Разработка автоматизированной системы очистки воздуха

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 7
1.1 Обзор автоматизированных систем управления технологическими процессами 7
1.2 Анализ и формализация решаемой задачи 17
1.2 Виды датчиков 18
1.3 Обзор аналогичных решений 22
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА 25
2.1. Разработка структурной схемы автоматизированной системы очистки воздуха 25
2.2 Разработка функциональной схемы автоматизации 34
2.3 Разработка принципиальной электрической схемы 36
3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 39
3.1. Разработка алгоритма работы программы 39
3.2. Разработка программного обеспечения для управления устройством 41
3.3 Сборка конструкции прототипа устройства 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 65
ПРИЛОЖЕНИЕ В 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 67

Весь текст будет доступен после покупки

Современный этап развития промышленности и городской инфраструктуры сопровождается значительным ухудшением качества атмосферного воздуха. Рост концентрации вредных веществ – таких как мелкодисперсные частицы (PM2.5, PM10), летучие органические соединения (ЛОС), оксиды азота, серы, а также углекислый газ и другие загрязнители – оказывает прямое негативное воздействие на здоровье населения, экосистемы и климат в целом.
Особенно остро проблема загрязнения воздуха стоит в промышленных зонах, на транспортных магистралях и в помещениях с ограниченной вентиляцией, где концентрация вредных примесей может многократно превышать допустимые санитарные нормы.
В условиях урбанизации и техногенного роста разработка эффективных решений по очистке воздуха становится не просто актуальной, а жизненно необходимой задачей.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) давно зарекомендовали себя как надежный инструмент повышения эффективности, безопасности и устойчивости производства.
В последние годы наблюдается тенденция к адаптации принципов АСУ ТП для решения экологических задач, в том числе в сфере мониторинга и очистки воздуха.
Современные технологии, основанные на применении микроконтроллеров, цифровых датчиков, интернета вещей (IoT) и алгоритмов принятия решений в реальном времени, позволяют создавать интеллектуальные устройства, способные адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды и работать в автономном режиме.
Именно поэтому разработка автоматизированной системы очистки воздуха, интегрирующей принципы АСУ ТП с возможностями современной элементной базы и программного обеспечения, представляет собой важное направление в области экологической инженерии и автоматизации.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена следующими факторами:
– необходимостью снижения негативного влияния антропогенного фактора на качество воздуха;
– ростом спроса на умные, энергоэффективные и автономные системы очистки воздуха как в промышленных, так и в бытовых условиях;
– развитием отечественных и международных нормативов, регламентирующих допустимые уровни загрязнения воздуха;
– стремительным развитием цифровых технологий, позволяющих повысить точность, надежность и эффективность систем экологического контроля.
Целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы очистки воздуха на базе микроконтроллера с использованием современных сенсорных технологий и программного обеспечения, обеспечивающей адаптивное управление процессом очистки в зависимости от текущего уровня загрязнения.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
Провести анализ существующих автоматизированных систем управления технологическими процессами и их применения в области экологического мониторинга.

Весь текст будет доступен после покупки

ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Обзор автоматизированных систем управления технологическими процессами
Для технологических объектов отрасли как объектов автоматизации характерен ряд специфических черт: многообразие и разнородность функциональных задач, возникающих в процессе автоматизации; сравнительно высокий уровень автоматизации уже существующих технологических объектов управления (ТОУ); а также возрастающая значимость задач, связанных с оптимизацией технологических режимов и процессов. Эффективное управление такими объектами невозможно без применения современных средств автоматизации, вычислительной техники и высокопроизводительных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
АСУТП относятся к категории сложных систем, для которых типичны следующие признаки: единая целевая направленность всех компонентов системы; системный подход к реализации алгоритмов обмена и обработки информации; а также большое количество взаимосвязанных функциональных подсистем, интегрированных в единый управляющий контур.
Современный этап развития АСУТП отличается широким использованием индустриальных подходов к их проектированию и внедрению. Это подразумевает применение серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с персональными компьютерами, а также мощных программно-технических комплексов (ПТК) – в первую очередь SCADA-систем, обеспечивающих поддержку программирования, мониторинга и диагностики АСУТП. Также наблюдается активное развитие и стандартизация сетевых технологий, что способствует повышению гибкости и масштабируемости систем управления.
Концепция открытых систем играет ключевую роль в построении современных АСУТП. Она позволяет интегрировать аппаратно-программные средства различных производителей на всех уровнях иерархии – от нижнего (полевого) до верхнего (операторского и управленческого). При этом обеспечивается сквозная проверка и диагностика всей системы. Использование открытых архитектур даёт возможность значительно снизить совокупную стоимость внедрения и эксплуатации АСУТП за счёт применения более доступного оборудования с аналогичными функциональными характеристиками, а также благодаря возможности поэтапной модернизации или даже частичного сохранения ранее установленных технических решений.
Основными свойствами открытых систем являются: переносимость прикладного программного обеспечения между платформами; мобильность персонала, не привязанного к конкретному производителю оборудования; а также использование чётко определённых открытых спецификаций и стандартов, обеспечивающих совместимость и взаимодействие компонентов системы.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) предназначена для формирования и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ). Под ТОУ понимается совокупность технологического оборудования и реализуемого на нём технологического процесса, осуществляемого в соответствии с утверждёнными регламентами или инструкциями.
К технологическим объектам управления относятся:
– отдельные технологические агрегаты, установки или группы станков, выполняющие автономный технологический процесс;

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ 19.701–90 (в ред. с изм. №1–2021). Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные графические. — Введён в действие с учётом поправок, опубликованных в ИУС №1–2021, №1–2022.
2) ГОСТ 19.003–80 (в ред. с изм. №1–2021). Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические. — Введён в действие с учётом поправок, опубликованных в ИУС №1–2021.
3) ГОСТ Р 7.0.97–2016 (в ред. с изм. №1–2023). Требования к оформлению организационно-распорядительных документов. — М.: Стандартинформ, 2023.
4) ГОСТ Р 56195–2019 (в ред. с изм. №1–2022). Воздух очищенный. Методы контроля качества. — М.: Стандартинформ, 2022.
5) ГОСТ Р ИСО 16890–2020. Фильтры воздушные для общей очистки воздуха. — М.: Стандартинформ, 2020.
6) ГОСТ 2.102–2013 (в ред. с изм. №1–2022). Единая система конструкторской документации. Виды и комплектность конструкторских документов. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200106862
7) ГОСТ 2.104–2006 (в ред. с изм. №1–2021). Единая система конструкторской документации. Основные надписи.
8) ГОСТ Р 2.601–2019. Единая система конструкторской документации. Эксплуатационные документы. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200164122
9) ГОСТ 2.301–2020. Единая система конструкторской документации. Форматы. — Взамен ГОСТ 2.301–68.
10) ГОСТ 2.304–2020. Единая система конструкторской документации. Шрифты чертёжные. — Взамен ГОСТ 2.304–81.
11) Батуев В.С., Кузнецов А.В. Современные АСУТП в экологическом мониторинге. — М.: Академия, 2022.

Весь текст будет доступен после покупки