курсовая работа. курсач билалова. Применение интегрированных асу для тэс
 Скачать 354.14 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет: Энергетический Кафедра: Электропривод и АПУ Дисциплина: Автоматизаия технологических проессов КУРСОВОЙ ПРОЭКТ Тема: «Применение интегрированных АСУ для ТЭС » Выполнил(а) студент(ка) _____________ Усольцев Н.Д. подпись фамилия и инициалы Курс 1 Группа ЭАмд 11 Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» Руководитель Билалова А.И. Дата сдачи: «_____» _________________20____г. Дата защиты: «_____» _________________20____г. Оценка:________________________ г.Ульяновск, 2021 г. 1. Ведение Анализ существующих АСУ, их структура, недостатки в управлении, тенденции развития, обоснование необходимости модернизации. 2. ИАСУ - решение проблемы комплексной автоматизации систем управления. Общие сведения о ИАСУ. Определение ИАСУ, назначение, функции, преимущество перед существующими системами. Структура ИАСУ (общая схема, назначение модулей, иерархия управления. Перспективы развития ИАСУ. 3. Разработка структуры АСУ ТЭС. Разработать предполагаемую структуру автоматизированной системы управления ТЭС (ИАСУ). Изобразить схему, с указанием уровней управления по иерархии (АСУП, АСУТП и др.). На каждом уровне указать составляющие модули, их назначение, их соединения между собой. Описать уровень SCADA (назначение SCADA систем, выполняемые функции, основные элементы). 4. Анализ и выбор современных средств контроля и обработки информации. Разработка функциональной схемы применительно для контроля насосных установок в тракте питательной воды. Разработать функциональную и структурную схемы системы управления за контролируемым параметром, указав назначение всех элементов, входящих в схему; выбрать не менее 2-х элементов сбора или контроля за управляемыми параметрами и исполнительных органов из числа наиболее современных, провести их анализ и выбрать наиболее подходящий с точки зрения надежности, экономичности, быстродействия и т.п. (Датчики, контроллеры, исполнительные механизмы и т.п.). Обосновать свой выбор. Провести синтез регуляторов. РЕФЕРАТ Объект разработки – система регулирования давления вода в турбинах. Цель работы – разработка структуры автоматизированной системы управления ТЭС, разработка функциональной схемы системы регулирования давления вода в турбоагрегатах. В работе представлена структура автоматизированной системы управления ТЭС с указанием уровней управления по иерархии. Изображена схема управления, указаны составляющие модули и их назначение. Разработана функциональная и структурная схемы системы регулирования давления в водяной системе. Произведён подбор датчиков, их сравнительный анализ и выбор по параметрам и характеристикам наиболее подходящего из них. Содержание Перечень условных сокращений и обозначений Введение Анализ существующих АСУ, их структура, недостатки в управлении, тенденции развития, обоснование необходимости модернизации ИАСУ – решение проблемы комплексной автоматизации Определение ИАСУ, назначение, функции, преимущество перед существующими системами Структура ИАСУ Перспективы развития ИАСУ Разработка структуры автоматизированной системы управления ТЭС Разработка предполагаемой структуры, структурная схема, составляющие модули, их назначение, уровень SCADA Анализ и выбор современных средств контроля и обработки информации. разработка функциональной схемы системы контроля за параметрами Функциональная и структурная схемы системы управления за контролируемым параметром, подбор датчиков, их сравнительный анализ, выбор наиболее подходящего Заключение Список литературы ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ АСУ – автоматическая система управления АСУП – АСУ предприятием АСУТП – АСУ технологическим процессом ИАСУ – интегрированная автоматизированная система управления ЛВС – локальная вычислительная сеть ПТК – программно-технический комплекс СУ – система управления ТП – технологический процесс ЦВД – цилиндр высокого давления ЦНД – цилиндр низкого давления ЭВМ – электронно-вычислительная машина ВВЕДЕНИЕ Прошло уже много лет с тех пор, как ЭВМ стали использоваться в народном хозяйстве, экономико-математические методы и вычислительная техника нашли достаточно широкое применение. В настоящее время целесообразность и необходимость использования автоматизированных систем управления различными предприятиями и объединениями не вызывает сомнения. Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т.п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. Структурная схема АСУ представлена на рисунке 1. Система имеет в своем составе три уровня. Полевой уровень. Включает в себя все аппаратные средства системы, предназначенные для преобразования физических величин в электрические сигналы, воспринимаемые нижним уровнем системы. В него входят датчики 3-х систем. Нижний уровень системы. Включает в себя РС-совместимое микропроцессорное устройство нижнего уровня, задачей которого является сбор данных от полевого уровня системы и управление его работой. Нижний уровень обеспечивает сбор данных, их начальную обработку и хранение в энергонезависимой памяти для последующей передачи верхнему уровню системы. К этому уровню относится контроллер.  