Введение. Вне зависимости от выбранной темы ВВЕДЕНИЕ должно содержать общие сведения о работе, краткую характеристику

Вне зависимости от выбранной темы ВВЕДЕНИЕ должно содержать общие сведения о работе, краткую характеристику, резюме. В нем необходимо отразить актуальность выбранной темы, цель и задачи, решаемые в проекте, используемые методики, практическую значимость полученных результатов. К числу решаемых задач можно отнести:

• изучение предметной области и выявление недостатков существующей системы управления, определяющих необходимость разработки данного проекта;

• разработку постановки задачи;

• обоснование выбора основных проектных решений;

• разработку всех видов обеспечивающих подсистем;

• обоснование экономической эффективности проекта.

Во введении необходимо также перечислить вопросы, которые будут рассмотрены в работе, выделив вопросы, которые предполагается решить практически. Рекомендуется писать введение по завершении основных глав ВКР, перед заключением.

Объем введения, как правило, не превышает 2 страниц машинописного текста.

Содержание раздела расчетно-техническая часть

Содержание раздела “Расчетно-техническая часть” во многом зависит от конкретной темы ВКР. Рекомендуется включать в состав расчетно-технической части следующие подразделы:

- описание объекта автоматизации;

- описание существующего уровня автоматизации объекта;

- постановка задачи на разработку (модернизацию) системы автоматизации;

- обзор и сравнительный анализ известных аналогов системы;

- разработка информационного обеспечения системы;

- разработка математического обеспечения системы;

- разработка алгоритмического обеспечения системы;

- выбор технического обеспечения системы;

- разработка и выбор программного обеспечения системы.

4.4.1 Описание объекта автоматизации должно отражать роль и место данного объекта в общей технологической схеме производства, его взаимосвязи со смежными технологическими агрегатами, участками и линиями. Необходимо охарактеризовать исходное сырьё, материалы, полуфабрикаты, детали, заготовки или блоки, поступающие на обработку в рассматриваемом объекте, указать их источники, требования к качеству.

В описании технологического процесса объекта автоматизации следует обратить внимание на показатели качества получаемой продукции и критерии эффективности работы, на ограничения, вытекающие из технологии производства и особенностей работы имеющегося технологического оборудования. При этом необходимо, прежде всего, ориентироваться на утвержденный технологический регламент производства.

В этом же подразделе выполняется анализ возможных аварийных ситуаций, причин нежелательных остановок производства, брака продукции. Описывается порядок запуска и остановок технологического процесса.

Пусть, например, в ВКР разрабатывается АСУ ТП котельной на базе водогрейного котла КВГМ 100-150 ГМА. Тогда в разделе “Описание объекта автоматизации” могут быть рассмотрены следующие вопросы:

- краткая характеристика потребителей горячей воды и режимов водопотребления;

- технология горячего водоснабжения, реализованная в котельной;

- регламентная зависимость температуры воды на выходе котла от температуры окружающей среды;

- схема основного технологического оборудования котельной (включая трубопроводы), регламентные значения температур, давлений, расходов, соотношения газ/воздух и т.п.;

- условия аварийного отключения подачи газа на сжигание (по давлению газа и воздуха, по угасанию пламени);

- условие экологически безопасного сжигания топлива;

- подготовка воды, подаваемой в котел;

- режимы пуска и останова котельной.

4.4.2 В описании существующего уровня автоматизации объекта следует привести перечень измеряемых и контролируемых параметров, охарактеризовать технические средства измерений, а также способы и виды контроля. Необходимо описать и охарактеризовать существующие системы автоматических блокировок, сигнализаций, управления и регулирования. Описать технические и программные средства взаимодействия оперативного персонала с технологическим процессом (средства визуализации процесса, пульты оператора и т.п.). Следует также описать степень интеграции существующих средств автоматизации рассматриваемого объекта в общую систему цеха и предприятия.

При работе над данным подразделом необходимо обратить особое внимание на недостатки существующей системы. К числу таких недостатков могут относиться:

- физическое и моральное устаревание технических и программных средств;

- ненадежность работы системы автоматизации в конкретных производственных условиях;

- отсутствие современной автоматизации каких-то функций по контролю и управлению производством;

- низкое качество управления, не отвечающее возросшим требованиям и обусловленное несовершенством алгоритмов и методов регулирования;

- несоответствие заложенных в систему инженерных решений современным экономическим, эргономическим или экологическим требованиям;

- слабый уровень визуализации процесса и других средств человеко-машинного интерфейса системы автоматизации.

