Доклад

Уважаемые члены ГАК, вашему вниманию представлен дипломный проект на тему: автоматизированная система управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений.

Очистка сточных вод, отвечающая современным санитарным и экологическим нормам, требует организации сложных комплексов очистных сооружений. Соответственно и управление станциями аэрации требует высокой степени автоматизации технологического процесса

В данном дипломном проекте мною была разработана автоматизированная система управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений.

В рамках данного проекта распределенная микропроцессорная система автоматизированного управления технологическим процессом (АСУТП) аэрации предназначенная для решения задачи оперативного контроля, сбора данных и управления. (Структурная схема приведена на плакате (показываю на плакат)).

Распределенная микропроцессорная система (МПС)   предназначена для решения задачи оперативного контроля состояния технологического процесса аэрации.

МПСК строится по трехуровневой схеме:

а) нижний уровень – специализированные измерительные системы, осуществляющие непрерывно измерение технологических параметров и передачу их на средний уровень по запросу;

б) средний уровень – специализированная накопительная система со встроенным программным обеспечением, осуществляющая сбор и накопление данных с территориально распределенных систем нижнего уровня  с последующей передачей этих данных на верхний уровень;

в) верхний уровень – персональная ЭВМ со специализированным программным  обеспечением МПСК, осуществляющая прием информации от системы среднего уровня, отображение и документирование данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений руководству предприятия.

В состав ММУДВ входит ОМК, энергонезависимое запоминающее устройство (ОЗУ), коммутатор напряжений, контроллер RS-232, блок клавиатуры, блок индикации, модуль связи построенный на CAN-контроллере и CAN-приемопередатчике.

Контролируемый объект, которым является частотный преобразователь,  управляется посредством интерфейса RS-232. ММУДВ общается с диспетчерской ЭВМ посредством CAN-сети.  ММУДВ преобразует сигналы CAN-сети в уровни напряжения стандарта RS-232.

ОМК предназначен для обработки информации о состоянии частотного преобразователя и управляет его работой в соответствии с заданным алгоритмом. Кроме того, ОМК управляет работой блоком клавиатуры, блоком индикации, модулем связи и выбором измеряемого сигнала.

После обработки информация об измеряемых входных сигналов записываются в (ОЗУ).

Блок  клавиатуры и индикации предназначен для постоянного отображения текущего состояния одного из частотных преобразователей. Модуль связи обеспечивает передачу данных  по CAN-шине от ММУДВ к концентратору.

Также вашему вниманию представлена функциональная схема, в состав которой входят следующие функциональные блоки, обеспечивающие ее работу:

а)  модуль памяти;

б) блок индикации;

в) блок  клавиатуры;

г) ГТИ – генератор тактовых импульсов;

е) БГР – блок гальванической развязки;

ж)  модуль связи, состоящий из:

CAN-контроллера;

CAN-приемопередатчика:

з) ОМК – однокристальный микроконтроллер;

и) контроллер RS-232;

к) преобразователи уровней RS-232.

Также была разработана принципиальная схема, основу которой составляют: ОМК, CAN-контроллер, CAN-приемопередатчик, ЖК-индикатор, АЦП.

Проведены расчеты параметров блока гальванической развязки.

Были разработаны алгоритмы.(показываю на плакат с алгоритмом).

В рамках технологической части мною была разработана печатная плата микропроцессорного модуля управления двигателями воздуходувок.

Разработка печатной платы была выполнена с использование системы автоматизированного проектирования ACCEL EDA 15.0.

В процессе проектирования  было использовано современное электротехническое  оборудование, ведущих зарубежных и российских производителей, что обеспечивает высокий уровень автоматизации отдельных технологических процессов в рамках единой системы.

В рамках главы БЖД были проведены расчет заземлителя и анализ вредных и опасных факторов, действующих в химической лаборатории.

В экономической главе была проведена оценка трудоёмкости разработки программы микропроцессорной системы управления воздуходувным хозяйством, а также расчет цены НИОКР по разработке модулей управления процессом аэрации.

Доклад закончен, спасибо за внимание!!!

Аннотация

В рамках дипломного проекта разработана автоматизированная система управления одним из этапов очистки  городских сточных вод. Основа проекта –  разработка микропроцессорной системы управления технологическим процессом (АСУТП) аэрации сточных вод в рамках единой системы очистных сооружений, выбор исполнительных механизмов, контроллеров удаленного сбора данных, измерительных преобразователей и программного обеспечения, предназначенного для выполнения задач сбора данных и управления в рамках распределенной  системы  АСУТП.

 В ходе проектирования были выполнены следующие, необходимые для построения АСУТП, задачи:

• проанализирована задача автоматизации процесса очистки городских сточных вод;
• обоснована и разработана структура сети автоматизации участков по технологической схеме процесса очистки сточных вод;
• проведен анализ программного обеспечения (SCADA – системы) предназначенного для организации систем АСУТП;
• выбраны первичные измерительные преобразователи (давления, температуры, уровня, расхода и т.д.) и исполнительные механизмы (заслонки, насосы и т.д.);
• выбраны микропроцессорные контроллеры;
• разработаны устройства управления.

Помимо этого в проекте кратко рассмотрены различные типы промышленных сетей, которые наиболее часто применяются для построения систем АСУТП. Приведены основные виды топологии сетей и рассмотрена общая физическая модель связи, модель взаимодействия открытых систем  в рамках промышленных коммуникаций.

В экономической главе выполнен расчет цены НИОКР, трудоемкость программирования устройств

Студентом Шугайловым Владимиром Валерьевичем были выполнены следующие главы: 1, 2, 3, 4, 5.1, 5.3, 5.4.6, 6.2, 7.2, 9, 10.1, 11.2, 11.3.

