дения от нее ветки, а также возможность подведения дорог для безрельсово­го транспорта.

2. Наличие энергетической базы

3. Наличие источников водоснабжения, канализационных магистралей и мест для спуска сточных вод.

4. Удовлетворительные свойства грунта участка, допускающие нор­мальную нагрузку от зданий и сооружений.

5. Удобный рельеф (профиль) участка и прилегающий местности.

6. Отсутствие возможности затопления участка от разлива рек и под­ступа грунтовых вод.

7. Удовлетворительное санитарно-гигиеническое состояние участка.

8. Достаточная близость от населенной местности.

9. Наличие поблизости промышленных предприятий с целью коопери­рования снабжения электроэнергией, водой, создания канализационных и очистных сооружений, жилых поселков и др.

10. Жилищно-гражданское строительство

Размещение промышленных предприятий не разрешается:

— на площадках залегания полезных ископаемых;

• в опасных зонах отвалов пород;

• в зонах оползней, селевых потоков;

• в зоне охраны источников водоснабжения;

• в зоне санитарно-охранных курортов;

— на землях, занятых лесами, выполняющими санитарно-гигиени­ческие функции;

• на землях, загрязненных радиоактивными и органическими отходами;

• на землях заповедников и в охранных зонах;

• в окрестных зонах памятников истории и культуры.

Планировка и застройка

Планировка должна обеспечить максимальную эффективность исполь­зования земель и создания удобных условий размещения предприятия, эко­номное использование земли.

Генеральный план

Под генеральным планом понимают план расположения на участке всех зданий, сооружений и устройств (складских, транспортных и др.), огра­ждений, зеленых насаждений и пр.

Для составления генерального плана производят подсчет необходимых площадей для отдельных зданий и сооружений на основании планировки требующегося по технологическому процессу оборудования и планировки вспомогательных (вентиляционные, промежуточные склады, лаборатории, ремонтно-механические мастерские и др.) и обслуживающих (администра­тивные, бытовые) помещений.

На генеральном плане здания показывают условно в виде площадей, очерченных соответственно их размерам.

Расположение производственных зданий на территории предприятия производят с учетом поточности производства, господствующих в данной местности направлений ветров, противопожарных, санитарных разрывов и безопасных расстояний, рассчитываемых по «Правилам устройств...» в зави­симости от категории пожаро-, взрывоопасности производства.

При разработке генерального плана необходимо придерживаться сле­дующих положений:

1. Производственные здания и складские помещения должны быть расположены в соответствии с последовательным ходом производственного процесса.

2. Необходимо предусмотреть наименьший пробег сырья, материалов, полуфабрикатов и изделий с целью уменьшения расходов на транспорт.

3. Отдельные небольшие мастерские целесообразно объединять в виде блока мастерских в одном здании.

4. Здания и сооружения необходимо располагать так относительно сторон света, чтобы обеспечить благоприятные условия для их естественно­го освещения и проветривания.

5. Между зданиями и сооружениями в противопожарных целях преду­сматривают устройство зеленых насаждений (преимущественно лиственных деревьев).

6. Необходимо обеспечить рациональное использование площади участ­ка.

7. В зависимости от грузооборота предприятия необходимо преду­смотреть устройство железнодорожной ветки с удобными подходами и без пересечения путей движения рабочих.

8. /Для движения внутрицехового транспорта, проезда пожарных авто­машин, движения пешеходов на территории предприятия устраивают дороги и проезды так, чтобы все здания хотя бы одной стороной примыкали к ка­кой-либо основной дороге.

9. Вдоль всех дорог и проездов на расстоянии 80... 100 м друг от друга на случай пожара устанавливают противопожарные гидранты, а также пре­дусматривают устройство аварийного водохранилища.

Заключительным этапом разработки генерального плана промышлен­ного предприятия является оформление графической части и составление краткой пояснительной записки.

На генеральном плане промышленного предприятия графически изобра­жают: размещение всех зданий и сооружений в принятом масштабе (1:500;1:1000; 1:2000), зонирование территории по группам цехов или характеру технологического процесса, ширину, противопожарных и санитарных разрывов между зданиями, проезды, въезды в цехи, автодороги и железнодорожные пути, инженерно-технические сети, ограждение территории с указанием мест въезда, входа и выхода трудящихся, размещение пожарных гидрантов, емкостей, водо­емов, пожарных депо, принятое благоустройство и озеленение территории, «розу ветров» и ширину санитарно-защитной зоны.

