Совершенствование и анализ производства алкогольного напитка на основе национальных традиций

ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АЛКОГОЛЬНОГО НАПИТКА НА ОСНОВЕ НАЦИОНАЛЬНЫХ ТРАДИЦИЙ 14
1.1. Анализ систем диспетчеризация АСУ ТП 14
1.2. Анализ локальных сетей передачи данных 19
1.3. Классификация систем автоматизированного управления 30
1.4. Внедрение системы бережливого производства 39
Выводы по главе 1 45
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 47
2.1. Исследование технологии передачи данных 47
Расчет надежности 57
2.2. Подбор оборудования 59
2.3. Выбор программного обеспечения 82
Выводы по главе 2 92
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 97

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность исследования
В современном мире трудно представить работу многих видов деятельности без использования автоматизации. Автоматизация увеличивает производительность труда, а также сводит к минимуму человеческий фактор, который влияет как на точность и качество конечной продукции, так и позволяет производить различную деятельность, связанную с риском.
Если компания начинает использовать частичную или полную автоматизацию, то это сильно повышает конкурентоспособность. В будущем данная компания сможет потеснить или даже полностью убрать с рынка тех конкурентов, которые не смогли адаптироваться в быстро меняющейся среде.
При этом не стоит забывать, что автоматизация в целом это не есть что-то новаторское или инновационное, поскольку она используется повсеместно и уже довольно длительное время. Поэтому, зачастую более целесообразно будет использовать такие выражения как «модернизация» и «оптимизация». Это совершенно не уменьшает важность данной деятельности, поскольку прогресс не стоит на месте, а значит с каждым годом выходит что-то новое и улучшенное, которое в свою очередь напрямую влияет на общую производительность системы.
Иногда, происходит так, что система управления перестаёт удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Это может произойти из-за изменения технологического процесса, морального устаревания, прекращения выпуска комплектующих и ЗИП электронной составляющей АСУТП, реконструкции производства, введения в эксплуатацию нового оборудования или в иных случаях.
Существует два выхода: разработка заново с нуля или усовершенствование имеющейся СУ.
Как правило, первый способ более затратный и требует большего времени на реализацию, поэтому, предпочтительнее провести модернизацию системы управления.
Использование устаревших технологий неизбежно приводит к снижению эффективности производства и к потере значительной части прибыли. Чтобы не отставать от конкурентов, может потребоваться модернизация системы управления, осуществляющей контроль технологических процессов. Основанием для выполнения этой работы также является изменение специфики деятельности или расширение производственных мощностей предприятия. К основным целям, достигаемым с помощью модернизации АСУ, относится:
• Повышение эффективности расхода энергоресурсов;
• Расширение управляющих и информационных возможностей системы;
• Оптимизация технологического процесса;
• Отработка и предупреждение внештатных либо аварийных ситуаций;
• Повышение производительности труда обслуживающего персонала.

В последнее время беспроводные сети передачи данных (БСГТД) становятся все более популярными. Во многом это связано с тем, что при разумной цене они обеспечивают достаточную для большинства приложений скорость передачи данных. Основным преимуществом беспроводных сетей является отсутствие кабельной инфраструктуры, что позволяет реализовать сетевой проект в короткие сроки и уменьшить затраты на построение системы.


Объект и предмет исследования
Объект исследования – действующие АСУ ТП предприятий по производству алкогольной продукции.
Предмет исследования – модернизация автоматизированной системы управления технологическим процессом производства алкогольных напитков.

Цели и задачи исследования
Целью исследования является модернизация АСУ ТП производства алкогольных напитков путем внедрения беспроводных систем для достижения оперативного контроля и управления путем диспетчеризации.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Исследовать существующие АСУ ТП предприятий по производству алкогольной продукции;
• Иследовать и проанализировать различные отечественные и зарубежные технологии;
• Представить принципиальную схему диспетчеризированной АСУ ТП;
• Подобрать подходящее оборудование для реализации проекта;
• Подобрать необходимое программное обеспечение, для успешной работоспособности системы.

