Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Институт геологии и нефтегазодобычи
Кафедра кибернетических систем
Направление 220400.62 «Управление в
технических системах»
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: Моделирование систем управления
Тема:
Моделирование локальной системы
автоматического регулирования. Объект управления - осевой насос
Тюмень 2014
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Студенту группы: Иванову А.Б.
1. Тема курсовой работы утверждена приказом по институту
2. Срок сдачи студентом законченного проекта
. Исходные данные к проекту:
Федеральный государственный образовательный стандарт - ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов.
Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах;
ГОСТ 21.408-93 СПДС. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов;
ГОСТ 34.602-89, ГОСТ 19.201-78. Техническое задание на создание автоматизированной системы;
РД 50-34.698-90, ГОСТ 19.404-79. Пояснительная записка;
РД 50-34.698-90. Схема функциональной структуры системы;
РД 50-34.698-90. Общее описание системы;
РД 50-34.698-90. Описание автоматизируемых функций;
РД 50-34.698-90. Описание информационного обеспечения системы;
РД 50-34.698-90. Описание организации информационной базы;
РД 50-34.698-90. Перечень входных сигналов и данных;
РД 50-34.698-90. Перечень выходных сигналов и документов;
РД 50-34.698-90. Описание программного обеспечения;
ГОСТ 19.301-79. Программа и методика испытаний.
. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
Системный анализ объекта управления
Описание технологического процесса
Описание технологического процесса;
Описание характеристик средств измерения, сигнализации, управления;
Расчет оптимальных настроек регулятора;
Расчет надежности системы.
. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):
Схема многоуровневой системы управления
Схема автоматизации
Функциональная схема локальной системы автоматического регулирования
Структурная схема локальной системы автоматического регулирования
Дата выдачи задания
Руководитель Ковалёв П.И.
Задание принял к исполнению
АННОТАЦИЯ
Курсовая работа содержит 28 страниц машинописного текста, 4 таблицы, 6 рисунков, список использованных источников, включающий 9 наименований, 4 приложения.
Проектирование автоматизированная система управления, локальная система автоматического регулирования, система водоснабжения, основной насосный агрегат, насос осевой, сигнал, датчик, контроллер, регулирование, управление
Сформулированы требования, предъявляемые к локальной системе
регулирования датчиком давления системы водоснабжения. Разработаны её
концептуальная, графическая, функциональная, структурная, математическая
модели, выполнена оценка её качества.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. Описание объекта управления
.1 Характеристика организации, эксплуатирующей объект управления
. Требования, предъявляемые к локальной системе автоматического регулирования
.1 Общие сведения
.2 Требования к функциям ЛСАР
.3 Требования к структуре ЛСАР
.4 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы
.5 Требования к способам и средствам связи для информационного обмена со смежными системами
.6 Требования к показателям назначения
.7 Требования к метрологическому обеспечению
.8 Требования к контурам регулирования
.9 Требования к надёжности ЛСАР
. Описание автоматизируемых функций
.функциональная и структурная схемы ЛСАР
. Схема автоматизации
. Выбор датчика
. Выбор исполнительного механизма
. Выбор средств связи
. Выбор контроллера
. Выбор модулей ввода-вывода
. Оценка качества регулирования
. Выбор программного обеспечения
. Выбор среды разработки программного обеспечения
. Проектирование программного обеспечения ЛСАР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Курсовая работа содержит описания концептуальной, графической, функциональной, структурной, математической моделей локальной системы регулирования давления в основном трубопроводе хозпитьевой насосной станции и предъявляемых к ней требований.
Насосная станция хозпитьевого водоснабжения (ХПНС) предназначена для обеспечения потребностей Судостроительного завода в питьевой воде. Здание насосной станции относится ко второму классу по огнестойкости и к категории "Д" по пожарной опасности. Источником водоснабжения промплощадки является кольцо городского водовода Д = 520 мм.
Для обеспечения запаса воды служат два железобетонных резервуара чистой воды (РЧВ-1, РЧВ-2) объёмом по 2000 м3, размерами в плане 28,5х17,6 м. Максимальный уровень воды в резервуарах 4,8 м, при достижении уровня 4,85 м - 100%. начнется перелив воды из резервуаров в промливнёвую канализацию. Общая обвязка РЧВ и ХПНС приведена на схеме "РЧВ и ХПНС принципиальная схема обвязки". Автоматизация поддержания абсолютного давления в общей системе обеспечивается семью насосами осевого типа НОВ 50-15(Насос осевой вертикальный), регулировка осуществляется с помощью шкафа управления плавного пуска по частотному регулированию. Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, ЧУП, Variable Frequency Drive, VFD) - система управления частотой вращения ротора асинхронного (или синхронного) электродвигателя <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C>. Состоит из электродвигателя и частотного преобразователя <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4)>. ЧРП-12 содержит в себе ПИД-регулятор <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%98%D0%94-%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80> и может подключаться напрямую к датчику регулируемой величины (давление воды на выходе основного трубопровода). Для осуществления саморегулирования и выравнивания перепада давления на всосе из общегородской сети и на выходе с ведущего насоса, в систему внесен датчик давления МЕТРАН55 Ди, с токовым выходом 4-20 мА, подключаемый к аналоговому выходу ЧРП-12.
