Проектирование систем автоматизации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

 

 

 

Кафедра электротехники и 

автоматизированных  промышленных установок

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по  предмету

 

Проектирование  систем автоматизации

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

Студент 5 курса ЭМ факультета

гр. 523

Специальность 2102

Шифр 0-200081

Покатыло А.Б.

 

 

Проверил:

 

Ст. преподаватель

Тихонова Н.А.

 

 

 

 

 

 

г. Омск 2005

Задание на разработку АСУ ТП красильно-отделочного  производства трикотажных предприятий:

 

1. Дать характеристику красильно-отделочного  производства в текстильной и легкой промышленности, а также процессов периодического крашения трикотажного полотна как объектов автоматизированного управления. (см. рисунки 1,2)

 

Рисунок 1. Схема красильного аппарата	Рисунок 2. График температурно-временного режима.

 

 

2. Дать описание основных функций  АСУ ТП данного производства.

3. Составить блок-схему общего  алгоритма функционирования АСУ  ТП.

4. Дать описание структуры и состава технических средств для децентрализованных АСУ ТП.

5. Дать описание информационного  и программного обеспечения АСУ  ТП.

6. Составить функциональную схему  автоматизации красильного аппарата. Дать характеристику средств измерения входных и выходных параметров красильного аппарата.

7. Составить принципиальную электрическую  схему контроля технологических параметров красильного аппарата, включающую схемы контроля расхода химикатов, температуры раствора в ванне, уровня раствора в ванне, начала подачи растворов и химикатов в приемный бачок, схемы управления клапаном пара, воды, сливом раствора из ванны, дозированием химикатов, схему контроля ручных операций.

8. Составить схему размещения  указанных в функциональной схеме  средств автоматизации и вычислительной техники на щите красильного аппарата.

9. Составить схему соединений  внешних проводок для параметров  красильного аппарата.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В центре современных  представлений о проектирование СА находится идея комплексного системного подхода. На рисунке 3 показана классификация автоматизированных систем, которая дает представление о месте каждого класса автоматизированных систем в общей концепции комплексной автоматизации.

 

 

Рисунок 3. Схема создания и освоения автоматизированного производства:

АРМ- автоматизированное рабочие место; АИС - автоматизированная информационная система; АС - автоматизированная система; АС НИЭ-АС научных исследований и экспериментов; АС ТПП - АС технологической подготовки производства; САПР - система автоматизированного проектирования; СЛА - системы локальной автоматики; ПР - промышленные работы; АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами; АСУП - АСУ предприятием; ГАП - гибкое автоматизированное производство.

 

Выделенные  на схеме автоматизированные системы различных классов могут применяться самостоятельно, выполнять вполне определенную относительно ограниченную функцию. Однако в последние время наметилась тенденция к взаимодействию систем различных классов, «пересечению» их функций. Такое объединение (интегрирование) возможно в рамках АСУ ТП.

Данная курсовая работа посвящена разработке АСУ  ТП красильно-отделочного производства.

 

1.1. Особенности красильно-отделочных  производств.

 

К особенностям данных производств  относятся: - нарушение технологии, низкий уровень организации и управления производством; - огромное разнообразие ассортимента выпускаемой продукции по сырью, колористическому оформлению, назначению, артикулам; - большое потребление химических материалов и красителей, а также загрязнение окружающей среды.

Практический опыт работы отечественных  и зарубежных красильно-отделочных производств показал, что эффективное  решение всех названных проблем  возможно лишь при условии широкого внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами и производством в целом на базе современных ЭВМ.

1.2.    Характеристика      процессов       крашения       как      объектов автоматического  управления.

 

К факторам общего порядка, определяющим ход химико-технологических процессов  отделочного производства, следует отнести:

• физико-механические воздействия на волокнистые материалы в процессе их обработки на оборудовании непрерывного и периодического действия;
• взаимодействие волокнистых материалов с химическими материалами в технологических средах (твердые, жидкие, газообразные);
• технологические параметры процессов отделки.

Определяющими параметрами в системе  управления технологическими процессами отделочного производства, в частности крашения трикотажных изделий, являются: - температура и влажность волокнистых материалов и рабочих сред, концентрация растворов и активность рабочих сред (водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал), скорость перемещения материалов в рабочих растворах (фактор длительности обработки), интенсивность циркуляции рабочих сред, величина избыточного давления и др.

