1353

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов

по направлению подготовки 15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств

Воронеж, 2016

УДК 658.5.011.56

Поляков, С. И. Автоматизация технологических процессов и производств [Текст]: метод. указания к выполнению курсового проекта для студентов по направлению подготовки 15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств / С. И. Поляков; Мин-во обр-я и науки Рос. Фед., ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. 20 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: профессор кафедры автоматизации технологических процессов и производств Воронежского государственного архитектурностроительного университета В.И. Акимов

2

ВВЕДЕНИЕ

При выполнение курсового проекта необходимо проявлять творческий подход в решении всех задач проектирования. Студент должен принять предварительные проектные решения по совершенствованию систем автоматизации и эти решения обсудить, согласовать с руководителем проектирования. Это очень важно, так как тема будущей выпускной квалификационной работы совпадает с темой курсового проекта по автоматизации технологических процессов и производств.

Успех курсового проектирования зависит от организации самостоятельной работы студента над проектом. Для этого вместе с руководителем проекта нужно составить календарный план работы с представлением курсового проекта в установленный срок на проверку и защиту.

Во время работы над проектом возникают новые научно-практические результаты по автоматизации, по математическому моделированию, оптимизации процессов и компьютерному управлению.

Эти новые интересные результаты необходимо доложить на научной конференции (НИРС) в апреле месяце. Если конференция НИРС примет решение об их публикации, то студент должен вместе с руководителем написать научную статью.

В курсовом проекте по автоматизации технологических процессов и производств могут быть и оригинальные, новые технические решения по способам, средствам автоматического контроля, оптимизации и автоматизации технологий. Эти решения могут быть оформлены в виде заявки на патент.

При выполнении курсового проекта студент должен проявить свои знания, способности в инженерной автоматизации, показать оригинальность, нестандартность мышления и проектных решений.

1 СОСТАВ, РАЗДЕЛЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Состав курсового проекта определяется этими методическими указаниями. Разделы курсового проекта дают направление студенту как работать над проектом, какие решать вопросы и как находить проектные решения. При этом студент должен понимать, какие вопросы включать в пояснительную записку, а какие материалы, проектные решения отражать на чертежах,

3

схемах. Желательно в пояснительной записке иметь графики, таблицы, функциональные и другие несложные схемы автоматизации.

Ссылки на используемую литературу представлять в общепринятом алфавитном порядке. Нумерацию таблиц, рисунков, формул проводить сквозную, единую по всей записке.

В курсовом проекте следует иметь следующие разделы:

Введение

Во введении кратко описывается актуальность темы курсового проекта для соответствующего предприятия, технологии, оборудования. Отмечаются недостатки существующих систем автоматизации и приводится перечисление проектных решений автора, выносимых на защиту по совершенствованию, повышению уровня систем автоматизации. Во введении отмечается объем пояснительной записки, количество таблиц, графиков, рисунков, библиографических источников, а также количество чертежей, иллюстраций.

Объект автоматизации

Необходимо дать описание работы автоматизируемого оборудования и соответствующей технологии. Отметить технические характеристики оборудования и технологические режимы его работы.

Взаписке показать структурную или функциональную схему оборудования и технологии. Сделать критический анализ применяемой технологии и режимов работы оборудования. Показать фактический технический, экономический, экологический уровень технологии, оборудования и сравнить эти уровни с лучшими известными образцами, например из литературных источников. Объект автоматизации нужно показать на одном листе иллюстраций.

Вэтом разделе необходимо в общем виде кратко представить свои предложения по повышению рассматриваемых уровней технологии и оборудования. Сделать выводы по разделу.

Для лесного комплекса объектами автоматизации могут быть:

1) Технологический процесс и оборудование выращивания лесопосадочного материала в закрытом грунте. Для этих объектов в практике используются локальные системы контроля и регулирования, но отсутствуют сис-

4

темы компьютерного управления с оптимизацией параметров микроклимата

сускоренным выращиванием посадочного материала высокого качества.

2)Сушка лесных семян проводится на примитивных установках. Этот процесс нуждается в создании систем контроля, регулирования, компьютерного управления, которые обеспечивают максимальную всхожесть семян и минимизируют затраты энергии.

3)Сушка хвойно-витаминной муки в барабанных сушилках проводится на практике только с контролем температуры топочных газов. Необходимо разработать компьютерные системы управления сушкой для получения высокого качества по питательности муки и снизить затраты энергии.

4)Автоматизация раскряжевки хлыстов и учета сортиментов круглого леса, сортировки лесоматериалов. Существующие системы автоматики для этого объекта необходимо оснастить средствами компьютерного управления

соптимизацией раскроя древесины.

5)Автоматизация лесопильных рам, ленточных, круглопильных станков по распиловке пиловочного сырья. Существующие системы автоматики этих объектов требуют модернизации, в частности необходимо тиристорное управление механизмами подачи и компьютерное управление раскроем сырья.