В рассматриваемом примере системы автоматизации котельной описываются:

- первичные преобразователи, показывающие и регистрирующие приборы в каналах измерения температур, давлений, расходов и уровней, счетчики коммерческого учета электроэнергии, газа и воды;

- исполнительные устройства, используемые при ручном и автоматическом регулировании технологических параметров;

- локальные автоматические контуры регулирования давления воды в обратной теплосети и разрежения в топке;

- ручное регулирование температуры воды на выходе из котла, соотношения газ/воздух, давления воды в прямой теплосети, давления воздуха в воздуховоде, уровня воды в подпиточном баке аккумуляторе;

- автоматика безопасности (системы сигнализации, защиты и блокировки), обеспечивающая предотвращение аварий при выходе давлений в газовой, воздушной или водной магистралях за допустимые пределы; при погасании факела в топке котла, при отключении дымососа, перегреве подшипников в насосных агрегатах и т.п.

Недостатками системы автоматизации котельной являются:

- датчики, исполнительные устройства и локальные регуляторы морально и физически устарели, не удовлетворяют современным требованиям, их своевременное обслуживание и ремонт затруднены;

- ручное управление соотношением газ/воздух и отсутствие газоанализатора продуктов сгорания не обеспечивает экономичное и экологически безопасное сжигание топлива;

- ручное управление тепловой нагрузкой не позволяет поддерживать наиболее эффективный режим;

- релейные системы блокировок и защит устарели и не обеспечивают необходимый уровень безопасности;

- отсутствует современная система визуализации, протоколирования и архивирования процесса, неудобный, устаревший интерфейс оператора с системой. Используемая в котельной регистрация основных технологических параметров при помощи самописцев требует значительных эксплуатационных затрат и неудобна для последующего анализа.

4.4.3 Постановка задачи на разработку или модернизацию системы автоматизации должна содержать перечень функций и задач, которые необходимо реализовать в разрабатываемой системе. Следует привести как общие требования к системе, так и требования к отдельным функциям и задачам. Так, например, в число общих требований могут входить требование открытости программных и аппаратных средств системы к средствам других ведущих производителей систем автоматизации, требование интегрированности в систему автоматизации цеха, необходимость поддержки системой определенных интерфейсов, ограничения на показатели надежности и т.п.

Требования к отдельным функциям могут содержать ограничения на погрешность измерения или стабилизации технологических параметров, на скорость и характер изменения параметров в переходном режиме, на время реакции системы на какие-либо события.

Данный пункт пояснительной записки должен, по возможности, предусмотреть меры по ликвидации всех недостатков, отмеченных выше при описании существующей системы автоматизации.

Необходимо отметить, что одним из принципов построения систем автоматизации является так называемый принцип новых задач. Его суть состоит в том, что новая система автоматизации не должна слепо копировать сложившиеся ранее структуру и методы управления. Появление новых технических и программных средств может сделать возможным применение и более совершенных методов управления, привести к необходимости изменения организационной структуры управления в автоматизируемом подразделении. Так, если в старой системе установки контурам регулирования задавал оператор, то в модифицированной системе эти установки могут формироваться системой в результате оптимизации технологического режима.

В рассматриваемом примере целями модернизации системы автоматизации котельной являются:

- обеспечение безопасного технологического режима котельного агрегата;

- снижение расходов топлива и электроэнергии;

- снижение вредных выбросов в атмосферу;

- повышение качества регулирования и, как следствие, достижение высокой точности стабилизации регламентных технологических режимов, повышение экономической эффективности горячего водоснабжения;

- повышение достоверности учета тепла, электроэнергии, расходов газа и воды на котельной;

- улучшение условий труда эксплуатационного персонала.

АСУ ТП котельной должна решать следующие задачи:

- управление нагрузкой и оптимизация соотношения газ/воздух каждой из горелок котла;

- регулирование температуры сетевой воды на выходе из котельной в зависимости от температуры наружного воздуха;

- регулирование разрежения в топке котла;

- управление электрифицированной регулирующей заслонкой на подаче газа в горелку;

- защита, сигнализация и блокировка работы котла;

- обеспечение оперативно-технологического персонала информацией о параметрах теплового режима и состояния технологического оборудования;

- регистрация в режиме реального времени параметров технологического процесса и действий оперативного персонала;

- протоколирование и архивирование информации;

- представление архивной информации и результатов расчетов;

- обеспечение достоверности и надежности используемой информации;

- экстренная выдача информации в аварийных ситуациях;

- снижение вероятности нарушения норм технического регламента.

