Система автоматического управления машины для приготовления чая

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ГЛАВА 5
1.1 Системный подход при проектировании технических средств систем управления 5
1.2 Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) 13
1.3 Описание технологического процесса 25
1.4 Процесс приготовления цельнолистового чая 31
2. СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 34
2.1 Функциональная схема автоматизации 34
2.2 Принципиальная электрическая схема 36
2.3 Математического моделирования ТЭНа 41
2.4 Система IoT 47
2.5 Датчик уровня 49
2.6 Центробежный насос 53
2.7 Математическая модель шагового двигателя 55
2.8 Погружной датчик уровня 63
3. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 66
3.1 Создание модели системы 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 71
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76

Весь текст будет доступен после покупки

Современные производственные процессы всё чаще требуют внедрения автоматизированных систем управления, способных обеспечивать высокую точность, надёжность и энергоэффективность. Особенно это актуально в отраслях, где качество конечного продукта напрямую зависит от строгого соблюдения технологических параметров. Одной из таких отраслей является чайная промышленность, где процесс приготовления цельнолистового чая включает ряд последовательных операций, чувствительных к изменениям температуры, времени, уровня жидкости и других физических величин. В связи с этим разработка и внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) для приготовления цельнолистового чая представляет собой актуальную научно-техническую задачу.
Целью настоящей работы является проектирование и техническая реализация автоматизированной системы управления технологическим процессом приготовления цельнолистового чая на основе системного подхода и современных средств автоматизации.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить теоретические основы системного подхода при проектировании технических средств систем управления;
– провести анализ существующих автоматизированных систем управления технологическими процессами;
– описать технологический процесс приготовления цельнолистового чая с выделением ключевых параметров, подлежащих автоматизации;
– разработать функциональную и принципиальную схемы автоматизации;
– создать математические модели основных компонентов системы (ТЭНа, шагового двигателя, датчиков уровня);
– рассмотреть возможность интеграции системы в архитектуру Интернета вещей (IoT);
– реализовать техническую модель автоматизированной системы управления.
Объектом исследования выступает технологический процесс приготовления цельнолистового чая, а предметом — средства и методы его автоматизации, включая датчики, исполнительные механизмы и управляющие алгоритмы.
В работе использованы следующие методы исследования: системный анализ, математическое моделирование, проектирование функциональных и принципиальных схем, а также методы технического проектирования и прототипирования.
Практическая значимость выполненного исследования заключается в возможности применения разработанной автоматизированной системы на предприятиях пищевой промышленности, специализирующихся на производстве чая. Внедрение такой системы позволяет повысить стабильность качества продукции, снизить влияние человеческого фактора, оптимизировать расход ресурсов и обеспечить возможность удалённого мониторинга и управления процессом через IoT-платформы.

Весь текст будет доступен после покупки

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ГЛАВА
1.1 Системный подход при проектировании технических средств систем управления
Системный подход принципиально отличается от традиционного взгляда на целое как простую сумму его частей. Его суть заключается в признании того, что система обладает эмерджентными свойствами – качествами и функциональными возможностями, отсутствующими у отдельных компонентов в изолированном состоянии. Именно взаимосвязь элементов порождает новое качество, что и определяет систему как целостную совокупность взаимодействующих частей, объединённых ради достижения общей цели.
Наглядный пример:
– электромотор способен лишь к простому вращению;
– программируемый контроллер выполняет обработку данных.
Однако их интеграция порождает программируемый электропривод (частотный привод) – устройство с расширенной функциональностью, недоступной каждому компоненту по отдельности.
Системный подход в проектировании требует всестороннего учёта взаимосвязей между элементами: выявления структуры системы, классификации типов связей, определения ключевых атрибутов и анализа влияния внешней среды. Эти связи накладывают как качественные, так и количественные ограничения на характеристики отдельных компонентов.
Главная задача инженера – разработать систему, которая при заданных ограничениях на метод решения обеспечивает оптимальное выполнение поставленной задачи, учитывая также ограничения на конечный результат.
К числу типичных ограничений при проектировании относятся:
– ограниченность знаний и компетенций;
– жёсткие временные рамки;
– доступность оборудования и вычислительных ресурсов;
– бюджетные и материальные лимиты;
– требования к надёжности;
– технологические возможности производства;
– административные и нормативные барьеры и др.
Осознанное выявление и формализация этих ограничений позволяют наметить рациональную стратегию проектирования, избежать избыточных затрат и обоснованно выбрать необходимые технические решения. В связи с этим неотъемлемой частью любого проекта становится анализ специфики объекта проектирования. Особенно это актуально для систем управления производственными процессами, где требуется детальный анализ технологического объекта управления (ТОУ) с чёткой формулировкой ограничений для последующего выбора средств автоматизации. В курсовых и дипломных работах такой анализ ТОУ является обязательным этапом.
Процесс инженерного проектирования включает следующие ключевые этапы:
1. Формулировка цели и постановка задачи;
2. Определение ограничений, выбор стратегии решения и разработка плана;
3. Разработка концепции решения;
4. Анализ предложенного решения;
5. Детализация и конкретизация проектных решений.
На этапах разработки, анализа и детализации возникает необходимость в подборе технических средств автоматизации и управления (ТСАУ), которые будут реализовывать функции проектируемой системы автоматического управления (САУ).

Весь текст будет доступен после покупки

1) Амперка шаговый двигатель [Электронный ресурс]. – URL: https://amperka.ru/product/stepper-motor-28byj-48-5v .
2) Ardyino.ru как работает Ардуино? [Электронный ресурс]. – URL: https://arduino.ru/About.
3) Белозеров, Н. П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебник для вузов / Н. П. Белозеров. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва: Юрайт, 2022. – 384 с.
4) Голубков, Д. Ю. Микропроцессорные системы: учебное пособие / Д. Ю. Голубков. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 264 с.
5) How To Mechatronics How a Stepper Motor Works [Электронный ресурс]. – URL: https://howtomechatronics.com/how-it-works/electrical-engineering/stepper-motor/.
6) Иванова, С. В. Математическое моделирование в мехатронике: учебное пособие / С. В. Иванова, А. С. Петров. – Томск: ТПУ, 2020. – 168 с.
7) MDPI Simple Mathematical and Simulink Model of Stepper Motor [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mdpi.com/19961073/ 15/17/ 6159.
8) Michael smith engineers itd Useful information on centrifugal pumps [Электронный ресурс]. – URL: https://www.michael-smith-engineers.co.uk/ resources/useful-info/centrifugal-pumps.
9) Петров, А.А. Датчики и преобразователи в системах автоматизации: учебник / А.А.Петров, В.М. Семенов. – Москва: Инфра-Инженерия, 2022.–332с.
10) Прокопов, А. А. Математические модели электроприводных систем насосных агрегатов и станций / А. А. Прокопов, Р. А. Кахоров, В. А. Новиков, М. П. Белов // Научно-технический вестник ЛЭТИ. – 2018. – № 10. – С. 50-74.
11) RusAutomation Погружные гидростатические уровнемеры: зачем и почему [Электронный ресурс]. – URL: https://clck.ru/34RWAZ.

Весь текст будет доступен после покупки