Анализ объекта управления автоматизация

Курсовой проект

По дисциплине «Проектирование систем автоматизации»

На тему «Автоматизированная система управления процессом плавления сырья при производстве оптического кабеля»

Содержание

1 Анализ объекта автоматизации…………………………………………….3

1.1 Описание технологического процесса………………………………..3

1.2 Разработка схемы автоматизации………………………………………4

2 Выбор типа датчиков, управляющих устройств и исполнительных механизмов……………………………………………………………………..4

3 Описание созданных схем………………………………………………….5

3.1 Разработка схемы автоматизации……………………………………..5

3.2 Разработка внешних электрических трубных проводок……………..6

3.3Разработка принципиальной схемы управления, сигнализации и питания………………………………………………………………………..7

3.4 Разработка внешнего вида щита……………………………………. 7

3.5 Разработка организационно структурной схемы……………………. 7

Список использованной литературы………………………………………. 10

Введение

В курсовом проекте рассмотрена автоматизированная система управления процессом плавления сырья при производстве оптического кабеля.

Вот уже свыше двух десятилетий оптические кабели (ОК) активно используются на сетях связи различных типов. Основными элементами конструкции ОК, обеспечивающими передачу информации, являются оптические волокна.

На протяжении последних лет в производстве опти­ческих волокон произошли серьезные изменения в плане применяемых технологий. Колебания спроса и снижение цен на оптические телекоммуникационные волокна привели к необходимости разработки новых экономически эффектив­ных технологий изготовления и новых конструкций волокон. Телекоммуникационные оптические волокна производятся в очень больших объемах (свыше 100 млн км одномодового волокна, соответствующего ITU-T 652, в год) и имеют малое количество подкатегорий. Стимулом для разработки инновационных технологий является стрем­ление к сокращению производственных расходов, повыше­нию производительности, достижению экономии, обуслов­ленной ростом масштабов производства, и улучшению характеристик оптического волокна. Волокна специального назначения, наоборот, производятся небольшими партиями, с многочисленными типами конструкций (подкатегорий), продаются метрами, при этом стимулом для новых техно­логических решений служат требования гибкости произ­водства в связи с постоянно изменяющимися конструкци­ями оптических волокон. Существует широкий диапазон методов изготовления оптического волокна

Анализ объекта автоматизации

Описание технологического процесса.

Рисунок 1.1 – Технологическая схема процесса плавления и вытягивания волокна

Процесс изготовления оптического волокна осуществляют следующим образом. Предварительно подготовленную заготовку (1) (нижнюю ее часть), либо из чистого плавленого кварца, либо из кварца, имеющего легированную кварцевую светоотражающую оболочку, закрепляют в механизме подачи заготовки (2) и помещают в высокотемпературную печь (3), имеющую температуру зоны разогрева заготовки приблизительно 2000°С. Температуру устанавливают в зависимости от диаметра заготовки, диаметра вытягиваемого волокна, скорости вытяжки волокна и необходимого усилия (натяжения) вытягиваемого волокна. Из заготовки оттягивают волокно, протягивают через фильеру для первичного покрытия (5) с калиброванным отверстием, необходимым для создания требуемой для заданного диаметра волокна толщины покрытия и через устройство отверждения первичного покрытия (7) протягивают с необходимым для создания требуемой толщины первичного покрытия калиброванным отверстием имеющую конусное окончание, находящуюся в печи плавления термопластичного полимера (6) и уже заполненную расплавом применяемого термопластичного полимера, и помещают в механизм вытягивания волокна (8). В фильеру для нанесения первичного покрытия (5) заливают выбранный полимер, устанавливают, используя измеритель диаметра (4), требуемый диаметр вытягиваемого оптического волокна и волокно наматывают на накопительный барабан (9).

Выбор типа датчиков, управляющих устройств .

Выбор датчика диаметра

Выбор датчика натяжения

Описание созданных схем

Вывод

В ходе выполнения курсового проекта была рассмотрена установка плавления и вытягивания оптического волокна с целью разработки системы управления.

