Выбор и обоснование конфигурации оборудования для курсовой работы (задание 1)

Введение

    Курсовая работа выполняется для закрепления навыков, полученных на лабораторных работах, практических занятиях и практического использования материалов лекций. Результатом выполнения курсовой работы является отлаженная на симуляторе или на реальном оборудовании действующее программное обеспечение с помощью программного комплекса TIA Portal. Выбор типа контроллера и исходной технологической задачи осуществляется студентом. В отдельных случаях выбор задачи может быть подсказан преподавателем. Так как результаты курсовой работы будут реальными программными продуктами, то рекомендуется использовать задания, разрабатываемые студентами на НИРС, а выполненные задания могут стать результатом на конференцию или как часть выпускной работы.

Цель курсовой работы – закрепление знаний студентов по курсу «Средства автоматизации технологического процесса ТЭК», развитие навыков проектирования автоматизированных систем управления технологическими объектами, освоение основных свойств микропроцессорных систем, изучение структурного и программного построения микропроцессорных систем и промышленных контроллеров, закрепление навыков программирования промышленных контроллеров и изучение принципов построения программно-технических комплексов микропроцессорных систем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

- произвести выбор конфигурации оборудования с учетом особенностей технологического объекта;

- составить блок-схему алгоритма функционирования автоматизированной системы технологического объекта и написать программное обеспечение нижнего уровня на языке Step7 LAD, STL;

- реализовать полную SCADA систему для выбранного технологического объекта.

Порядок выполнения и оформления курсовой работы

Содержание и объем курсовой работы

Курсовая работа должна содержать:

- расчётно-пояснительную записку объёмом не менее 15 страниц;

- графическую часть на листах формата А4.

Пояснительная записка

Пояснительная записка должна содержать:

-титульный лист;

-задание;

-содержание;

-введение;

-выбор и обоснование конфигурации оборудования для курсовой работы (задание 1);

-составление блок-схемы алгоритма и программного обеспечения нижнего уровня на языке Step7 LAD, STL (задание 2);

-создание диспетчерского пункта и реализация полной SCADA системы (задание 3);

-заключение;

-список литературы;

- приложения.

Текст задания (постановка задачи автоматизации) должен полностью описывать все этапы технологического процесса, с учетом всех параметров, входных-выходных сигналов.

Курсовая работа оформляется согласно стандарту АУЭС «Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию учебно-методических и учебных работ» СТ НАО 56023-1910-04-2014. Все этапы проектирования автоматизированной системы технологического объекта должны сопровождаться подробными пояснениями. Рисунки, графики и схемы должны быть пронумерованы, подписаны и подробно описаны в соответствии со стандартом АУЭС.

На графиках, диаграммах обязательно указываются наименование изображаемых параметров и величин, их единицы измерения. В соответствии с выбранным масштабом подписываются шкалы графиков и диаграмм.

Во введении необходимо указать цель, основные задачи, актуальность курсовой работы, а также обосновать выбор технологического объекта. Привести краткий обзор по существующим решениям автоматизированных системы в выбранной области.

В заключении произвести анализ по результатам проделанной работы, сделать окончательные выводы по курсовой работе.

Все части курсовой работы должны быть сданы на проверку в срок, указанный преподавателем. В случае нарушения студентом срока сдачи работы, на усмотрение преподавателя, ему выдается дополнительное задание или задача, а также снижается итоговый балл за работу. После сдачи всех частей курсовой, студенту необходимо предоставить программное обеспечение проекта в TIA Portal для проверки и защиты курсовой. Итоговая оценка за курсовую работу ставится только после защиты курсовой работы преподавателю.

Список примерных тем для курсовой работы

Выбор темы курсовой работы производиться студентом самостоятельно, возможно использование темы дипломной работы или НИРС, в случае, когда студент не может определиться с тематикой курсовой работы, то необходимо обратиться к преподавателю.

Список примерных тем для курсовой работы:

1) Автоматизация процесса переработки попутного нефтяного газа.

