ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................3
ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ..........................................................5
1.1. Основные понятия и классификация АСУ ТП..........................................5
1.3. Обобщенная техническая структура АСУ ТП.........................................16
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ООО "ИЗКОРМ", РАЗРАБОТКА
ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ АСУ ТП ПРЕДПРИЯТИЯ...............................23
2.1. Анализ деятельности предприятия и обоснование необходимости
разработки АСУ ТП..........................................................................................23
2.2. Анализ и обоснование выбора аппаратно-программных средств для
разработки АСУ ТП приготовления комбикорма..........................................29
2.3. Разработка технического задания на создание АСУ ТП
приготовления комбикорма..............................................................................37
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АСУ ТП НА ПРЕДПРИЯТИИ
ООО "ИЗКОРМ"....................................................................................................46
3.1. Разработка АСУ ТП приготовления комбикорма...................................46
3.2. Внедрение и тестирование АСУ ТП на предприятии.............................60
3.3. Расчет технико-экономической эффективности от внедрения АСУ
ТП на предприятии............................................................................................64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................73
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования обусловлена возрастающем
интересом промышленных предприятий к современным системам
управления технологическими процессами. Такая система позволяет
осуществлять управление без участия людей, обеспечивая качество
управления, в разы превышающее способности человека.
Выбор темы исследования обусловлен острой потребностью ООО
«Изкорм» в современной системе управления линией по производству
кормов. В условиях нестабильной ситуации в мировой экономике,
снижении спроса и стоимости продукции, ведущие компании ищут
способы снижения издержек и получения максимальной прибыли.
Традиционными способами повышения эффективности производства
являются применение новых технологий, модернизация существующего
оборудования, что требует существенных затрат и окупается через
значительный промежуток времени. Другим менее затратным и быстро
окупающимся методом является повышение качества управления за счет
средств усовершенствованного управления процессом.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы
являются «Автоматизированные системы управления технологическим
процессом», а предметом исследования – «Автоматизированная система
управления технологическим процессом ООО «Изкорм».
Целью работы является разработать АСУ технологической линией
приготовления комбикорма на предприятии ООО «Изкорм». Для
достижения цели работы необходимо решить ряд задач:
1) Рассмотреть основные понятия и провести классификацию АСУ
ТП, выделить основные характеристики современных АСУ ТП;
2) Рассмотреть обобщенную техническую структуру АСУ ТП;
3) Разработать техническое задание на создание АСУ ТП
предприятия;
6
4) Разработать и внедрить АСУ ТП на предприятии;
5) Выполнить расчет технико-экономического эффекта от внедрения
АСУ ТП на предприятии.
Теоретическая значимость исследования заключается в применении
современных методов и оборудования. Полученные решения
продемонстрируют возможности современных средств.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные
результаты могут быть внедрены на сходных производствах и
обеспечивают повышение качества получаемого продукта за счет
повышения точности дозирования компонентов.
При написании выпускной работы использовались научные труды
следующих авторов: Кангин В.В. [13], Пантелеев В.Н. [14], Фельдштейн
Е.Э. [22], Селевцов Л.И. [24], Волков С. В. [38].
В первой главе выпускной квалификационной работы рассмотрены
основные понятия АСУТП, проведена классификация, определены
назначения и основные характеристики, а также, рассмотрена обобщенная
техническая структура.
Во второй главе проведен анализ деятельности предприятия ООО
«Изкорм», показана необходимость автоматизации технологической
линией приготовления комбикорма, проведен анализ и выбор аппаратно-
программных средств. Также, во второй главе разработано техническое
задание АСУ технологической линией приготовления комбикорма на
предприятии ООО «Изкорм».
В третьей главе рассмотрена разработка АСУ технологической
линией приготовления комбикорма на предприятии ООО «Изкорм»,
рассмотрено внедрение разработанной системы, показана экономическая
эффективность внедрения.
Выпускная квалификационная работы представлена на 73 листах и
содержит 19 рисунков, 26 формул и 5 таблиц.