6)Процессы проварки фанерного, спичечного сырья слабо автоматизированы. Наряду с автоматическим контролем температуры бассейна, расхода тепла необходимо создать системы автоматического регулирования температуры и системы компьютерной оптимизации режимов проварки, обеспечивающие высокое качество шпона и снижение расхода энергии.

7)Процессы сушки пиломатериалов и заготовок автоматизированы слабо. В частности, измеряется и поддерживается температура и влажность сушильного агента. Необходимо создать системы компьютерного управления сушкой, которые обеспечивают снижение растрескивания досок, заготовок, уменьшение времени сушки и расхода энергии.

8)Процесс выпуска мебельных щитов требуют повышения технологического, экономического уровня. В частности, необходимо создать систему компьютерной поддержки оптимизации раскроя плитных материалов, пиломатериалов оптимизации процесса пиления, фрезерования, шлифования, покрытия заготовок пленочными материалами, шпоном и обеспечить высокое качество поверхности мебельных щитов. Все эти процессы на производственных предприятиях требуют компьютерной автоматизации.

5

9)По производству древесностружечных плит можно написать несколько курсовых проектов. В частности, по автоматизации сушки измельченной древесины. Компьютерная поддержка этого процесса должна обеспечить заданную влажность высушенной стружки, повысить производительность агрегата, снизить расход энергии.

Представляет научно-практический интерес решение задач автоматизации приготовление стружечного ковра, а так же, процессы горячего прессования плит. Системы компьютерной поддержки автоматизации этих процессов должны обеспечивать получение плит заданных размеров по толщине, влажности и физико-механических характеристик по ГОСТ.

10)Разработка систем ЧПУ деревообрабатывающими станками.

11)Разработка автоматизированных, роботизированных участков мебельного производства. В частности, в технологиях окраски, сушки, лакирования деталей мебели.

Компьютеризация оборудования лесного комплекса вызывает сокращение количества отходов, выбросов, снижение расхода энергии. Все это повышает экологический уровень автоматизированных технологий.

Наряду с перечисленными объектами автоматизации лесной комплекс имеет целый ряд других узких мест в области технологий, оборудования.

Анализ существующих на предприятии систем автоматизации оборудования, технологий (объекта автоматизации)

Вэтом разделе необходимо выполнить описание применяемых систем электронной, электрической, гидропневматической автоматизации. Представить перечень применяемых средств и систем автоматизации, в тои числе автоматизированного электропривода и АСУ. Отметить технический уровень, надежность эксплуатации средств автоматизации. Показать позитивное влияние существующих средств, систем автоматики на эффективность работы оборудования, технологии. Рассмотреть имеющийся опыт эксплуатации систем автоматики, а также систем компьютеризации технологий и оборудования.

Вэтом разделе сделать выводы об уровне и эффективности применяемых систем автоматизации.

Вконце раздела сформулировать цель и задачи курсового проекта. Формулировка цели должна отражать новизну и основные целевые результа-

6

ты проектирования. Задачи курсового проекта более подробно раскрывают цель проектирования. В задачах отражаются вопросы разработки, синтеза структурных, функциональных, принципиальных, монтажных схем автоматизации и применяемых технических средств. А также, даются задачи теоретических исследований, экспериментов, математического моделирования, алгоритмизации, программирования, оптимизации соответствующих процессов и систем автоматики. В задачах также должны быть отражены разработки автоматической защиты оборудования и улучшения экономической, экологической эффективности технологий, в том числе по снижению расхода сырья, энергии.

Проектные решения по реконструкции, совершенствованию систем автоматизации, компьютеризации оборудования, технологий

Студент с учетом сформулированной цели и задач проекта, должен представить свои предложения по повышению технического, экономического, экологического, социального уровня систем автоматизации, компьютеризации технологии, оборудования.

Эти предложения должны базироваться на передовом опыте автоматизации и обязательно должны включать в себя личные творческие предложения студента. Конечно, эти предложения в предварительном порядке должны быть обсуждены с руководителем курсового проекта и окончательно согласованы с руководителем предстоящего дипломного проекта.

Новые проектные решения должны включать в себя разработку, синтез структурных схем автоматизации оборудования, которые следует привести в пояснительной записке. Эти схемы, а также и основные принципиальные схемы нужно представить на иллюстративных листах.

В проектных решениях нужно дать описание предлагаемых систем автоматизации, контроля, сигнализации, регулирования, управления технологией, оборудованием.

Эти проектные решения будут иметь современный уровень, если они базируются на использовании цифровых, микропроцессорных, компьютерных систем автоматизации. Раздел заканчивается краткими выводами, отражающими новизну и целесообразность использования предлагаемых проектных решений по автоматизации.

7

Теоретическое, экспериментальное исследование объектов регулирования и управления

Студент должен иметь передаточные функции по одному - трем важным технологическим объектам, процессам автоматического регулирования или по одному - трем параметрам регулирования на одном объекте.

