Задачи дипломного проектирования 4 организация работы над дипломным проектом в период дипломного проектирования 5
| Вид материала | Диплом |
- С. П. Колотовкин организация курсового проектирования, преддипломной практики и дипломного, 276.32kb.
- Методические указания к дипломному проектированию для студентов специальности 061100, 594.38kb.
- Проекта) должна быть привязана к объекту дипломного проектирования. Например: «Совершенствование, 211.79kb.
- Методические указания по выполнению курсового (дипломного) проектирования Общие положения, 242.09kb.
- Тема дипломного проекта, 20.24kb.
- Темы и задания на дипломное проектирование, 113.59kb.
- Руководство проектом > Организация > Этапы проектирования и процессы проектирования, 583.93kb.
- Задание на дипломирование Реферат, 444.89kb.
- Методические основы организации дипломного проектирования по специальности 230102 «Автоматизированные, 1528.59kb.
- Методические указания Волгоград 2010 удк 621. 91 Рецензент, 669.19kb.
3.2. СОДЕРЖАНИЕ И ВВЕДЕНИЕ
Содержание включает введение, наименования всех разделов, подразделов, пунктов (если они имеют наименования), заключение, список использованной литературы, приложения (при наличии).
Строки содержания заканчиваются указанием номеров страниц, на которых расположено начало соответствующей части документа.
Перед словами “Введение”, “Заключение”, “Библиографический список”, “Приложение”, номера не ставятся.
Заголовки разделов, подразделов и пунктов (если они имеют наименования) имеют номера. Заголовок “Содержание” (с прописной буквы) размещают в центре строки (симметрично тексту). Наименования, включенные в Содержание, записывают строчными буквами, начиная с прописной буквы.
Содержание включают в общее количество страниц документа. Пример оформления Содержания приведен в Приложении Г.
Во введении дается краткая характеристика проектируемого устройства и комплекса устройств, перечисляются главные этапы, связанные с ходом выполнения дипломного проекта, ставятся основные задачи, которые будут решаться в процессе работы.
Перечень сокращений, условных обозначений символов, единиц и терминов, если он необходим в документе, размещают в конце документа и включают его в содержание дипломного проекта.
Если в документе принята специфическая терминология, то перед списком использованных источников должен быть помещен перечень принятых терминов с соответствующими разъяснениями.
Если в документе принята особая система сокращения слов или наименований, то в нем должен быть приведен перечень принятых сокращений, который помещают в конце документа перед перечнем принятых терминов. Перечень допустимых сокращений слов установлен в ГОСТ 2.316.
При необходимости применения условных обозначений, изображений или знаков, не установленных действующими стандартами, их следует пояснять в тексте или в перечне принятых условных обозначений, который помещают в конце документа перед перечнем принятых сокращений.
3.3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Основная часть содержит следующие разделы:
- анализ объекта автоматизации;
- разработка математической модели объекта автоматизации;
- разработка системы управления технологическим процессом;
- расчет системы управления объектом автоматизации;
- расчет динамических процессов системы управления;
- аппаратная и программная реализация управления.
3.3.1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
Сбор данных по объекту автоматизации осуществляется на преддипломной практике в соответствии с указаниями, изложенными в программе практике.
В данном разделе приводятся описания принципов работы и особенностей конструкции промышленной установки, описывается технологический процесс.
С этой, целью используются материалы, полученные в результате прохождения преддипломной практики, и содержащие технические условия и техническое описание технологического процесса и промышленной установки, а также инструкции по эксплуатации, принципиальные электрические схемы и основные чертежи общего вида промышленной установки и ее главных узлов.
Исходя из технологического процесса, обязательна четкая формулировка требований к системе автоматизации технологических процессов и производств, а также к системе управления.
Требования должны касаться параметров технологического процесса, диапазона изменения выходных координат, ограничений, накладываемых на функционирование объекта управления и прочие.
