МТИ, анализ технических средств автоматизации (курсовая работа)

Темы курсовых работ по направлению «Управление в технических системах» по дисциплине «Анализ технических средств автоматизации»

1. Анализ технических средств автоматизации бумажного производства

2. Анализ технических средств автоматизации целлюлозного производства

3. Анализ технических средств автоматизации пластмассового производства

4. Анализ технических средств автоматизации спичечного производства

5. Анализ технических средств автоматизации угольного производства

6. Анализ технических средств автоматизации стекольного производства

7. Анализ технических средств автоматизации газоперерабатывающего производства

8. Анализ технических средств автоматизации нефтеперерабатывающего производства

9. Анализ технических средств автоматизации деревообрабатывающего производства

10. Анализ технических средств автоматизации металлообрабатывающего производства

11. Анализ технических средств автоматизации кирпичного производства

12. Анализ технических средств автоматизации цементного производства

13. Анализ технических средств автоматизации гипсокартонного производства

14. Анализ технических средств автоматизации битумного производства

15. Анализ технических средств автоматизации лакокрасочного производства

16. Анализ технических средств автоматизации текстильного производства

17. Анализ технических средств автоматизации обувного производства

18. Анализ технических средств автоматизации мебельного производства

19. Анализ технических средств автоматизации молочного производства

20. Анализ технических средств автоматизации мясного производства

21. Анализ технических средств автоматизации рыбного производства

22. Анализ технических средств автоматизации пивного производства

23. Анализ технических средств автоматизации вино-водочного производства

24. Анализ технических средств автоматизации масложирового производства

25. Анализ технических средств автоматизации консервного производства

26. Анализ технических средств автоматизации кондитерского производства

27. Анализ технических средств автоматизации мукомольного производства

28. Анализ технических средств автоматизации фармацевтического производства

29. Анализ технических средств автоматизации автомобильного производства

30. Анализ технических средств автоматизации тракторного производства

31. Анализ технических средств автоматизации станкостроительного производства

32. Анализ технических средств автоматизации судостроительного производства

33. Анализ технических средств автоматизации авиастроительного производства

34. Анализ технических средств автоматизации ракетно-космического производства

Примерное содержание курсовой работы:

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта.

1.1 Характеристика автоматизируемого технологического объекта

1.2 Анализ путей автоматизации заданного объекта на основе обзора литературы и патентных материалов.

1.3 Разработка технического задания.

Выводы

ГЛАВА 2. Проектирование подсистемы (контура) автоматического регулирования одним из непрерывных технологических параметров

2.1 Выбор принципа регулирования и неизменяемых элементов подсистемы.

2.2 Определение математической модели объекта регулирования.

2.3 Выбор стандартного регулятора

2.4 Обоснованный выбор технической реализации автоматического регулятора.

Выводы

ГЛАВА 3. Проектирование подсистемы логико-программного управления дискретным технологическим процессом.

3.1 Выбор технической реализации элементов подсистемы.

3.2 Разработка и анализ алгоритма управления.

3.3 Разработка программы управления.

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа в общем случае должен включать:

• теоретическую часть (постановку задачи, анализ источников, анализ методов и технологий, изложение и обоснование результатов, выводы);

• практическую часть (математическая модели регулятора, алгоритм управления, программа управления).

Материал, предусматриваемый в качестве теоретической части:

• обоснование актуальности выбранной темы, характеристики цели и задачи курсовой работы, характеристику функциональных задач предметной области, в которой применяются технические средства автоматизации; анализ исходного и требуемого технологического процесса, анализ методов и технологий для автоматизации, анализ используемых источников;

Материал, предусматриваемый в качестве практической части:

• разработанные математические модели регулятора, алгоритмы и соответствующие программы, соответствующие спецификации и технико- экономические расчеты.

Объем курсового проекта не менее 30 страниц машинописного текста

Содержание курсового проекта должно быть структурировано и должно включать перечисленные ниже обязательные элементы и желательные дополнительные элементы.

Обязательные элементы курсового проекта:

• титульный лист;

• содержание(оглавление);

• введение;

• основная часть (три главы с выводами по каждой);

• заключение;

• список источников и литературы;

Дополнительные элементы:

• вспомогательные указатели;

• приложения.

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ является первой страницей курсовой работы(проекта) и должен содержать следующие сведения: наименование учреждения (учебного заведения), название (тему), сведения о выполнившем курсовую работу, сведения о руководителе, наименование места и год выполнения.

