Разработка структуры САПР

             Реферат 

           Пояснительная записка к курсовой работе 29 с., 2 рис., 2 табл., 7 источников.

           Иллюстративная часть на 4-х листах формата А3.

       СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО  ПРОЕКТИРОВАНИЯ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, НАДЕЖНОСТЬ

       Курсовая работа имеет комплексный характер, проявляющийся в последовательной реализации разноплановых задач: решаются задачи и проблемы САПР, затем выполняется анализ объекта автоматизации (бродильные танки), затем на основе анализа разрабатывается система автоматического регулирования.

       Целью данной курсовой работы являются:

       - разработка структуры  САПР;

       - научиться использовать  элементы САПР при автоматизации  конкретных объектов;

       - научиться самостоятельно  пользоваться специальной литературой;

       - подготовится к  выполнению выпускной квалификационной работы.

       В результате использования  элементов САПР были спроектированы: схема автоматизации, принципиальная электрическая схема питания, сигнализации и регулирования.

       Была рассчитана проектируемая надежность системы управления.

 

         Содержание 

       Введение………………………….………………………………………....6

           Нормативные ссылки……………………………………………...……….8

           1 Техническое задание……………………………………………….….…9

           2 Описание технологического процесса и оборудования….……..……17

           3 Выбор комплекса технических средств……………………….………18

           4 Описание схемы автоматизации…………………….…………………19

           5 Описание принципиальных электрических схем…………….……….19

           6 Расчет надежности схемы сигнализации……………………….……..20

           7 Расчет надежности контура регулирования……………….………….22

           8 Разработка структуры САПР…………..................................................25

             Заключение………………………………………………..………..…….27

             Список использованных источников….….………….………………....28 
     

 

        Введение

       В наше время при современной конкуренции необходимо использование передовых технологий, в частности, улучшение и доработка уже существующих автоматизированных систем или разработка новых.

       Используя системы автоматизированного проектирования (САПР), необходимо опираться на прочную научно-техническую базу, в которую входят: современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации.

       САПР  решает задачи автоматизации работ  на стадиях проектирования. Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

       - сокращения трудоёмкости проектирования  и планирования;

       - сокращения сроков проектирования;

       - сокращения себестоимости проектирования  и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

       - повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

       - сокращения затрат на натурное  моделирование и испытания.

       Достижение  этих целей обеспечивается путем:

       - автоматизации оформления документации;

       - информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

       - использования технологий параллельного  проектирования;

       - унификации проектных решений  и процессов проектирования;

       - повторного использования проектных  решений, данных и наработок;

       - стратегического проектирования;

       - замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

       - повышения качества управления  проектированием;

       - применения методов вариантного  проектирования и оптимизации.

       Одним из аспектов САПР является осуществление автоматизированного рабочего места (АРМ). АРМ представляет собой один или несколько персональных компьютеров в промышленном исполнении. АРМ предназначено для использования вместо традиционного пульт-табло с лампами и кнопками.

       АРМ имеет целый ряд достоинств:

       - минимальные габариты;

       - большая наглядность;

       - протоколирование действий персонала  и хода технологического процесса;

       - предоставление нормативно-справочной  информации;

       - ведение электронного документооборота;

       - сокращение кабеля, подводимого  к рабочему месту.

       Задачей автоматизации является построение процесса непрерывного регулирования параметров климатической системы с учетом взаимодействия его со всеми элементами объекта управления и управляющего устройства, на основе анализа информации, характеризующей динамику функционирования автоматической системы управления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Нормативные ссылки

     В данной курсовой работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

     ГОСТ  Р 8.585-2001 ГСИ. Термопары. Номинальные  статические характеристики преобразования

     ГОСТ 8.009-84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

     ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными  наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

     ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы физических величин

     ГОСТ 21.404-85 СПДС. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах

     ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы

     МИ 2093-90 ГСИ. Рекомендация. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1 Техническое задание

    1.1 Общие сведения

 

       1.1.1 Полное название системы 

       Система управления технологическим процессом брожения на пивоваренном производстве. 

       1.1.2 Наименование предприятия разработчика и заказчика системы

        

       Предприятие разработчик: студентка 5 курса КубГТУ Годунова Е.Б.

       Предприятие заказчик: ООО «АНТА» 

       
      1. Перечень  документов, на основании которых  создается система
 
       
  • Задание на курсовую работу
  • Комплекс  стандартов на автоматизированные системы  Стадии создания ГОСТ 34.601-90
  • Перечень документов по ГОСТ 34.201-8
  • Перечень требований к системе, определенных контрактом
 

       1.1.4 Плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы 

       Срок  начала проектирования: 21.09.2011г.

