Модернизация системы управления диагностикой автоклавов

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОБЗОР ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИКИ 7
1.1 Понятие, цели и задачи АСУ ТП 7
1.2 Назначение объекта диагностики 11
1.3 Виды и методы диагностики и контроля автоклава 15
2 Предложения по модернизации системы управления 26
2.1 Проводимые измерения. 26
2.2 Обоснование предлагаемых решений 30
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ СРЕДСТВ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ 31
3.1 Разработка структурной схемы управления 31
3.2 Проектирование функциональной схемы автоматизации средств и обработки данных диагностики и контроля автоклава 33
3.3 Выбор элементов электрической схемы 36
3.4 Описание элементов электрической схемы 37
3.5 Описание работы электрической схемы 56
3.6 Проектирование алгоритма работы системы управления 57
3.7 Разработка гидравлической схемы испытаний автоклава 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ПРИЛОЖЕНИЕ А 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ПРИЛОЖЕНИЕ В 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 69

Весь текст будет доступен после покупки

ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация представляет собой внедрение комплекса технических средств, обеспечивающих выполнение производственных процессов без непосредственного участия человека, но под его контролем.
Внедрение автоматизированных систем обеспечивает значительные технико-экономические преимущества в различных отраслях промышленности. Прежде всего, меняется характер и условия труда: минимизируются физические затраты, снижается психоэмоциональная нагрузка, а роль оператора сводится к перенастройке оборудования, контролю и участию в ремонтно-наладочных работах. Сокращается численность обслуживающего персонала и связанные с этим расходы.
Автоматизация способствует существенному росту производительности труда. В среднем, её внедрение позволяет увеличить этот показатель в 2–2,5 раза. Кроме того, снижается себестоимость продукции за счёт уменьшения доли брака, производственных отходов и расходов на оплату труда, сырьё и материалы. Важным фактором является также оптимизация энергопотребления — сокращение расходов топлива, тепловой и электрической энергии.
Дополнительными преимуществами автоматизации являются повышение надёжности и точности работы оборудования, улучшение качества выпускаемой продукции и повышение безопасности труда. Она открывает возможности для использования высокотехнологичных процессов в областях, где прямое участие человека затруднено или невозможно, например, в ядерной энергетике или химической промышленности.
Особое внимание сегодня уделяется системам автоматической диагностики технологического оборудования. Широкое распространение получают универсальные платформы для мониторинга, контроля и архивирования данных процессов. Техническая диагностика как часть обслуживания позволяет сократить затраты на ремонт и простои оборудования из за отказов.
К основным функциям диагностирования относятся:
• оценка технического состояния объекта;
• обнаружение неисправностей и их локализация;
• прогнозирование остаточного ресурса;
• непрерывный мониторинг состояния.
Существует различные методы диагностирования, различающиеся по используемым средствам и параметрам:
• органолептические методы (осмотр, прослушивание);
• вибрационная диагностика, анализирующая параметры вибраций;
• акустические методы, основанные на анализе звуковых волн;
• тепловые методы, включая использование тепловизоров;
• отраслеспецифические методы (например, анализ гидропотоков в гидроприводах или электрических сигналов в электротехнике).
Актуальность темы: Современное кирпичное производство характеризуется высокими требованиями к энергоэффективности, качеству продукции и безопасности технологических процессов. Автоклав, как ключевой аппарат в производстве силикатного кирпича, требует надежного управления и контроля. Модернизация системы диагностики и автоматизации автоклава позволяет минимизировать человеческий фактор, снизить риск аварийных ситуаций, оптимизировать режимы обработки и, как следствие, повысить рентабельность производства, что и определяет актуальность данной выпускной квалификационной работы.
Цель работы: Повышение эффективности и безопасности работы автоклава за счет разработки и внедрения автоматизированной системы диагностики и контроля его технологических параметров.