Рисунок 1 – Структурная схема АСУ Верхний уровень системы. Верхний уровень системы включает в себя управляющую ЭВМ, которая обеспечивает: - получение от нижнего уровня системы данных; - обработку полученных данных в соответствии с заданными алгоритмами обработки; - формирование команд управления, их подготовку, отправку соответствующему нижнему уровню системы, контроль их прохождения. Управляющая ЭВМ воздействует на технологический объект через исполнительный механизм. За короткий период АСУ в своем развитии прошли поистине революционный путь. Менялись методы создания систем, взгляды на возможности и область применения автоматизации, систематически пересматривались исходные концепции, конкретизировались цели, уточнялась терминология. Изменились и возможности ЭВМ. На вооружение приняты ЭВМ третьего поколения, и идет подготовка к использованию ЭВМ четвертого поколения, расширился парк периферийных технических средств, увеличились возможности арсенала локальной и комплексной автоматики. Сегодня стоит задача создания качественно новых комплексных АСУ, сочетающих решение как технологических, организационно-экономических, так и социальных задач управления. Эффективность управления в значительной степени зависит от умения использовать все достоинства системного подхода, суть которого состоит в том, что каждое экономическое явление рассматривается и оценивается во взаимосвязи с другими, причем все составные элементы объекта и происходящие в них процессы взаимоувязываются с учетом как внутренних, так и внешних факторов. Сочетание интересов отдельных функциональных подразделений с интересами всей системы является важнейшей проблемой, решение которой свидетельствует о наличии системы управления в целом. Несмотря на возросшую квалификацию и знания руководителей, одного искусства управления недостаточно. Необходима четкая регламентация связей между элементами, наличие действенного, осознанного и зафиксированного «дерева целей», максимальное приближение существующих информационных связей к принятой в результате глубокого всестороннего анализа структуре. При построении системы, т. е. определении функций отдельных звеньев и связей между этими звеньями, следует помнить, что одной из особенностей системы является наличие новых свойств, отсутствующих у ее элементов. Целенаправленное изменение основных свойств системы является одной из задач построения АСУ. Определение предельных возможностей существующих элементов и путей их структурной увязки (а если нужно, то и перераспределения функций между элементами) является не менее важной задачей построения системы. Усложнение производства, резкое увеличение объемов и частоты обновления информации диктует необходимость проведения указанной работы с ориентацией на максимально эффективное использование современных АСУ. При рассмотрении объектов управления различного назначения (технического, организационно-экономического или социального) важен выбор цели и определение управляющих воздействий на основе тщательного изучения законов движения объекта автоматизации. С информационной точки зрения управление реализуется по существу в процессе сбора, передачи, хранения и переработки информации. Чем выше уровень иерархии управления, чем дальше управляющий орган от объекта (технологического процесса), тем существенней роль информационной системы в этом процессе. Однако следует помнить, что АСУ — человеко-машинные системы, сочетающие жесткость формальной логики ЭВМ с гибкостью мышления человека,— представляют собой не просто средство обработки информации: ее сбора и передачи, автоматизации выполнения многих операций, но, что главное, поднимают на высокую качественную ступень само управление, создавая предпосылки для своевременного принятия правильных решений. Системный подход к управлению предприятием как к целостной системе требует создания комплексной АСУ и проведения тщательной организационно-технической подготовки предприятия к ее внедрению. Таким образом, создание современных АСУ (АСУП, АСУО, АСУОТ) должно сопровождаться проведением работ, которые обеспечивают реализацию программы комплексной механизации и автоматизации производства на основе широкого применения эффективных технологических процессов и быстродействующих станков, средств локальной автоматики, автоматических манипуляторов и АСУТП, тесно увязанных с планом социально-экономического развития. ИАСУ – решение проблемы комплексной автоматизации систем управления. общие сведения об ИАСУ В настоящее время для предприятий ставится задача повышения эффективности производства и повышения качества продукции, а также обеспечение нового качества управления за счёт единого информационного пространства. Достичь этого можно, обладая полной достоверной информацией обо всех объектах производства. Это можно осуществить путём интеграции отдельных подсистем всего предприятия. Своевременность интегрированных процессов обусловлена такими факторами: 1) повышение производительности возможно на основе объективной картины всего технологического процесса; 2) существующие барьеры между управленческим и технологическим уровнями не дают возможность провести анализ деятельности предприятия в целом; 3) современный рынок систем автоматизации позволяет осуществить комплексную интеграцию, т.