       Срок окончания проектирования: 21.11.2011г.

       1.2 Назначение и цели создания  системы

 

       Назначение  автоматизированной системы – управление климатическими параметрами пивоваренного производства.

       Цель  создания системы - повысить технико-экономические  показатели производства в целом, при этом эффективность управления достигается за счет применения севременных методов управления технологическими процессами, а так же новейших технических средств автоматизации.

       1.3 Характеристики объекта автоматизации

       1.3.1 Краткие сведения  об объекте автоматизации

       В бродильном цеху имеется 2 бродильных танка. Мембранносоленоидный вентиль каждого из них управляет подачей охлаждающей жидкости (гликоль) в охлаждающий контур танка с целью поддержания в танке необходимой температуры для брожения. Процесс начинается, как только сусло залито в танк и заданы дрожжи. Оператор нажимает кнопку «Старт» на сенсорной панели TD200 и автоматика поддерживает необходимую температуру в танке, считывая показатели датчиков температуры и давления и управляя открытием мембранносоленоидного вентиля. По истечении заданного времени (согласно технологическому процессу) контроллер меняет установку температуры. По окончанию брожения контроллер открывает клапан для слива сусла.

         Рассмотрим технологические стадии, входящие в технологический процесс.

                     

                Рисунок 1.1 – Бродильный танк. 

         Солод и другие необходимые  по рецептуре зернопродукты попадают  в дробилку. Дробление необходимо для обеспечения и ускорения физических и биохимических процессов при затирании. Дробленный солод засыпают в заторный аппарат, в который предварительно наливают подогретую воду. Затор нагревают с необходимой скоростью с выдерживанием пауз при определенных температурах. Полнота осахаривания определяется по йодной пробе.

         Процесс фильтрования состоит  из 2-х стадий: сначала фильтрование  первого сусла, а затем выщелачивание вымываемого экстракта удерживаемого дробной путем его вымывания водой. Фильтрованное сусло и промывные воды перекачиваются в сусловарочный аппарат и подвергаются кипячению с хмелем. Готовое сусло перекачивают в гидроциклонный аппарат, в котором происходит осветление сусла за счет отделения белкового и хмелевого осадков под гидродинамическим воздействием.

         После выдержки сусла в гидроциклонном  аппарате производится его охлаждение до установленной температуры в пластинчатом теплообменнике. Сусло проходит через двухступенчатый теплообменник.

         По выходу из теплообменника  сусло перекачивается в бродильный аппарат. Температура в каждом танке измеряется двумя датчиками температуры, чувствительные элементы которых погружены в бродящее сусло. Их показания передаются в контроллер. На основании этих данных контроллер принимает решение об открытии или закрытии мембранносоленоидного вентиля, подающего гликоль в рубашку охлаждения танка.

         При температуре 10°С брожение ведется 6 суток. Затем температура в танке понижается на 1 °С каждые 4 часа, пока температура не достигнет отметки 4 °С. При этой температуре сусло бродит еще 6 часов, после чего контроллер дает команду на открытие второго мембранносоленоидного вентиля, расположенного в нижней части бродильного танка, и происходит слив продукта для его дальнейшей перекачки в отдельный танк для дображивания.

       1.3.2 Сведения об условиях эксплуатации  объекта автоматизации и 

       характеристиках окружающей среды

>        

       Объект  автоматизации эксплуатируется  при нормальных условиях окружающей среды.

       1.4 Требования к системе

 

       1.4.1 Требования к  системе в целом 

       1.4.1.1 Требования к структуре и функционированию системы 

       
  1. Перечень  подсистем: система контроля температуры затора, система регулирования давления, система сигнализации и предупреждения.
  2. Требования к способам и средствам связи между компонентами системы: разработка системы полной диспетчеризации.
  3. Требования к режимам функционирования системы: летний и зимний режимы.
  4. Требования к диагностированию системы: Компоненты АСУ должны предоставлять удобный интерфейс для возможности просмотра диагностических событий, мониторинга процесса выполнения программ. При возникновении аварийных ситуаций, либо ошибок в программном обеспечении, диагностические инструменты должны позволять сохранять полный набор информации, необходимой разработчику для идентификации проблемы.
 

       1.4.1.2 Требования к численности и  квалификации персонала системы  и режиму его работы 

       Оператор, следящий за процессом, наладчик. 