Образец титульного листа приведен в Приложении 1.

СОДЕРЖАНИЕ включает перечень элементов курсовой работы(проекта) с указанием номеров страниц, с которых начинается их месторасположение.

ВВЕДЕНИЕ характеризует актуальность и социальную значимость рассматриваемой темы, состояние ее разработанности в мировой теории и практике (роль и место АИС и БД в современном мире). Оно должно содержать цель и задачи курсовой работы(проекта), в соответствии с жизненным циклом разработки программного обеспечения. Формулируя задачи, следует учитывать, что описание их решения должно составить содержание глав курсовой работы. (При определении целей и задач исследований необходимо грамотно их формулировать. Так, при определении цели не следует использовать глагол «сделать», правильнее – глаголы «раскрыть», «определить», «установить», «показать», «выявить» и т.д.)

Далее возможен перечень используемых методов и инструментария, а также описывается структура курсовой работы (перечень ее структурных элементов) и основное смысловое содержание ее разделов.

Допустимо, для освещения состояния разработки выбранной темы, дать краткий обзор литературы (3-4 наименования) с аннотациями. Этот краткий обзор литературы по теме должен показать знакомство студента со специальной литературой, его умение систематизировать источники, выделять существенное, оценивать ранее сделанное другими исследователями, определять главное в современном состоянии изученности темы. Обзор работ следует делать только по вопросам выбранной темы, а не по всей проблеме в целом. В обзор включается только та литература, с которой студент ознакомился (знаком) лично.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ должна содержать текстовые материалы и числовые данные, отражающие существо, методику и отдельные результаты, достигнутые в ходе выполнения курсовой работы. Материал основной части рекомендуется делить на главы (не менее трех глав), пункты и подпункты. Такое деление должно способствовать более стройному и упорядоченному изложению материала. При этом каждый пункт должен содержать законченную информацию, логически вписывающуюся в общую структуру работы и способствующую достижению ее целей.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ приводятся формулировки основных результатов и выводы, характеризующие итоги проделанной работы; раскрывается значимость рассмотренных вопросов для теории и практики; приводятся предложения и рекомендации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ – это упорядоченный в алфавитно- хронологической последовательности перечень библиографических описаний документальных источников информации по теме курсовой работы. В списке следует указывать автора, наименование источника, издательство, год издания. ссылки на информационные ресурсы Интернет, сопровождаются текстом, указывающим на автора и наименование ресурса

Список должен содержать не менее 15 источников, на каждый должна быть ссылка в тексте курсовой работы(проекта)!

В состав ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УКАЗАТЕЛЕЙ могут входить:

• список сокращений (оформляется в виде алфавитного перечня принятых в курсовой работе сокращений и соответствующих им полных обозначений понятий);

• список условных обозначений (оформляется в виде перечня используемых в тексте курсовой работы условных обозначений с соответствующей расшифровкой);

• указатель таблиц и иллюстраций (оформляется в виде перечня названий таблиц или иллюстраций, упорядоченных в соответствии с их порядковыми номерами, с указанием страниц их месторасположения в тексте курсовой работы).

ПРИЛОЖЕНИЯ помещаются в конце курсовой работы(проекта). Каждое приложение должно начинаться с новой страницы и иметь содержательный заголовок. Приложения нумеруются арабскими цифрами по порядковой нумерации. Номер приложения размещается в правом верхнем углу над заголовком приложения после слова «Приложение», после цифры точку не ставят. Приложения должны иметь общую с остальной частью курсовой работы нумерацию страниц. На все приложения в основной части курсовой работы должны быть ссылки.

В ПРИЛОЖЕНИИ приводятся входные и выходные формы документов, программные коды и т.д.

Общие указания по выполнению курсовой работы

Основная часть в общем случае должна включать три главы:

Глава 1 содержит обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта. Глава начинается с характеристики заданного объекта автоматизации. Кратко описывается его конструкция и принцип работы, приводятся основные технические параметры, оценивается уровень автоматизации. Следует помнить, что характеристика технологического объекта и анализ его работы нужны не сами по себе, а для обоснования необходимости автоматизации объекта или повышения уровня автоматизации.

Необходимость автоматизации технологического объекта должна быть показана в двух аспектах: с социально-экономической точки зрения и с точки зрения требований самого технологического объекта. В первой части следует подвести к решению поставленной задачи с позиций экономики предприятия.