Весь текст будет доступен после покупки

ОБЗОР ОБЪЕКТА ДИАГНОСТИКИ
1.1 Понятие, цели и задачи АСУ ТП
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях промышленности и энергетики. В отличие от полностью автоматических систем, где человек исключен из контура управления, в АСУ ТП ключевую роль играет оператор-технолог, который осуществляет целеполагание, вмешательство в критических ситуациях и принятие стратегических решений. Таким образом, АСУ ТП предназначена не для замены человека, а для усиления его возможностей за счет автоматизации рутинных, точных и опасных операций.
Основными целями внедрения АСУ ТП являются:
Повышение эффективности производства (рост производительности, снижение удельного расхода ресурсов).
Повышение качества и стабильности выпускаемой продукции.
Обеспечение безопасных условий труда за счет снижения прямого контакта персонала с опасным оборудованием и автоматизации аварийных отключений.
Оптимизация расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание.
Сбор, хранение и анализ исторических данных о ходе процесса для последующей оптимизации.
Задачи, решаемые АСУ ТП, можно классифицировать следующим образом:
Информационные задачи: измерение и контроль технологических параметров (температура, давление, расход, уровень и т.д.); представление информации оператору в удобной и понятной форме; формирование и ведение архивов данных; сигнализация о нарушении нормального хода процесса.
Управляющие задачи: автоматическое регулирование (стабилизация, программное изменение, следящее управление); логическое управление (пуск, останов, блокировки, последовательности операций); адаптивное и оптимальное управление.
Вспомогательные задачи: автоматический документооборот (формирование сменных отчетов, ведомостей); расчет технико-экономических показателей; диагностика состояния оборудования и самой системы управления.
Современная АСУ ТП имеет иерархическую распределенную структуру, соответствующую стандарту ISA-95. Классическая модель включает следующие уровни:
1. Уровень поля (Field Level).
Это нижний уровень, на котором происходит непосредственное взаимодействие с технологическим процессом. В его состав входят:
Первичные измерительные преобразователи (датчики): приборы для измерения технологических параметров (температурные резисторы, датчики давления, расходомеры, анализаторы состава).
Исполнительные механизмы (актуаторы): устройства, оказывающие непосредственное воздействие на процесс (регулирующие клапаны, частотные преобразователи, пускатели двигателей).
Промышленные сети: полевые шины (Profibus PA, Foundation Fieldbus) или традиционные аналоговые (4-20 мА) и дискретные (0/24В) сигнальные линии для связи с уровнем управления.
2. Уровень управления (Control Level). Является вычислительным ядром системы. На этом уровне реализуются основные алгоритмы управления. Основные устройства:
Программируемые логические контроллеры (ПЛК, PLC): специализированные промышленные компьютеры, предназначенные для работы в жестких условиях. ПЛК осуществляют непрерывное регулирование (с помощью ПИД-регуляторов), логическое управление, аварийную защиту. Они обладают высокой надежностью и determinism (детерминированностью времени отклика).

Весь текст будет доступен после покупки

1) Deev, V. Implementation of an IIoT Solution for Remote Monitoring of Autoclave Equipment / V. Deev, A. Smirnov // Lecture Notes in Networks and Systems. — 2023. — Vol. 574 LNNS. — P. 345-354. — DOI: 10.1007/978-3-031-21432-5_37.
2) Kalita, V. Improving the Quality of Silicate Products through Digitalization of the Curing Stage / V. Kalita, M. Zaytsev // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2020. — Vol. 869. — Iss. 5. — P. 052021. — DOI: 10.1088/1757-899X/869/5/052021.
3) Kuznetsov, A. Development of an Automated Control System for a Curing Process in an Autoclave for Building Materials Production / A. Kuznetsov, D. Petrov // E3S Web of Conferences. — 2021. — Vol. 263. — P. 04025. — DOI: 10.1051/e3sconf/202126304025.
4) Vasin, S.A. Energy-efficient control of the autoclave steaming process based on a fuzzy logic controller / S.A. Vasin, P.K. Loginov // Journal of Physics: Conference Series. — 2021. — Vol. 2032. — P. 012075. — DOI: 10.1088/1742-6596/2032/1/012075.
5) Аветиков, М.С. Цифровизация технологических процессов в производстве строительных материалов: монография / М.С. Аветиков, В.Л. Ткаченко. — М.: Инфра-Инженерия, 2022. — 180 с.
6) Белов, Д.А. Алгоритм адаптивного управления процессом запаривания силикатного кирпича в автоклаве периодического действия / Д.А. Белов, Т.И. Фролова // Сборник трудов VII Международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производств». — Воронеж, 2023. — С. 112-118.
7) Горбунов, И.Д. Применение ПЛК и SCADA-систем для управления тепловлажностными процессами на предприятиях строительной индустрии / И.Д. Горбунов // Автоматизация и IT в энергетике. — 2022. — № 3 (46). — С. 28-34.

Весь текст будет доступен после покупки