1.4 Разработка технического задания

1.4.1 Наименование и область применения

Настоящее техническое задание распространяется на проект автоматизации стана холодной прокатки труб ХПТ 55 с разработкой подсистемы жидкой смазки.

1.4.2 Основания для разработки

Проект разрабатывается на основании задания на выполнение дипломного проекта и учебного плана по специальности 210200 “Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)”.

1.4.3 Цель и назначение разработки

Объектом проектирования является система управления стана холодной прокатки труб ХПТ 55 с разработкой подсистемы жидкой смазки.

Цель работы разработка проекта по автоматизации действующей системы автоматического управления

1.4.4 Источники разработки

-Технологический процесс.

-Действующие схемы существующей системы автоматического управления.

-Техническое описание АСУТП "Уралчерметавтоматика".

1.4.5 Технические требования

Вся система САУ-ПС должна являться стандартным программируемым средством автоматизации, и предназначена для круглосуточной работы в условиях трубопрокатного производства.

Технические требования к электрооборудованию. Система САУ-ПС должна быть двухуровневой, многофункциональной, информационно-управляющей системой реального времени, реализованной с использованием оборудования и программного обеспечения фирмы Siemens, принятого как стандартное средство автоматического управления.

Система должна быть открытой, допускающей возможность функционального расширения с учетом перспектив развития и адаптации к изменяющимся технологическим условиям.

Система должна включать в свой состав все имеющиеся функции действующей САУ и дополнительные функции - ведения и использования библиотеки программ прокатки обкатного стана; контроля технологических параметров; контроля положения трубы в стане; отображения технологического процесса, функции мониторинга отдельных параметров технологического процесса и действий оператора, функции генерации сообщений (аварийных, предупреждающих и действий оператора) и другое.

1.4.6 Условия эксплуатации

• температура окружающего воздуха в диапазоне (от -12 до 45)

• относительная влажность от 10 до 80 %

• атмосферное давление от 84 до 107 кПа

• запыленность не более 5 мг/м3

• наличие помех от магнитных полей не должны превышать значения 250 мВб/м2

• напряжение питания трехфазным переменным током должно быть в пределах:

• частота питающей сети должна быть 502 Гц

1.4.7 Режимы работы объекта

Входными параметрами системы управления являются дискретные сигналы с пульта управления, сигналы с датчиков. Выходными параметрами являются сигналы управления приводами механизмов станка, пускатели, а также индикация на пульте оператора.

автоматический режим – работа стана в автоматическом режиме в соответствии с параметрами установленными на панели оператора;

ручной режим – управление станом осуществляется вручную, при помощи кнопок и переключателей

1.4.8 Стадии и этапы разработки

• Получение задания на создание системы управления.

• Сбор документации и анализ существующей системы управления.

• Разработка структуры системы управления.

• Выбор технических средств системы управления.

• Разработка схемы подключения устройства управления.

• Разработка программного обеспечения.

• Оформление расчетно-пояснительной записки.

Оформление графической части дипломного проекта.

2. Проектирование конструирование и моделирование основных технических средств

2.1 Декомпозиционный анализ задачи модернизации системы управления и разработка декомпозиционной схемы

Системный подход и общая схема системного проектирования на основе методов декомпозиции.

Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итеративных последовательностях процедур анализа и синтеза.

Итеративный процесс “анализ – синтез” формирует создаваемый объект базируясь на философских диалектических категориях “часть и целое”, характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом, затем переходит к анализу – расчленению целого на части и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого.

При такой постановке решение проблемы создания нового объекта целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов.

Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы создания объекта.

Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта – разделение её на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков.

Этап 3. Синтез решений как “свертка” поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта, полученной на этапе 2.

В данном разделе будет рассмотрено представление об объекте, как о нерасчлененном целом является весьма ответственным и непростым. На этом этапе требуется определить и раскрыть поставленную цель, возможные последствия и результаты ее разрешения. Основная трудность этого этапа обусловлена неполнотой исходной информации, на основе которой формулируется проблема. Проблема — это необходимость изменения состояния, а ее решение — это технология перехода от существующего состояния к желаемому. Цель рассматривается, как результат определенного курса действий, достигаемых с учетом необходимых потребностей и реальных возможностей (научных, экономических, правовых и т.п.).