Необходимо укрупненно определить и указать источники экономической эффективности, например, повышение производительности труда, высвобождение рабочей силы, улучшение качества продукции, повышение надёжности оборудования, социальный эффект - замена неквалифицированного, монотонного труда творческим трудом и т.д. Необходимо проследить логику совершенствования объекта, пути устранения недостатков, возможность автоматизации или повышение её уровня.

После анализа объекта автоматизации необходимо определить вид автоматического устройства управления, которое будет управлять объектом.

Если объект управления - единичный технологический процесс, операция, технологическая установка, и если основная цель управления - стабилизация или изменение по определённому закону непрерывной управляемой величины (температуры, давления, уровня, влажности, скорости и т.д.) или нескольких управляемых величин, то в качестве основного устройства управления используют автоматический регулятор (регуляторы).

Если объект управления - сложный процесс, установка, линия, состоящие из отдельных операций и агрегатов, то возникает дополнительная задача управления дискретным процессом - связать эти элементы в единую систему, обеспечить определённую последовательность работы, переход из одного режима в другой при определённых условиях. В качестве устройства управления дискретным технологическим процессом применяют дискретный автомат, например, программируемый логический контроллер.

Проводится обзор литературы и обзор информации в сети Internet по теме курсовой работы. Анализируются положительные и отрицательные стороны известных устройств, систем, методов и т.п. Предметом анализа должны быть достигнутые результаты, новые идеи, возможные пути решения поставленной задачи. Очень полезными являются консультации (например, во время производственной практики), с заводскими специалистами, проектирующими и эксплуатирующими аналогичные системы автоматизации, знающими их преимущества и недостатки.

На основе проведенного анализа выполняется постановка задачи, являющаяся подробным и обоснованным заданием для дальнейшей работы.

Постановка задачи приводится в форме технического задания на разработку системы управления.

Техническое задание (ТЗ) на разработку устройства, технологической линии или системы управления - один из важнейших разделов проектной документации.

В курсовой работе при разработке ТЗ студент одновременно выступает в роли заказчика и разработчика, что вызывает определённые трудности.

Содержание разделов ТЗ на разработку системы управления регламентируется ГОСТ 34.602-89. Применительно к учебному проекту рекомендуется разбить ТЗ на 9 разделов:

1 Наименование и область применения системы управления. Здесь рассматриваются вопросы назначения и области применения, определяются существующие аналоги, приводится краткая характеристика.

2 Основание для разработки. Указываются все документы, на основании которых выполняется проект системы.

3 Цель и назначение разработки. В разделе указываются наименование и характеристика модернизируемой или принятой за прототип системы управления.

4 Источники разработки. Указываются все источники разработки, на базе которых выполняется проект системы управления.

5 Режимы работы объекта. Приводятся входные и выходные параметры объекта, режимы работы, условия перехода из режима в режим, алгоритмы управления и т.д.

6 Условия эксплуатации системы управления.

7 Технические требования.

8 Стадии и этапы разработки.

9 Порядок контроля и приёмки.

Далее формулируются выводы по результатам выполненной работы, оцениваются полнота технических решений поставленных задач.

Глава 2 начинается с выбора датчика, что определяется главным образом физической природой контролируемой величины, диапазоном её изменения, допустимой погрешностью, влиянием параметров окружающей среды и т.д.

Зарубежными ведущими фирмами, выпускающими датчики, являются фирмы Omron, Siemens, Pepperl+Fuchs, Scaime и др.

Выбор исполнительного устройства определяется в первую очередь соответствием принципа действия и конструкции исполнительного устройства задаче автоматизации, а также мощностью, необходимой для воздействия на объект управления.

Например, если выполняется перемещение управляющего органа, то при определении мощности исполнительного двигателя необходимо учитывать не только момент сопротивления, но и составляющие, зависящие от момента инерции нагрузки, максимальной скорости и максимального ускорения.

Определение математической модели неизменяемых элементов локальной САР Одним из наиболее сложных этапов при проектировании локальной замкнутой САР является получение математической модели объекта управления (то есть его идентификация). Для определения математической модели объекта управления и других устройств неизменяемой части системы используют материалы, полученные на производстве (например, графики переходных процессов) или литературные источники, в которых приводятся конкретные сведения по статике и динамике элементов систем (прежде всего объекта управления). Это могут быть аналитические зависимости или экспериментально полученные данные.

При отсутствии этих материалов можно использовать в проекте математические модели аналогичных устройств или определить эти модели аналитическим путём на основе упрощающих допущений.

