Автоматизация установки водоподготовки и очистки воды

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1 Основы автоматизации и управления технологическими процессами 5
1.2 Характеристики объектов управления 13
1.3 Анализ существующих систем автоматизации 23
1.4 Цели и задачи автоматизации 27
2. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 33
2.1 Функциональная схема системы автоматизации 33
2.2 Описание применяемых технических средств 37
2.3 Принципиальные электрические схемы 40
2.4 Интерфейс оператора (SCADA-экран) 46
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 49
3.1 Построение математических моделей элементов системы 49
3.2 Моделирование и анализ динамических характеристик системы в среде Matlab Simulink 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 70
ПРИЛОЖЕНИЕ В 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 72

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы обусловлена возрастающими требованиями к качеству питьевой и технической воды, а также необходимостью повышения энергоэффективности и надежности технологических процессов на предприятиях водоподготовки и очистки. В условиях роста промышленного производства, ужесточения экологических норм и дефицита чистой воды всё большее значение приобретает внедрение современных систем автоматизации, способных обеспечить стабильность работы установок, минимизировать человеческий фактор и снизить эксплуатационные затраты. В связи с этим разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) для установок водоподготовки и очистки воды становится важной инженерной задачей.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы управления установкой водоподготовки и очистки воды, обеспечивающей надежное, эффективное и безопасное функционирование технологического оборудования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– провести анализ характеристик объектов управления и существующих подходов к автоматизации подобных систем;
– сформулировать цели и задачи автоматизации применительно к конкретной установке водоподготовки;
– разработать функциональную и принципиальные электрические схемы системы автоматизации;
– выбрать и обосновать применяемые технические средства автоматизации;
– спроектировать SCADA-интерфейс оператора для мониторинга и управления процессом;
– построить математические модели ключевых элементов системы управления;
– выполнить моделирование и анализ динамических характеристик системы в программной среде MATLAB Simulink.
Объектом исследования выступает установка водоподготовки и очистки воды как технологический комплекс. Субъектом исследования является система автоматизации данной установки, включающая программные, аппаратные и алгоритмические компоненты.
В работе использованы следующие методы исследования: анализ технической документации и существующих решений, системный подход к проектированию АСУ ТП, методы теории автоматического управления, математическое моделирование и компьютерное симулирование в среде MATLAB Simulink.

Весь текст будет доступен после покупки

ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основы автоматизации и управления технологическими процессами
В общем смысле автоматизация – это использование технических средств и систем управления для частичного или полного исключения участия человека в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации. Основные цели автоматизации – повышение производительности труда, улучшение качества продукции и вывод персонала из вредных или опасных условий труда.
Управление в технических системах представляет собой совокупность целенаправленных действий, основанных на информации и направленных на поддержание заданных параметров технологического процесса и режимов работы оборудования с целью достижения оптимального функционирования объекта по определённому критерию эффективности.
Оба эти определения опираются на два фундаментальных понятия – система и процесс.
Система – это упорядоченная совокупность взаимосвязанных элементов, объединённых общей целью и обеспечивающих получение полезного результата. В зависимости от контекста состав системы может различаться. Например, система водоснабжения включает водозаборные сооружения, насосные станции, очистные установки, резервуары-накопители и распределительную сеть трубопроводов. Система водоотведения, в свою очередь, состоит из канализационной сети, насосных станций, очистных сооружений и выпусков очищенных сточных вод в водоём.
Любая система водоснабжения и водоотведения (СВВ) реализует как производственные, так и технологические процессы. Производственный процесс – это последовательность операций во времени, связанных с перемещением и преобразованием воды, реагентов, энергии и информации. Такие процессы регламентируются нормативными документами, включая строительные нормы и правила (СНиП) и внутренние инструкции эксплуатации.
Технологический процесс – это совокупность операций по обработке воды и промежуточных продуктов, в результате которых изменяются их физико-химические или биологические свойства и формируется конечная продукция (например, питьевая вода или очищенные стоки). Он осуществляется с применением механических, физико-химических и биологических методов.
Технологический процесс характеризуется рядом параметров – расходом, составом, температурой, давлением и др., – которые могут изменяться во времени. Совокупность этих параметров при конкретных численных значениях образует технологический режим.
Каждый процесс в СВВ имеет чёткую целевую направленность и предъявляет определённые требования: обеспечение заданной производительности, требуемого качества очистки, минимизация расхода реагентов и энергии. Например, при анаэробном сбраживании осадка цель заключается в максимизации концентрации метана в биогазе при минимальных энергозатратах.
Управление отражает связь между входными воздействиями и преобразованиями, необходимыми для получения целевой продукции. Выполнение требований к процессу возможно лишь при целенаправленном регулировании его технологического режима.
Технологические процессы в системах водоснабжения и водоотведения постоянно подвергаются влиянию различных возмущающих факторов – случайных колебаний состава исходной воды, температуры окружающей среды, перепадов напряжения в электросети, изменения характеристик оборудования и др. Эти возмущения нарушают установившийся технологический режим и негативно сказываются на технико-экономических показателях (ТЭП): снижают производительность, ухудшают качество очистки, увеличивают удельный расход реагентов и энергии.

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. – Введ. 1999. – Актуализированная редакция: Росстандарт, 2021.
2) СанПиН 2.1.3684-21. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества. – М.: Главный государственный санитарный врач РФ, 2021.
3) СП 31.13330.2021. Свод правил. Водоснабжение. Требования к обеспечению безопасности систем водоснабжения и водоотведения. – М.: Минстрой России, 2021.
4) ГОСТ 27065–2020. Вода. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2020.
5) ГОСТ 25151–2020. Системы водоснабжения. Основные параметры. – М.: Росстандарт, 2020.
6) Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления : учебник / И. Ф. Бородин, С. А. Андреев. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Юрайт, 2024. – 377 с.
7) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – М.: Юрайт, 2024. – 475 с.
8) Гутгарц, Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2024. – 351 с.
9) Острецов, В. Н. Электропривод и электрооборудование: учебник / В. Н. Острецов, А.В. Палицын.–2-е изд., перераб. и доп.– М.: Юрайт, 2024. – 180 с.
10) Шишмарёв, В. Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем : учебник / В. Ю. Шишмарёв. – 2-е изд. – М.: Юрайт, 2024. – 341 с.

Весь текст будет доступен после покупки