Целью проектирования является разработка современной системы управления, удовлетворяющей самым последним представлениям о иерархичном принципе построения автоматизированных систем управления. В системе управления должны быть реализованы следующие функции:

- управление технологическим оборудованием;

- сбор данных о процессе и состоянии технологического оборудования;

- контроль достоверности данных;

- обработка и хранение данных о нештатных ситуациях;

- обеспечение диалога с оператором;

- учет выпускаемой продукции;

- сохранность данных.

Под управлением технологическим оборудованием здесь и далее создание, по возможности, единого центра управления обеспечивающего согласованное управление всем оборудованием установки по возможности без участия оператора.

Сбор данных о процессе должен обеспечить своевременную и достоверную информацию о технологических параметрах процесса, о положении подвижных агрегатов комплекса, о состоянии систем обеспечения работоспособности установки, о типе и количестве изготовленной продукции.

Под контролем достоверности данных подразумевается проверка входящих данных на соответствие «разумным» диапазонам. Возможная реакция системы управления – продолжение работы, информирование оператора о не достоверности показаний датчика. Это пример нештатной ситуации, при которой система управления не останавливает работу установки, при этом информация о ситуации заносится в архив событий. Обработка информации в этом случае может сводиться к определению времени и переходу к обработчику ошибок, который предложит альтернативу по решению проблемы.

Система управления должна обеспечить полное и наглядное представление о состоянии процесса, оборудования, значении технологических и нетехнологических параметров, произведенной продукции и других статистических данных, нештатных ситуациях. В случае возникновения нештатной ситуации, при которой возможно продолжение работы, система должна указать возможные причины возникновения ситуации и способы устранения. Оператору должна быть предоставлена возможность изменения технологических параметров процесса.

Учет выпускаемой продукции подразумевает хранение и информирование оператора о количестве и типе выпущенной продукции.

Под сохранностью данных понимается сохранение данных о процессе при аппаратных, программных или иных сбоях (в том числе и отключении питания).

Потребности и цели создания объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формирует общее представление об объекте. Анализ объекта на втором этапе осуществляется путем декомпозиции поставленных задач в пространстве, в основном, не метрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к объекту. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой исходят из следующих двух положений:

Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения и потребности объекта, определяются основные направления, формирующих концепцию его строения в виде множества структурных характеристик Х , образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции.

Во-вторых, для каждой области (свойства) Х первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив Х  Х, выбираемым на основе анализа известных решений.

Построенная на основе принципов и правил декомпозиции, любая декомпозиционная схема является n – мерным поисковым пространством Rn={ Х }, в котором каждое решение представлено вектором xRn, являющимся множеством из набора альтернатив Х вида:

X = { Х1, … , Хi , … , Хn }.

Геометрической интерпретацией Rn является его развертка на плоскость, состоящая из матричных блоков, образованных пересечением всех блоков 1-го уровня декомпозиции и альтернатив, образующих клетки матриц:

RB = n ( n-1 ) /2.

Общее количество вариантов структуры N определяется:

N = m1 m 2 … m n,

где m1 – количество альтернатив реализации первого признака.