Применительно к промышленным объектам регулирования чаще приходится иметь дело с динамическим режимом работы, чем со статическим.

В качестве оцениваемых динамических характеристик при идентификации используют дифференциальные уравнения объекта, его передаточные функции и АФХ. Все эти характеристики для линеаризованного объекта однозначно взаимосвязаны и поэтому достаточно определить в аналитической форме хотя бы одну из них.

Многообразие технологических процессов в машиностроении не позволяет дать конкретные, чёткие рекомендации по выбору методов разработки моделей различных технологических объектов управления.

Основные теоретические положения, математические методы, наиболее часто используемые приёмы и примеры по разработке моделей различных устройств изучались студентами в курсах «Теория автоматического управления», «Моделирование систем» и др.

При разработке модели объекта управления часто используют различные упрощения и стремятся представить её сочетанием типовых динамических звеньев.

Например, объекты регулирования, обычно обладающие инерционностью, представляют в виде инерционного звена первого или второго порядка. Пространственное распределение регулируемой величины в конструкции объекта может учитываться в модели звеном чистого запаздывания.

Приступая к выбору регулятора и расчёту параметров его настройки, проектировщик должен иметь следующие исходные данные: динамические параметры объекта регулирования (коэффициент передачи, постоянные времени элементов, постоянное запаздывание); требования к качеству регулирования (время переходного процесса, максимальное перерегулирование) и т.д. В каждом конкретном случае следует применять возможно более простой регулятор и переходить к более сложным лишь в тех случаях, когда простые регуляторы по тем или иным причинам не могут обеспечить требуемого качества регулирования.

Основой для синтеза замкнутых САР с заданными статическими и динамическими показателями являются математические методы теории автоматического управления. Наиболее общие и широко используемые на практике методы расчёта регулирующих устройств даёт известная из дисциплины «Теория автоматического управления» связь основных показателей с ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования. Проектируемый регулятор представляется в виде произвольного последовательно-параллельного корректирующего звена.

Этот путь синтеза универсален и позволяет наиболее полно учесть весь комплекс предъявляемых к САР требований в отношении, как точности регулирования, так и его динамических показателей. Однако, данная методика трудоёмка, получаемые корректирующие устройства, как правило, сложны в технической реализации.

Практика автоматизации показывает, что для большинства объектов регулирования выбор и расчёт регуляторов могут быть выполнены на основе инженерного метода последовательной коррекции с использованием типовых регуляторов. Этот метод позволяет получить вполне определённые динамические свойства регулируемого объекта, соответствующие конкретным так называемым стандартным настройкам контуров регулирования.

Наиболее часто используются следующие типовые регуляторы:

пропорциональный (П-регулятор), интегрирующий (И-регулятор), пропорционально-интегрирующий (ПИ-регулятор), пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД-регулятор) [23, 46].

В качестве основной стандартной настройки, оптимальной для многих задач регулирования является настройка на технический оптимум (оптимум по модулю). В тех случаях, когда требуется более высокая точность регулирования, применяют стандартную настройку на симметричный оптимум.

На практике могут использоваться и другие, упрощённые инженерные методики выбора и расчёта автоматических регуляторов.

Автоматические регуляторы, предназначенные для воспроизведения назначенного закона регулирования, делятся на две большие группы:

· регуляторы с аппаратной (схемной) реализацией закона регулирования

· регуляторы с программной реализацией (цифровые или микропроцессорные регуляторы).

Технической базой аппаратных регуляторов являются операционные усилители. Требуемые параметры регуляторов обеспечиваются соответствующими настроечными элементами (резисторами, конденсаторами). В настоящее время аппаратные регуляторы весьма ограниченно применяются в современном производстве. Практически повсеместно их вытеснили микропроцессорные регуляторы.

Разработку и внедрение автоматических регуляторов с программной реализацией типовых законов регулирования предопределило повышение требований к функциональным возможностям, гибкости, надёжности и другим характеристикам регуляторов. Основой этой группы регуляторов является микропроцессорная техника.

По степени универсальности микропроцессорные регуляторы делятся на два типа: специализированные - регуляторы одной регулируемой величины (температуры, давления, расхода и т.д.) и универсальные регуляторы с унифицированными входными и выходными сигналами. Специализированные микропроцессорные регуляторы часто называют измерителями-регуляторами (изредка – микроконтроллерами). Программно-реализованные алгоритмы аналогового регулирования у данных регуляторов несложные и обычно не подлежат изменению. Универсальные микропроцессорные регуляторы представляют собой микропроцессорные программируемые контроллеры.