Основная задача поддержания хорошего качества готового продукта – поддержание нужной температуры в печах, регулирование скоростей протяжки, измерение диаметра на выходе.

Разработали схемы : функциональную, плк , принципиально- электрическую, схему щита , организационную.

Список использованной литературы

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский; Под ред. А. С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомизат, 1990. – 464 с.

2. Нестеров А. Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга1 – СП6 – Издательство ДЕАН, 2006 – 552с.

3. Тигарев А.М. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование систем автоматизации». Одесса. – 2013. -31 с.

4. [ADAM-4000 | Advantech | Модули ввода-вывода. Модули УСО | Промышленная

5. [Панельные индикаторы и табло

6. [Технологическая схема производства оптического кабеля

7. [Описание процесса плавления и вытягивания оптического волокна http://promvest.info/ru/innovatsii/povyishenie-prochnosti-opticheskih-volokon-bolshogo-diametra-ispolzuemyih-v-lazernoy-meditsine-i-tehnologii/]

8. [Маркировка проводов и кабелей

Приложение А: Заказная спецификация

Курсовой проект

По дисциплине «Проектирование систем автоматизации»

На тему «Автоматизированная система управления процессом плавления сырья при производстве оптического кабеля»

Содержание

1 Анализ объекта автоматизации…………………………………………….3

1.1 Описание технологического процесса………………………………..3

1.2 Разработка схемы автоматизации………………………………………4

2 Выбор типа датчиков, управляющих устройств и исполнительных механизмов……………………………………………………………………..4

3 Описание созданных схем………………………………………………….5

3.1 Разработка схемы автоматизации……………………………………..5

3.2 Разработка внешних электрических трубных проводок……………..6

3.3Разработка принципиальной схемы управления, сигнализации и питания………………………………………………………………………..7

3.4 Разработка внешнего вида щита……………………………………. 7

3.5 Разработка организационно структурной схемы……………………. 7

Список использованной литературы………………………………………. 10

Введение

В курсовом проекте рассмотрена автоматизированная система управления процессом плавления сырья при производстве оптического кабеля.

Вот уже свыше двух десятилетий оптические кабели (ОК) активно используются на сетях связи различных типов. Основными элементами конструкции ОК, обеспечивающими передачу информации, являются оптические волокна.

На протяжении последних лет в производстве опти­ческих волокон произошли серьезные изменения в плане применяемых технологий. Колебания спроса и снижение цен на оптические телекоммуникационные волокна привели к необходимости разработки новых экономически эффектив­ных технологий изготовления и новых конструкций волокон. Телекоммуникационные оптические волокна производятся в очень больших объемах (свыше 100 млн км одномодового волокна, соответствующего ITU-T 652, в год) и имеют малое количество подкатегорий. Стимулом для разработки инновационных технологий является стрем­ление к сокращению производственных расходов, повыше­нию производительности, достижению экономии, обуслов­ленной ростом масштабов производства, и улучшению характеристик оптического волокна. Волокна специального назначения, наоборот, производятся небольшими партиями, с многочисленными типами конструкций (подкатегорий), продаются метрами, при этом стимулом для новых техно­логических решений служат требования гибкости произ­водства в связи с постоянно изменяющимися конструкци­ями оптических волокон. Существует широкий диапазон методов изготовления оптического волокна

Анализ объекта автоматизации

Описание технологического процесса

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использованию теплоты.

Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические процессы и горячее водоснабжение зданий) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщение теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. В соответствии с этим каждая система теплоснабжения состоит из трех звеньев: источника теплоты, трубопроводов и систем теплопотребления с нагревательными приборами.

Теплоносителем называется среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы – на водяные и паровые системы теплоснабжения. Из названия ясно, что в водяных системах теплоснабжения основным теплоносителем служит вода, а в паровых – пар. В нашей стране для городов и жилых районов в качестве теплоносителя используют воду.