Сущность крашения трикотажного полотна мало чем отличается от принципиального подхода к крашению других волокнистых материалов. Для крашения трикотажного полотна используются те же классы красителей, взаимодействие красителя с трикотажным полотном включает известные стадии сорбции, диффузии, фиксации молекул красителя.

Наиболее значимыми управляющими параметрами процессов крашения трикотажного полотна являются: величина окислительно-восстановительного потенциала рН рабочей среды, температура; модуль ванны (обычно 2-3); содержание ПАВ и других компонентов, регулирующих смачивающий эффект и скорость выбирания красителей.

 

2. Основные функции  АСУ ТП красильно-отделочного  производства.

 

В рассматриваемой АСУ ТП красильно-отделочного производства реализуются три группы функций и соответственно имеются три функциональные подсистемы: подсистема централизованного контроля и управления технологическими процессами в красильных аппаратах; подсистема оперативной подготовки режимов крашения и учета расхода ресурсов; подсистема диспетчерского управления.

В составе указанных подсистем  решаются комплексы задач, основной перечень и их содержание приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

 

Функциональные подсистемы и задачи АСУ ТП

 

Подсистемы	Задачи АСУ  ТП	Комментарий
Централизованного контроля и управления техноло-гическими процессами в красильных аппаратах	а) программное управление процессом крашения       б) текущий контроль работы системы               в) текущий контроль работы оборудования   г) контроль   выполнения   и длительности операций загрузки и  выгрузки   д) управление автоматическим дозированием химикатов и, красителей   е) контроль фактического поступления химикатов и красителей в аппарат	Реализация заданного  графи-ка изменения температуры раствора, подачи химикатов и красителей   Контроль и индикация  критических отклонений па-раметров процесса (темпера-туры, уровня) от заданных значений. Фиксация момента перехода на ручное управление  (при сбоях  в системе)   Контроль включения и выключения оборудования
Оперативной подготовки режимов крашения и учета расчета ресурсов	а) выбор из внешней  памяти по заданию на крашение соответствующих режимов   б) контроль параметров пара в общих магистралях цеха.     в) учет расхода пара, воды, химматериалов, простоев машин     г) расчет доз химических материалов и начального уровня красильного раствора   д) вывод информации о  состоянии объекта управления	Обеспечивается возможность  решения задач первой подсистемы   Контроль температуры, давления и расхода пара в общих магистралях цеха             Расчет ведется с  учетом массы конкретной партии полотна   Печать протоколов системы. Вывод на дисплей сообщений  системы
Диспетчерское управление	а) составление оперативных (сменно-суточных) заданий на запуск партий полотна в производство         б) построение плана-графика  производства на смену (сутки)       в) расчет загрузки красильных аппаратов	Выдаются рекомендации по составу заданий на очередную смену (сутки) с учетом запасов сырья на складе, хода выполнения плана, состояния оборудования, обеспеченности красителями и химикатами   Устанавливается очередность  запуска партий и рассчитывается календарный график их движения в производстве   Осуществляется  распределение партий полотна по аппаратам и коррекция   технологических режимов с целью повышения эффективности    использования оборудования

 

3. Описание блок-схемы  общего алгоритма функционирования АСУ ТП.

 

Реализация функций АСУ ТП осуществляется в результате организованного взаимодействия технических средств, информационного и программного обеспечения, а также оперативного персонала.

На рисунке 4 представлена блок-схема общего алгоритма функционирования АСУ ТП.

Реализация функций управления технологическим процессом крашения начинается с ввода в ЭВМ (блок 1) информации о номере каждой партии, назначенной к обработке на конкретном красильном аппарате, артикуле полотна, номере (шифре) цвета, массе партии.

Вводится также признак необходимости коррекции длительности операции крашения, который характеризует возникновение нежелательных ситуаций: простоев машин либо превышения для отдельных аппаратов режимного фонда времени.

Если требуется изменение  признака (блок 2), то вводится желаемое значение длительности. Задача решается путем перехода от базовых технологических режимов к производным технологическим режимам, обеспечивающим требуемое качество красителя в растворе и длительность крашения (блок 3).

Следующий этап алгоритма (блоки 4 – 6) – расчёт и выдача на печать рецептуры красильного раствора, расчёт уровня раствора в красильном аппарате, доз химикатов и красителей, а также нормативной для заданной массы партии длительности ручных операций загрузки и выгрузки полуфабриката.

Блок 7 алгоритма осуществляет комплекс операций по подготовке технологического режима, который фактически   должен  быть реализован в определенном красильном аппарате.