Глава 3 включает выбор технической реализации элементов подсистемы. Полный цикл технологического процесса представляет собой совокупность отдельных технологических операций, сменяющих друг друга в определённой последовательности. Для управления технологическим циклом необходимо формировать дискретную последовательность команд исполнительным устройствам технологического объекта управления.

Формирование команд осуществляется управляющим устройством дискретным автоматом на основе логического анализа команд с пульта оператора и сигналов от различных дискретных датчиков о завершении или качестве протекания технологической операции.

Первым этапом проектирования программно-логической системы управления дискретным технологическим процессом является выбор серийных информационных и исполнительных устройств, а также - управляющего устройства.

Для выполнения задач позиционирования и базирования подвижных элементов технологических установок используются информационные устройства, из которых основными являются дискретные датчики положения. К ним относятся контактные и бесконтактные путевые выключатели, групповые выключатели, кодовые датчики магазинных и складских систем и т.д.

К источникам диагностической информации относятся дискретные датчики: реле давления, датчики температуры и уровня масла, реле потока и т.д. В качестве дискретных устройств ручного ввода управляющей информации с пульта оператора используются кнопки, переключатели и др.

Объект управления с дискретным технологическим процессом оснащается различного рода приводами исполнительных органов. Как правило, это высоконадёжные нерегулируемые по скорости приводы переменного тока, гидравлические и пневматические приводы. Традиционно схемы управления такими приводами строились с использованием релейно-контактных и бесконтактных устройств электро-автоматики.

Основным типом управляющего устройством (дискретным автоматом) для данных систем управления являются программируемые контроллеры.

Гибкость в адаптации к объекту управления, лёгкость программирования, развитые функциональные возможности, высокая надёжность обеспечивают широкое использование данных устройств в автоматизации дискретных процессов. В качестве устройств управления программно-логической подсистемы используются те же контроллеры двух типов (PLC и IBM РС совместимые контроллеры), что и для реализации САР (см. раздел 4.2.6 настоящих указаний). Это объясняется, прежде всего, наличием у программируемых контроллеров большой номенклатуры модулей ввода-вывода как аналоговых, так и дискретных сигналов, а также развитыми системами программирования.

Исходными данными для выбора программируемых контроллеров являются: число и параметры входов-выходов (род тока, номинальные напряжения и ток и др.); условия эксплуатации; конструктивное исполнение;

функциональные возможности и др.

Технические характеристики некоторых программируемых контроллеров приведены в [41, 43, 62, 63, 65, 70-73, 75, 78].

Типовая последовательность разработки алгоритма управления содержит следующие этапы:

1 Анализ циклограммы работы объекта управления или блок-схемы. Если циклограмма работы или блок-схема отсутствуют, то, используя словесное описание алгоритма, необходимо их разработать.

2 Составление таблиц входных и выходных сигналов программируемого контроллера. Таблицы должны содержать наименование и условное обозначение сигналов, их источник или приёмник, адресацию сигналов и их привязку к контактам разъёмов контроллера.

3 В некоторых случаях является полезным описать алгоритм (циклограмму) уравнениями алгебры логики.

По результатам выполнения перечисленных этапов подготавливается информация для разработки программа управления программируемого контроллера, а в графической части изображается электрическая схема подключения к контроллеру информационных (датчиков) и исполнительных устройств.

Завершающим этапом проектирования программно-логической подсистемы управления дискретным процессом является написание программы управления для программируемого контроллера.

Накопленный многими фирмами опыт программирования программируемых контроллеров обобщен в виде стандарта IEC61131, где определены пять языков программирования контроллеров: SFC – язык последовательных функциональных схем, LD – язык релейных диаграмм, FBD – язык функциональных блоковых диаграмм, ST – язык структурированного текста, IL – язык инструкций.

В курсовой работе программу управления для ПЛК можно разрабатывать на любом стандартном языке программирования (стандарт IEC61131).

Предпочтительный вариант – язык релейно-контактных схем РКС (LD). Разработку программы управления желательно выполнять на основе одного из специализированных программных комплексов (пакета прикладных программ). Примерами таких комплексов программирования являются 20 CoDeSys фирмы 3S Smart Software Solutions, Step 7 и LOGO!Soft Comfort фирмы Siemens, Multiprog wt фирмы Klopper und Wiege Software GmbH, Zen Software и CX-Programmer фирмы Omron, а также - UltraLogik и ISaGRAF и др.