Эффект передачи теплоты при применении воды заключается в том, что непрерывно двигающаяся от источника теплоты по трубопроводам и нагревательным приборам вода в последних за счет соприкосновения с относительно холодной их поверхностью охлаждается (снижает температуру) и тем самым передает часть переносимой с ней теплоты воздуху помещения в системах отопления. В системах вентиляции горячая вода отдает теплоту нагреваемому наружному воздуху, а в системах горячего водоснабжения – водопроводной воде. Следовательно, до систем теплопотребления (нагревательных приборов) вода имеет более высокую температуру, чем после них.

С эксплуатационной точки зрения теплоноситель должен обладать качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например, котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы теплоты в системах отопления и вентиляции вызвана переменными температурами наружного воздуха.

Регулирование расхода тепла на отопление, а, следовательно, температуры воды в тепловых сетях ведут по отопительному графику, в котором каждой температуре наружного воздуха соответствует определенная температура воды подаваемой в тепловую сеть и возвращаемой в котельную. Расчетную температуру воды для небольших систем принимают равной 95?C в подающей лини и 70?C в обратной. Для крупных котельных расчетный перепад температуры обычно принимают равным 150-70?C. Расчетный расход тепла определяют по расчетной наружной температуре, которая зависит от метеорологических условий данной местности.

Если вырабатываемый в котельной или на ТЭЦ теплоноситель – пар или вода полностью расходуется в местных системах у потребителей и охлажденная вода или пар в котельную не возвращается, то такую систему теплоснабжения называют открытой или разомкнутой. Если теплоноситель отдает свое тепло в местных системах и частично или полностью возвращается в котельную, такую систему называют закрытой или замкнутой.

В проекте рассматривается закрытая двухтрубная водяная система теплоснабжения источником теплоты, которой является паровая районная котельная.

Двухтрубные системы с тепловой сетью, состоящей из двух теплопроводов – подающего и обратного, являются самыми распространенными. В этом случае по подающему теплопроводу вода подается к потребителям, а по обратной линии от потребителей охлажденная вода подается на ТЭЦ или в районную котельную. Применение в основном двухтрубных систем вызывается тем, что они пригодны для снабжения теплотой однородных потребителей, т.е. систем отопления и вентиляции, работающих по одинаковым режимам. При этом вся тепловая энергия подается одного потенциала, т.е. вода одинаковой температуры при заданной температуре наружного воздуха.

При районном теплоснабжении источник теплоты – районная котельная может быть паровой или водогрейной с установкой в ней паровых или водогрейных котельных агрегатов. В том и в другом случае это надо особенно подчеркнуть в котельной вырабатывается только один вид энергии – тепловая энергия, для выработки которой и сжигается топливо в топках котельных агрегатов.

Схема централизованного теплоснабжения от паровой котельной представлена на рисунке 1.1. В этом случае в котельной подготавливаются два теплоносителя – вода и пар и имеются два вида тепловых сетей – паровые и водяные.

Рисунок 1.1 – Схема теплоснабжения от паровой промышленной котельной

В котельном агрегате К происходит образование пара путем сжигания топлива. Насыщенный пар подается к водоподогревателям В, откуда нагретая вода по теплопроводам (подающему П и обратному О) тепловой сети циркулирует при помощи сетевых насосов СН: по подающему – к потребителям теплоты, а по обратному – от потребителей теплоты к насосам и снова в водоподогреватели. В системах потребителей вода охлаждается, передавая часть своего теплового потенциала. Пар, отдавая свое тепло, в системе водоподогревателей образует конденсат, который сливается в бак. Из бака конденсат питательными насосами ПН подается в котельный агрегат для повторного парообразования. Перед сетевыми насосами вода проходит грязевик Гр, где из воды удаляются взвешенные механические примеси (окалина, песок, коррозионные отложения и другие частицы, как-либо попавшие в трубопроводы при монтаже или ремонтах).

