Помощь студентам в учебе
Автоматизированная система управления процессом сжигания композиционных топлив в двигателе внутреннего сгорания
|
Введение 12
1 Научно-исследовательская работа 14
1.1 Цель и задачи исследования 14
1.2 Анализ научно-технической проблемы 15
1.3 Экспериментальный стенд и процедура приготовления биодизельного
топлива 17
1.4 Экспериментальные исследования 23
1.4.1 Компоненты топлив 23
1.4.2 Экспериментальный стенд и методика определения характеристик
зажигания и горения топлив 25
1.5 Результаты экспериментальных исследования 28
1.6 Математическая обработка результатов 31
1.7 Выводы по результатам экспериментальных исследований 34
2 Разработка системы автоматического управления сжиганием топлива 35
2.1 Системный анализ объектов автоматизации 35
2.2 Разработка структуры КТС АСУ 39
2.2.1 Определить перечень функций, архитектуры и состава КТС АСУ 39
2.2.2 Разработка структурной схемы измерительного канала КТС на
лабораторном стенде дизельного двигателя внутреннего сгорания 43
2.2.3 Проектирование и разработка АСУ лабораторным стендом для
дизельных двигателей 44
2.2.4 Разработка структурной схемы системы автоматического
управления КТС на основе микропроцессорной техники 47
2.2.5 Оценка погрешности измерительного канала 48
2.3 Разработка функциональной схемы системы управления 48
2.4 Составление опросных листов на приборы и средства автоматизации 50
2.5 Выбор технических средств системы управления, составление
спецификации 51
2.5.1 Составление спецификации ТСА 51
2.5.2 Выбор технических средств автоматизации 51
2.6 Проектирование схемы внешних проводок 62
2.7 Разработка принципиальной электрической схемы щита управления .. 64
2.8 Составление перечня элементов щита управления 66
2.9 Разработка сборочного чертежа щита управления 67
2.10 Составление спецификации щита управления 68
2.11 Разработка фрагментов информационного, математического и
программного обеспечений 69
2.12 Разработка мнемосхем SCADA-системы 72
2.13 Выводы по разделу проектирование систем автоматического
управления подготовкой и сжиганием топлива в ДВС 74
3 Расчет параметров настройки регулятора 75
3.1 Идентификация объекта управления 75
3.2 Расчет оптимальных параметров настройки (ОПН) ПИ-регулятора 77
3.2.1 Обоснование и выбор ОПН регулятора 77
3.2.2 Расчет и построение переходного процесса, оценка его качества .. 79
3.3 Вывод по разделу Расчет параметров настройки регулятора 83
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 85
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 86
4.2 Анализ конкурентных технических решений 86
4.3 FAST-анализ 89
4.3.1 Выбор объекта FAST-анализа 89
4.3.2 Описание главной, основных и вспомогательных функций,
выполняемых объектом 89
4.3.3 Определение значимости выполняемых функций объектом 90
4.3.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования 91
4.3.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее
анализ 92
4.4 Планирование научно-исследовательских работ 93
4.5 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 97
4.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 97
4.5.2 Амортизация 98
4.5.3 Основная заработная плата исполнителей 98
4.5.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ... 102
4.5.5 Накладные расходы 102
4.5.6 Формирование затрат научно-исследовательского проекта 103
4.6 Ресурсоэффективность 103
4.7 Вывод по разделу Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 104
5 Социальная ответственность 108
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 109
5.1.1 Специальные (характерные при эксплуатации объекта
исследования, проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства 109
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ... 110
5.2 Профессиональная социальная безопасность 110
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов 110
5.3 Экологическая безопасность 118
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду .... 118
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 119
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 119
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 119
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 120
5.5 Выводы по разделу Социальная ответственность 121
Заключение 122
Список использованных источников 123
Приложение А 131
1 Научно-исследовательская работа 14
1.1 Цель и задачи исследования 14
1.2 Анализ научно-технической проблемы 15
1.3 Экспериментальный стенд и процедура приготовления биодизельного
топлива 17
1.4 Экспериментальные исследования 23
1.4.1 Компоненты топлив 23
1.4.2 Экспериментальный стенд и методика определения характеристик
зажигания и горения топлив 25
1.5 Результаты экспериментальных исследования 28
1.6 Математическая обработка результатов 31
1.7 Выводы по результатам экспериментальных исследований 34
2 Разработка системы автоматического управления сжиганием топлива 35
2.1 Системный анализ объектов автоматизации 35