Для достижения указанных целей приняты следующие концептуальные решения:

- реконструкция системы газоснабжения котельных агрегатов с установкой блоков газооборудования (по одному на каждую горелку);

- АСУ ТП котельной строится как трехуровневая, иерархическая, распределенная система управления, открытая для расширения и использования аппаратных и программных средств различных производителей;

- применение промышленных контроллеров, программируемых на языках, соответствующих международному стандарту DIN EN 6.1131-3;

- использование супервизорного режима управления как основного с применением на верхнем уровне IBM PC совместимых промышленных компьютеров и современной SCADA системы;

- визуализация и архивирование хода технологического процесса, протоколирование действий оперативного персонала, обеспечение удобного человеко-машинного интерфейса за счет использования возможностей SCADA системы;

- применение частотно-регулируемых электроприводов тягодутьевых агрегатов, позволяющих снизить расход электроэнергии и повысить ресурс работы электромеханического оборудования;

- применение надежных газоанализаторов для обеспечения оптимального режима сгорания топлива.

4.4.4 Во многих случаях разрабатываемые системы автоматизации имеют аналоги, поэтому перед началом создания своей системы весьма полезно ознакомиться с инженерно-техническими решениями, реализованными ранее на аналогичных или подобных объектах. Для этого необходимо провести информационный поиск с использованием специальной технической литературы, Интернета и периодических печатных изданий. В частности, следует отметить журналы «Промышленные АСУ и контроллеры», «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика», «Датчики и системы», «Контрольно-измерительные приборы и системы», «Автоматизация в промышленности», «Современные технологии автоматизации», «Мир компьютерной автоматизации», а также учебники и учебные пособия [2,3], сайты www.siemens.ru, www.schneider-electric.ru, www.abb.ru, www.ab.com. Сравнительный анализ систем-аналогов часто позволяет предложить рациональные и эффективные пути решения поставленной задачи.

4.4.5 Информационное обеспечение системы автоматизации является той первоосновой, на которой реализуются все информационные, управляющие и вспомогательные функции, которая во многом определяет пути разработки других элементов системы. В ВКР необходимо рассмотреть следующие элементы информационного обеспечения:

- входные данные, способы их формирования, контроля и ввода в систему автоматизации, периодичность ввода;

- промежуточные данные, их назначение, порядок использования и хранения;

- выходные данные, перечень, форма и порядок представления пользователям;

- исходная внемашинная информация, используемая на этапах разработки и эксплуатации системы автоматизации (технологическая документация, техническая документация на производственное оборудование, текущая документация и т.п.);

- перечень и формы документов, отчетов, формируемых по результатам работы системы;

- архивы данных, виды и способы их формирования.

Следует особо выделить те данные, которые к настоящему времени отсутствуют в системе, для их ввода может потребоваться выбор новых технических средств или способов косвенных измерений.

В состав информационного обеспечения АСУ ТП котельной входят:

- входные сигналы, поступающие от датчиков и приведенные ниже в таблице 1;

- зависимость регламентных значений температуры воды в прямой и обратной сети от температуры наружного воздуха, приведенная в таблице 2;

- текущие значения технологических параметров, а также верхние и нижние границы технологического регламента и зон аварийных значений;

- архивы изменений технологических параметров, хранящиеся в SCADA системе;

- архивы нарушений технологического регламента, хранящиеся в SCADA системе;

- архивы аварийных значений технологических параметров, хранящиеся в SCADA системе;

- мнемосхемы и графики изменения параметров процесса, сформированные в SCADA системе и используемые оператором в процессе управления котельной;

- звуковые и световые сигналы, сообщения на информационное табло, формируемые подсистемой аварийной сигнализации;

- управляющие воздействия, формируемые АСУ ТП и передаваемые на исполнительные устройства;

- технико-экономические показатели эффективности функционирования котельной;

- отчеты о функционировании котельной за смену и за сутки.

