Разработка автоматизированной системы управления сироповарочным котлом

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ 5
1.1 Системы управления и современные технические средства автоматизации 5
1.2 Техническое обоснование необходимости автоматизации 29
1.3 Анализ технологического объекта управления 31
2 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 37
2.1 Общие требования и цели проекта 37
2.2 Структура и содержание технического задания 38
2.3 Исследование автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) 60
3 ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА 62
3.1 Подбор и обоснование выбора средств автоматизации 62
3.2 Организационно-технические мероприятия по подготовке технологического объекта управления (ТОУ) к автоматизации 68
3.3 Мероприятия по обучению и подготовке персонала к эксплуатации АСУТП 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 80
ПРИЛОЖЕНИЕ В 88
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 89
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 90
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 91
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 92

Весь текст будет доступен после покупки

Современное пищевое производство, особенно в кондитерской и перерабатывающей отраслях, предъявляет высокие требования к точности соблюдения технологических режимов, стабильности качества продукции и энергоэффективности оборудования. Одним из ключевых этапов при производстве кондитерских изделий, напитков и полуфабрикатов является приготовление сахарных сиропов в сироповарочных котлах. Данный процесс характеризуется строгой зависимостью качества конечного продукта от таких параметров, как температура, время варки, концентрация сухих веществ и равномерность нагрева. Нарушение этих параметров даже в незначительной степени может привести к пережогу, карамелизации, изменению органолептических свойств или снижению сроков хранения готового сиропа. При этом ручное или полуавтоматическое управление котлом не обеспечивает необходимой точности и воспроизводимости, а также увеличивает нагрузку на персонал и риск производственных ошибок.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы «Разработка автоматизированной системы управления сироповарочным котлом» обусловлена необходимостью повышения технологической дисциплины, обеспечения стабильного качества продукции, снижения энергозатрат и соответствия современным принципам цифровизации пищевых производств.
Целью данной работы является разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) сироповарочного котла, обеспечивающей точное поддержание заданных режимов варки, безопасную эксплуатацию оборудования и удобство взаимодействия оператора с системой.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить теоретические основы проектирования АСУТП и проанализировать современные технические средства автоматизации;
– обосновать техническую необходимость автоматизации сироповарочного процесса на основе анализа технологического объекта управления;
– сформировать техническое задание на разработку АСУТП с учётом требований надёжности, безопасности и функциональности;
– провести исследование проектируемой автоматизированной системы управления;
– выполнить подбор и обоснование выбора программно-технических средств автоматизации;
– разработать организационно-технические мероприятия по подготовке технологического объекта к автоматизации;
– предложить мероприятия по обучению и подготовке персонала к эксплуатации АСУТП.
Предметом исследования выступает технологический процесс варки сиропа в промышленном котле, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая аппаратные, программные и организационные компоненты.
В работе применялись следующие методы: анализ научно-технической литературы и нормативных документов, системный подход к проектированию АСУТП, методы инженерного анализа технологических объектов, формализация требований, а также методы разработки технической документации и планирования внедрения автоматизированных систем.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности использования разработанной АСУТП на предприятиях пищевой промышленности, специализирующихся на производстве кондитерских изделий, напитков или полуфабрикатов. Внедрение предложенной системы позволит повысить качество и воспроизводимость сиропов, снизить энергопотребление, минимизировать брак и человеческий фактор, а также упростить эксплуатацию оборудования за счёт интуитивно понятного интерфейса и автоматизированного контроля ключевых параметров процесса.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
1.1 Системы управления и современные технические средства автоматизации
Целесообразную деятельность человека, направленную на удовлетворение разнообразных потребностей, можно определить как технологические операции. Под этим термином понимается широкий спектр практических действий: от механической обработки заготовок и организации пищевого производства до культивирования растений и пошива одежды. В контексте подобных операций вводятся ключевые понятия – механизация, автоматика и автоматизация. Условно все технологические операции, осуществляемые человеком, подразделяются на две категории: непосредственно рабочие действия и управляющие воздействия [5].