е. создать интегрированную АСУ (ИАСУ). ИАСУ – человеко-машинная многоуровневая иерархическая территориально и функционально распределённая совокупность взаимосвязанных систем управления, объединённых в единую систему локальными и внешними связями для достижения единой цели. Управление технологическими процессами и управление финансово-хозяйственной деятельностью (бизнес-процессы) должны строиться в рамках единой системы на основе единого информационного пространства. Только такая единая система позволяет поддерживать интегрированную модель промышленного предприятия и на основе этой модели строить управление в соответствии с главным критерием - рентабельностью производства. Единое информационное пространство подразумевает оперативный доступ (при наличии, разумеется, соответствующих прав доступа) с любого рабочего места ко всем видам данных, возникающих и накапливаемых в системе. Информация, порождаемая в любой точке предприятия, тут же становится доступной всем заинтересованным службам и отделам. Например, сведения по состоянию технологических установок, их загрузке, параметрам и объему исходной и конечной продукции, поступающие непосредственно с контрольно-измерительной аппаратуры, могут быть сразу же обработаны как на уровне диспетчера цеха, так и экономической или производственно-технической службами завода. Приказы и распоряжения руководства предприятия, решения и выводы специалистов доставляются средствами электронной почты до всех адресатов (с подтверждением приема). Становится возможной групповая работа специалистов одного или нескольких отделов над общими проектами или документами на их рабочих местах. Создание единого информационного пространства позволяет по-новому поставить вопрос о накоплении и дальнейшем использовании для исследования, диагностики и прогнозирования массивов первичных технологических данных. "Тонкая структура" этих данных при ее должной обработке может дать много дополнительной информации об особенностях работы оборудования и технологических процессах, но она обычно теряется на уровне диспетчерского управления после интегрирования и агрегирования. Наличие вертикальных информационных каналов для данных реального времени между технологическими агрегатами и верхними уровнями системы управления дает возможность проведения различных специальных измерений и экспериментов без непосредственного доступа к опасным или труднодоступным объектам, возможность использования современной, быстро развивающейся технологии оперативной аналитической обработки данных - OLAP. Актуальность создания интегрированных систем управления (ИСУ) базируется на значительном экономическом эффекте от их внедрения. При проектировании подобных систем необходимо учитывать проблемы, возникающие при объединении ERP-систем и АСУ ТП. Построение ИСУ на основе программных и технических средств ведущих производителей позволяет решить большинство технических проблем и оптимизировать производственные процессы за счет информации, накопленной в единой базе данных. На уровне бизнес-процессов необходима только интегрированная информация о технологических процессах. В частности, данные типа «нарастающим итогом», средних значений за определенные промежутки времени, общее количество произведенных продуктов и т.д. Очевидно, что подобные данные должны поступать в систему гораздо реже, чем данные реального времени от технологических процессов. Из-за несогласованности природы и назначения данных верхнего (АСУП) и нижнего (АСУ ТП) уровней управления между ними необходим промежуточный интегрирующий слой, который мог бы служить мостом между столь разнородными потоками данных. Этот же мост мог бы стать средством горизонтальной интеграции упомянутых разнородных систем автоматизации нижнего уровня. Кроме того, на современном предприятии необходима информационная система, способная обеспечить главным специалистам и среднему инженерному звену, участвующему в управлении производством, доступ к архивным данным. Наделенная такими возможностями система позволила бы исследовать и сопоставлять ход технологических процессов и энергозатраты на разных установках с целью анализа состояния объектов и оптимизации производства. На рисунке 2 приведена обобщенная схема ИСУ предприятием.  Рисунок 2 – Обобщённая схема ИАСУ предприятием Графическое отображение укрупненной схемы модели функционирования интегрированной системы предприятия приведено на рисунке 3. Средним овалом схемы условно представлена та часть системы, в которой происходит наиболее интенсивный обмен информацией между другими подсистемами интегрированной системы предприятия. Анализ существующих разработок АСУ показывает, что, несмотря на функциональную значимость, данная часть интегрированной системы в большинстве случаев автоматизирована недостаточно. В общем случае обмен данными между бизнес-системами и АСУ ТП осуществляется по вертикали во встречных направлениях. В силу этого можно говорить о нисходящем и восходящем потоках данных.  Рисунок 3 – Укрупнённая схема модели функционирования интегрированной системы предприятия Нисходящий поток — на нижний технологический уровень передаются производственные задания, графики работы и ремонтов, технологические регламенты, спецификации на качество вырабатываемых продуктов и др. Восходящий поток формируется производственной информацией, поступающей с технологических участков, установок и цехов. Данные восходящего потока обеспечивают менеджеров верхнего уровня сведениями о количественных и качественных показателях переработанного сырья и продуктах переработки, технологических режимах и их нарушениях, состоянии технологического оборудования, потреблении реагентов и энергоносителей, затратах труда и др. Даже краткий перечень информации, формирующей встречные потоки, характеризует сложность автоматизации обменных