Таблица 2 - Декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры СУ

Х	1-й уровень декомпозиции	Х	2-й уровень декомпозиции
Х1	Количество одновременно обрабатываемых труб	Х11 Х12 Х13 Х14	2 последовательно 4 2 1
Х2	Комплексность технологии	Х21 Х22 Х23	Гидро-, пневмосистема Пневмосистема Гидросистема
Продолжение таблицы 2
Х3	Количество позиций обработки	Х31 Х32 Х33	1 Позиция 3 позиции 2 позиции
Х4	Вид транспорта	Х41 Х42 Х43	Шнек Манипулятор Кран-балка (поворотный)
Х5	Вид установки и закрепления	Х51 Х52 Х53	Направляющие, ручной Направляющие, автоматизированный Автоматический
Х6	Вид датчика положения	Х61 Х62 Х63 Х64	Индуктивный Концевые выключатели Механический Отсутствует
Х7	Управление	Х71 Х72 Х73	Децентрализованное управление Многоуровневое Централизованное управление
Х8	Устройство управления	Х81 Х82 Х83	Релейно- контактные схемы ЭВМ ПК
Х9	Способ регулирования давления в гидросистеме	Х91 Х92 Х93	Ручной Автоматизированный Автоматический
Х10	Способ контроля уровня	Х101 Х102 Х103	Ручной Автоматизированный Автоматический
Продолжение таблицы 2
Х11	Контролируемые компоненты	Х111 Х112 Х113	Температура Давление Давление и температура
Х12	Вид измерения давления	Х121 Х122	Манометры Цифровые датчики давления
Х13	Средства контроля качества продукции	Х131 Х132 Х133	Без средств контроля Технический Визуальный контроль протечек
Х14	Охранные мероприятия	Х141 Х142 Х143	Без охранных средств Клапана предохранительные Клапана предохранительные, опрос датчиков

Заключительный третий этап выбора и принятия решения после проведения системного анализа создания нового объекта путем её декомпозиции существенно облегчается, но остается ещё непростым из-за большого числа комбинаций N, являющихся вариантами искомого решения. Задача синтеза состоит в том, чтобы в каждом из n – блоков первого уровня Х_ декомпозиционной схемы выбрать по одной альтернативе Х_^, подбор которых должен сформировать “наилучший” вариант.

Простейшим при выборе наиболее эффективного решения является традиционный способ, используемый при обработке морфологических таблиц и предусматривающий последовательное сокращение (свертку) множества вариантов путем отбрасывания наименее перспективных, нереализуемых, наиболее дорогих и других, кажущихся неэффективными, альтернатив. Однако этот способ при увеличении количества признаков и реализующих их альтернатив соответственно до n > 5 m > 2 становиться весьма трудоемким, а выбранное решение, в значительной мере, - субъективным. Проблема состоит не только в выборе лучших альтернатив в отдельных блоках, но и в наилучшей их совместимости друг с другом.

Выбор целевых условий.

Далее будет использован метод двухступенчатого ранжирования с присвоением оценок и при необходимости расчетом “весов” для выбираемых элементов, многократно апробированный при создании новых сложных объектов на уровне изобретений.

Предложенный метод предусматривает на первой ступени упорядочения выделение из n – блоков Х_ декомпозиционной схемы S – блоков, содержащих на уровне альтернатив Х_^ наиболее важные характеристики, которые могут быть отражены в задании на создание объекта. Такие блоки Х_ обычно в количестве S = 2…4 несут S – целевых условий (по одному условию для каждого блока), представленных альтернативами, реализующими эти блоки.

Тогда остальные g – блоков (g = n–s) будут содержать на уровне альтернатив локальные решения типа условий–ограничения, а множество, формирующее вариант синтезируемого решения X, составят два подмножества Х_S и Х_G,:

X = { X_S, X_G }, x  Rⁿ .

Набор условий X_S, выбираемых на второй ступени упорядочения, определяет некоторую S – мерную цель синтеза:

X_S = { X_Si^ }, i = 1…S;  = 1… m.

Выбранные локальные целевые условия XSi, как правило, неодинаково влияют на эффективность синтезируемого решения и поэтому должны быть ранжированы по их значимости и оценены с помощью некоторого параметра i, т.е.:₁  ₂  … _S.

Значение оценочных параметров i устанавливается с соблюдением дополнительного условия, в качестве которого удобно использовать соотношение:

₁ + ₂ + …+ _S = 1.

Для нашего проекта набор целевых условий это:

X_S1 = X₁⁴: ₁ = 0,3;

X_S2 = X₈³: ₂ = 0,3;

X_S3 = X₁₃²: ₃ = 0,4.