Введение 11
1. Техническое задание 12
1.1. Основные задачи и цели создания учебного стенда 12
1.2. Назначение учебного стенда 12
1.3. Требования к автоматике 13
1.4. Требования к техническому обеспечению 13
1.5. Требования к программному обеспечению 14
2. Основная часть 15
2.1. Описание учебного стенда 15
2.2. Описание технологического процесса 16
2.3. Структурная схема АС 17
2.4. Функциональная схема автоматизации 18
2.4.1. Функциональная схема автоматизации по ГОСТ 21.208-2013 19
2.4.2. Функциональная схема автоматизации по ANSI/ISA-5.1-2009 19
2.5. Выбор средств автоматизации 19
2.5.1. Выбор контроллерного оборудования 19
2.5.2. Выбор датчика температуры 24
2.5.3. Выбор датчика тока 26
2.5.4. Выбор насоса 28
2.6. Схема внешних проводок 29
2.7. Математическая модель объекта 30
2.8. Настройка регулятора 39
2.9. Программная реализация 51
2.10. Результаты работы регулятора и сравнение с моделированием 53
2.11. Описание экранной формы 55
3. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности 57
3.1. Потенциальные потребители результатов исследования 57
3.2. Анализ конкурентных технических решений
3.3. SWOT-анализ 59
3.4. Планирование научно-исследовательских работ 61
3.4.1. Структура работ в рамках научного исследования 61
3.4.2. Разработка графика проведения научного исследования 62
3.5. Бюджет научно-технического исследования 64
3.5.1. Расчет материальных затрат 64
3.5.2. Основная заработная плата исполнителей темы 65
3.5.3. Дополнительная заработная плата исполнителей темы 66
3.5.4. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 66
3.6. Накладные расходы 67
3.6.1. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ... 68
3.7. Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования 68
4. Социальная ответственность 72
4.1. Производственная безопасность 72
4.1.1. Повышенный уровень шума на рабочем месте 73
4.1.2. Недостаточная освещенность рабочей зоны; отсутствие или недостаток
естественного света 74
4.1.3. Повышенный уровень электромагнитных излучений 78
4.1.4. Микроклимат 80
4.1.5. Электрический ток 81
4.2. Экологическая безопасность 82
4.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 82
4.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 84
Заключение 86
Список публикаций 87
Список используемых источников 88
Приложение А. Функциональная схема технологического процесса 91
Приложение Б. Структурная схема АС 92
Приложение В. Функциональная схема автоматизации (ГОСТ 21.208-2013) 93
Приложение Г. Функциональная схема автоматизации (ANSI ISA-5.1-2009) 94
Приложение Д. Схема внешних проводок 95
Приложение Е. Структурная схема САР 96
Приложение Ж. Программа в Codesys 97
Приложение И. Перечень вход/выходных сигналов 98
Приложение К. Экранная форма 99
В настоящее время в связи с предъявлением все более высоких требований к процессам управления в различных областях техники возросли и требования к математическому описанию процессов управления.
Нельзя обеспечить качественное управление системой, если неизвестна с достаточной точностью ее математическая модель. Для построения математической модели могут быть использованы как теоретические, так и экспериментальные методы. Опыт, накопленный при проектировании систем управления, убедительно свидетельствует о том, что нельзя построить математическую модель, адекватную реальной системе, только на основе теоретических исследований физических процессов в системе. Поэтому в процессе проектирования систем управления одновременно с теоретическими исследованиями необходимо проводить многочисленные эксперименты по определению и уточнению математической модели системы .
Чтобы отработать методологию получения практически пригодных математических моделей и апробировать методы управления, была предложена идея создания стенда, имитирующего работу химического реактора .
В результате выполненной работы был разработан учебный стенд «Программно-аппаратный комплекс стабилизации температуры в химическом реакторе с водяной рубашкой», который можно использовать в ряде образовательных дисциплин при проведении лабораторных работ. Он помогает изучить физические эффекты, возникающие в химических реакторах, а также с его помощью можно апробировать смоделированные методы управления.
Были разработаны схемы, позволяющие изучить состав учебного стенда, его структуру, а также понять назначение тех или иных точек автоматизации.
Автоматизированная система химического реактора была спроектирована на базе датчиков температуры ОВЕН ДТС015-И, датчиков тока АМЕ-8821-5, насосов, нагревателя, промышленного контроллера ОВЕН ПЛК160, а также средств визуализации программного обеспечения Codesys v2.3.
Результатом работы также стало получение математическая модели объекта, достаточно точно описывающей процессы теплообмена, проходящие в физической модели химического реактора, и настройка каскадного регулятора, результаты работы которого лежат в пределах погрешностей средств измерений.
