Образовательная автономная некоммерческая организация высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
Факультет «Строительства и техносферной безопасности» Направление подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах»
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: Технические средства автоматизации и управления
На тему: Анализ технических средств автоматизации бумажного производства
Москва, 2025 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. Обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта 8
1.1 Характеристика автоматизируемого технологического объекта 8
1.2 Анализ путей автоматизации заданного объекта на основе обзора литературы и патентных материалов 9
1.3 Разработка технического задания 12
Выводы 18
ГЛАВА 2. Проектирование подсистемы (контура) автоматического регулирования одним из непрерывных технологических параметров 20
2.1 Выбор принципа регулирования и неизменяемых элементов подсистемы 20
2.2 Определение математической модели объекта регулирования 20
2.3 Выбор стандартного регулятора 26
2.4 Обоснованный выбор технической реализации автоматического регулятора 31
Выводы 36
ГЛАВА 3. Проектирование подсистемы логико-программного управления дискретным технологическим процессом 38
3.1 Выбор технической реализации элементов подсистемы 38
3.2 Разработка и анализ алгоритма управления 42
3.3 Разработка программы управления 46
Выводы 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 53
ВВЕДЕНИЕ
Бумажное производство продолжает оставаться одной из важнейших отраслей промышленности, обеспечивая сырьём и упаковочными материалами широкий спектр смежных производств и потребительский рынок. В условиях ужесточающихся требований к качеству продукции, энергосбережению, экологической безопасности и сокращению издержек роль автоматизации технологических процессов становится ключевой: внедрение современных технических средств автоматизации (ПЛК, DCS, SCADA, MES, датчиков и систем сбора данных) обеспечивает стабильность параметров процесса, своевременное выявление неисправностей, повышение производительности и снижение влияния человеческого фактора. Автоматизированные информационные системы (АИС) и базы данных (БД) в этом контексте выступают не только как средства регистрации и хранения информации, но и как инструменты поддержки принятия решений, планирования производства и обеспечения прослеживаемости качества.
В мировой теории и практике наблюдается тенденция интеграции традиционных систем автоматизации с технологиями «Индустрии 4.0» — внедрение больших данных, предиктивного обслуживания, цифровых двойников и IIoT-решений. На уровне процессов целлюлозно-бумажные комбинаты переходят от разрозненных элементов управления к многоуровневым архитектурам, где АИС и БД служат связующим звеном между полевыми контроллерами, системами визуализации и корпоративными информационными системами. В то же время специфические особенности бумажного производства (многоступенчатые процессы, влажность, абразивность среды, требования к постоянству качества) предъявляют особые требования к выбору датчиков, систем коммутации и алгоритмов управления, что делает предмет анализа технических средств автоматизации отрасли актуальным и практически значимым.
Целью данной курсовой работы является раскрытие современного состояния и обоснование выбора технических средств автоматизации для типового участка бумажного производства, а также формулировка проектных решений по построению локальных контуров регулирования и логико‑программного управления с учётом требований жизненного цикла программного обеспечения.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи (соответствуют содержанию глав курсовой работы и этапам жизненного цикла ПО):
1. Провести характеристику автоматизируемого технологического участка бумажного производства, выявить потребности в автоматизации и определить требования к системе — требования по функционалу, точности, надёжности и безопасности (анализ требований; формирование технического задания). (Глава 1)
2. Выполнить обзор существующих путей автоматизации и проанализировать источники теоретических и патентных разработок, оценить применимость современных решений в рассматриваемых условиях. (Глава 1)
3. Выбрать принцип регулирования одного непрерывного технологического параметра (например, расхода, уровня, температуры, плотности массы) и разработать математическую модель объекта регулирования; подобрать и обосновать типовой регулятор и его настройки. (Глава 2)
4. Обосновать техническую реализацию замкнутого контура: выбор датчиков, исполнительных механизмов, контроллера и средств связи. (Глава 2)
5. Спроектировать подсистему логико‑программного управления дискретным технологическим процессом: выбрать аппаратную платформу, разработать алгоритм управления режимами работы и аварийной защиты, реализовать структуру управляющей программы. (Глава 3)
6. Описать вопросы интеграции АИС и БД в составе автоматизированной системы, требования к хранению и обмену данных, а также меры по обеспечению информационной безопасности и сопровождения программного обеспечения на протяжении его жизненного цикла. (Выводы, Заключение)
В работе используются следующие методы и инструменты исследования:
- метод системного и функционального анализа для выделения требований и построения архи тек туры системы;
- анализ литературы и патентных источников для оценки существующих решений;
- математическое моделирование и идентификация динамических моделей (передаточные функции, аппроксимация линейными моделями первого/второго порядка с запаздыванием) ;
- методы синтеза и настройки ПИД‑регуляторов (частотные и временные критерии качества);
- моделирование переходных процессов в средах MATLAB/Simulink (при необходимости);
- разработка логики управления в средах, соответствующих стандарту IEC 61131‑3 (Ladder Diagram, Structured Text и др.);
- проектирование баз данных и описание интерфейсов (ER‑моделирование, SQL);
- изучение нормативных документов и стандартов (IEC, ISA, соответствующие ГОСТы и отраслевые рекомендации);
- инструменты: TIA Portal/Step7 (пример для ПЛК Siemens) или аналоги, SCADA‑пакеты (WinCC, Ignition), СУБД (PostgreSQL, MS SQL), MS Visio/AutoCAD для схем, средства поиска патентов (Espacenet, Google Patents).