В котельной предусмотрена химводоочистительная установка по подготовке воды (ХВО). В ней подготавливается вода перед заполнением сети в начале эксплуатации и во время эксплуатации; подача воды осуществляется подпиточным насосом ППН. В ХВО вода может умягчаться, освобождаться от растворенных кислорода и углекислоты, а также от нерастворимых механических примесей.

Умягчение воды устраняет интенсивное образование накипи, а удаление из воды кислорода, углекислоты и нерастворимых примесей предотвращает возникновение коррозии и загрязнение элементов систем теплоснабжения.

Подпиткой тепловых сетей называется процесс восполнения потерь или разбора воды из теплопроводов или систем потребителей теплоты.

Подпиточные насосы выбираются по расходу, обеспечивающему восполнение потерь в системе теплоснабжения. В закрытых системах теплоснабжения утечка воды принимается равной 0,5% объема воды в трубопроводах системы с присоединенными к ней абонентами. При этом производительность насоса выбирается на двойной расход с учетом подачи воды в аварийных ситуациях. При открытых системах теплоснабжения производительность подпиточных насосов выбирается с учетом покрытия суммарных расходов воды при максимальном потреблении ее на горячее водоснабжение и утечек в системе. Подпиточные насосы должны создавать напор, обеспечивающий преодоление давления в обратной линии перед сетевыми насосами, а также гидравлическое сопротивление трубопроводов.

Сетевые насосы водоподогревательных установок выбираются по расходу сетевой воды на напор, обеспечивающий покрытие гидравлических сопротивлений сети, подогревателей сетевой воды, охладителей конденсата, а также водогрейных котлов, если они установлены. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии сетевой воды и работают при температуре воды не более 70° С.

В данном дипломном проекте будет модернизирована система управления транспортом теплоносителя в системе теплоснабжения.

2.2 Анализ технологического процесса как объекта управления

В составном цехе подготовки шихты аппаратом с непрерывным регулированием является сушильный барабан песка.

Основным регулируемым параметром в барабане является температура сушки песка. Перед системой автоматизации процесса сушки стоит задача поддержания на заданных значениях и ряда других регулируемых параметров:

· разрежение в топке сушильного барабана

· влажность высушиваемого материала;

· качество сгорания топлива.

Поддержание выше перечисленных параметров на заданных значениях осуществляется изменением следующих регулирующих параметров.

Регулирование температуры в сушильном барабане осуществляется путём изменения подачи газа на горелки.

Разрежение в топке регулируется изменением количества отходящих дымовых газов.

Влажность высушиваемого материала регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на сушку.

Качество сгорания топлива регулируется изменением количества воздуха, подаваемого на горение.

Качественному регулированию процесса препятствует наличие возмущающих воздействий:

Возмущающие измеряемые величины:

· параметры газа (давление, температура, влажность);

· параметры воздуха (давление, температура, влажность);

· влажность и температура сырья.

Возмущающие неизмеряемые параметры:

Наиболее влиятельными возмущениями являются влажность и температура сырья, поступающего на сушку. Эти параметры не является регулируемыми. Но их можно измерять и учитывать изменение при регулировании.

2.3 Выбор структуры системы управления и регулирования

В данном проекте предлагается следующая структура АСУ ТП.

На первом уровне предлагается установить локальные средства автоматизации и микроконтроллеры, которые получают информацию сразу о нескольких параметрах состояния объекта. Используя встроенный язык программирования в микроконтроллере можно реализовать любые самые сложные алгоритмы управления. На этом уровне происходит первичная обработка информации и формирование некоторых интегральных показателей, таких как количество используемого сырья и т.д.

На втором уровне располагается ЭВМ. На этот уровень возложены функции индикации и регистрации. На этом уровне происходит так же формирование законов регулирования для микроконтроллеров первого уровня. Подключённые к ЭВМ устройства ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и монитор) образуют автоматизированное рабочее место оператора. ЭВМ позволяет оператору осуществлять ручное управление процессом. На втором уровне происходит вторичная обработка информации, идентификация предаварийных ситуаций и их сигнализация. На второй уровень также возложены функции взаимосвязи с другими АСУ ТП.