В зависимости от функционального назначения выделяют следующие типы автоматических систем управления [3,4].
Система автоматического контроля (САК) функционирует в автономном режиме, выполняя измерение заданной величины, а также последующую обработку, фиксацию, передачу данных и оповещение оператора в удобной для восприятия форме. Основные задачи САК – сигнализация, накопление и архивирование информации, предотвращение аварийных ситуаций и реализация автоблокировок.
Система программного управления (СПУ) автоматически запускает технологический цикл, обеспечивает переход между этапами операции и завершает процесс в соответствии с заранее составленной программой. Её назначение – динамическое изменение параметров технологического процесса. Типичные примеры: регулирование температуры в калорифере по временной программе или циклическое переключение сигналов светофора.
Система автоматического управления (САУ) поддерживает требуемое значение регулируемой величины в соответствии с технологическими нормами, компенсируя влияние внешних возмущений. Цель САУ – корректировать управляемый параметр в зависимости как от времени, так и от характера и интенсивности возмущающих факторов.
Система автоматического регулирования (САР), или система стабилизации, сохраняет регулируемую величину в установленных границах при любых изменениях внешних условий. САР представляет собой частный случай САУ, когда задающее воздействие постоянно. Её функция – поддержание неизменного значения параметра (температуры, давления, уровня и пр.) в технологическом процессе.
Система автоматического слежения (САС), или следящая система, точно воспроизводит на выходе случайные сигналы, поступающие на вход. Как и САР, САС является разновидностью САУ, однако здесь закон изменения задающего воздействия заранее не определён. Основная задача САС – точное копирование входного сигнала с возможным масштабированием по амплитуде, форме или мощности без его коррекции.
Перечисленные устройства объединяются в группу систем с фиксированным (жёстким) алгоритмом управления. Их регуляторы включают лишь исполнительные элементы и не способны адаптировать динамические свойства или выбирать альтернативные алгоритмы функционирования. Эта категория охватывает САК, СПУ, САР и САС как разновидности систем автоматического управления.
Вторую группу образуют системы с адаптивным (гибким) алгоритмом управления. Их регуляторы, помимо основного контура с жёсткой логикой, содержат дополнительный контур самонастройки, позволяющий изменять динамические характеристики и даже алгоритм работы для достижения оптимальных показателей качества регулирования. Такие устройства относятся к системам оптимального управления и изучаются в специализированных курсах теории автоматического управления.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Анохин А. С., Петров Е. В. Распределенные системы управления промышленными объектами: учебное пособие / А. С. Анохин, Е. В. Петров. – СПб.: Лань, 2023. – 384 с. – ISBN 978-5-8114-5217-0.
2) Беляев В. Е., Гайдук А. Р. Теория автоматического управления с применением MATLAB/Simulink: учебник для вузов / В. Е. Беляев, А. Р. Гайдук. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Лань, 2024. – 496 с. – ISBN 978-5-8114-6789-1.
3) Горшков Б. И., Смирнов А. А. Основы автоматического управления: учебник для СПО / Б. И. Горшков, А. А. Смирнов. – 5-е изд., стер. – М.: Академия, 2022. – 320 с. – ISBN 978-5-4480-6789-1.
4) Денисов А. А., Миронов В. В. Цифровые системы автоматизации: от теории к практике / А. А. Денисов, В. В. Миронов. – М.: Техносфера, 2023. – 416 с. – ISBN 978-5-94538-112-8.
5) Зубчук В. И., Савельев С. В. Промышленные контроллеры и системы автоматизации: практикум / В. И. Зубчук, С. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2022. – 288 с. – ISBN 978-5-8114-7215-3.
6) Клюев А. С., Дубровин В. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие / А. С. Клюев, В. С. Дубровин, А. В. Лебедев [и др.]; под ред. А. С. Клюева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2021. – 512 с. – ISBN 978-5-283-04128-7.
7) Коновалов А. В., Титов В. М. Управление в технических системах: учебник / А. В. Коновалов, В. М. Титов. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2023. – 368 с. – ISBN 978-5-8114-5987-2.
8) Кузнецов А. А., Петров Е. В. Метрологическое обеспечение систем автоматизации: монография / А. А. Кузнецов, Е. В. Петров. – М.: Техносфера, 2021. – 256 с. – ISBN 978-5-94538-987-2.
9) Мартынов Д. В., Соколов И. В. Средства измерений в АСУ ТП: справочник / Д. В. Мартынов, И. В. Соколов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2023. – 432 с. – ISBN 978-5-9912-1187-1.

Весь текст будет доступен после покупки