Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ"
Часть I
Составитель Мекинян Юрий Гургенович
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Общие требования к содержанию курсового проекта и ходу курсового проектирования 3
2. Обзор современного. состояния исследований технологического процесса и уровня его автоматического управления 5
3. Разработка математической модели объекта управления 6
4. Оптимальное управление непрерывными технологическими процессами 10
5. Разработка функциональной схемы АСУНТП 14
6. Стадии проектирования АСУНТП и требования к содержанию проектной документации. 16
6.1. Технико-экономическое обоснование создания АСУНТП 16
6.2. Техническое задание на проектирование АСУНТП. 17
6.3. Технический проект 17
6.4. Рабочий проект 18
6.5. Технорабочий проект 19
6.6. Внедрение и анализ функционирования АСУНТП. 19
Приложения 19
Список литературы 39
I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ХОДУ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Разработка любой автоматизированной (автоматической) системы управления непрерывным технологическим процессом (АСУНТП) включает в себя следующие этапы [l].
1. Изучение объекта управления и формулирование содержательной постановки задачи оптимального управления объектом по некоторому техническому либо технико-экономическому критерию оптимальности.
2. Информационный поиск состояния вопросов исследования физико-химических закономерностей технологических процессов объекта управления, разработки его математической модели (ММ), уровня совершенства системы автоматического управления (САУ) объектом управления либо процессом-аналогом.
3. На основании всестороннего изучения современного состояния исследуемой проблемы формулирование постановки задачи разработки АСУ технологическими процессами объекта управления:
а) определение основных направлений теоретических и экспериментальных исследований по разработке математических моделей статики и динамики процесса;
б) определение перечня и технических характеристик датчиков и контрольно-измерительных приборов (КИП) для проведения исследований статических и динамических характеристик объекта;
в) составление технических требований и технических заданий (ТЗ) на разработку нестандартных приборов для исследований объекта управления и его автоматического управления;
г) разработка ТЗ на создание АСУНТП, содержащего предложения по функциональной структуре системы, ее информационному и техническому обеспечению, а также вопросы ее взаимодействия с верхним уровнем управления интегрированной АСУ (ИАСУ).
4. Проведение комплекса теоретико-экспериментальных исследований кинетики, термодинамики, гидродинамики, массообмена для разработки математической модели объекта управления.
5. Проведение комплекса экспериментальных исследований объекта управления на действующей (либо опытной) установке с целью подтверждения результатов теоретических исследований процессов, а также уточнения коэффициентов уравнений математической модели объекта управления. Экспериментальное определение уравнений формальных математических моделей статики и динамики процесса в тех случаях, когда неформальная модель по тем или иным причинам не может быть получена.
6. Синтез АСУНТП, предусматривающий математическую формулировку задачи оптимального управления процессом, а также выбор либо разработку математического метода решения оптимизационной задачи управления технологическим процессом. .
7. Проектирование АСУНТП, включающее в себя организацию информационного обеспечения системы (в том числе информационных потоков при взаимодействии верхнего и нижнего уровней интегрированной АСУ), создание базы данных АСУНТП, разработку алгоритмов и программ задач управления, выбор состава и архитектуры комплекса технических средств АСУНТП, проектирование специальных (нестандартных) средств контроля технологических параметров процесса, конструирование щитов и пультов управления процессом, а также организацию взаимосвязи проектируемой системы с другими АСУНТП и верхним уровнем управления интегрированной АСУ предприятием.
8. Опытно-промышленная эксплуатация АСУНТП с целью ее усовершенствования. Длительность опытной эксплуатации колеблется от I до 12 мес. в зависимости от сложности системы.
Исходя из необходимости проведения больших объемов работ практически по всем этапам разработки АСУНТП (кроме экспериментальных исследований и выполнения рабочего проекта) курсовой проект (КП) целесообразно выполнять в виде комплексной темы, причем каждый студент комплексной бригады выполняет один или несколько этапов.
Вариант КП (описание технологического процесса и его аппаратурного оформления, набор экспериментальных данных для разработки математических моделей статики и динамики процесса) выдается комплексной бригаде руководителем КП.