Студентом Ваниным Александром Александровичем были выполнены следующие главы: 1, 2, 3, 4, 5.2, 5.4.5, 6.1, 7.1, 8, 10.2, 11.1, 11.4.

Содержание
Аннотация
Введение 11
1 Анализ автоматизированных систем управления процессом очистки сточных вод 13
1.1 Очистные сооружения ОАО «АВИСМА» 13
1.2 Объект автоматизации 14
1.3 Назначение и функции системы 16
1.4 Архитектура системы и реализация ее компонентов 18
1.5 Функционирование системы 23
1.6 Надежность системы 28
2 Анализ микропроцессорных контроллеров применяемых для построения распределенных микропроцессорных систем сбора данных и управления 29
2.1 Общие сведения о промышленных контроллерах для построения распределенных систем сбора данных и управления 29
2.2 Программируемый логический контроллер фирмы Advantech ADAM-5510 30
2.3 Промышленные контроллеры фирмы WAGO 40
2.4 Промышленные контроллер фирмы Siemens Simatic S7 46
3 Обзор сетевых протоколов для построения сетей промышленной автоматизации 53
3.1 CAN протокол 53
3.2 Протоколы основанные на CAN сети 67
3.2.1 CAL (CAN ApplicationLayer) 71
3.2.2 CANopen 73
3.2.3 CAN Kingdom 77
3.2.4 DeviceNet 83
3.2.5 SDS 87
3.2.6 Сравнение протоколов CAN. Прочие HLP 91
4 Выбор программного обеспечения верхнего уровня 94
4.1 Общие сведения 94
4.2 Системы контроля и управления 96
4.2.1 Компоненты систем контроля и управления и их назначение 96
4.2.2 Прикладное программное обеспечение 100
4.3 Краткое описание работы программы Lookout 102
4.3.1 Состояние тревоги и события 102
4.3.2 Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода 105
4.3.3 Поддерживаемые коммуникационные протоколы 108
5 Разработка структурной схемы системы управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений 111
5.1 Обобщенная структура схемы управления 111
5.2 Описание структурной схемы микропроцессорного модуля управления процессом аэрации 113
5.3 Описание структурной схемы микропроцессорного модуля управления двигателями воздуходувок 116
5.4 Техническое задание на проектирование 119
5.4.1 Общее положение 119
5.4.2 Состав системы 119
5.4.3 Требования к диспетчерской ЭВМ 120
5.4.4 Требования к концентратору 121
5.4.5 Требования к микропроцессорному модулю измерения расхода воздуха 122
5.4.6 Требования к микропроцессорному модулю управления двигателями воздуходувок 123
6 Разработка функциональной схемы ММПУА и ММУДВ 125
6.1 Разработка функциональной схемы ММПУА 125
6.1.1Описание функциональной схемы ММПУА 125
6.1.2 Описание работы аналого-цифрового преобразователя 129
6.1.3 Выбор микроконтроллера для ММУПА 131
6.1.4 Описание работы энергонезависимой памяти ММУПА 135
6.2 Разработка функциональной схемы ММУДВ 137
6.2.1 Описание функциональной схемы ММУДВ 137
6.2.2 Описание микросхемы для построения контроллера RS232 139
7 Разработка принципиальной схемы ММУПА и ММУДВ и описание их работы 145
7.1 Разработка принципиальной схемы ММУПА 145
7.1.1 Общее описание схемы ММУПА 145
7.1.2 Выбор датчиков и расчет входных цепей ММУПА 147
7.1.3 Расчет нормирующего усилителя 149
7.1.4 Расчет активного ФНЧ 151
7.1.5 Разработка блока оперативной памяти ММУПА 154
7.1.6 Расчет параметров блока гальванической развязки 155
7.1.7 Выбор АЦП 157
7.1.8 Выбор устройства индикации ММУПА 158
7.2 Разработка принципиальной схемы ММУДВ 158
7.2.1 Общее описание схемы ММУДВ 158
8 Разработка алгоритмов функционирования системы управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений 160
8.1 Алгоритмы работы ММУПА 160
8.1.1 Обобщенный алгоритм работы ММУПА 160
8.1.2 Алгоритм обслуживания клавиатуры 162
8.1.3 Функциональное назначение подпрограммы расход воздуха 165
8.2 Описание пакета моделирования MAX+PLUS II 168
8.3 Разработка контроллера RS-232 171
9 Конструкторско-технологическая часть 183
9.1 Разработка печатных плат 183
9.2 Описание ППП “ACCEL EDA” 185
9.3 Расчет надёжности платы 189
10 Безопасность жизнедеятельности 198
10.1 Анализ вредных и опасных факторов, действующих в химической лаборатории 198
10.1.1 Воздухообмен в химической лаборатории 199
10.1.2 Организация рабочего места работника химической лаборатории 201
10.1.3 Освещение рабочего места 203
10.1.3.1 Расчет естественного освещения 204
10.1.3.2 Расчет искусственного освещения 206
10.1.4 Электробезопасность 208
10.1.4.1 Расчет заземлителя 209
10.2 Чрезвычайные ситуации 210
10.2.1 Пожарная безопасность химической лаборатории 211
11 Экономика 215
11.1 Сетевое планирование и управление ходом НИОКР по разработке автоматизированной системы управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений
11.1.1 Сетевой график разработки системы
11.1.2 Управление комплексом работ по разработке автоматизированной системы управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений с помощью сетевого графика
11.2 Оценка трудоёмкости разработки программы микропроцессорной системы управления процессом аэрации
11.3 Расчет цены НИОКР по разработке модулей управления процессом аэрации
11.4 Экономические преимущества эксплуатации микропроцессорной системы управления процессом аэрации
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б