3. Зміст пояснювальної записки

Титульну сторінку оформляють відповідно з додатком 1.

Завдання на курсовий проект оформляють у відповідності з додатком 2.

У вступі необхідно подати загальну характеристику технологічного процесу, який підлягає автоматизації, обґрунтовує необхідність його автоматизації, визначити досягнутий рівень автоматизації технологічних процесів даної галузі та обґрунтувати напрямки вдосконалення систем автоматизації.

В розділі 1 технологічний процес розглядають як об’єкт керування.

У підрозділі 1.1 розглядають технологічну схему та описують устаткування і обладнання, на якому здійснюється технологічний процес. Описують основні стадії технологічного процесу і послідовність їх виконання. Приводять основні технічні показники та режими роботи технологічного обладнання.

У підрозділі 1.2. приводять теоретичні основи реалізації технологічного процесу та закономірності, на яких базується цей технологічний процес з виявленням факторів, які визначають продуктивність, інтенсивність, якість, безпеку реалізації та інші особливості даного процесу.

У підрозділі 1.3. складають та аналізують матеріальний і тепловий баланси процесу з метою визначення координат керування.

У підрозділі 1.4. визначають і аналізують фактори, що впливають на технологічний процес з метою вибору раціональної структури керування процесом.

У підрозділі 1.5. на основі вивчення фізико-хімічних явищ, які відбуваються в технологічних апаратах і машинах, визначають величини, що найбільш суттєво впливають на хід технологічного процесу з врахуванням пунктів 1.2, 1.3, 1.4 визначають основні параметри технологічного процесу. Аналізується вплив значень технологічних параметрів на основні показники роботи технологічної апаратури. Обґрунтовуються номінальні значення параметрів та межі їх відхилення. Цей аналіз проводять на основі технологічного регламенту, наукових досліджень технологічного процесу, правил експлуатації технологічної апаратури та вимог правил охорони довкілля.

У підрозділі 1.6. назви технологічних параметрів, їх номінальні значення та можливі межі відхилень від цих значень заносять в технологічну карту, яку складають у вигляді таблиці: (див. табл. 1).

Табл. 1. Технологічна карта процесу

№п/п	Назва параметру	Одиниця вимірювання	Номінальне значення	Допустимі відхилення

У підрозділі 1.7. на основі аналізу технологічного апарата (процесу), як об’єкта керування, визначають координати керування об’єктом. Їх поділяють на вхідні керуючі, вхідні збурюючі, збурюючі і вихідні параметри. В більшості випадків вихідні параметри стабілізують або змінюють за певним законом в часі. Вихідні параметри, в свою чергу, поділяють на три групи: параметри, за зміною яких організовують роботу технологічного об’єкту керування (ТОК) часто називають векторами регулюючих величин); параметри, які впливають на вихідні величини (параметри), але керування ТОК за цими параметрами складне або неможливе (ці параметри називають незалежними, збурюючими величинами, діями); параметри (фактори), що зв’язані зі специфікою роботи технологічних апаратів - режимні параметри. З врахуванням аналізу ТОК і поділу параметрів на вихідні, регулюючі і збурюючі фактори складають структурну схему взаємозв’язку між технологічними параметрами і факторами. На структурній схемі показують технологічний об’єкт у вигляді прямокутника, вхідні і вихідні величини, лінії взаємозв’язку між окремими параметрами і факторами.

В розділі 2 на базі проведеного в розділі 1 аналізу технологічного процесу та враховуючи вимоги до якості регулювання, розробляють систему керування технологічним процесом.

У підрозділі 2.1. виконують аналіз структурної схеми взаємозв’язку між технологічними параметрами (факторами) з метою визначення впливу вхідних параметрів (величин) на вихідні і, якщо вхідний параметр незначно впливає на вихідний (до 5 %), то цей параметр не враховують під час розроблення систем регулювання.

У підрозділі 2.2. проводять детальний аналіз статичних і динамічних характеристик об’єкта по окремих каналах зв’язку, що дозволяє оцінити швидкість і характер зміни вихідних параметрів, якщо змінюються вхідні. В цьому підрозділі також оцінюють значення динамічних параметрів об’єкта по окремих каналах збурення та вибирають регулюючі і регульовані координати, оцінюють динамічні властивості можливих контурів регулювання.