Теоретическая база исследования
После встречи представителей секции SC65C/TC65C Международной электротехнической комиссии (МЭК) в Оттаве в 2008 г. (когда было принято решение о международной стандартизации беспроводных сетей для промышленной автоматики) и по сегодняшний день основным нерешенным вопросом остается вопрос об их сосуществовании.
В первой статье была построена шкала беспроводных технологий промышленного назначения, представленная стандартами ISO15963 (RFID), IEEE 802.15.4, IEEE802.15.1, IEEE802.15.3, IEEE802.15.4a, IEEE 802.11, IEEE802.16, а также стандартами мобильной сотовой связи (на платформе GSM и CDMA) с учетом их пропускной способности.
Более того, эта шкала наглядно отображает взаимосвязь между беспроводными технологиями и такими радиосистемами, решающими разные прикладные задачи промышленного назначения как:
? системами RLTS-слежения — RFID;
? беспроводными сенсорными сетями со шлюзами ISA100.11a & WHart(IEC62591) & ZigBee;
? беспроводными видеосистемами и VoIPWLAN-сетями (технология Wi-Fi), а также системами сотовой связи «Мобильный оператор» (платформа GSM & CDMA).
Все перечисленные радиосистемы по их совокупности предполагается (по проекту стандарта ISA 100.15) в дальнейшем интегрировать в единую систему беспроводной транспортной среды Backhaul, которая будет представлена в основном такими скоростными беспроводными технологиями как Wi-Fi и Wi-MAX.
Следовательно, на одних и тех же производственных площадях могут оказаться радиосистемы, которые решают разные прикладные задачи и функционируют:
• в одном и том же частотном диапазоне;
• c разной мощностью излучения радиоволн и их поляризации;
• независимо друг от друга во времени, посылая сообщения в виде радиосигналов, которые распространяются в одной физической среде;
• имея разный трафик и производительность сети;
• с произвольным распределением радиоустройств в пространстве.
В первой статье в результате анализа беспроводных технологий с целью их применения в промышленности был сделан важный вывод, что на предприятии в основном будут использоваться разные радиосистемы, функционирующие в безлицензионном ISM- (2,4 ГГц) и UNII- (5 ГГц) диапазонах. Системы сотовой связи, в свою очередь, представлены лицензированными частотами GSM- и CDMA-платформ.
Совершенно очевидно, что каждая упомянутая радиосистема на выбор может быть подвергнута влиянию (интерференции) со стороны аналогичных ей беспроводный сетей или систем другого назначения, но оказавшихся в одном пространстве и работающих в том же частотном диапазоне.
Возникает вопрос: насколько реален сам факт возникновения такого взаимного влияния беспроводных систем в промышленной обстановке? Т.е. для начала следует разобраться, в каких случаях это возможно на практике, поскольку вероятность совмещения радиосистем, решающих разные прикладные задачи, на тех же производственных площадях в ограниченном пространстве хоть и мала, но все же существует. Это особенно касается полевого уровня АСУ ТП предприятия, который характеризуется высокой плотностью размещения разнообразного оборудования на единицу технологической производственной площади.

Классификация радиосистем промышленного назначения по радиусу действия:
Внести ясность в такое положение дел поможет классификация всех радиосистем промышленного назначения по их радиусу действия, а именно:
? беспроводные персональные сети, или Wireless Personal Networks (WPAN) с укороченным радиусом действия до 10 м. К ним можно отнести беспроводные сенсорные системы промышленной автоматики, системы RTLS и ближнего видеонаблюдения (стандарт Bluetooth);
? беспроводные локальные сети, или Wireless Local Area Networks (WLAN) с большим радиусом действия до 100 м. Они могут быть представлены беспроводной системой Wi-Fi видеокамер наблюдения с удаленных участков АСУ ТП или Wi-Fi-системой VoIP WLAN;
? беспроводные сети регионального назначения, или Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) с удаленным радиусом действия от 100 м до нескольких десятков км. Представителем этого класса может быть единая беспроводная транспортная среда backhaul с точками доступа Wi-Fi для подключения разных шлюзов сенсорных сетей с совмещенными беспроводными технологиями (например, IEEE802.15.4 & 802.11), размещаемых в разных местах предприятия.