В зависимости от требований к электроавтоматическим устройствам принимается способ реализации системы: программируемые контроллеры, SCADA – системы, управляющие ЭВМ, сетевые технологии.
Они, как правило, заключаются в необходимости повышения гибкости при переналадке, диагностирование неисправностей и их оперативного устранения, повышение надежности.
Общие требования к аппаратной и программной части могут быть сведены к требованиям по составу конструкции, защиты и надежности.
В изложении принципов работы установки должна быть отражена последовательность процессов с подробным описанием каждого этапа, возможные варианты изменения технологии с влиянием на конструкцию промышленной установки.
При описании конструкции необходимо выделить особенности промышленной установки по сравнению с аналогами, при рассмотрении исполнительных органов и промежуточных передаточных механизмов учесть специфику их работы и систем управления при наличии взаимосвязанности.
Технические характеристики промышленной установки должны содержать основные параметры изделия (продукции) производимой на этой установке, габариты промышленной установки, весовые показатели главных узлов и прочие данные, характеризующие объект в качестве объекта автоматизации.
При описании оборудования промышленной установки необходимо кратко изложить принципы работы электрических, пневматических, гидравлических схем, обеспечивающих функционирование различных узлов, указать основные позиции размещения функциональных узлов, датчиков и исполнительных механизмов на объекте. Необходимо также перечислить имеющиеся блокировки, виды защит и контрольных приборов.
Технические характеристики оборудования указываются для всех функциональных узлов объекта автоматизации, а также для тиристорных и других преобразователей. Характеристики должны содержать наименование аппарата его электрические, электромеханических или другие наиболее важные параметры.
Если исходная промышленная установка имеет микропроцессорное управление, то проводятся технические характеристики микро-ЭВМ и ее основные функции в процессе управления. При необходимости разрабатываются требуемые алгоритмы управления и программное обеспечение и дается краткое описание реализуемых в данной установке существующих алгоритмов и программ.
3.3.2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
В разделе решается задача идентификации технологического процесса как объекта автоматизации. При этом проводится обоснование одной из известных или разработка новой математической модели.
Следует отметить, что технологический процесс - это совокупность технологических операций, проводимых с каким-либо сырьём для получения изделия, обладающего заданными свойствами.
В различных отраслях промышленности используются типовые технологические процессы, которые можно классифицировать по видам:
- механические процессы (измельчения, дозирования, сортировки, перемещения, фасовки);
- гидромеханические процессы (перемещение жидкостей и газов, смешение жидкостей, фильтрование, очистка газов);
- тепловые процессы (нагревание и охлаждение, кристаллизация);
- массообменные процессы (ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка, экстракция);
- химические процессы (окисление, восстановление; синтез, нейтрализация, дегидрация, электролиз, алкилирование, полимеризация, крекинг, нитрование, сульфирование, омыление, гидрогенизация, ароматизация, изомеризация);
- микробиологические процессы (приготовление и хранение питательной среды, брожение, стерилизация, фиксация, выпарка, перегонка, дозировка).
Объектом управления называется динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий.
Техническим (технологическим) объектом управления называют совокупность технологического оборудования и реализованного на нём технологического процесса.
Математическим описанием объекта автоматизации являются: дифференциальные уравнения, передаточные функции и построенные на их основе структурные схемы, алгоритм функционирования объекта управления (словесно-символьный алгоритм, схемы алгоритма и т.п.).
Студент-дипломник принимает самостоятельное решение о форме представления модели объекта автоматизации. Моделью объекта называется любой другой объект, отдельные свойства которого полностью или частично совпадают со свойствами исходного. Моделирование - это замещение исследуемого объекта (оригинала) его условным образом или другим объектом (моделью) и изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели. Исходный объект может быть либо реальным, либо воображаемым. С воображаемыми объектами в инженерной практике имеют дело на ранних этапах проектирования технических систем. Модели еще не воплощенные в реальные разработки объектов называются предвосхищающими.