       1.4.1.3 Показатели назначения 

       Система должна предусматривать возможность масштабирования по производительности и объему обрабатываемой информации без модификации ее программного обеспечения путем модернизации используемого комплекса технических средств. Возможности масштабирования должны обеспечиваться средствами используемого базового программного обеспечения. 

       1.4.1.4 Требования к надежности 

       Система должна сохранять работоспособность и обеспечивать восстановление своих функций при возникновении следующих внештатных ситуаций:

  • при сбоях в системе электроснабжения аппаратной части;
  • при ошибках в работе аппаратных средств;
  • при ошибках, связанных с программным обеспечением.

       Для защиты аппаратуры от бросков напряжения и коммутационных помех должны применяться сетевые фильтры. 

       1.4.1.5 Требования безопасности 

       Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения, а сами технические средства иметь зануление или защитное заземление в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 и ПУЭ.

       Система электропитания должна обеспечивать защитное отключение при перегрузках и коротких замыканиях в цепях нагрузки, а также аварийное ручное отключение.

       Общие требования пожарной безопасности должны соответствовать нормам на бытовое электрооборудование. В случае возгорания не должно выделяться ядовитых газов и дымов. После снятия электропитания должно быть допустимо применение любых средств пожаротушения. 

       Факторы, оказывающие вредные воздействия на здоровье со стороны всех элементов системы (в том числе инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и электромагнитное излучения, вибрация, шум, электростатические поля, ультразвук строчной частоты и т.д.), не должны превышать действующих норм (СанПиН 2.2.2./2.4.1340-03 от 03.06.2003 г.). 
 

       
  • 1.4.1.6 Требования  к эргономике и технической  эстетике

       Взаимодействие  пользователей с прикладным программным обеспечением, входящим в состав системы должно осуществляться посредством визуального графического интерфейса (GUI). Интерфейс системы должен быть понятным и удобным, не должен быть перегружен графическими элементами и должен обеспечивать быстрое отображение экранных форм. Система должна обеспечивать корректную обработку аварийных ситуаций, вызванных неверными действиями пользователей, неверным форматом или недопустимыми значениями входных данных. В указанных случаях система должна выдавать пользователю соответствующие сообщения, после чего возвращаться в рабочее состояние, предшествовавшее неверной (недопустимой) команде или некорректному вводу данных.

       Создаваемая система и все её компоненты должны удовлетворять современным стандартам и требованиям технической эстетики. 
 
 

       1.4.1.7 Требования к эксплуатации, техническому  обслуживанию,

  ремонту и хранению компонентов системы 

       
  • Для нормальной эксплуатации разрабатываемой системы должно быть обеспечено бесперебойное питание ПЭВМ. При эксплуатации система должна быть обеспечена соответствующая стандартам хранения носителей и эксплуатации ПЭВМ температуры и влажность воздуха.  
                    Периодическое техническое обслуживание используемых технических средств должно проводиться в соответствии с требованиями технической документации изготовителей, но не реже одного раза в год. 
                    Периодическое техническое обслуживание и тестирование технических средств должны включать в себя обслуживание и тестирование всех используемых средств, включая рабочие станции, серверы, кабельные системы и сетевое оборудование, устройства бесперебойного питания.
 
 

       1.4.1.8 Требования к защите информации  от несанкционированного  
доступа 

       ИС должна обеспечивать защиту от несанкционированного доступа (НСД) на уровне не ниже установленного требованиями, предъявляемыми к категории 1Д по классификации действующего руководящего документа Гостехкомиссии России «Автоматизированные системы. Защита от несанкционированного доступа к информации. Классификация автоматизированных систем»

       Компоненты подсистемы защиты от НСД должны обеспечивать:

       – идентификацию пользователя;

       – проверку полномочий пользователя при работе с системой;

       – разграничение доступа пользователей на уровне задач и информационных массивов. 

       1.4.1.9 Требования по сохранности информации  при авариях 

       Программное обеспечение АСУ должно восстанавливать свое функционирование при корректном перезапуске аппаратных средств. Должна быть предусмотрена возможность организации автоматического и (или) ручного резервного копирования данных системы средствами системного и базового программного обеспечения (ОС, СУБД), входящего в состав программно технического комплекса Заказчика.  

       1.4.1.10 Требования к защите от влияния  внешних воздействий 

       Защита от влияния внешних воздействий должна обеспечиваться средствами программно технического комплекса. 