2) Автоматизация производства лимонной кислоты поверхностным методом ферментации.

3) Система автоматического управления отоплением, вентиляцией и освещением производственного помещения.

4) Разработка системы автоматизации для процесса покраски авто.

5) Проектирование технологического процесса автоматизированной линии производства асфальта.

Задание для курсовой работы

Спроектировать полную систему автоматического, логического контроля и управления технологическим объектом, от нижнего уровня проектирования (конфигурации оборудования) до верхнего уровня проектирования (создание диспетчерского пункта). Для этого студенту необходимо выполнить три задания:

- выбрать технологический объект и обосновать выбор конфигурации оборудования для данного объекта (задание 1);

- составить блок-схему алгоритма автоматизированной системы управления технологическим объектом и написать программное обеспечение нижнего уровня на языке Step7 STL или LAD (задание 2);

- создать диспетчерский пункт и реализовать полную SCADA систему технологического процесса (задание 3).

Каждое из заданий является неотъемлемой частью курсовой работы, которые в совокупности представляют собой полноценный программный продукт. Далее приведен пример оформления технологической постановки задачи автоматизации:

Имеется технологический процесс, который включает в себя два резервуара жидкости: основной и промежуточный. Поступление жидкости осуществляется по отдельным трубопроводам, сливается жидкость из основного в промежуточный и из промежуточного в резервуар транспортной машины. Для контроля уровня в каждом из резервуаров (в том числе в резервуаре трансортной машины) установлены дискретные датчики верхнего уровня ДВУ1, ДВУ2, ДВУ3, а также датчики нижнего кровня основного и промежуточного резервуаров ДУМ1 и ДУМ2. Электрически управляемые задвижки установлены в трубопроводах залива жидкости в основной Р1 и промежуточный резервуары Р2, из основного резервуара в промежуточный Р3, из промежуточного в транспортный Р4.

Организовать автоматическое управление (кнопка Авто/Руч) заполнением резервуара транспортной машины (наличие транспорта определяет датчик Д1) до максимального уровня транспортного резервуара. В ручном режиме организовать открытие и закрытие трех основных клапанов заполнения ЭМ1, ЭМ2 и ЭМ4 (три кнопки).

    Технологическая задача должна включать в себя в основном дискретные сигналы, два-три аналоговых сигнала на входах и выходах. Общее количество сигналов должно быть от 15 до 20.

Порядок выполнения заданий курсовой работы

Выбор и обоснование конфигурации оборудования для курсовой работы (задание 1)

Для выполнения первого задания курсовой работы студентам необходимо выполнить следующие пункты:

1) Формулировка задания.

2) Составление структурной схемы системы автоматизации.

3) Выбор и обоснование выбора оборудования.

4) Составление электрической схемы автоматизации.

2.1.1 Методические рекомендации для выполнения задания 1 курсовой работы:

1) Формулировка задания должна сопровождаться описанием технологической схемы с обозначением на ней оборудования. Формулировка задания должна содержать конечную цель курсовой работы. Например, в данном примере рассматривается технологический процесс изготовления болта холодной штамповкой. Процесс начинается с подачи стального прутка. Сначала пруток пропускается через правильную машину и фильеру, а затем режется на части. Полученные заготовки подаются в первый цех и штамповочную машину, где производится их предварительная формовка, штамповка круглой головки, которой придается четырех- или шестигранная форма. Затем на торцевой части заготовки болта делается фаска во втором цехе, и наконец, с помощью двух плашек нарезается резьба в третьем цехе (рисунок 1 и 2).

