Помощь студентам в учебе
Система диспетчерского мониторинга параметров оборудования насосной станции на основе применения технологий IIoT
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМЫ 12
1.1 Структура комплекса технических средств 13
1.2 Выбор технологии IIoT 14
1.3 Выбор оборудования 32
2 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 44
2.1 Схема автоматизации 44
2.2 Схема электрическая принципиальная 46
2.3 Схема соединений и подключения внешних проводок 48
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62
ПРИЛОЖЕНИЯ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОД ПРОГРАММЫ АЛГОРИТМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ ВИБРОУСКОРЕНИЯ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ 69
ВВЕДЕНИЕ 8
1 РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ СИСТЕМЫ 12
1.1 Структура комплекса технических средств 13
1.2 Выбор технологии IIoT 14
1.3 Выбор оборудования 32
2 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 44
2.1 Схема автоматизации 44
2.2 Схема электрическая принципиальная 46
2.3 Схема соединений и подключения внешних проводок 48
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62
ПРИЛОЖЕНИЯ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОД ПРОГРАММЫ АЛГОРИТМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ ВИБРОУСКОРЕНИЯ 67
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ 69
Сегодня можно утверждать, что научно-технический прогресс кардинально изменил условия существования человека. Экскурс в нашу историю позволяет констатировать, что наука и техника проникли во все сферы жизнедеятельности человека и общества, не просто преобразовав сферу материального производства и обеспечив рост производительности труда, а качественно модернизировав стиль жизни людей. Человечество вышло на иной уровень своего развития, продемонстрировав трансформацию производства, управления, изменив образ жизни, работы, коммуникации.
В настоящее время мы находимся у истоков четвертой промышленной революции, ее сущность состоит в переходе на полностью автоматизированное цифровое производство, управление которым будет возложено на интеллектуальные системы. На вопрос каким образом возможна коммуникация между машинами отвечает словосочетание «интернет вещей».
Существует множество определений термина «интернет вещей», однако, приведу, на мой взгляд, наиболее точное определение: «Интернет вещей» (InternetofThings/ IoT) - это концепция, представляющая собой взаимосвязанную работу информационных устройств и систем, использующих технологии беспроводного и проводного соединения для передачи информации между собой без участия человека, т.е. функционирование, основанное на технологии взаимодействия Machine-to-Machine (M2M) [2].
«Интернет вещей» является одной из концепций, масштабное распространение которых определяет переход в четвертую промышленную революцию. Помимо нее также выделяют другую не менее важную концепцию, как «Туманные вычисления».
Туманные вычисления - это модель сети для «интернета вещей», которая определяет инфраструктуру распределенных вычислений, расположенную ближе к периметру сети. Данная модель позволяет устройствам на периметре локально выполнять приложения и принимать немедленные решения. При этом уменьшается нагрузка по передаче данных в сети и улучшается отказоустойчивость, за счет работы устройств «интернета вещей» во время потери сетевых подключений [3, 4]. Пример модели туманных вычислений представлены на рисунке 1.1.
Промышленный «интернет вещей» (IIoT) подразумевает оснащение встроенными датчиками большое количество производственных объектов. Это позволит передавать большие объёмы данных как между машинами, так и централизованным системам контроля, осуществить децентрализацию систем аналитики и принятия решений, обеспечивая работу в режиме реального времени. По этим причинам «интернет вещей» идеально подходит для повышения уровня промышленной автоматизации на предприятиях [5].
Для построения системы «интернета вещей» обязательно необходимо опираться как на прикладные требования (задачу) - условия применения, так и на особенности, связанные с различными технологиями «интернета вещей». Из известных зарубежных технологий IoT можно выделить следующие технологии: LTE, LoRaWAN, Sigfox, ZigBee, WirelessHART, NB-IoT и LTE-M. Из представителей отечественных разработок можно выделить технологию
ПолиТЭР.11оТ. Данные технологии активно используется в таких сферах, как: промышленность, здравоохранение, ЖКХ, сельское хозяйство и приложения умного дома.
На сегодняшний день технологии IIoT нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Одним из важных аспектов, связанных с необходимостью контроля и мониторинга оборудования любого промышленного предприятия является система водоснабжения. Современные системы водоснабжения предприятий - это совокупность сложных сооружений, механизмов и аппаратов, все части которой должны точно и без сбоев работать совместно. К ним относятся водоприемные сооружения, сети водоснабжения с обслуживающими их устройствами, насосные станции. Все вышеперечисленные компоненты системы имеют необходимость в постоянном контроле и диагностике в режиме реального времени. Путем решения данной необходимости может стать внедрение беспроводных технологий передачи данных (IIoT).