Методологическая база исследования
Для реализации поставленных задач и достижения заданной цели будут использованы математические модели, теории автоматического управления, произведен теоретический анализ специальной литературы по автоматизации оборудования для пищевых производств, в частности для производства алкогольных напитков, изучены работы других авторов в сфере сетевого оборудования и беспроводных технологий передачи данных, а также сравнение и сопоставление технических характеристик, выраженных в количественном эквиваленте.

Гипотезы исследования
1) Мобильные клиенты SCADA и средства управления. Возможность использования переносных устройств, планшетов и смартфонов, подключенных в беспроводную корпоративную сеть с клиентскими приложениями и средствами удаленного доступа. В то время как пользователь или оператор находится на территории предприятия.
2) Можно заменить устаревшие коммуникации на беспроводные линии связи. Использования беспроводных каналов связи вместо устаревших и ненадежных телефонных или выделенных линий, старых кабелей и воздушных линий.
3) Получение данных и информации о состоянии с подвижных частей и механизмов. Становится возможным получение информации и отслеживание местоположение подвижных механизмов в системах, где это раньше просто было невозможно.
4) Получение онлайн видеоизображения из труднодоступных мест. Трансляция видеопотока из труднодоступных мест или не оснащенных проводными каналами связи.
5) Замена ручного сбора данных на автоматический режим. Обнаружение мест, куда сотрудники вынуждены ходить и вручную снимать показания прибором, с последующим развертыванием беспроводной сети и подключением автоматических устройств для регистрации.
6) Подключение в сеть «старых» устройств. Подключение ранее неподключенных устройств для непрерывного контроля и учета состояния.
7) Повышение надежности сети. Использование беспроводной сети в качестве резервного сегмента для гарантированного доступа к приложениям и данным в случае отказа проводной сети.
8) Повышение безопасности и улучшение условий труда. Персоналу больше не нужно находиться в неблагоприятных или опасных условиях непосредственно у объекта управления во время настройки или конфигурации оборудования.
9) Более эффективное использование высококвалифицированного и обученного персонала. Инженеры с постоянным удаленным доступом к объекту управления могут быстрее и эффективнее решать ежедневные задачи без необходимости тратить время на дорогу или физический доступ к объекту. Использование живого видео с объекта облегчает принятие решений.
10) Гибкость в настоящем и будущем. Изменения происходят непрерывно. Внедрение беспроводных сетей позволяет повысить готовность к таким изменениям и получить эффективный инструмент для решения будущих задач.

Проблематика исследования
Проблематика исследования состоит в том, что данная технология является достаточно новой. Таким образом существует крайне маленькое количество компаний, которые реализовали подобное решение. При этом компании, занимающиеся разработкой оборудования относительно недавно начали выпускать свои продукты, которые позволяют осуществить внедрение беспроводных сетей на производстве, что в свою очередь может повлечь за собой определенные риски в виде дороговизны оборудования и нехватки нужного количества ресурсов.

Научная новизна
Использование беспроводных сетей WI-FI 6 и коммутационного оборудования позволяет отказаться от прокладки и монтажа кабельных линий, что делает этап строительно-монтажных работ значительно более чистым. В условиях пищевого производства это является неоспоримым преимуществом.
А использование облачного сервиса с удаленным доступом к контролю и изменению программы технологического процесса позволяет реализовать систему «умное производство». А также кардинально пересмотреть подход к работе и обеспечивать стабильность в том числе и в кризисные времена.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА АЛКОГОЛЬНОГО НАПИТКА НА ОСНОВЕ НАЦИОНАЛЬНЫХ ТРАДИЦИЙ