Эти передаточные функции студент определил экспериментально методами: снятия кривых разгона объекта, с помощью кратковременных импульсов входных воздействий или статистическим методом анализа записи на самописцах входных воздействий и выходных величин объекта.

Если по каким-то причинам не удалось получить передаточные функции экспериментально, то их следует получить расчетным методом составления уравнений баланса и небаланса притока и расхода вещества, энергии на объекте. С учетом технических характеристик объекта получить дифференциальное уравнение. По полученным передаточным функциям, дифференциальным уравнениям нужно построить статические, динамические, частотные характеристики объекта, которые будут основой определения типов и оптимальных настроечных параметров регуляторов.

В соответствии с научно-техническим замыслом студента и его руководителя, может быть проведен пассивный или активный эксперимент с целью получения математических моделей объекта, технологии в виде уравнений регрессии, таблиц состояний.

Эти математические модели должны включать в себя выходные параметры процесса – целевые функции процесса, а также входные, изменяемые технологом (или компьютером) параметры процесса и входные, не изменяемые технологом параметры, то есть возмущающие воздействия.

По результатам этих экспериментов на ЭВМ методом наименьших квадратов определить коэффициенты уравнений регрессии, отражающие изменение целевых функций процесса от двух видов входных воздействий.

Конечно, в начале необходимо определять неизвестные коэффициенты уравнения регрессии для уравнений первого порядка. Если эти уравнения будут недостаточно адекватными данным экспериментов, то необходимо внести в них парные взаимодействия, а возможно и квадратичные эффекты. Для полученных уравнений регрессии нужно указать ограничения на изменение входных параметров, которые может менять технолог или компьютер.

8

Студент должен помнить, что метод наименьших квадратов требует, чтобы количество экспериментов должно быть больше числа неизвестных коэффициентов уравнения регрессии.

Полученные таким образом достаточно адекватные уравнения регрессии целевых функций процесса послужат математической основой создания систем оптимального и даже многокритериального компьютерного управления объектом, процессом. Математические модели объекта могут также иметь вид циклограмм, таблиц состояний.

Работы по созданию АСУ ТП следует начинать со сбора исходных данных, к которым относятся литературные источники (книги, журнальные статьи, сборники трудов, авторефераты диссертаций и т.п.), технические описания, в которых имеются сведения о рассматриваемой технологии и режимах эксплуатации.

В результате должны быть отражены:

1.Характеристика входного сырья, потребляемых материалов и выходной продукции:

- вид продукции, выпускаемой объектом автоматизации; - показатели качества сырья, материалов и продукции;

- номинальные значения этих показателей, допустимые отклонения от номинала;

- влияние отклонения показателей качества сырья и материалов на качество выходной продукции;

- влияние отклонения показателей качества выходной продукции на качество готовых изделий производственного процесса.

2.Характеристики материальных и энергетических потоков:

-номинальные значения расходов материальных и энергетических по-

токов;

-диапазон изменения расходов при изменении режимов работы технологического оборудования.

3. Характеристика технологического оборудования и процесса:

-состав оборудования;

-функциональные и управляющие связи между оборудованием;

-физические и химические процессы, протекаемые в агрегатах объек-

та;

-совокупность технологических режимов и обеспечение переходов от одного режима к другому;

9

-технологические параметры, характеризующие режимы работы, номинальные значения и допустимые отклонения;

-аварийные ситуации агрегатов, последствия для объекта каждой аварийной ситуации и метод их устранения, частота появления этих ситуаций в данном процессе;

-циклограммы, диаграммы и гистограммы работы оборудования объекта, описание последовательности управляющих сигналов, обеспечивающих заданный режим – переход с одного режима на другой.

4. Сведения об условиях эксплуатации, характеристика помещений, окружающей среды, пожаро- и взрывоопасность, наличие химически активной, запыленной и влажной среды, вибраций, помех и другие.

Таким образом, управляемый технологический процесс – это процесс для которого установлены входные управляющие воздействия и выходные параметры и зависимости между ними, определены методы измерения входных и выходных воздействий и методы управления процессом.

Компьютерная оптимизация систем автоматического регулирования и управления

В этом разделе курсового проекта студент, имея передаточные функции объектов регулирования, должен подобрать автоматические регуляторы и определить оптимальные значения их настроечных параметров и корректирующих устройств. Настроечные параметры по основному каналу регулирования студент может определить методами: корневых годографов, логарифмических амплитудно-частотных характеристик, минимизацией интегральных оценок системы. Для этих методов студент должен составить программу или использовать имеющуюся на кафедре. Использование простейших методов расчетов параметров настройки регуляторов по спрямленной кривой разгона объекта, по критическому коэффициенту усиления регулятора и по другим простейшим методам нежелательно, так как эти методы характеризуются значительными погрешностями.

Для каждого объекта регулирования по средним или по производственным параметрам настройки регуляторов решением дифференциального уравнения системы в замкнутом состоянии на ЭВМ построить процесс регулирования и определить показатели качества в переходных и установившихся режимах.

10