Цель выпускной квалификационной работы: разработка
автоматизированной системы диспетчерского мониторинга параметров оборудования насосной станции на основе применения технологии IIoT на примере крупного металлургического предприятия Челябинской области. Даная система должна обеспечивать мониторинг следующих технологических параметров в режиме реального времени:
• давление воды в секциях всасывающего коллектора и отходящих водоводов насосной станции;
• давление воды в напорном трубопроводе насосного агрегата;
• температура подшипников электродвигателя и насосного агрегата;
• вибрация (виброускорение) подшипников электродвигателя и насосного агрегата;
• температура и влажность воздуха в машинном зале.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Описать структуру комплекса технических средств.
2. Провести сравнительный анализ и выбор технологии IIoT.
3. Провести сравнительный анализ и выбор устанавливаемого оборудования.
4. Разработать рабочую документацию.
5. Выполнить обработку сигналов.
В настоящее время мы находимся у истоков четвертой промышленной революции, ее сущность состоит в переходе на полностью автоматизированное цифровое производство, управление которым будет возложено на интеллектуальные системы. На вопрос каким образом возможна коммуникация между машинами отвечает словосочетание «интернет вещей».
Существует множество определений термина «интернет вещей», однако, приведу, на мой взгляд, наиболее точное определение: «Интернет вещей» (InternetofThings/ IoT) - это концепция, представляющая собой взаимосвязанную работу информационных устройств и систем, использующих технологии беспроводного и проводного соединения для передачи информации между собой без участия человека, т.е. функционирование, основанное на технологии взаимодействия Machine-to-Machine (M2M) [2].
«Интернет вещей» является одной из концепций, масштабное распространение которых определяет переход в четвертую промышленную революцию. Помимо нее также выделяют другую не менее важную концепцию, как «Туманные вычисления».
Туманные вычисления - это модель сети для «интернета вещей», которая определяет инфраструктуру распределенных вычислений, расположенную ближе к периметру сети. Данная модель позволяет устройствам на периметре локально выполнять приложения и принимать немедленные решения. При этом уменьшается нагрузка по передаче данных в сети и улучшается отказоустойчивость, за счет работы устройств «интернета вещей» во время потери сетевых подключений [3, 4]. Пример модели туманных вычислений представлены на рисунке 1.1.
Промышленный «интернет вещей» (IIoT) подразумевает оснащение встроенными датчиками большое количество производственных объектов. Это позволит передавать большие объёмы данных как между машинами, так и централизованным системам контроля, осуществить децентрализацию систем аналитики и принятия решений, обеспечивая работу в режиме реального времени. По этим причинам «интернет вещей» идеально подходит для повышения уровня промышленной автоматизации на предприятиях [5].
Для построения системы «интернета вещей» обязательно необходимо опираться как на прикладные требования (задачу) - условия применения, так и на особенности, связанные с различными технологиями «интернета вещей». Из известных зарубежных технологий IoT можно выделить следующие технологии: LTE, LoRaWAN, Sigfox, ZigBee, WirelessHART, NB-IoT и LTE-M. Из представителей отечественных разработок можно выделить технологию
ПолиТЭР.11оТ. Данные технологии активно используется в таких сферах, как: промышленность, здравоохранение, ЖКХ, сельское хозяйство и приложения умного дома.
На сегодняшний день технологии IIoT нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Одним из важных аспектов, связанных с необходимостью контроля и мониторинга оборудования любого промышленного предприятия является система водоснабжения. Современные системы водоснабжения предприятий - это совокупность сложных сооружений, механизмов и аппаратов, все части которой должны точно и без сбоев работать совместно. К ним относятся водоприемные сооружения, сети водоснабжения с обслуживающими их устройствами, насосные станции. Все вышеперечисленные компоненты системы имеют необходимость в постоянном контроле и диагностике в режиме реального времени. Путем решения данной необходимости может стать внедрение беспроводных технологий передачи данных (IIoT).
Цель выпускной квалификационной работы: разработка
автоматизированной системы диспетчерского мониторинга параметров оборудования насосной станции на основе применения технологии IIoT на примере крупного металлургического предприятия Челябинской области. Даная система должна обеспечивать мониторинг следующих технологических параметров в режиме реального времени:
• давление воды в секциях всасывающего коллектора и отходящих водоводов насосной станции;
• давление воды в напорном трубопроводе насосного агрегата;
• температура подшипников электродвигателя и насосного агрегата;
• вибрация (виброускорение) подшипников электродвигателя и насосного агрегата;
• температура и влажность воздуха в машинном зале.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Описать структуру комплекса технических средств.