       1.4.2 Требования к видам обеспечения 

       1.4.2.1 Требования к математическому обеспечению системы 

       Математические  методы и алгоритмы, а также программное  обеспечение, реализующее их, должны быть сертифицированы уполномоченными организациями. 

       1.4.2.2 Требования к информационному обеспечению системы

        
             Состав, структура и способы организации данных в системе должны быть определены на этапе технического проектирования. Система должна быть создана на основе SCADA-системы Genesis32. Для обеспечения целостности данных должны использоваться встроенные механизмы СУБД. Структура должна поддерживать кодирование хранимой и обрабатываемой информации в соответствии с общероссийскими классификаторами (там, где они применимы). Доступ к данным должен быть предоставлен только авторизованным пользователям с учетом их служебных полномочий, а также с учетом категории запрашиваемой информации. Технические средства, обеспечивающие хранение информации, должны использовать современные технологии, позволяющие обеспечить повышенную надежность хранения данных и оперативную замену оборудования. В состав системы должна входить специализированная подсистема резервного копирования и восстановления данных. При проектировании и развертывании системы необходимо рассмотреть возможность использования накопленной информации из уже функционирующих информационных систем. 

       1.4.2.3 Требования к лингвистическому обеспечению системы

        
           Выражается языками общения между проектировщиками и компьютерами, языками программирования и языками обмена данными между ТС САПР. 

       1.4.2.4 Требования к программному обеспечению системы 

       При проектировании и разработке системы  необходимо максимально эффективным  образом использовать ранее закупленное  программное обеспечение, как серверное, так и для рабочих станций. Используемое при разработке программное обеспечение и библиотеки программных кодов должны иметь широкое распространение, быть общедоступными и использоваться в промышленных масштабах. Базовой программной платформой должна являться операционная система MS Windows. 
 
 

       1.4.2.5 Требования к метрологическому обеспечению

        
           Требования к метрологическому обеспечению не предъявляются. 

       1.4.2.6 Требования к организационному обеспечению системы

        
             Организационное обеспечение системы должно быть достаточным для эффективного выполнения персоналом возложенных на него обязанностей при осуществлении автоматизированных и связанных с ними неавтоматизированных функций системы. Заказчиком должны быть определены должностные лица, ответственные за:                                          1                                                                                       
          – обработку информации АС; 
          – администрирование АС; 
          – обеспечение безопасности информации АС; 
          – управление работой персонала по обслуживанию АС.  
К работе с системой должны допускаться сотрудники, ознакомленные с правилами эксплуатации и прошедшие обучение работе с системой. 

       1.4.2.7 Требования к методическому обеспечению 

       В состав нормативно-правого и методического  обеспечения системы должны входить  законодательные акты, стандарты  и нормативы.

       1.5 Требования к  функциям, выполняемым системой

 

       Система выполняет  функции:

       Для подсистемы контроля температуры сусла:

  • управления температурой, первоначально подогретого сусла;
  • управления температурой в бродильном танке;

       Для подсистемы контроля времени брожения:

  • управления временем брожения;

       Информационная  функция. Ее содержанием являются: сбор, преобразование, хранение информации о состоянии ТОУ, представление этой информации оперативному персоналу или передача ее для последующей обработки.

       Функции централизованного контроля заключаются в следующем:

  • непрерывное, периодическое и (или) по вызову измерение, оперативное отображение и регистрация значений технологических параметров и показателей состояния оборудования;
  • обнаружение, оперативное отображение, регистрация и сигнализация отклонений значений технологических параметров и показателей состояния оборудования от установленных пределов;
  • контроль, оперативное отображение, регистрация и сигнализация срабатываний блокировок и защит;
  • оперативное отображение и регистрация результатов математических и логических операций, выполняемых технологическими средствами системы.

       1.6 Требования к составу и технической  реализации системы

 

       Система должна быть спроектирована с применением  отечественных средств автоматизации  и применением контроллеров фирмы  Siemens, прошедших процедуру сертификации Госстандарта РФ.

       АСУ должна удовлетворять требованиям:

       - высокой эксплуатационной надежностью и безопасностью работы оборудования;

       - удобством работы оперативного персонала в процессе контроля и управления;

       - наличием аппаратных и программных средств для организации информационного обмена с системой управления верхнего уровня;

       - дистанционное управление технологическим оборудованием;

       - автоматическая аварийная остановка УСК по команде оператора.

       1.7 Требования по  безопасности

       Конструктивное  исполнение устройств, электрический монтаж должны обеспечивать безопасность эксплуатации и соответствовать требованиям:

Разработка структуры САПР