Таблица 1. Входные сигналыАСУ ТП

Таблица 2. Зависимость температур прямой и обратной сетевой воды от температуры наружного воздуха

4.4.6 Разработка алгоритмического обеспечения системы состоит в содержательном описании и построении блок-схем алгоритмов функционирования контроллеров, а также алгоритмов, предназначенных для реализации в составе программного обеспечения рабочих станций. Необходимо заметить, что алгоритмическое обеспечение тесно связано с математическим, техническим и программным обеспечениями. При их разработке часто приходится возвращаться и пересматривать решения, принятые ранее по другим видам обеспечения. В частности, алгоритм работы контроллера при управлении технологическим процессом зависит от типа выбранного контроллера, имеющихся в его составе функциональных и программных модулей.

В то же время, выбирая контроллер необходимо учитывать перечень и характер алгоритмов, предполагаемых к реализации в данном узле системы автоматизации. Требования к классу точности и быстродействию датчиков во многом также определяются видом используемых алгоритмов управления.

Схема алгоритма может иметь различную степень детализации. Укрупненные схемы отражают, как правило, общую структуру алгоритма, а подробные – все основные детали. В ВКР целесообразно приводить подробные схемы лишь для тех алгоритмов, которые реализуют задачи, непосредственно решаемые в проекте.

4.4.7 Под техническим обеспечением АСУТП понимается совокупность аппаратных средств включая технические средства сбора, преобразования и первичной обработки информации, вычислительные средства, средства отображения информации, световой и звуковой сигнализации, регуляторы, исполнительные устройства и механизмы, средства связи и т.д. В настоящее время на российском рынке технических средств автоматизации представлен достаточно богатый ассортимент продукции отечественных и зарубежных производителей, способной удовлетворить разнообразные требования разработчиков и пользователей систем автоматизации. Однако выбор технического обеспечения системы должен быть обоснованным и осуществляться на основе сравнительного анализа альтернативных вариантов. При этом необходимо учитывать следующие факторы:

- соответствие характеристик технических средств требованиям, предъявляемым к выполнению всех функций системы, а также предполагаемым условиям эксплуатации;

- аппаратная и программная совместимость существующих и вновь вводимых технических средств;

- современность и перспективность технических средств их соответствие мировым тенденциям развития систем автоматизации;

- возможности дальнейшей модернизации и развития системы;

- открытость используемых технических средств к продукции других ведущих производителей систем автоматизации;

- наличие у персонала служб КИП и А предприятия опыта работы с данными техническими средствами;

- наличие в регионе сервисных центров, способных обслуживать данные средства;

- стоимость приобретения, монтажа, наладки, текущего обслуживания и эксплуатации.

Если в ВКР рассматривается задача модернизации системы автоматизации, то в пояснительной записке к ВКР необходимо остановиться на выборе дополнительных технических средств, отсутствующих в исходной системе или подлежащих замене по какой-либо причине (моральное или физическое старение, низкая точность и т.п.).

Для вновь разрабатываемой системы производится выбор всех технических средств.

И в первом и во втором случае следует провести краткий анализ альтернативных вариантов, выделить из них наиболее перспективные и обосновать сделанный окончательный выбор. Результаты выбора могут быть сведены в таблицы по группам технических средств (датчики, исполнительные устройства, средства вычислительной техники). Например, для системы автоматизации котельной выбраны датчики, перечень которых приведен в таблице 3.

Таблица 3. Датчики для АСУ ТП котельной

Содержание раздела заключение

Заключение должно содержать:

- краткие выводы и анализ результатов проектирования;

- оценку полноты решения поставленных задач;

- оценку уровня разработки в сравнении с современными инженерно-техническими решениями данной проблемы;

- рекомендации по внедрению в производство и использованию результатов проектирования системы управления;

-определить пути внедрения и направления дальнейшего совершенствования системы управления.

Содержание раздела список использованных источников

Список должен содержать сведения об источниках, использованных при разработке ВКР. В этот список включаются справочники, учебники и учебные пособия, методические указания, техническая и технологическая документация, монографии, периодические издания и Интернет-источники. Нумерация источников осуществляется в порядке их упоминания в пояснительной записке. Список источников оформляется в соответствии с ГОСТ 7.1.

В тексте пояснительной записки должны быть сделаны ссылки на все использованные источники путем указания номера источника по списку в квадратных скобках.