2.2 Разработка структуры КТС АСУ 39
2.2.1 Определить перечень функций, архитектуры и состава КТС АСУ 39
2.2.2 Разработка структурной схемы измерительного канала КТС на
лабораторном стенде дизельного двигателя внутреннего сгорания 43
2.2.3 Проектирование и разработка АСУ лабораторным стендом для
дизельных двигателей 44
2.2.4 Разработка структурной схемы системы автоматического
управления КТС на основе микропроцессорной техники 47
2.2.5 Оценка погрешности измерительного канала 48
2.3 Разработка функциональной схемы системы управления 48
2.4 Составление опросных листов на приборы и средства автоматизации 50
2.5 Выбор технических средств системы управления, составление
спецификации 51
2.5.1 Составление спецификации ТСА 51
2.5.2 Выбор технических средств автоматизации 51
2.6 Проектирование схемы внешних проводок 62
2.7 Разработка принципиальной электрической схемы щита управления .. 64
2.8 Составление перечня элементов щита управления 66
2.9 Разработка сборочного чертежа щита управления 67
2.10 Составление спецификации щита управления 68
2.11 Разработка фрагментов информационного, математического и
программного обеспечений 69
2.12 Разработка мнемосхем SCADA-системы 72
2.13 Выводы по разделу проектирование систем автоматического
управления подготовкой и сжиганием топлива в ДВС 74
3 Расчет параметров настройки регулятора 75
3.1 Идентификация объекта управления 75
3.2 Расчет оптимальных параметров настройки (ОПН) ПИ-регулятора 77
3.2.1 Обоснование и выбор ОПН регулятора 77
3.2.2 Расчет и построение переходного процесса, оценка его качества .. 79
3.3 Вывод по разделу Расчет параметров настройки регулятора 83
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 85
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 86
4.2 Анализ конкурентных технических решений 86
4.3 FAST-анализ 89
4.3.1 Выбор объекта FAST-анализа 89
4.3.2 Описание главной, основных и вспомогательных функций,
выполняемых объектом 89
4.3.3 Определение значимости выполняемых функций объектом 90
4.3.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом исследования 91
4.3.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее
анализ 92
4.4 Планирование научно-исследовательских работ 93
4.5 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 97
4.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 97
4.5.2 Амортизация 98
4.5.3 Основная заработная плата исполнителей 98
4.5.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ... 102
4.5.5 Накладные расходы 102
4.5.6 Формирование затрат научно-исследовательского проекта 103
4.6 Ресурсоэффективность 103
4.7 Вывод по разделу Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 104
5 Социальная ответственность 108
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ... 109
5.1.1 Специальные (характерные при эксплуатации объекта
исследования, проектируемой рабочей зоны) правовые нормы трудового законодательства 109
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны ... 110
5.2 Профессиональная социальная безопасность 110
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов 110
5.3 Экологическая безопасность 118
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду .... 118
5.3.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды 119
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 119
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований 119
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС 120
5.5 Выводы по разделу Социальная ответственность 121
Заключение 122
Список использованных источников 123
Приложение А 131
АСУ ТП представляет собой организацию типа управления действующими производственными процессами, когда они интенсивно осуществляются с помощью человеческого фактора [1].
В современной экономике производственные процессы автоматизируются. Автоматизация является одним из основных направлений технического прогресса и дает возможность повысить эффективность установок и систем.
Автоматизация производственных процессов решается на основе использования сложных комплексов различных типов устройств [2,3]. К основным из них относятся устройства теплового контроля, телемеханики, технических сигналов, автоматического управления, автоматики управления, тепловой защиты, а также аппаратура связи и сигнализации.
Задача лабораторного ситуационного контроля дизельных двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для воспламенения и сжигания капель дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, заключается в поддержании постоянными или изменении различных физических величин по определенным законам [4]. В частности, такими величинами являются давление, температура, состав продуктов сгорания.
Автоматизация процессов воспламенения и сжигания капель нефтяного дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, является одной из технологий, позволяющих снизить расход топлива, улучшить динамические характеристики горения, снизить техногенные выбросы.