1.1. Анализ систем диспетчеризация АСУ ТП
При условии внедрения диспетчеризации на основе беспроводных технологий позволит получить оперативное обнаружение и устранение аварийных ситуаций, производственного брака, внесение правок в технологический процесс, а в дальнейшим позволит объединить предприятия в единую систему контроля и управления производством, что положительно сказывается на быстродействии принятия решений и сокращения различных задержек.
Диспетчеризация основана на удаленной передаче информации в центральный диспетчерский пункт. Происходит это автоматически. Диспетчер или обслуживающий персонал, с помощью компьютера, наблюдают за работой всей системы и ведёт контроль других параметров различного оборудования. Все это осуществляется при помощи установки автоматических приборов учета (контроллеров, которые передают показания о состоянии электрооборудования) .
Дистанционное управление делится на оповещательное и исполнительное.
Оповещательное управление осуществляется в автоматическом режиме, по вызову и непрерывно. Его главная цель - передача на пункт управления аварийно-предупредительного сигнала в случае возникновения нештатной ситуации (авария и т.п.). Данная система используется для передачи технологических параметров на сложных участках сети.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Теория автоматического управления для «чайников» / Поляков К.Ю. учебник – СПб, 2008
2. Машины и аппараты пищевых производств / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков и др. / под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. – М. : Высшая школа, 2001. – 680 с.
3. Теория систем автоматического управления / Бесекерский В.А. Учебник. — СПб.: Профессия, 2003. — 752 с
4. Благовещенская М.М., Воронина Н.О. и др. Автоматика и автоматизация пищевых производств. М.: Агропромиздат, 1991. — 239с
5. Егоров А.А. Систематика, принципы работы и области применения датчиков. Статья. Опубликована в «Журнале радиоэлектроники» №3, 2009. – 22 с.
6. Таранов И.Н., Гордеев Е.Н. Теория автоматического управления. Конспект лекций. — Челябинск: ЮУрГУ, 2002. — 40 с.
7. Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления / И. Ф. Бородин, С. А. Андреев. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2019. — 386 с.
8. Дастин, Э. Тестирование программного обеспечения. Внедрение, управление и автоматизация / Э. Дастин, Д. Рэшка, Д. Пол; Пер. с англ. М. Павлов. - М.: Лори, 2013. - 567 c.
9. Кангин, В.В. Промышленные контроллеры в системах автоматизации технологических процессов: Учебное пособие / В.В. Кангин. - Ст. Оскол: ТНТ, 2013. - 408 c.
10. Схиртладзе, А.Г. Автоматизация технологических процессов: Учебное пособие / А.Г. Схиртладзе, С.В. Бочкарев, А.Н. Лыков. - Ст. Оскол: ТНТ, 2013. - 524 c.
11. Локальная сеть в АСУ ТП: от кабельных линий связи к беспроводным каналам ZigBee: Статья. Опубликована в журнале «Первая миля» №2 2013. – 108 с.
Интернет источники
12. Сети интеллектуального использования больших данных [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://new.siemens.com/ru/ru/kompaniya/klyuchevye-temy/promyshlennye-kommunikacionnye-seti/nepreryvnoe-proizvodstvo.html. Дата обращения 12.02.2022.
13. Локальные сети, классификация локальных сетей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sites.google.com/site/koseti123/lokalnye-seti-klassifikacia-lokalnyh-setej. Дата обращения 15.02.2022.
14. Что такое Wi-fi и WLAN [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.varit.ru/s-wi-fi.htm. Дата обращения 17.02.2022.
15. Диспетчеризация. Что это такое, зачем она нужна и её преимущества [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://poverimpribor.ru/stati/vse_o_dispetcherizacii. Дата обращения 02.03.2022.
16. Что такое бережливое производство [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vcudmurtia.ru/events/lean/on_the_lean_production/. Дата обращения 04.03.2022.
17. Управление производством. Дзидока [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.up-pro.ru/encyclopedia/dzidoka.html. Дата обращения 04.03.2022.
18. Оборудование для автоматизации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://owen.ru/. Дата обращения 04.04.2022.
19. Внедрение Ethernet: подключение имеющегося оборудования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://controleng.ru/bezopasnost/vnedrenie-ethernet-podkljuchenie-imejushchegosja-oborudovanija/. Дата обращения 04.04.2022.
20. В чем отличия интерфейсов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ipc2u.ru/articles/prostye-resheniya/otlichiya-interfeysov-rs-232-rs-422-rs-485/. Дата обращения 04.04.2022.

Весь текст будет доступен после покупки