За ширину разрыва между зданиями принимают расстояние между наруж­ными стенами. Определяют как полусумму высот противоположных зданий. Ширина разрыва для не выделяющих вредности производств должна быть не ме­нее 12 м; при выделении вредных веществ — 15 м, а для азотных заводов — 20 м.

Промышленные предприятия разбивают на функциональные зоны по про­изводственному признаку. Промышленную территорию подразделяют на четыре зоны:

1. — предзаводская, где располагают вспомогательные здания и сооруже­ния;

2. — производственная — с основными зданиями;

3. — подсобная — с размещением энергетических объектов и площадей для прокладки инженерных коммуникаций, включая ж/дороги и автодороги;

— складская.

Планировка и застройка территории промышленного предприятия

4	складская
3	подсобная
2	производственная
1	предзаводская

Плотность застройки нормируется по характеру выпускаемой продук­ции. Планировка предусматривает функционирование занимаемой террито­рии с учетом технологических связей, санитарно-гигиенических, противо­пожарных требований, грузооборота, очередности строительства, видов транспорта. При планировке и застройке необходимо предусмотреть созда­ние единого архитектурного ансамбля, организации единого комплекса об­служивания. Площадку для строительства промышленного предприятия раз­деляют на зоны с учетом конкретного объекта строительства.

Размещение зданий и сооружений

По нормам расстояние между зданиями принимается наименьшим, должно быть связано с транспортным сообщением, но не меньше, чем следу­ет по противопожарным условиям.

Главный вход предусматривают со стороны основного подхода трудя­щихся. При необходимости предусматривают дополнительные входы — на расстоянии не более 1,5 км друг от друга.

Расстояние от проходных до входа в бытовые помещения должно быть не более 800 м. Перед проходными пунктами, столовыми должны быть пре­дусмотрены площадки из расчета ~ 0,15 м² на одного трудящегося.

В местах пересечения путей потоков трудящихся с плотностью более 300 человек в час должны быть оборудованы мосты, переходы, туннели. В северных климатических зонах на пешеходных путях предусматривают не­отапливаемые галереи.

Транспортные коммуникации

При проектировании промышленных предприятий необходимо пра­вильно выбирать внешний и внутризаводской транспорт.

Железнодорожный транспорт используют на предприятиях с общим грузооборотом (сырье, топливо, полуфабрикаты, готовая продукция и т.д.) не менее 10 вагонов в сутки.

Автомобильные дороги на территории предприятий проектируют ту­пиковой, кольцевой или смешанной систем, согласно СНИП. При тупиковой системе дорог для разворота автомобилей предусматривают петлевые объез­ды или площадки размером не менее 12x12 м. Ширину проездов принимают 3 или 6 м, подъездов и зданиям — 4 м. Ширина подъездной части дорог с двусторонним движением должна быть не менее 6 м.

Пневматический транспорт применяют для перевозки сухих не сми­нающихся материалов (цемент, мука, зерно, древесная стружка и т.д.).

Гидравлический транспорт используют для перемещения сыпучих материалов (грунт, песок, глина, гравий, мел, руда, уголь, породы, шлак, зола и т.д.).

Трубопроводы гидравлического транспорта проектируют наземными.

Ширина пешеходных тротуаров — 1,5 м.

Благоустройство и озеленение территории предприятия

Работы по благоустройству территории предусматривают создание на­дежных покрытий дорог и тротуаров, устройство ограждений, сброс поверх­ностных стоков и т.д.

Озеленение — посадка деревьев, кустарников, разбивка газонов — создает защитные (противопожарные и противошумовые) полосы, защищает пешеходные пути от шума и пыли, а здания — от перегрева солнечными лу­чами; улучшает условие труда работающих и создает удобные места отдыха в теплый период года.

Площадь озеленения должна составлять не менее 15 % от площади территории предприятия и зависит от коэффициента застройки.

Озеленяют предзаводские площадки и у главных проходных, внутри­заводские магистральные проезды и вдоль ограждения предприятия, участ­ки, свободные от застройки и у зданий бытовых помещений, столовых, мед­пунктов, заводоуправлений, лабораторий, мест отдыха, между цехами, уча­стки воздухо- и водозаборных сооружений, насосных станций, скважин, вен­тиляционных шахт, у прудов, бассейнов, резервуаров для воды, кислородных установок и т.д.