Тюменский судостроительный завод (входит в группу «Интегра <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0>») является старейшим предприятием Тюмени <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%8E%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%8C>. Завод основан в 1928 году <https://ru.wikipedia.org/wiki/1928_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>. К концу первой пятилетки (1929 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1929_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>-1932 годы <https://ru.wikipedia.org/wiki/1932_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>) тюменская верфь спустила на воду 15 пароходов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%B4>, 37 лихтеров <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D1%85%D1%82%D0%B5%D1%80> и барж <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D1%80%D0%B6%D0%B0>. С 1947 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1947> по 1992 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1992> годы завод построил более двух тысяч судов. Это пассажирские теплоходы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%B4>, сухогрузы и буксиры, рефрижераторы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D1%84%D1%80%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D1%83%D0%B4%D0%BD%D0%BE>, автомобильные паромы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%BC>. За создание плавучей электростанции «Северное сияние» коллектив завода награждён Государственной премией СССР <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A1%D0%A1%D0%A0>. Сейчас завод находится в состоянии консервации осуществленном прошлым владельцем. Хотя еще недавно ГК "Интегра" рапортовла об успехах и планах на перспективу. На заводе работало более 700 человек. С 1992 года <https://ru.wikipedia.org/wiki/1992_%D0%B3%D0%BE%D0%B4> предприятие сменило форму собственности и стало акционерным обществом. В рамках конверсии завод выпускал продукцию для топливно-энергетического комплекса: подъемные агрегаты для ремонта скважин, мобильные установки для гидродинамических исследований скважин, нефтеналивные баржи.середины 90-х годов завод попал в тяжелейшее финансовое положение и перестал выпускать судостроительную продукцию. Государственного заказа <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BE%D1%81%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B7> не было, увольнялись квалифицированные рабочие, инженеры, технологи.
В августе 2006 года <https://ru.wikipedia.org/wiki/2006_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>, предприятие вошло в группу «Интегра <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0>». Управляющий директор Сергей Лузгин так охарактеризовал состояние завода в 2006 году: «В то время я приезжал сюда: территория была запущена, везде страшное запустение. Рабочих - всего 114 человек. Первое, что тогда сделали - расплатились с долгами по зарплате. Предприятие было перепрофилировано на выпуск тяжелых буровых установок. В течение 2006 <https://ru.wikipedia.org/wiki/2006>-2009 <https://ru.wikipedia.org/wiki/2009> годов в восстановление завода ГК «Интегра» инвестировала около 500 млн. рублей, которые были направлены на развитие инфраструктуры предприятия.
августа
2011 года ГК «Интегра» объявила на своем сайте о продаже ООО «ТСЗ», в
собственности которого находится имущественный комплекс бывшего Тюменского
судостроительного завода. Покупателем выступило ООО «Монолит», входящее в
Группу компаний «ДОМ», одну из крупнейших девелоперских компаний Тюмени. Сумма
сделки составила 773 млн. рублей (26,7 млн. долл. США). Девелопер приступил к
оценке имеющихся активов с целью возможной реализации оборудования другим
предприятиям региона. Также девелопер приступил к разработке проектных решений
застройки и благоустройства, соответствующих положениям градостроительного
законодательства, Генерального плана городского округа Тюмень, Правил
землепользования и застройки города Тюмени. Итогом всех этих мероприятий должен
стать снос завода и застройка около 42,7 гектара земли многоэтажками
гражданского назначения. По оценкам новых владельцев на подготовку уйдет 1-1,5
года.
.2
Cистемный анализ объекта управления
Насосная станция хозпитьевого водоснабжения (ХПНС) предназначена для обеспечения потребностей Судостроительного завода в питьевой воде.
В качестве источника водоснабжения используется вода, прошедшая химобработки и фильтрацию в рекреационных камерах очистки.
Можно выделить следующие режимы управления для агрегатов водоснабжения:
основной - агрегат назначается в качестве основного при работе в автоматическом режиме;
резервный - автоматический запуск резервного насоса (АВР) взамен неисправного основного;
ручной - режим индивидуального управления агрегатом кнопками по месту;
кнопочный - режим кнопочного управления, подразумевающий индивидуальное управление агрегатом через клавиатуру;
ремонт - насос выведен в ремонт.
Система водоснабжения и насосных агрегатов состоит из рабочего и резервного насосов, водопроводов, оборудованных фильтрами очистки и запорной арматуры.
Вода, естественным давление спускается из РЧВ-1,2, подгоняется первым ведущим насосом типа (НОВ 50-15), проходит в основной магистральный вопропровод.
Рабочий диапазон работы агрегатов от +15 до +60С. При превышении порога температурного диамазона либо при возникновении постороннего шума при работе агрегатов, насос должен выключаться вручную.
Рабочий диапазон теплоносителя от+5 до +50С.
Вначале проверяется уровень воды в Резервуаре Чистой Воды по световой сигнализации в операторной на АРМ.
При необходимости производится пополнение РЧВ.
Затем запорную арматуру магистральных насосных агрегатов приводят в рабочее состояние, т.е. открывают шаровые задвижки на подачу первичных каскадов.
Проверяют положение запорной арматуры. Вводят в работу насос №1 с АРМ операторной, переводом в положение «основной», а управление на-сосом №2 устанавливают в положение «резерв» за 20 минут до пуска магистральных насосных агрегатов.
После установления 0,5 кг/см2 и температуры теплоносителя не менее +20°С, даётся разрешение на включение основного каскада насосов.
В процессе работы контроль давления воды в трубопроводе осуществляется по световой сигнализации на АРМ в операторной. Температура воды не должна превышать +60°С и не быть ниже +5°С. При аварийном давлении в магистрали 0,5 кгс/см с выдержкой времени 2с происходит аварийное отключение ХПНС.
Остановка основного насоса производится (в случае аварии с нарушением водопровода с выходом теплоносителя) после полной остановки агрегата и отключения электродвигателей насосных агрегатов с включением аварийного режима.
Система автоматического поддержания давления хозпитьевой воды в основном трубопроводе (САРД).
Данная ЛСАР САРД предназначена для автоматического регулирования давления в основном трубопроводе.
САРД должна осуществлять:
. измерение текущих значений: давление на общемагистральном трубопроводе;
2. аварийное отключение в случае превышения заданного значения;
. первичную обработку информации о текущих значениях Р1 и её передачу автоматизированному рабочему месту оператора по локальной информационно-вычислительной сети предприятия;
. приём и обработку команд, поступающих с автоматизированного рабочего места по локальной информационно-вычислительной сети предприятия, до Центрального Щита Управления;
5. время задержки на отключение основных агрегатов при аварийных ситуациях - не более 0,2 сек;
6. время задержки до начала процесса регулирования при отклонении давления - не более 0,4 сек;
. время задержки выполнения команд включить/отключить основной агрегат - не более 0,2 сек;
. время задержки на выполнение команды «аварианое открытие слива» - не более 0,4 сек
9. автоматическое регулирование производится по динамическим величинам.
подсистема измерения давления основного трубопровода магистрали;
подсистема первичной обработки информации;
подсистема обмена информацией с сервером автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора;
подсистема сравнения текущего значения давления с уставкой;
подсистема, осуществляющая воздействие на объект управления;
подсистема, обеспечивающая доступ ЛСАР к локальной информационно-вычислительной сети предприятия
Место ЛСАР в иерархии уровней автоматизированной системы управления системы насосного агрегата;
В системе автоматизированного управления наносного агрегата выделяются следующие уровни:
. нижний (нулевой уровень) представлен объектами управления;
к первому уровню относятся датчики, измеряющие текущие значения величин и параметры объектов управления, запорная и регулирующая арматура, электрические, пневматические и гидравлические исполнительными механизмами и устройствами.
второй уровень системы включает микропроцессорные устройства (контроллеры) для автоматического сбора и первичной обработки измеряемых параметров, текущих значений величин, выполнения функций автоматического регулирования, противоаварийных защит, дистанционного управления;
На третьем уровне системы располагается сервер АРМ оператора, осуществляющий обработку информации, её регистрацию, архивирование, отображение, документирование;
четвёртый уровень образован автоматизированными рабочими местами оперативно-диспетчерского персонала.
Информация о процессах, протекающих в объектах управления, поступает снизу вверх, от компонентов нижележащего уровня компонентам, расположенным на вышестоящем уровне, а команды и данные, необходимые для их выполнения, передаются сверху вниз, от компонентов вышестоящего уровня к компонентам нижележащего уровня. Автоматизированная система управления основного насосного агрегата интегрирована в системы управления ХПНС. В состав ЛСАР должны входить объекты первого и второго уровней.