Этот комплекс операций включает выбор  из информационной базы АСУ ТП исходного  регламентированного режима, внесение в случае необходимости в этот режим изменений, определенных на этапе коррекции управляющих параметров, запись характеристик этого измененного (рабочего) режима в определенной зоне оперативной памяти ЭВМ. После выполнения перечисленных действий выдается сигнал о готовности системы к ведению процесса крашения.

Красильщик с помощью кнопки "Пуск", расположенной на приборном щите, вводит в ЭВМ сигнал, по которому запускается внутренний счетчик текущего времени Т (блоки 8, 9). Содержимое счетчика каждую минуту сравнивается (блоки 10, 11) с нормативной длительностью Т_р ручной операции загрузки полотна (полуфабриката) в красильный аппарат. Если до истечения времени Т_р не поступает сигнала об окончании ручной операции с пульта красильщика, система выдает предупреждающий сигнал (блок 12).

После поступления сигнала об окончании  операции загрузки осуществляется автоматическое программное управление процессом крашения в данном красильном аппарате. В системе предусмотрена возможность работы и в режиме ручного управления (блок 13).

Указание режима осуществляется красильщиком путем соответствующего переключения на приборном щите. При выборе автоматического режима система начинает программное управление процессом (блок 14). Осуществляется оно следующим образом: запускается счетчик текущего времени Т, из памяти ЭВМ последовательно выбираются значения моментов времени, в которые должны быть выполнены определенные команды (выдача уставок на локальные регуляторы, включение и выключение клапанов подачи и слива раствора и др.), и коды этих команд. Значения моментов выдачи команд сравниваются с текущим значением реального времени (содержимым счетчика времени); в случае совпадения этих значений происходит реализация соответствующих команд. При начальной установке счетчика времени в него записывается значение длительности крашения, которое затем каждую минуту уменьшается на единицу. Это позволяет в каждый момент установить время, оставшееся до окончания процесса. Когда содержимое счетчика становится равным нулю, выдается сигнал ''Процесс закончен" (блок 15) и команда на выгрузку полотна (полуфабриката) из данного красильного аппарата (блок 16). Алгоритм управления процессом крашения в этом аппарате закончен.

В зависимости от мощности ЭВМ на нее возлагаются функции управления одновременно несколькими процессами, протекающими в различных красильных аппаратах. В этом случае ЭВМ работает в так называемом мультипрограммном режиме.

 

4. Структура и состав технических  средств АСУ ТП.

 

Различают два варианта структур системы: централизованную и децентрализованную (иерархическую).

Централизованная структура характеризуется средоточием в едином центре процессов хранения информации и ее переработки при реализации всех функций системы. В качестве такого центра выступает управляющий вычислительный комплекс (УВК), построенный на базе достаточно мощной ЭВМ.

Централизованный вариант системы характеризуется наличием большого количества средств локальной автоматики, в том числе аналоговых регуляторов, работающих под управлением центральной ЭВМ. Вследствие ряда недостатков, среди которых относительно низкая надежность системы, сложность реализации программного управления одновременно большим количеством (до нескольких десятков) процессов, и невозможностью решения из-за ограниченной памяти диспетчерских задач параллельно с управлением процессами крашения, централизованные системы не получили в данном производстве дальнейшего развития.

 

Рисунок 5. Структурная схема централизованной АСУ ТП.

 

Более предпочтительными оказались  децентрализованные системы, в которых  отдельные функции распределены по уровням управления и реализуются специально выделенными для каждой функции (или, если это возможно, группы функций) микроЭВМ. Кроме того, все красильные аппараты как объекты управления распределены между несколькими микроЭВМ, осуществляющими непосредственное (прямое) цифровое управление процессами крашения без использования локальных аналоговых регуляторов. Учитывая, что в подобных системах функции распределены между несколькими центрами обработки информации (микроЭВМ), их называют распределенными системами. Такие системы более надежные и экономичные. Лучшие эксплуатационные показатели достигаются за счет более высокой надежности микроЭВМ, сокращения средств локальной автоматики, длины кабельных связей. Существенно также, что в децентрализованных системах последствия отказа одной микроЭВМ не являются такими тяжелыми, как в централизованных, так как при этом нарушается режим управления лишь в нескольких аппаратах, подключенных к данной микроЭВМ. При сбое ЭВМ необходимо на этих аппаратах перейти на ручное управление процессами.