Целью работы является разработка автоматизированной системы управления горением капель нефтяного дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, в двигателе внутреннего сгорания, а также проведение комплекса экспериментальных исследований, включающих задачи апробации производства биодизеля, определения характеристик зажигания и горения нового и традиционного топлива для ДВС.
В рамках данной работы разработана АСУ процессом сгорания жидкого топлива, полученного из рапсового масла, в двигателе внутреннего сгорания.
Разрабатываемая системы должна обеспечивать контроль технических параметров процесса и возможность контроля процесса оператором.
В современной экономике производственные процессы автоматизируются. Автоматизация является одним из основных направлений технического прогресса и дает возможность повысить эффективность установок и систем.
Автоматизация производственных процессов решается на основе использования сложных комплексов различных типов устройств [2,3]. К основным из них относятся устройства теплового контроля, телемеханики, технических сигналов, автоматического управления, автоматики управления, тепловой защиты, а также аппаратура связи и сигнализации.
Задача лабораторного ситуационного контроля дизельных двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для воспламенения и сжигания капель дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, заключается в поддержании постоянными или изменении различных физических величин по определенным законам [4]. В частности, такими величинами являются давление, температура, состав продуктов сгорания.
Автоматизация процессов воспламенения и сжигания капель нефтяного дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, является одной из технологий, позволяющих снизить расход топлива, улучшить динамические характеристики горения, снизить техногенные выбросы.
Целью работы является разработка автоматизированной системы управления горением капель нефтяного дизельного топлива и биодизеля, получаемого из рапсового масла, в двигателе внутреннего сгорания, а также проведение комплекса экспериментальных исследований, включающих задачи апробации производства биодизеля, определения характеристик зажигания и горения нового и традиционного топлива для ДВС.
В рамках данной работы разработана АСУ процессом сгорания жидкого топлива, полученного из рапсового масла, в двигателе внутреннего сгорания.
Разрабатываемая системы должна обеспечивать контроль технических параметров процесса и возможность контроля процесса оператором.
В рамках магистерской диссертации была разработана Автоматизированная система управления процессом сжигания композиционных топлив в двигателе внутреннего сгорания.
В ходе научных исследований было установлено, что использование биодизельного топлива приводит к снижению процентного содержания загрязняющих веществ и уменьшению расхода ископаемого топлива, а значит, к уменьшению инерционности воспламенения топливных комбинаций, увеличение полноты их сгорания, снижение расхода топлива и регулярное распыление топлива в камере сгорания.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень включает датчики измерения температуры, давления, расхода, уровня, концентрации, а также запорную арматуру и исполнительные механизмы. На среднем уровне располагается контроллер фирмы Siemens, на верхнем уровне -АРМ оператора, щит серверный, панель визуализации и принтер.
В ходе выполнения магистерской диссертации разработана проектная документация: схема структурная, схема функциональная, схема принципиальная электрическая щита управления, схема монтажная внешних проводок, сборочный чертеж и общий вид щита управления.
Пояснительная записка к проекту содержит подробное описание основного оборудования, приборов и технических средств автоматизации, а также мнемосхема и алгоритмы управления. При выборе приборов руководствовались каталогами и сайтами производителей.
Также выполнены разделы «Социальная ответственность» и «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение».
В ходе научных исследований было установлено, что использование биодизельного топлива приводит к снижению процентного содержания загрязняющих веществ и уменьшению расхода ископаемого топлива, а значит, к уменьшению инерционности воспламенения топливных комбинаций, увеличение полноты их сгорания, снижение расхода топлива и регулярное распыление топлива в камере сгорания.
Спроектированная система является трехуровневой. Полевой уровень включает датчики измерения температуры, давления, расхода, уровня, концентрации, а также запорную арматуру и исполнительные механизмы. На среднем уровне располагается контроллер фирмы Siemens, на верхнем уровне -АРМ оператора, щит серверный, панель визуализации и принтер.
В ходе выполнения магистерской диссертации разработана проектная документация: схема структурная, схема функциональная, схема принципиальная электрическая щита управления, схема монтажная внешних проводок, сборочный чертеж и общий вид щита управления.
Пояснительная записка к проекту содержит подробное описание основного оборудования, приборов и технических средств автоматизации, а также мнемосхема и алгоритмы управления. При выборе приборов руководствовались каталогами и сайтами производителей.
Также выполнены разделы «Социальная ответственность» и «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение».