Методическое пособие для студентов специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Вид материала

Методическое пособие

Содержание Одобрено редакционно-издательским советом института Список литературы 59 1. Краткая история развития АСУ ТП 1.1 Место АСУ ТП в интегрированной автоматизированной системе управления предприятием 2. Функции и состав АСУ ТП 2.1 Функции АСУТП 2.2 Состав АСУ ТП 2.2.1 Информационное обеспечение АСУ ТП включает Техническое (аппаратное) обеспечение Математическое обеспечение 2.2.4 Программное обеспечение 2.2.5 Организационное обеспечение 2.2.6 Метрологическое обеспечение 2.2.7 Эргономическое обеспечение 2.2.8 Оперативный персонал 3. Структура распределенной АСУ ТП 3.2 Уровень ввода/вывода (полевой уровень) 3.2.1 Сигнальные модули (модули ввода/вывода) 3.2.2 Обработка аналоговых сигналов в процессе ввода в контроллер 3.3 Подсистема автоматического управления 3.3.1 ПЛК – аппаратная основа построения подсистемы автоматического управления 3.3.2 Контуры автоматического регулирования ... Полное содержание

Подобный материал:

• Методические указания по выполнению дипломных проектов для студентов специальности, 294.98kb.
• Рабочая программа Наименование дисциплины «Прикладная механика» По специальности 220301., 152.82kb.
• Рабочий учебный план специальности 220301 Автоматизация технологических процессов, 263.36kb.
• Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 220301, 189.64kb.
• Методические указания к выполнению дипломного проекта (дипломной работы) по специальностям:, 1064.71kb.
• Рабочая программа дисциплины «Теория автоматического управления» для студентов специальности, 126.16kb.
• Задание на курсовой проект выдается на специальном бланке ( приложение №2 ) в котором, 276.58kb.
• Задания, 35.81kb.
• Рабочая программа По дисциплине «Оборудование и технология печатных процессов» По специальности, 546.72kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Основы проектирования машин» для студентов специальности, 283.06kb.

Старооскольский технологический институт

(филиал) Федерального государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Государственный технологический университет

«Московский институт стали и сплавов»

Кафедра АиПЭ

Кривоносов В.А.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

Методическое пособие

для студентов специальностей

220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств»,

140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»

(очной, очно-заочной, заочной формы обучения)


Одобрено редакционно-издательским советом института


Старый Оскол

2009


УДК 681.5

ББК 32.965


Рецензент: к.т.н., доцент кафедры системотехники Харьковского национального университета радиоэлектроники, Чайников С.И.


Кривоносов В.А. Автоматизация технологических процессов и производств. Методическое пособие. Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2009. – 60 с.


Методическое пособие по курсу «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов специальности: 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств», 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», очной, очно-заочной, заочной формы обучения.


 Кривоносов В.А.

 СТИ МИСиС

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

Повышение качества продукции и экономической эффективности производства являются в настоящее время непременными условиями успешной работы как промышленных гигантов, имеющих международный авторитет и признание, так и сравнительно небольших предприятий, обслуживающих потребности ограниченного региона. Решение этих проблем достигается за счет внедрения современных технологий, оборудования и материалов, механизации и автоматизации производственных процессов.

Современные технологии обогащения руд, выплавки и прокатки металла, добычи, транспортировки и переработки нефти и газа, выработки электрической и тепловой энергии, производства строительных материалов не могут быть реализованы без автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Интеграция АСУ ТП в корпоративную автоматизированную систему позволяет повысить оперативность и эффективность управления предприятием или объединением.

Дисциплина «автоматизация технологических процессов и производств» (АТПиП) является одной из дисциплин, завершающих обучение по одноименной специальности и призванных подготовить студентов к успешному выполнению выпускной квалификационной работы, к дальнейшему участию в разработке и эксплуатации АСУ ТП в реальных производственных условиях. Материал АТПиП в значительной мере опирается на знания, полученные студентами ранее при изучении дисциплин:

- электротехника;

- электроника;

- технологические процессы и производства;

- цифровые и микропроцессорные устройства;

- технические измерения и приборы;

- теория автоматического управления;

- моделирования систем;

- вычислительные машины системы и сети.

Учебная программа дисциплины АТПиП предусматривает:

- изучение теоретической части курса;

- выполнение и сдачу цикла лабораторных работ;

- выполнение и защиту курсового проекта;

- сдачу итогового экзамена по дисциплине.

Данное методическое пособие охватывает материал теоретической части дисциплины


Введение

История развития человечества показывает, что распределение трудовых ресурсов всех стран по видам деятельности существенно зависит от уровня развития страны. На начальном этапе (низкий уровень), когда главной проблемой была проблема обеспечения населения продуктами питания, 70 – 90 % трудоспособных жителей страны занимались сельским хозяйством, 10 – 20 % - промышленным производством (ремесленники), а всего 2 – 5 % занимались управлением и информационным обслуживанием.

Механизация – это замена ручного труда в сфере материального производства (выработка, переработка вещества или энергии) работой машин и механизмов. Развитие механизации сельского хозяйства приводило, с одной стороны, к тому, что достаточное количество продуктов питания производило меньшее количество населения, а с другой – производство средств механизации труда требовало новых рабочих рук. Поэтому по мере роста уровня развития стран происходил переток трудовых ресурсов в промышленное производство.

В свою очередь, развитие промышленного производства, его механизация, появление паровых машин, усложнение организационной структуры предприятий приводило к усложнению задач управления и информационного обслуживания. Исторический опыт показывает, что чем выше уровень развития общества, тем больший удельный вес в общем объеме работ занимают работы, связанные с управлением и информационным обслуживанием.

На современном этапе обработка информации и управление становятся решающим фактором повышения уровня развития страны во всех остальных сферах, включая сельскохозяйственное и промышленное производство, транспорт, строительство, здравоохранение, образование, науку и, наконец, охрану общественного порядка и оборону страны. То есть обработка информации становится важнейшим элементом любой сферы человеческой деятельности. Не случайно появление термина информационные технологии – процесс получения и преобразования информации, вещества или энергии из начального состояния в заданное конечное с помощью методов, программных и аппаратных средств информатики. Информатика – наука о методах сбора, накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ.

Замена физического труда человека в процессе создания материальных благ работой машин и механизмов называют механизацией работ. Использование автоматических устройств (прежде всего, вычислительной техники) в процессах обработки информации называют автоматизацией. Ведущие по уровню экономического и научного развития страны мира сегодня переориентировались из сферы материального производства в сферу развития национальных информационных ресурсов. При этом основным объектом для инвестиций стали так называемые наукоемкие изделия, т.е. изделия, в стоимости которых более 5 % составляют расходы на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Так в производстве аппаратных и программных средств вычислительной техники доля НИОКР примерно в 3 раза выше, чем в металлообрабатывающей.

Наибольший эффект аппаратные и программные средства автоматизации приносят в составе автоматизированных систем. Автоматизированная система (АС) – это система, состоящая из персонала и комплекса автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций. В зависимости от объекта автоматизации, а также от назначения и функций системы различают автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные информационные системы (АИС), автоматизированные системы контроля и учета (АСКУ), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и т.п.

В свою очередь, в зависимости от объекта автоматизации, в категорию АСУ попадают и автоматизированные системы управления производством (АСУП) и автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУП предназначены для автоматизации задач управления организационно-экономического характера (планирование производства; учет материалов, продукции, энергии, финансов и кадров; снабжение сырьем, материалами и полуфабрикатами; сбыт продукции; управление транспортом и т.п.).

АСУ ТП – это АСУ, предназначенные для выработки и реализации управляющих воздействий на технологических объектах управления (ТОУ) с целью обеспечения наивысшего качества функционирования ТОУ. ТОУ – это совокупность технологического оборудования (электродвигатели, насосные агрегаты, вентиляторы, печи, горелки, котлы и т.п.) и реализованного на нем по соответствующим регламентам технологического процесса. Качество функционирования АСУ ТП оценивается критерием качества управления. Критерий качества управления – численный показатель (скалярный или векторный), характеризующий эффективность работы ТОУ, значение которого зависит от управляющих воздействий. В качестве критериев могут использоваться как технологические параметры (температура, давление, максимальное отклонение от заданного размера, содержание железа в концентрате), так и технико-экономические показатели (удельные затраты сырья и энергии, прибыль, производительность при выполнении требований по качеству и т.п.).

Не меньшую роль, чем критерий качества управления, в функционировании АСУ ТП играют ограничения, которые должны соблюдаться при выработке управляющих воздействий. Ограничения бывают двух видов: физические, которые не могут быть нарушены даже при неправильном выборе управляющих воздействий, и технологические, которые в принципе могут быть нарушены, но эти нарушения приводят к значительному ущербу. Примером физического ограничения является максимальный расход природного газа на горелку при полностью открытой заслонке. Примером технологических ограничений являются ограничения на уровень металла в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Выход за ограничения может приводить к дефектам в непрерывно литой заготовке.

На современных предприятиях АСУП и АСУ ТП функционируют, как правило, в составе единой интегрированной по информации корпоративной АСУ, имеющей иерархическую структуру. На нижнем уровне управление осуществляется совокупностью взаимосвязанных АСУ ТП технологических агрегатов, участков и цехов, а на верхнем – АСУП. С верхнего уровня в АСУ ТП поступает плановая и директивная информация, в обратном направлении идет поток отчетных данных технико-экономического характера (количество израсходованного сырья и электроэнергии, объем и номенклатура произведенной продукции, время и причины простоев).

Дисциплина АТПиП направлена, в основном, на изучение АСУ ТП: их функций и перечня решаемых задач; состава и структуры; алгоритмов регулирования и управления, реализуемых в автоматическом режиме; современных тенденций развития рынка аппаратных и программных средств АСУ ТП.