В зависимости от особенностей автоматизируемого технологического процесса (его сложности, объема экспериментальных данных и т.д.) руководитель КП формирует количественный состав комплексной бригады и распределяет этапы разработки АСУНТП в качестве индивидуальных заданий членам комплексной бригады. При этом допустимо выполнение одним студентом двух или нескольких этапов либо трудоемкого этапа двумя и более студентами.
В общей части комплексного КП приводится описание технологического процесса, его аппаратурного оформления, анализируются результаты информационного поиска по состоянию исследований физико-химических закономерностей автоматизируемого технологического процесса, а также по автоматическому управлению процессами-аналогами. Излагается концептуальная модель разрабатываемой АСУНТП. В заключении общего раздела приводится постановка задачи разработки комплексного курсового проекта АСУНТП; при этом по пунктам перечисляются все этапы научно-исследовательских и проектных работ (в повелительном наклонении), которые должны быть выполнены в процессе курсового проектирования и указываются фамилии студентов, ответственных за выполнение каждого из этапов. Кроме того, в общей части КП могут быть приведены материалы по расчету экономической эффективности разрабатываемой АСУНТП, сетевых графиков выполнения различных этапов научных исследований и проектирования либо АСУНТП в целом, выполнения исследований по функционально-стоимостному анализу проектируемых технических средств системы в объеме КП по организации планирования и управления предприятиями (ОПУП),если представление отдельного КП по дисциплине руководителем этого курсового проекта будет сочтено нецелесообразным.
В индивидуальной части КП каждый студент отражает результаты выполнения этапа (или этапов) разработки АСУНТП, являющегося его индивидуальным заданием в составе комплексного курсового проекта.
Индивидуальными заданиями комплексного курсового проекта могут быть;
I. Разработка неформальных математических моделей статики и
динамики автоматизируемого технологического процесса на основании анализа физико-химических закономерностей процесса в результате изучения соответствующей технической литературы.
2. Идентификация коэффициентов уравнений формальных математических моделей статики и динамики процесса на основании экспериментальных данных с разработкой программ, реализующих различные методы идентификации).
3. Математическая формулировка задачи оптимального управления технологическим процессом либо установкой, выбор математического метода решения задачи, разработка программы по известному алгоритму выбранного метода оптимизации.
4. Разработка функциональной схемы автоматического контроля и регулирования технологических параметров процесса, выбор аппаратуры КИП и автоматики, а также ЭВМ с комплексом периферийных технических средств.
5. Расчет аппаратуры для аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов.
6. Расчет сужающих устройств для измерения расходов жидких и газообразных веществ, а также регулирующих органов (с разработкой программ расчетов).
7. Анализ надежности аппаратуры сбора, передачи и преобразования информации с помощью ЭВМ, а также алгоритмов функционирования АСУНТП.
Количество чертежей в графической части КП должно быть не меньше числа студентов в комплексной бригаде. Содержанием графической части могут быть функциональная схема АСУНТП, схемы алгоритмов и программ идентификации, оптимизации, расчетов сужающих устройств и клапанов и т.д.
Защита курсового проекта назначается одновременно всем студентам комплексной бригады, причем от каждого студента требуются глубокие знания по всем его разделам.
Далее приводятся методические указания по выполнению тех этапов разработки АСУНТП, о которых недостаточно полно излагается в курсе лекций "Проектирование АСУНТП".
2. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛ0ГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УРОВНЯ ЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Информационный поиск по указанным направлениям следует начинать с составления библиографических списков отечественной и зарубежной технической литературы. Существенную помощь при этом оказывают реферативные журналы (РЖ), выпускаемые по различным областям науки и техники, PЖ по химии, физике, энергетике, металлургии, тепло- и масоообмену, технологии и оборудованию целлюлозно-бумажного и полиграфического производства, автоматике, телемеханике и вычислительной технике и др.). Например, в "Реферативном журнале химии" (РЖХ) в соответствующих разделах можно найти рефераты по монографиям, статьям ( в том числе и депонированным) советских и зарубежных авторов по кинетике химических реакций, термодинамике, гидродинамике, массо-обмену, аппаратурному оформлению автоматизируемого технологического процесса. В разделе "Общие вопросы химической технологии" (серия И) в подразделе "Автоматизация химико-технологических процессов. Контрольно-измерительные приборы" РЖХ приведены рефераты по автоматическому регулированию и оптимальному управлению технологическими процессами.