У підрозділі 2.3. враховуючи пункти 1.7, 2.1, 2.2, типові схеми автоматизації проектованого об’єкта та з врахуванням особливостей технологічного процесу, обґрунтовують контури вимірювання, контролю, сигналізації, дистанційного керування, захисту, блокування та регулювання.

До регульованих технологічних параметрів, як було сказано вище, відносять такі вихідні величини об’єкта, які найбільше впливають на проходження технологічного процесу. Під час створення систем автоматичного регулювання, крім вибраних точок регулювання, потрібно також визначити вхідні величини об’єктів регулювання, на які мають бути спрямовані регулюючі дії.

Контрольовані технологічні параметри вибирають так, щоб їх кількість була мінімальною, але достатньою для отримання повної інформації про хід технологічного процесу. Тут же визначають вимоги до систем контролю (періодичного, неперервного, з необхідністю показів чи реєстрації технологічних параметрів). Контролю підлягають насамперед параметри, знання яких необхідно для проведення технологічного процесу, виконання пускових та налагоджувальних робіт. До таких параметрів належать усі регульовані параметри, нерегульовані режимні параметри та вхідні координати, у разі зміни яких до ТОК можуть надходити збурення.

Параметри сигналізації починають вибирати після аналізу об’єкта щодо його вибухо- та пожежобезпечності, а також токсичності й агресивності перероблюваних речовин. Сигналізації підлягають параметри, які можуть привести до аварії або істотно порушити технологічний режим.

Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та аварійно- небезпечні ситуації, то слід передбачити відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії.

Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджають неправильні запуски та зупинки апаратів і машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна з попередніх.

Системи дистанційного керування, як правило входять в склад систем автоматичного регулювання. Незалежні контури використовують в тих випадках, коли необхідно реалізовувати дистанційно-логічні операції по керуванні технологічним обладнанням.

Таким чином, проектована система автоматизації повинна надійно захистити технологічне обладнання, оперативний персонал, довкілля, забезпечити найбільшу кількість функціональних ознак. Обсяг одержуваної технологічної інформації повинен бути достатнім для розрахунку техніко-економічних показників та прогнозування надійної роботи системи.

У підрозділі 2.4. з враховуванням підрозділу 2.3, сучасних тенденцій автоматизації проектованого об’єкта, рівня технічної підготовки об’єкта до автоматизації та функціональних можливостей сучасних засобів автоматизації визначають функціональні ознаки систем автоматизації по окремих технологічних об’єктах та параметрах. Вибрані і обґрунтовані функціональні ознаки зводять у відповідну таблицю: (див. табл. 2)

Табл. 2. Таблиця функціональних ознак систем автоматизації

№ п/п	Обсяг авто- матизації Назва параметра	Показ	Реєстрація	Підсумовування	Усереднення	Визначення відхилення	Розрахунок техніко-економічних показників	Оптимізація	Сигналізація	Дистанційне керування	Захист	Блокування	Автоматичне регулювання
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

У підрозділі 2.5. проводять аналіз існуючих схем автоматизації ТОК з метою визначити недоліки цих систем і, врахувавши конкретні умови роботи об’єкта та накладені обмеження на його роботу, синтезувати варіанти схем, які враховують конкретні умови роботи об’єкта і найкраще забезпечують функціональні, технічні, метрологічні вимоги до системи автоматизації, необхідні показники перехідного процесу в окремих контурах регулювання та забезпечують функціональні ознаки проектованої системи.

У підрозділі 2.6. на основі виконаного аналізу існуючих схем автоматизації ТОК визначають недоліки цих схем і, враховуючи конкретні умови роботи ТОК та накладені обмеження на його роботу, синтезують варіанти схем, які враховують конкретні умови роботи ТОК та найкраще забезпечують функціональні, технічні, метрологічні вимоги до системи автоматизації, необхідні показники перехідного процесу в окремих контурах регулювання та функціональні ознаки проектованої системи. Всі прийняті рішення з автоматизації відтворюють на спрощеній функціональній схемі автоматизації (СФСА), котрі проектують згідно з правилами розробки ФСА тільки без розшифрування конкретних засобів автоматизації. При спрощеному способі не показують первинні перетворювачі і всю допоміжну апаратуру. Прилади і засоби автоматизації, що здійснюють складні функції (контроль, регулювання, сигналізацію, тощо ) і виконані у вигляді окремих блоків, показують одним умовним графічним позначенням. На СФСА присвоюють номери позицій окремим контурам автоматизації та вказують окремі функціональні ознаки окремих контурів. Приклад виконання спрощеної ФСА наведено в додатку 4 (рис. 1).