Можно выделить несколько целей, ради которых создаются модели и ряд сопутствующих им типов исследований:
- Модель, как средство осмысления, помогает выявить взаимозависимости переменных, характер их изменения во времени, найти существующие между ними закономерности. При составлении модели становится более понятной структура исследуемого объекта, вскрываются важные причинно- следственные связи. В процессе моделирования постепенно происходит разделение свойств исходного объекта на существенные и второстепенные с точки зрения сформулированных требований к модели.
- Модель, как средство прогнозирования позволяет научиться предсказывать поведение объекта и управлять им, испытывая различные варианты управления на модели. Экспериментировать с реальным объектом часто бывает неудобно, а иногда и просто опасно или вообще невозможно в силу ряда причин: большой продолжительности эксперимента, риска повредить или уничтожить объект или отсутствия эксперимента, когда он еще только проектируется.
- Построенные модели могут использоваться для нахождения оптимальных соотношений параметров, исследования особых режимов работы.
- Модель также может в некоторых случаях заменять исходный объект при обучении, например, использоваться в качестве тренажера при подготовке персонала к последующей работе в реальной обстановке, или выступать в качестве исследуемого объекта в виртуальной лаборатории.
Действительная польза от моделирования может быть получена только при соблюдении двух условий:
- модель обеспечивает корректное (или адекватное) отображение свойств оригинала, существенных с точки зрения исследуемой операции;
- модель позволяет устранить перечисленные выше проблемы, присущие проведению измерений на реальных объектах.
Модели можно условно разделить на две группы: материальные и идеальные, и, соответственно, можно различать предметное и абстрактное моделирование. Основными разновидностями предметного моделирования являются физическое и аналоговое моделирование.
Физическим принято называть такое моделирование, при котором реальному объекту ставится в соответствие его увеличенная или уменьшенная копия.
В физических моделях помимо геометрических пропорций может быть сохранен, например, материал или цветовая гамма исходного объекта, а также другие свойства, необходимые для конкретного исследования.
Аналоговое моделирование основано на замене исходного объекта объектом другой физической природы, обладающим аналогичным поведением. При аналоговом моделировании важно увидеть в объекте-заменителе нужные черты, и правильно их передать.
Обычно для объектов с аналогичным поведением можно использовать одну и ту же математическую модель.
И физическое, и аналоговое моделирование в качестве основного способа исследования предполагают проведение натурного эксперимента с моделью, но этот эксперимент оказывается в каком-то смысле более привлекательным, чем эксперимент с исходным объектом.
Идеальные модели - это абстрактные образы реальных или воображаемых объектов. Различают два типа идеального моделирования: интуитивное и знаковое.
Об интуитивном моделировании говорят, когда не могут даже описать используемую модель, хотя она и существует, но берутся с ее помощью предсказывать или объяснять окружающий нас мир.
Знаковым называется моделирование, использующее в качестве моделей знаки или символы: схемы, графики, чертежи, тексты на различных языках, включая формальные, математические формулы и теории.
Обязательным участником знакового моделирования является интерпретатор знаковой модели, чаше всего человек, но с интерпретацией может справляться и компьютер.
Чертежи, тексты, формулы сами по себе не имеют никакого смысла без того, кто понимает их и использует в своей повседневной деятельности. Важнейшим видом знакового моделирования является математическое моделирование.
Абстрагируясь от физической природы объектов, математика изучает идеальные объекты. Например, с помощью теории дифференциальных уравнений можно изучать электрические и механические колебания в наиболее общем виде, а затем полученные знания применять для исследования объектов конкретной физической природы.
Математическое моделирование - это научная и практическая деятельность людей, основанная на построении, исследовании и использовании математических моделей объектов и процессов.
Предметом математического моделирования является получение и объяснение результатов, т.е. процессом математического моделирования является окружающая нас действительность.