2. Провести сравнительный анализ и выбор технологии IIoT.
3. Провести сравнительный анализ и выбор устанавливаемого оборудования.
4. Разработать рабочую документацию.
5. Выполнить обработку сигналов.
В дипломной работе разработана автоматизированная система диспетчерского мониторинга параметров оборудования насосной станции на основе применения технологий IIoT.
Разработана концепция системы. Составлена структура комплекса технических средств, проведен сравнительный анализ среди выделенных зарубежных и отечественных технологий IoT и сделан выбор наиболее подходящей технологии для системы «промышленного интернета вещей» (IIoT) с целью внедрения на насосной станции, а также проведен сравнительный анализ и выбор всего необходимого оборудования.
Проведена разработка технического обеспечения системы. Разработана схема автоматизации развернутым способом, разработана схема принципиальная электрическая, состоящая из принципиальной схемы электрического питания и принципиальной электрической схемы управления, а также разработана схема соединений и подключения внешних проводок для каждого автоматизируемого блока, монтаж которого осуществлен независимо от других.
Проведена разработка математического обеспечения системы. Представлен алгоритм для обработки сигналов виброускорения, проведено построение спектров виброускорения и виброскорости, а также расчет общего среднеквадратичного значения виброскорости, в соответствии с данным алгоритмом на примере осциллограммы, сформированной беспроводным модулем измерения виброускорений.
Внедрение данной автоматизированной системы на предприятии в целом должно способствовать повышению технико-экономической эффективности использования технологического оборудования за счет совокупности факторов, основными из которых являются:
• уменьшение количества простоев, вызванных отказами оборудования насосных станций;
уменьшение сложности продолжительности восстановительных
процедур, обусловленное тем, что техническое обслуживание или ремонт оборудования производятся после поступления предупреждения от системы о приближении критического состояния оборудования до выхода его из строя;
• оптимизация функционирования и своевременное предупреждение аварийный ситуаций в системе водоснабжения предприятия за счет непрерывного мониторинга режимных параметров.
Кроме того, на базе разработанной автоматизированной системы мониторинга параметров оборудования насосной станции открывается возможность создания системы управления режимами работы насосных станций, предназначенной для автоматического и ручного управления группой насосных агрегатов, а также возможность создания автоматизированной системы управления ремонтно-техническим обслуживанием (АСУ РТО) по фактическому состоянию оборудования, для обеспечение безаварийной работы при минимизации потерь, возникающих при остановках оборудования на профилактические осмотры и капитальные ремонты.
Разработана концепция системы. Составлена структура комплекса технических средств, проведен сравнительный анализ среди выделенных зарубежных и отечественных технологий IoT и сделан выбор наиболее подходящей технологии для системы «промышленного интернета вещей» (IIoT) с целью внедрения на насосной станции, а также проведен сравнительный анализ и выбор всего необходимого оборудования.
Проведена разработка технического обеспечения системы. Разработана схема автоматизации развернутым способом, разработана схема принципиальная электрическая, состоящая из принципиальной схемы электрического питания и принципиальной электрической схемы управления, а также разработана схема соединений и подключения внешних проводок для каждого автоматизируемого блока, монтаж которого осуществлен независимо от других.
Проведена разработка математического обеспечения системы. Представлен алгоритм для обработки сигналов виброускорения, проведено построение спектров виброускорения и виброскорости, а также расчет общего среднеквадратичного значения виброскорости, в соответствии с данным алгоритмом на примере осциллограммы, сформированной беспроводным модулем измерения виброускорений.
Внедрение данной автоматизированной системы на предприятии в целом должно способствовать повышению технико-экономической эффективности использования технологического оборудования за счет совокупности факторов, основными из которых являются:
• уменьшение количества простоев, вызванных отказами оборудования насосных станций;
уменьшение сложности продолжительности восстановительных
процедур, обусловленное тем, что техническое обслуживание или ремонт оборудования производятся после поступления предупреждения от системы о приближении критического состояния оборудования до выхода его из строя;
• оптимизация функционирования и своевременное предупреждение аварийный ситуаций в системе водоснабжения предприятия за счет непрерывного мониторинга режимных параметров.
Кроме того, на базе разработанной автоматизированной системы мониторинга параметров оборудования насосной станции открывается возможность создания системы управления режимами работы насосных станций, предназначенной для автоматического и ручного управления группой насосных агрегатов, а также возможность создания автоматизированной системы управления ремонтно-техническим обслуживанием (АСУ РТО) по фактическому состоянию оборудования, для обеспечение безаварийной работы при минимизации потерь, возникающих при остановках оборудования на профилактические осмотры и капитальные ремонты.