Для проектируемой АСУ ТП основными являются технико-экономические задачи:

· экономия топлива, сырья и материалов;

· снижение себестоимости продукции;

· повышение качества продукции;

· достижение оптимальной загрузки технологического оборудования;

· обеспечение безопасности функционирования объекта;

· оптимизация режимов работы технологического оборудования.

Современные системы автоматизации строятся в виде многоступенчатых структур, последовательно осуществляющих все необходимые функции контроля и управления.

При этом на первой ступени обеспечивается управление отдельными агрегатами, установками и участками преимущественно посредством локальных систем контроля и управления и систем управления с применением микропроцессоров и ЭВМ.

На второй ступени обеспечивается обслуживание самостоятельных производственных комплексов, производств, линий, участков, цехов, связанных между собой общностью технологического процесса. На этой ступени системы управления с применением ЭВМ обеспечивают координацию работы подчинённых производственных единиц, распределение нагрузок между параллельно работающими установками, оптимизацию заданных показателей работы посредством воздействия на местные системы управления.

На следующей высшей ступени управления система автоматизации обеспечивает решение сложных задач по координации работы всех производственных и вспомогательных подразделений технологического объекта, распределению нагрузок и обеспечению оптимизации работы предприятия. Решение этих задач связано с рациональной организацией текущего и перспективного планирования, с учётом и анализом производственной деятельности предприятия и т.д.

Разрабатываемая АСУ ТП будет выполнять задачи, характерные для первой и второй ступеней управления.

Возможно несколько вариантов реализации АСУ ТП.

АСУ ТП, реализующая ручной режим, при котором комплекс технических средств выполняет информационные функции централизованного контроля и вычисления комплексных технических и технико-экономических показателей. Выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек (оператор).

АСУ ТП, реализующая режим «советчика», при котором комплекс технических средств на основе анализа исходной информации разрабатывает рекомендации (советы) по управлению и осуществляет поиск оптимальных решений, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом.

АСУ ТП, реализующая автоматический режим, при котором комплекс технических средств реализует управляющие функции. Целью этих функций является автоматическая выработка и осуществление управляющих воздействий на технологический объект управления. При этом различают режим супервизорного управления, когда средства управляющего вычислительного комплекса автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных регулирующих устройств вблизи точки оптимального ведения процесса, и режим прямого, непосредственного цифрового управления, когда управляющий вычислительный комплекс формирует воздействие непосредственно на исполнительные механизмы, а регуляторы вообще исключаются из схемы управления.

Разрабатываемая АСУ ТП будет работать в автоматическом режиме и объединит:

1). Локальные средства автоматизации, установленные непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях и осуществляющие сбор, первичное преобразование информации и передачу ее в измерительные преобразователи-контроллеры;

2). Преобразователи-контроллеры первого уровня, предназначенные для сопряжения ЭВМ с объектом и реализации законов регулирования. Эти контроллеры имеют блочную структуру и позволяют подключать модули аналогового и дискретного ввода и вывода, модули для подключения термопар. Рабочие диапазоны настраиваются программным путем. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые законы регулирования, при этом ресурсы ЭВМ вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Все микроконтроллеры подключаются к ЭВМ посредством унифицированного интерфейса обмена данными.

3). Электронно-вычислительную машину второго уровня, выполняющую функции индикации, регистрации, управления, идентификации и сигнализации предаварийных ситуаций. В качестве ЭВМ предлагается использовать промышленную рабочую станцию. Такие машины предназначены для эксплуатации в цеховых условиях, имеют достаточную вычислительную мощность и высокую надежность. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Подключенные к ЭВМ устройство ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и принтер) образуют автоматизированное рабочее место оператора, и позволяют оператору осуществлять ручное управление процессом.

Предлагаемая автоматизированная система управления технологическим процессом позволит решать все требуемые задачи автоматизации.

Структура АСУ приведена в документе ДП-210200-833-2005 А1.