Такий метод простий і вимагає менших затрат праці, але не дає уяви про місце розміщення автоматичних пристроїв (на щитах, пультах, в шафах і т.д.).

Для розшифрування спрощених ФСА і складання елементних ФСА вибирають конкретні технічні засоби автоматизації і місце їх встановлення.

У підрозділі 2.7. для розшифровування СФСА і складання елементних ФСА вибирають конкретні технічні засоби автоматизації, які і визначають структуру окремих контурів автоматизації.

При виборі технічних засобів автоматизації (ТЗА) треба необхідно враховувати енергетичні та функціональні ознаки систем автоматичного регулювання (САР), характер технологічного процесу, екологічний стан довкілля, параметри та фізико-хімічні властивості вимірюваного середовища, місце розміщення пунктів управління та контролю у відношенні до технологічних об’єктів, необхідну точність і швидкодія. Крім того беруть до уваги такі фактори, як пожежо- і вибухобезпечність, агресивність, токсичність середовищ, а також інші фізико-хімічні властивості речовин.

Вимірювальні прилади вибирають, виходячи з діапазону зміни контрольованих чи регульованих величин, та згідно із стандартним рядом шкал приладів. При цьому номінальні значення вимірюваних величин мають відповідати 50-70 % від діапазону вимірювань вторинних приладів.

Клас точності та чутливість вимірювальних пристроїв повинні відповідати технологічним вимогам. Залежно від вимог до якості регулювання потрібно враховувати інерційність вимірювальних пристроїв та перетворювачів.

При виборі регулюючої апаратури враховують вимоги до якості процесу регулювання, застосовуючи комплекс регулюючих і функціональних блоків системи “Каскад”, “Каскад-2”, “Контур”, “Контур-2”, ВО “Мікрол” (м. Івано-Франківськ) та ін.

Прилади та засоби автоматизації вибирають з відповідних галузевих каталогів і довідників [14, 15, 16, 17, 30]. Доцільно застосовувати такі з них, які серійно виготовляються приладобудівною промисловістю України в даний час, мають уніфіковані вхідні та вихідні сигнали, а також є взаємозамінними і входять до Державної системи приладів України. ТЗА повинні забезпечувати функціональні ознаки окремих контурів.

У разі відсутності тих чи інших ТЗА у довідковій літературі при їх виборі можна користуватись також каталогами фірм різних країн світу та матеріалами, що розміщені в мережі Internet.

У підрозділі 2.8. синтезують загальну ФСА. Вносять необхідні корективи в схеми з узгодженням роботи окремих технологічних апаратів та приймають кінцеве рішення по обсягу ФСА.

Виконання ФСА здійснюється її викреслюванням з використанням чинних вимог до графічних зображень елементів як технологічного процесу, так і засобів автоматизації, зв’язків між ними, пунктів контролю та вимірювання, регулювання, автоматизації, захисту та блокування. При виконанні ФСА треба користуватися інформацією, що міститься у попередніх пунктах методичних вказівок. Технологічне обладнання виконують на листі з використанням умовних графічних позначень, що подані у [19-28]. Якщо на деяке спеціальне обладнання відсутні умовні графічні позначення, то їх виконують за вказівками проектних організацій, або використовують існуючу технічну чи проектну документацію.

При зображенні технологічного обладнання, окремих його елементів, трубопроводів і потоків, необхідно давати відповідні текстові пояснення (наприклад, назву технологічного обладнання, його номер, вказувати напрями потоків, у розриві ліній-потоків ставити відповідні цифри, які вказують на тип речовини та пояснення до цих цифр, які введені самостійно, тощо) (див. умовні цифрові позначення трубопроводів для рідин і газів - додаток 3).

Всі елементи, які входять у системи автоматичного контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування, наприклад: давачі, вторинні вимірювальні прилади, задавачі, автоматичні регулятори, кнопки керування, магнітні пускачі, перетворювачі, засоби обчислювальної техніки, виконавчі механізми та регулюючі органи, зображають на ФСА згідно з [18]. У додатку 5 наведено приклад виконання ФСА.