Структура курсовой работы соответствует поставленным задачам и включает следующие разделы:
- Введение — обоснование актуальности, формулировка цели и задач, обзор методов и краткая характеристика структуры работы.
- Глава 1. Обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта: характеристика объекта, анализ путей автоматизации, разработка технического задания.
- Глава 2. Проектирование подсистемы автоматического регулирования непрерывного технологического параметра: выбор принципа регулирования, определение математической модели, выбор стандартного регулятора, техническая реализация.
- Глава 3. Проектирование подсистемы логико‑программного управления дискретным технологическим процессом: выбор технической реализации элементов, разработка и анализ алгоритма управления, разработка программы управления.
- Заключение — итоги проделанной работы, оценка соответствия решения требованиям технического задания, рекомендации по внедрению и дальнейшему развитию.
- Список источников и литературы.
Краткий обзор использованной литературы (рекомендуемые и опережающие источники с краткими аннотациями):
1. IEC 61131‑3. Programmable controllers — Part 3: Programming languages. — Международный стандарт, регламентирующий языки программирования для промышленных контроллеров (LD, FBD, ST и др.). Аннотация: документ определяет синтаксис и семантику языков, применяемых при разработке управляющего ПО для ПЛК, что важно при проектировании программной части автоматизации.
2. ISA‑95 (ANSI/ISA‑95). Enterprise‑Control System Integration. — Стандарт по интеграции систем управления и корпоративных информационных систем. Аннотация: описывает уровни функциональной архитектуры и объекты обмена данными между контроллерами, MES и ERP, полезен при проектировании АИС и БД для бумажного производства.
3. Рекомендованная монография/учебник по автоматизации технологических процессов (например: «Автоматизация технологических процессов и производств», учебное пособие). Аннотация: содержит методические подходы к построению контуров регулирования, выбору датчиков и исполнительных устройств, разъясняет основы синтеза регуляторов и принципы построения АСУ ТП.
4. Обзорная статья/отчёт по автоматизации целлюлозно‑бумажной промышленности (например, публикация в отраслевом журнале или конференционный доклад — «Современные технологии автоматизации в целлюлозно‑бумажной промышленности»). Аннотация: рассматривает практический опыт внедрения SCADA/MES‑решений на бумажных комбинатах, особенности эксплуатации оборудования в агрессивной среде и примеры эффективности автоматизации.
Данный перечень демонстрирует знакомство с нормативной базой, прикладной литературой и отраслевой практикой. В дальнейшем в работе конкретизируются ссылки на используемые источники и приводится расширенный список литературы.
Таким образом, проведённая постановка цели и задач, выбор методов и предварительная библиотека источников обеспечивают основу для последовательного решения исследовательских и проектных задач по анализу и обоснованию технических средств автоматизации бумажного производства в рамках данной курсовой работы.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 2.105-95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам
2. ГОСТ 2.106-95 Единая система конструкторской документации. Текстовые документы
3. ГОСТ 2.301-68 Единая система конструкторской документации. Форматы.
4. ГОСТ 7.32-2001 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет по научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления
5. Схиртладзе, А. Г. Автоматизация технологических процессов и производств : учебник / А. Г. Схиртладзе, А. В. Федотов, В. Г. Хомченко. — 2-е изд. — Саратов : Ай Пи Эр Медиа, 2019. — 459 c. — ISBN 978-5-4486-0574-1. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт].
6. Третьяков, А. А. Средства автоматизации управления. Системы программирования контроллеров : учебное пособие / А. А. Третьяков, И. А. Елизаров, В. Н. Назаров. — Тамбов : Тамбовский государственный технический университет, ЭБС АСВ, 2017. — 81 c. — ISBN 978-5-8265-1731-4. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт].
7. Технические средства автоматизации и управления. Часть 1. Контрольно-измерительные средства систем автоматизации и управления : учебное пособие / В. В. Тугов, А. И. Сергеев, Д. А. Проскурин, А. Л. Коннов. — Оренбург : Оренбургский государственный университет, ЭБС АСВ, 2016. — 110 c. — ISBN 978-5-7410-1594-0. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт].
8. Страшун, Ю. П. Технические средства автоматизации и управления : учебное пособие / Ю. П. Страшун. — Москва : Издательский Дом МИСиС, 2015. — 154 c. — ISBN 978-5-87623-910-5. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт].
9. Павлов, Ю. А. Основы автоматизации производства : учебное пособие / Ю. А. Павлов. — Москва : Издательский Дом МИСиС, 2017. — 280 c. — ISBN 978-5-90846-78-5. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт].
10. Учебно-методическое пособие по дисциплине Программное обеспечение систем управления. Автоматизация технологических процессов и производства / составители В. П. Жидаков. — Москва : Московский технический университет связи и информатики, 2016. — 64 c. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт]./19879 92)
Отзывы
Отзывов пока нет.