процессов. В то же время многие предприятия, специалисты информационных подразделений которых имеют мощный творческий потенциал, в целях сокращения временных и финансовых затрат, пытаются собственными силами решать частные задачи интеграции функционально неоднородных систем. В большинстве случаев такой подход позволяет добиться временного успеха, но в стратегическом смысле подобные решения необоснованны. Во-первых, в этом случае крайне затруднительна техническая поддержка и развитие «самодельных» систем в силу низкой системной проработки принимаемых решений. Динамичное производство постоянно выдвигает новые задачи, требующие развития программного обеспечения. Во-вторых, кадровые перемещения разработчиков ПО и отсутствие формализованных описаний проведенных разработок ставят предприятие в тяжелейшее и иногда безвыходное положение. При этом необходимо отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту, «средний» уровень системы управления не менее важен и сложен, чем ERP- или SCADA-системы. На нижнем уровне АСУ ТП используются: • Контрольно-измерительные приборы, необходимые для контроля за ходом ТП на данном участке • Исполнительные механизмы, необходимые для управления ТП на данном участке • Преобразователи сигналов, обеспечивающие связь датчиков и исполнительных механизмов с программируемыми контроллерами (при необходимости) • Контроллеры обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов датчиков и устройств системы • Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование. В системе среднего уровня АСУ ТП используются: Серверы оперативной (архивной) базы данных на базе персональных компьютеров или серверов в комплекте с цветными графическими мониторами, клавиатурами и промышленными манипуляторами типа "мышь" Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование Станция инжиниринга на базе персонального компьютера в комплекте с цветным графическим монитором, клавиатурой и манипулятором типа "мышь". Обеспечивает сетевую загрузку и модификацию ПО контроллеров, а также позволяет осуществлять диагностику контроллера и его модулей в режиме on-line. В системе верхнего уровня АСУ ТП используются : • Станции оператора на базе персональных компьютеров в комплекте с цветными графическими мониторами, функциональными клавиатурами и манипуляторами типа "мышь" • Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование • Принтеры, подключенные через принт-сервер к локальной вычислительной сети • Клиенты Web-Контроль обеспечивают мониторинг технологического процесса, используя стандартные программные средства Internet/Intranet (Web-браузер). Анализ состояния и тенденций развития ИАСУ показывает, что в настоящее время в области разработки функциональной части ИАСУ наблюдаются следующие процессы: • расширение числа компонент системы путем выделения различных подсистем в качестве самостоятельных АС; • охват автоматизированным управлением нескольких фаз жизненного цикла изделия – от управления научно-исследовательскими разработками до непосредственного управления технологическими процессами, контроля и анализа функционирования и надежности изделия в эксплуатации; • охват автоматизацией различных иерархических уровней управления – от управления отраслью до управления технологическими операциями на рабочих местах; • интеграция функций управления, реализуемых на различных уровнях иерархии с различными периодами управления по всем элементам технологического цикла; • использование методов оптимизации и адаптации ИАСУ; • использование диалогового режима для непосредственного участия человека в процессе решения задач управления и корректировки полученных результатов. Как уже говорилось, отличительными особенностями современной ИАСУ является модульная структура, а также возможность разработки и внедрения системы по частям с последующим ее развитием и наращиванием. ИАСУ на современном этапе характеризует: 1) функциональная полнота, обеспечивающая автоматизацию всех видов деятельности – от технической подготовки производства до реализации готовой продукции; 2) открытость и адаптивность в отношении изменения состава функций и приспособленность к изменениям параметров объекта; 3) применение большого числа вариантов алгоритмов и методов управления; 4) представление в распоряжение пользователя персональных средств; 5) высокая скорость реакции на запросы, очень малые задержки в обработке данных; 6) возможность общения пользователя с системой в активном режиме; 7) использование средств искусственного интеллекта и экспертных систем для консультирования персонала в случае принятия управленческих решений; 8) применение средств регулярного обучения пользователей; 9) децентрализация выполняемых функций по функциональному, организационному и территориальному признакам; 10) широкое применение средств управления распределенными данными и процессами обработки данных; 11) использование сетевых методов организации коммуникации разнородной вычислительной техники, обрабатывающего оборудования и промышленных контроллеров на базе стандартных процедур взаимодействия ЭВМ в сетях (сетевых протоколах). ИАСУ будущего имеет многоуровневый многомашинный иерархический комплекс средств автоматизации. Сложность и комплексный подход в проектировании и эксплуатации ИАСУ требует разработки новых методик расчета экономической эффективности, которые позволят устранить имеющиеся противоречия между организациями-разработчиками и пользователями. |