Автоматическая система регулирования раствора в баке

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Системный подход при проектировании технических средств систем управления 5
1.2 Общая информация об автоматизации процесса растворения 25
1.3 Описание конструкции установки 30
1.4 Принцип действия установки 31
2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ 33
2.1 Изучение процесса регулирования уровня 33
2.2 Функциональная схема автоматизации 38
2.3 Технические средства автоматизации 40
2.4 Принципиальная электрическая схема 47
3. РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 51
3.1 Моделирование системы управления в программе matlab 51
3.2 Описание алгоритма работы системы 56
3.3 Описание человеко-машинного интерфейса системы 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОНИКОВ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 66
ПРИЛОЖЕНИЕ В 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 68

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях стремительного развития промышленных технологий и повышения требований к энергоэффективности, надежности и безопасности производственных процессов особую актуальность приобретает автоматизация технологических операций. Одной из ключевых задач в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности является точное и стабильное управление процессом растворения – операцией, лежащей в основе множества производственных циклов. Нестабильность параметров процесса, таких как уровень жидкости, температура или концентрация раствора, может привести не только к снижению качества конечного продукта, но и к аварийным ситуациям, простоям оборудования и увеличению затрат. В этой связи разработка и внедрение современных систем автоматического регулирования уровня в установках растворения становится не просто желательной, а необходимой мерой для обеспечения конкурентоспособности и устойчивости производства.
Объектом исследования настоящей выпускной квалификационной работы является установка для автоматизированного процесса растворения.
Субъектом выступает система автоматического регулирования уровня жидкости в данной установке.
Целью работы является разработка, моделирование и практическая реализация эффективной системы автоматического регулирования уровня, обеспечивающей стабильность технологического процесса и соответствие современным требованиям автоматизации.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– провести анализ теоретических основ системного подхода к проектированию технических средств систем управления;
– изучить особенности автоматизации процесса растворения и выявить ключевые параметры, подлежащие регулированию;
– разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы автоматизации установки;
– подобрать и обосновать выбор технических средств автоматизации (датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров);
– смоделировать работу разработанной системы управления в программной среде MATLAB/Simulink;
– разработать алгоритм функционирования системы и проектировать человеко-машинный интерфейс (HMI) для оператора.
В ходе выполнения работы применялись такие методы, как системный анализ, математическое моделирование, проектирование функциональных и принципиальных схем, а также методы теории автоматического управления. Использование программного обеспечения MATLAB позволило провести численное моделирование динамики процесса регулирования уровня, оценить устойчивость системы и подобрать оптимальные параметры регулятора.
Практическая значимость данной работы заключается в возможности применения разработанной системы автоматического регулирования уровня в реальных промышленных условиях. Предложенное решение способствует повышению точности поддержания заданного уровня жидкости, снижению влияния человеческого фактора, уменьшению энергетических и материальных затрат, а также улучшению общей надежности и безопасности эксплуатации установки. Кроме того, разработанный человеко-машинный интерфейс упрощает взаимодействие оператора с системой, обеспечивая наглядность и оперативность управления технологическим процессом.

Весь текст будет доступен после покупки

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Системный подход при проектировании технических средств систем управления
Системный подход в инженерном проектировании принципиально отличается от традиционного тем, что рассматривает объект как целостную систему, обладающую свойствами, не присущими её отдельным компонентам. Именно взаимосвязь элементов создаёт новое качество, которое невозможно достичь, рассматривая части изолированно. Например, электромотор способен лишь вращаться, а программируемый контроллер – обрабатывать данные. Однако их интеграция порождает программируемый электропривод – устройство с расширенными функциональными возможностями, недоступными каждому элементу в отдельности.
Системный подход подразумевает целенаправленное объединение компонентов с целью получения новых, синергетических свойств, необходимых для выполнения поставленной задачи. Это требует глубокого анализа внутренней структуры системы, характера связей между её элементами, а также влияния внешней среды. При этом связи внутри системы накладывают определённые ограничения на параметры и характеристики отдельных компонентов – как количественные, так и качественные.
Основная задача инженера на этапе проектирования – создать систему, которая в заданных условиях будет оптимально справляться с поставленной задачей. Однако решение всегда осуществляется в условиях различных ограничений: временных, ресурсных, технологических, информационных и организационных. К ним относятся:
– ограниченность доступных знаний и информации;
– сжатые сроки выполнения проекта;
– доступность оборудования и вычислительных мощностей;
– бюджетные рамки;
– требования к надёжности и безопасности;
– производственные и технологические возможности;
– административные и нормативные барьеры.
Осознанное выявление и формализация этих ограничений позволяют инженеру выбрать наиболее рациональную стратегию проектирования, избежать избыточных затрат и обоснованно подойти к подбору технических решений. Особенно это актуально при проектировании систем управления производственными процессами, где необходимо детально проанализировать специфику технологического объекта управления (ТОУ) и выявить связанные с ним ограничения. В рамках курсовых и дипломных проектов такой анализ становится обязательным этапом, определяющим выбор средств автоматизации.
Процесс инженерного проектирования включает следующие ключевые этапы:
– Формулировка цели и чёткая постановка задачи.
– Выявление ограничений, выбор направления решения и составление плана работ.
– Разработка концептуального способа решения.
– Анализ предложенного решения на соответствие требованиям.
– Детализация и конкретизация технических решений.
На этапах разработки, анализа и детализации особенно остро встаёт необходимость подбора соответствующих технических средств автоматизации и управления (ТСАУ), которые обеспечивают реализацию функций системы автоматического управления (САУ). Эти средства решают следующие задачи:
– сбор и первичное преобразование информации о состоянии технологического процесса;

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ Р 56274-2022. Эргономические требования к взаимодействию человека и машины в системах автоматизации. – М.: Стандартинформ, 2022.
2) ГОСТ 14254-2021. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP). – М.: Стандартинформ, 2021.
3) ГОСТ Р 58281-2018 (актуализирован в 2023). Технические средства автоматизации. Общие требования к датчикам уровня и расхода. – М.: Стандартинформ, 2023.
4) ГОСТ Р 59649-2021. Программируемые логические контроллеры. Общие технические требования. – М.: Стандартинформ, 2021.
5) ГОСТ Р 59113-2020. Системы автоматического управления. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2020.
6) Зуев А.А., Кузнецов Б.И. Современные методы автоматизации технологических процессов в пищевой промышленности. – М.: Машиностроение, 2023. – 288 с.
7) Иванов С.Н., Петров Д.О. Промышленные системы автоматизации на базе ПЛК: от проектирования до внедрения. – СПб.: Лань, 2022. – 312 с.
8) Семёнов А.В., Лебедев А.Г. SCADA-системы: проектирование и интеграция в промышленные объекты. – М.: Горячая линия–Телеком, 2021. – 240 с.
9) Новиков Д.А., Смирнов А.Л. Моделирование и управление в MATLAB/Simulink: учебное пособие. – М.: ИД МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. – 198 с.
10) Федоров И.Е. Интеллектуальные системы контроля уровня и концентрации в емкостях // Автоматизация и современные технологии. – 2023. – № 5. – С. 45–52.
11) Козлов М.С., Романов П.А. Применение поплавковых и гидростатических датчиков уровня в агрессивных средах // Приборы и системы управления. – 2022. – № 8. – С. 33–39.

Весь текст будет доступен после покупки