В качестве примера взят третий цех, где производится накатка резьбы и снятие фаски. Реализовать с помощью контроллера следующий алгоритм:

При нажатии кнопки «Start» или «Start3» срабатывается механизм «Mech3». При срабатывании датчика обнаружения «D3.0» начинает работать механизм вращения «MechVrach», за счет вращения и резцов производится снятие фаски с конца болта, при срабатывании датчика конца «D3.3» механизм вращения перестает работать. После снятия фаски на болт наносится резьба. При срабатывании датчика обнаружения «D3.4» и датчика начала «D3.1» срабатывает механизм вращающий болт строго по часовой стрелке «Mech po», для того чтобы не сорвать резьбу при срабатывании датчика конца «D3.2», механизм вращения по часовой стрелке перестает работать и запускается механизм вращения против часовой «Mech prot», при срабатывании датчика начала «D3.1», механизм вращения против часовой стрелки перестает работать, счетчик подсчитывает количество готовых изделий. Поступает новая деталь. Данный процесс можно остановить нажатием на кнопку «Stop» или «Stop3».

Рисунок 1 – Технологический процесс изготовления заготовки болта

Рисунок 2 – Технологический процесс снятия фаски и накатки резьбы

2) Составление структурной схемы системы автоматизации имеет конечной целью определение количества и вид (аналоговый или дискретный) входных и выходных сигналов. Например,

обозначение:

- кнопки включения третьего цеха «Start» или «Start3»;

- кнопки отключения третьего цеха «Stop», «Stop3»;

- датчика обнаружения «D3.0»;

- датчика начала «D3.1»;

- датчика конца «D3.2»;

- датчика конца «D3.3»;

- механизм «Mech3»;

- механизм вращения «MechVrach»;

- механизм вращения по направлению часовой стрелки «MechVrach»;

- механизм вращения по направлению против часовой стрелки «Mech prot».

Структурная схема системы автоматизации включает в себя микропроцессорный элемент управления – свободно-программируемый контроллер, входные элементы, исполнительные механизмы. В качестве входных элементов используются: 12 датчиков, 8 кнопок. В качестве исполнительных элементов используется: механизмы вращения, механизмы запуска процесса, формовочные прессы, поршни матрицы, поршень нарезки (Приложение А).

Таким образом, имеем на входе 20 дискретных сигналов, на выходе 13 дискретных исполнительных элемента. Так же студент вправе добавить аналоговые входные/выходные сигналы.

3) Выбор и обоснование выбора оборудования выполняется по критериям технической совместимости оборудования. Другие показатели как надежность, стоимость в рамках выполнения данного задания являются второстепенными, так как экономических расчетов студент не выполняет. Каждое из выбранного оборудования должно быть описано с техническими характеристиками и особенностями практического применения. В обязательном порядке должны быть выбраны датчики и исполнительные элементы. При выборе этих элементов следует ориентироваться на элементы с аналоговыми выходными (для датчиков) и входными (для исполнительных элементов) сигналами по напряжению от -10 до +10 вольт, по току от 4 до 20 миллиампер. Выбор элементов целесообразно выполнять в следующем порядке: входные элементы, выходные элементы, свободно-программируемый контроллер (СПЛК) и блок питания (БП) к нему. Так как в лаборатории кафедры установлены СПЛК фирмы Сименс, то СПЛК и БП выбираются обязательно этой фирмы. Все остальные элементы любой другой или этой же фирмы. При выборе СПЛК рекомендуется учесть количество и вид входных выходных сигналов, определенный в предыдущем пункте выполнения задания.

4) Составление электрической схемы автоматизации выполняется на основе документации из каталогов фирмы Сименс. Из каталога необходимо взять схемы фронтальных соединений контроллера. Это могут быть схемы фронтальных соединений дискретных и аналоговых входов-выходов.

Таблица 1 - Соответствие обозначений на электрической и структурной схемах

В «Приложение Б» представлена электрическая схема подключения дискретных сигналов. Подключение аналоговых сигналов зависит от того, какой выходной сигнал у датчика. Если это токовый сигнал, то он подключается к тем выводам, которые обозначены на фронтальном соединение буквой А, а если сигнал по напряжению, то он подключается к выводам с буквой V. Так, например, для контроллеров Simatic CPU 314C PN/DP это выводы 2 и 4 для напряжения, 3 и 4 для сигнала по току.