Наименьшая ширина полос (в м) зеленых насаждений при однорядной посадке деревьев — 2, двухрядной — 5, для низкорослого кустарника — 0,8, среднего — 0,1, крупного — 1,2, а для газонов — не менее 1 м.

Для отвода атмосферных и талых вод с территории предусматривают устройство проектного уклона — минимальный — 0.0003, а в зависимости от грунтов уклон может быть в пределах 0.03...0.05. Для тротуаров попереч­ный уклон в сторону дороги принимают 2...2.5%.

Основные требования к размещению оборудования

Компоновку технологического оборудования выполняют с соблюдени­ем следующих условий:

— ширина основных проходов в местах постоянного пребывания ра­ботающих должна быть не менее 2 м;

— основные проходы по фронту обслуживания машин (компрессоров, насосов, воздуходувок и др.) и аппаратов с системами управления должны быть шириной не менее 1,5 м;

• проходы между аппаратами, а также между ними и стенами зданий проектируют шириной не менее 1 м.

• ширина проходов для осмотра, наладки, ремонта, регулировки ап­паратов и приборов должны быть не менее 0,8 м.

• проходы между рядами насосов принимают не менее 0,8 м;

• проходы у оконных проемов устраивают шириной не менее 1 м;

— проходы между компрессорами должны иметь ширину не менее 1,5м. Кроме того, необходимо предусматривать ремонтные площадки для разборки и чистки оборудования, демонтажа отдельных его частей.

Центральные или основные проходы проектируют прямолинейными и свободными для прохода людей и проезда транспорта.

Выполняя компоновку всего оборудования, следует рассмотреть не­сколько вариантов его расстановки, а затем выбрать наиболее рациональный.

Запрещается размещать: оборудование с пожаро- и взрывоопасными и агрессивными веществами в зданиях над вспомогательными помещениями и под ними.

Практическая часть

Выполнение данной работы начинают с уяснения цели и задач и осу­ществляют на базе ранее выполненных практических заданий.

Прежде всего, необходимо определить:

какой проект выполнять — индивидуальный или типовой. Затем при­ступить к подробному составлению задания на проектирование предприятия. Следует отметить, что ранее выполненные расчеты и пояснения к ним, а также схемы (технологическая, мат. баланса, автоматизации и т.д.) являются составными частями основного документа — проекта.

При составлении задания на проектирование промышленного пред­приятия необходимо обосновать проектные предложения.

Текстовый материал и графическая часть проекта должны быть вы­полнены в соответствии с ГОСТ.

Защиту проекта (включая и все его составные части) производит кол­лектив авторов на заключительном практическом занятии.

Контрольные вопросы

1. Цель и задачи занятия.

2. Задание на проектирование. Основное содержание, краткая характе­ристика.

3. Основные чертежи, прилагаемые к заданию.

4. Этапы создания проекта промышленного предприятия.

5. Общие положения по размещению промышленных предприятий.

6. Планировка и застройка.

7. Генеральный план.

8. Методы проектирования.

9. Транспортные коммуникации.

10. Благоустройство и озеленение.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Основы технологии переработки пластмасс / Под ред. В.Н.Кулезнева и В.К.Гусева.—М.: Химия, 1995.—528 с.

2. Цыплаков О.Г. Конструирование изделий из композиционных во­локнистых материалов.—М.: Машиностроение, 1984.—142 с.

3. Пластики конструкционного назначения / Под ред. Е.Б.Тростян-ской.—М.: Химия, 1974.—304 с.

4. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров.—М.: Химия, 1977.—464 с.

5. Композиционные материалы : Справочник / Под ред. В.В.Васильева и Ю.М.Тарнопольского.—М.: Машиностроение, 1990.—512 с.

6. Вольфсон С.А. Основы создания технологического процесса полу­чения полимеров.—М.: Химия, 1987.—262 с.

7. Казаков А.В., Кулаков М.В., Мелюшев Ю.К. Основы автоматики и ав­томатизации химических производств.—М.: Машиностроение, 1970.—375 с.

8. Автоматизированные производства изделий из композиционных ма­териалов / Под ред. В.С.Балакирева М.: Химия, 1990.—238 с.

9. Основы автоматизации химических производств / Под ред. П.А.Об-новленского и А.Л.Гуревича.—М.: Химия, 1975.—528 с.

10. Макаревич В.А. Строительное проектирование химических пред­приятий.—М.: Высшая школа, 1977.—208 с.

Единая система технологической документации : Справочное по­собие / Е.А.Лобода и др.—М.: Издательство стандартов, 1992.—325с.