7
ГЛАВА 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
1.1. Основные понятия и классификация АСУ ТП
Автоматизированные системы управления предназначены для
регулирования технологического процесса. В автоматическом режиме без
участия человека, такие системы могут управлять целыми производствами,
обеспечивая высокое качество продукта и безопасность оборудования. [5]
Классификация АСУ ТП по различным классификационным
признакам:
1) Гибкость при изменении продукта;
2) Масштаб системы - распределенная или локальная;
3) Информационная мощность системы;
4) Технологический процесс – непрерывный, дискретный или
смешанный.
АСУ ТП по гибкости при смене продукта можно разделить на три
основных типа:
фиксированная автоматизация;
программируемая автоматизация;
гибкая автоматизация.
Фиксированная автоматизация - это система, в которой
последовательность операций обработки фиксируется конфигурацией
оборудования. Именно интеграция и координация многих таких операций
в одном оборудовании делает систему сложной. [2]
Типичные особенности фиксированной автоматизации:
1) Высокие начальные инвестиции для заказного оборудования;
2) Высокие производственные показатели;
3) Относительно негибкий в приспособлении изменений продукта.
8
Экономическое обоснование стационарной автоматизации находится
в продуктах с очень высокими показателями спроса и объемами. Высокая
начальная стоимость оборудования может быть распределена по очень
большому количеству единиц, таким образом делая стоимость единицы
привлекательной по сравнению с альтернативными методами
производства. Примеры стационарной автоматизации включают
механизированные сборочные и механические линии передачи. [1]
Программируемая автоматизация - производственное оборудование
спроектировано с возможностью изменения последовательности операций,
чтобы приспособить различные конфигурации продукта.
Последовательность операций контролируется программой, которая
представляет собой набор команд, закодированных таким образом, чтобы
система могла их читать и интерпретировать. Новые программы могут
быть подготовлены и введены в оборудование для производства новых
продуктов. [1]
Особенности, которые характеризуют программируемую
автоматизацию:
Высокие инвестиции в оборудование общего назначения;
Низкие производственные показатели по сравнению с
фиксированной автоматизацией;
Гибкость, чтобы иметь дело с изменениями в конфигурации
продукта;
Наиболее подходит для серийного производства.
Автоматизированные производственные системы, которые
программируются, используются в производстве с низким и средним
объемом. Детали или изделия обычно изготавливаются партиями. [1]
Для производства каждой новой партии другого продукта
необходимо перепрограммировать систему с помощью набора машинных
инструкций, соответствующих новому продукту. Физические настройки
9
станка также должны быть изменены: инструменты должны быть
загружены, приспособления должны быть прикреплены к столу станка,
также должны быть изменены настройки станка. Эта процедура перехода
занимает много времени.
Следовательно, типичный цикл для данного продукта включает в
себя период, в течение которого происходит настройка и
перепрограммирование, за которым следует период, в течение которого
производится партия. Примеры программной автоматизации включают
станки с числовым программным управлением и промышленные роботы.
Гибкая автоматизация - это расширение программируемой
автоматизации. Гибкая автоматизированная система - это система, которая
способна производить различные продукты (или детали) практически без
потерь времени на переключение с одного продукта на другой. [2]
При перепрограммировании системы и изменении физических
настроек (оснастка, приспособления и настройки станка) не теряется
производственное время. Следовательно, система может производить
различные комбинации продуктов, вместо того, чтобы они производились
отдельными партиями. Особенности гибкой автоматизации можно
обобщить следующим образом:
Высокие инвестиции в систему по индивидуальному заказу.
Непрерывное производство различных смесей продуктов.
Средние показатели производства.
Гибкость, чтобы иметь дело с изменениями дизайна продукта.
Существенные особенности, которые отличают гибкую
автоматизацию от программируемой автоматизации:
возможность менять программы обработки деталей без потери
производственного времени;
возможность перенастройки физической установки, опять же без
потери производственного времени.
10
Эти функции позволяют автоматизированной производственной
системе продолжать производство без простоев между партиями, что
характерно для программируемой автоматизации. Изменение программ
обработки детали обычно выполняется путем подготовки программ в
автономном режиме в компьютерной системе и электронной передачи
программ в автоматизированную производственную систему. [3]
Следовательно, время, необходимое для программирования
следующего задания, не прерывает производство текущего задания.