У підрозділі 2.9. всі вибрані з довідників ТЗА заносять у зведену таблицю - специфікацію на ТЗА за такою формою: (табл. 3)

Табл. 3. Специфікація на ТЗА

№п/п	№ позиції	Назва параметра	Номінальне значення	Назва засобу та коротка техн. характеристика	Тип	Кількість
1	2	3	4	5	6	7

Графу 5 специфікації заповнюють таким чином, щоб даний засіб можна було замовити в постачальних організаціях. Форма замовлення окремих засобів приводиться в довідниках. У додатку 6 наведено приклад виконання специфікації на ТЗА.

У підрозділі 2.10. приводять опис ФСА. Опис ФСА має бути повний. Спочатку описують контури вимірювання, сигналізації, а потім контури автоматичного регулювання, дистанційного керування, захисту та блокування. Опис кожного контуру здійснюється за функціональними зв’язками із зазначенням позицій кожного засобу, який входить в контур. В описі розкривають функціональне призначення кожного засобу. Послідовність опису визначається черговістю проходження сигналу в контурі. Опис аналогічних контурів не роблять, а роблять посилання, що цей контур діє аналогічно як описаний ( наприклад, контур 2 діє аналогічно як контур 3).

В розділі 3 наводять методику розрахунку контуру регулювання.

У підрозділі 3.1. враховуючи структурну схему взаємозв’язків між технологічними параметрами об’єкта, матеріальні та теплові баланси складають рівняння руху об’єкта за окремими координатами. Для відомих типових технологічних об’єктів можна використовувати математичні моделі, запозичені з навчальної літератури. Математична модель повинна бути доведена до певних значень параметрів моделі. Можлива побудова математичної моделі на основі кривих розгону об’єкта.

У підрозділі 3.2. на основі аналітичних залежностей для визначення параметрів математичної моделі та знаючи геометричні розміри об’єкта, значення технологічних параметрів об’єкта, матеріальні та енергетичні потоки розраховують основні параметри математичної моделі об’єкта.

У підрозділі 3.3. визначають параметри перехідного процесу контуру регулювання на основі статичних та динамічних характеристик об’єкта, можливих значень збурень та вимог до точності стабілізації технологічного параметра. Ці вимоги, як правило, формують технологи.

У підрозділі 3.4. для технологічних параметрів, до яких не ставляться жорсткі умови відносно перехідного процесу, вибирають регулятори з простим схемним рішенням. Для параметрів, які є визначальними для даного об’єкта, вибирають оптимальний перехідний процес [4, 12].

У підрозділі 3.5. визначають закон регулювання на основі аналізу відповідного контуру регулювання [4, 12]. Орієнтовно закон регулювання визначають за значенням відношення часу запізнення об’єкта регулювання до його сталої часу . Якщо , то вибирають позиційний регулятор; при застосовують І-, П-, ПІ- або ПІД-регулятор. При доцільно використовувати багатоконтурні системи автоматичного регулювання.

Під час вибору закону регулювання враховують властивості об’єкта регулювання, максимальне значення збурення, вигляд прийнятого перехідного процесу, задані значення показників якості регулювання (динамічне відхилення, час регулювання, точність регулювання). Алгоритм вибору закону регулювання описаний в [12].

У підрозділі 3.6. необхідно вибравши регулятор за законом регулювання, розраховувати оптимальні настроювальні параметри регулятора за методикою наведеною в [12] або одним із інших відомих методів.

У підрозділі 3.7. на основі розрахованого значення настроювальних параметрів, вибравши вид допоміжної енергії засобу та враховуючи вимоги до вибору засобу [14], вибирають конкретний тип регулятора з довідників [15, 16, 17].

У підрозділі 3.8. будують перехідний процес в контурі регулювання. Перехідний процес в розрахованій замкнутій САР можна отримати, розв’язавши диференціальне рівняння, що описує динаміку цілої системи регулювання. Найкращим способом побудови перехідного процесу в контурі є використання інструменту візуального моделювання SIMULINK комп’ютерної системи проведення математичних розрахунків MATLAB, який використовують також для виконання оптимізаційного моделювання систем автоматичного регулювання.

Одержаний перехідний процес порівнюють із заданим і вносять необхідні зміни в структуру регулятора.

У підрозділі 3.9. визначають ефективність використання застосованих ТЗА, яка в більшості випадків визначається їх надійністю. В цьому розділі необхідно оцінити один із розроблених контурів на надійність. Довідкові дані для розрахунку надійності можна знайти в [13] або інших літературних джерелах.

У висновках характеризують обсяг виконаної роботи та основні досягнення при розробленні теми.