Центральным понятием математического моделирования является математическая модель.Математическая модель – совокупность математических объектов и отношений, отображающих связи в некоторой области реального мира. Выделяют три этапа математического моделирования:
- построение математической модели (формализация задачи);
- исследование (анализ модели);
- использование (синтез решения).
На этапах формализации и анализа решаются так называемые «прямые» задачи: по заданным значениям входов системы определяются её выходы.
На этапе синтеза решаются обратные задачи: определение входов системы по заданным значениям её выходов.
Использование математических моделей возможно для различных целей: прогнозирования, исследования, проектирования и управления.
Сравнение большого числа различных подходов и методов показывает, что многие математические модели и методики их применения не зависят от конкретной области приложения, т.е. одни и те же математические модели и методы могут одинаково применяться в различных областях и для различных целей.
Компьютерная модель - это программная реализация математической модели, дополненная различными служебными программами. Компьютерная модель имеет две составляющие - программную и аппаратную.
Компьютерная модель как физическое устройство может входить в состав испытательных стендов, тренажеров и виртуальных лабораторий.
Этот специальный вид моделей, сочетающих в себе и абстрактные, и физические черты, обладает уникальным набором полезных свойств. Главным из них является простота создания и модификации модели.
Заново пишется и изменяется только программа, в то время как аппаратура компьютера остается неизменной.
Под математической моделью (ММ) технологического процесса (ТП) и его элементов понимают систему математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект и его поведение в производственных условиях.
При построении ММ используют различные математические средства описания объекта — теорию множеств, теорию графов, теорию вероятностей, математическую логику, математическое программирование, дифференциальные или интегральные уравнения и др.
К математическим моделям предъявляют требования высокой точности, экономичности и универсальности.
Экономичность ММ определяется затратами машинного времени (работы ЭВМ).
Степень универсальности ММ определяется возможностью их использования для анализа большего количества ТП и их элементов.
Требования к точности, экономичности и степени универсальности ММ противоречивы. Поэтому необходимо найти удачное компромиссное решение.
Основные признаки классификации и типы ММ, применяемые в САПР, приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Признаки классификации и типы математического
моделирования
| Признак классификации | Математические модели |
| Характер отображаемых свойств объекта | Структурные; функциональные |
| Принадлежность к иерархическому уровню | Микроуровня; макроуровня; метауровня |
| Степень детализации описания внутри одного уровня | Полные; макромодели |
| Способ представления свойств объекта | Аналитические; алгоритмические; имитационные |
| Способ получения модели | Теоретические; эмпирические |
В общем случае процедура получения математических моделей элементов включает в себя следующие операции:
- Выбор свойств объекта, которые подлежат отражению в модели. Этот выбор основан на анализе возможных применений модели и определяет степень универсальности ММ.
- Сбор исходной информации о выбранных свойствах объекта. Источниками сведений могут быть опыт и знания инженера, разрабатывающего модель, научно-техническая литература, прежде всего справочная, описания прототипов — имеющихся ММ для элементов, близких по своим свойствам к исследуемому, результаты экспериментального измерения параметров и т. п.
- Синтез структуры ММ. Структура ММ - общий вид математических соотношений модели без конкретизации числовых значений фигурирующих в них параметров. Структуру модели можно представить также в графической форме, например в виде эквивалентной схемы или графа. Синтез структуры - наиболее ответственная и с наибольшим трудом поддающаяся формализации операция.
- Расчет числовых значений параметров ММ. Эта задача ставится как задача минимизации погрешности модели заданной структуры.
- Оценка точности и адекватности ММ. Для оценки точности должны использоваться значения
, которые не фигурировали при решении задачи.
Разумеется, что рассмотренные варианты построения математических моделей не могут охватывать все многообразие технологических процессов в различных отраслях промышленности. В этой связи разработка новых математических моделей технологических процессов любой физической природы является наиболее интересной задачей при выполнении дипломного проекта.