Достижения в области компьютерных систем в значительной степени
ответственны за эту возможность программирования в гибкой
автоматизации. [3]
Типовая структура АСУ ТП представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Основные компоненты АСУ ТП и их назначение
11
АСУ ТП должна предусматривать следующие уровни контроля и
управления: [16]
полевой уровень - уровень функционирования полевых КИПиА,
включающий датчики контроля параметров, исполнительные устройства,
управляемые электроприводы, средства комплектной автоматики
оборудования. Пользователем системы на этом уровне является
эксплуатационный персонал, осуществляющий наладку,
профилактические работы и периодическое обслуживание
технологического оборудования и локальной автоматики;
уровень процесса - уровень функционирования
автоматизированных систем управления, включающий программно-
технические средства станций управления технологическим процессом,
противоаварийной защиты процесса и оборудования. Пользователем
системы на этом уровне является эксплуатационный персонал,
осуществляющий диагностику, ремонт и профилактические работы;
уровень управления - уровень функционирования
автоматизированных технологических объектов, включающий
персональные компьютеры промышленного исполнения, принтеры,
резервированную управляющую сеть, соединяющую уровень управления и
уровень процесса. Пользователем системы на данном уровне является
оперативно-технологический персонал, осуществляющий оперативное
управление технологическими процессами.
Основные требования, предъявляемые к АСУ ТП:
1) Надежность функционирования;
2) Ремонтопригодность;
3) Функциональность;
4) Исполнение компонентов АСУ ТП должно соответствовать
особенностям технологического процесса.
Основные задачи, решаемые АСУ ТП:
12
1) Автоматическое управление технологическим процессом;
2) Предотвращение аварийных ситуаций для защиты персонала,
окружающей среды, технологического оборудования;
3) Хранение исторической информации о технологическом процессе
для анализа и оптимизации.
Основные функции АСУ ТП:
сбор информации о технологических параметрах и состоянии
оборудования;
фильтрация входных сигналов от высокочастотных помех
измерения;
пересчет сигналов в физические величины;
контроль технологических параметров на физическую
достоверность, на соответствие технологическому регламенту, на
достижение аварийных границ;
косвенные измерения параметров (получение оценки
технологического параметра, который непосредственно не измеряются, в
результате математической обработки измеряемых сигналов,
функционально связанных с этим параметром). Примером косвенных
измерений является оценка концентрации серной кислоты по результатам
измерения её плотности и температуры;
оценка состояния оборудования;
ручной ввод информации в систему с использованием пульта
оператора или клавиатуры;
обмен информацией между вычислительными средствами АСУ
ТП (контроллеры, станции распределенной периферии, рабочие и
инженерные станции, серверы);
формирование и выдача сигналов световой и звуковой
сигнализаций;
13
визуализация информации в удобном для оперативного персонала
виде;
архивирование информации о ходе технологического процесса, о
нарушениях технологического регламента, о возникновении аварийных
ситуаций;
ведение базы данных реального времени;
подсчет технико-экономических показателей производства;
прогнозирование аварийных ситуаций;
обмен данными со смежными и вышестоящими системами
управления;
формирование сменных и суточных отчетов.
Составные части АСУ ТП (рисунок 2):
- техническое обеспечение (ТО) – представляет собой комплекс
технических средств (КТС), на базе которого функционирует система,
например, сервера, контроллеры, панели оператора, модули ввода-вывода
сигналов;
- программное обеспечение (ПО) – состоит из общего программного
обеспечения (ОПО), которое применяется в различных системах, и
специализированного ПО (СПО), которое разрабатывается для конкретной
системы;
- информационное обеспечение (ИО) – включает в себя перечни
входных и выходных сигналов, описание промежуточных данных, формы
отчетных документов системы, видеокадры операторов, нормативно-
справочную информацию;
- организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов,
определяющих правила и порядок функционирования системы, таких как,
технологический регламент, штатное расписание, правила техники
безопасности.
14