Громаков Е.И. Проектирование автоматизированных систем. Курсовое проектирование

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Громаков Е.И.,

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. КУР-

СОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие для специальности 220301 «Автома-

тизация технологических процессов и производств (в нефтегазовой от-

расли)»

Томск 2009

Содержание

ГЛОССАРИЙ..................................................................................................................4

1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПО КУРСУ

АВТОМАТИЗИРОВАНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.............................................7

1.1 Цель и задачи курсового проектирования ...............................................................7

1.2 Структура расчетно-пояснительной записки.........................................................10

2. Методические рекомендации...................................................................................17

2.1. Объекты автоматизации в нефте-газовой отрасли. Порядок описания

функциональной схемы технологического процесса..................................................17

2.2. Выбор архитектуры и профиля АС.......................................................................22

2.3 Разработка структурной схемы АС........................................................................31

2.4 Разработка функциональной схемы автоматизации..............................................37

2.12 Разработка схемы информационных потоков АС ...............................................44

2.6 Выбор средств реализации АС...............................................................................49

2.6.1 Выбор контроллерного оборудования ................................................................49

2.6.2 Выбор датчиков....................................................................................................69

2.6.2.2 Нормирование погрешности канала измерения...............................................80

2.6.3 Выбор исполнительных механизмов...................................................................83

2.5 Разработка принципиальной схемы автоматизации..............................................94

2.6.4 Выбор и обоснование системы сигнализации о состоянии технологического

процесса ...................................................................................................................... 101

2.7 Схема соединения внешних проводок .................................................................107

2.8 Шкафы и схемы расположения............................................................................ 115

2.9 Выбор (обоснование) алгоритмов управления АСУ ТП .....................................118

2.10 Разработка программного обеспечения для программируемых логических

контроллеров .............................................................................................................. 131

2.11 Разработка экранных форм АС ..........................................................................133

1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВА-

НИЮ ПО КУРСУ АВТОМАТИЗИРОВАНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВ-

ЛЕНИЯ.

И7

Проектирование автоматизированных систем. Курсовое проектирова-

ние:

Учебно-методическое пособие. Томск: Изд-во Томского политехниче-

ского ун-та, 2009. 84 с.

В пособии приведены требования к выполнению расчетно-

пояснительной записки, графической части и даны методические указа-

ния по выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование

автоматизированных систем». Рассмотрены основные понятия, структу-

ра, классификация и методология разработки автоматизированных сис-

тем управления с использованием SCADA информационных технологий

(автоматизированных систем управления), приведены примеры решений

для основных разделов курсового проекта.

Пособие предназначено для студентов специальности 220301 «Авто-

матизация технологических процессов и производств (в нефтегазовой

отрасли)» дневной и заочной форм обучения, а также может быть ис-

пользовано студентами других технических специальностей, изучающих

вопросы внедрения информационных технологий в управление техноло-

гическими и производственными процессами, аспирантами и преподава-

телями вузов.

УДК 621.396.6

ББК 844-02я73-5

 Томский политехнический университет (ТПУ), 2009

 Громаков Е.И. 2009

Громаков Е.И. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ГЛОССАРИЙ

Термин Определение

АС автоматизированная система

Интерфейс совокупность средств (программных,

технических, лингвистических) и правил

для обеспечения взаимодействия между

различными программными системами,

между техническими устройствами или ме-

жду пользователем и системой.

Информационное обес-

печение

совокупность форм документов, класси-

фикаторов, нормативной базы и реализо-

ванных решений по объемам, размещению

и формам

существования информации, применяе-

мой в автоматизированной системе при ее

функционировании.

Спецификация изделия нормативно-технический документ, рег-

ламентирующий порядок выполнения тех-

нологических операций, нормы расхода ма-

териальных, временных и трудовых ресур-

сов, типы исходных материалов и полуфаб-

рикатов, поступающих на входы техноло-

гических операций.

Профиль АС понятие "профили" определяет их как

подмножество и/или комбинации базовых

стандартов информационных технологий,

необходимые для реализации требуемых

наборов функций (ГОСТ Р ИСО'МЭК ТО

10000-1-99)Для определения места и роли

каждого базового стандарта в профиле тре-

буется концептуальная модель. Такая мо-

дель, называемая OSE/RM (Open System

Environment/Reference Model), предложена

в ГОСТ Р ИСО'МЭК ТО 10000-3-99.

OSE/RM Концептуальная модель системной архи-

тектуры АС

АСУ ТП Автоматизированная система управле-

ния технологическим процессом - человеко-

машинный комплекс, обеспечивающий

управление технологическими процессами

на современных механизированных и авто-

матизированных промышленных предпри-

ятиях. Основная цель АСУ ТП - оптимиза-

ция технологических процессов, характери-

зующихся большим числом параметров и

сложностью алгоритмов управления

Техническое задание на

АСУ ТП (ТЗ)

Утвержденный в установленном порядке

документ, определяющий цели, требования

и основные исходные данные необходимые

для разработки автоматизированной систе-

мы и содержащий предварительную оценку

экономической эффективности

Технологический про-

цесс

Технологический процесс - последова-

тельность технологических операций, необ-

ходимых для выполнения определенного

вида работ. Технологический процесс со-

стоят из рабочих операций, которые в свою

очередь складываются из рабочих движе-

ний (приемов).

СУБД (система управления базами данных ) –

совокупность программных и языковых

средств, предназначенных для управл

ения

дан

ными в базе данных, ведения

базы данных, обеспечения многопользо-

вательского доступа к данным.

Архитектура ПО Архитектура - это набор значимых ре-

шений по поводу организации системы

программного обеспечения, набор струк-

турных элементов и их интерфейсов, при

помощи которых компонуется система,

вместе с их поведением, определяемым во

взаимодействии между этими элементами,

компоновка элементов в постепенно ук-

рупняющиеся подсистемы , а также стиль

архитектуры который направляет эту ор-

ганизацию -- элементы и их интерфейсы,

взаимодействия и компоновку [Крачтен

(Kruchten]

SCADA

(англ. Supervisory

Control And Data

Acquisition — диспетчер-

ское управление и сбор

данных)

Под термином SCADA понимают инст-

рументальную программу для разработки

программного обеспечения систем управ-

ления технологическими процессами в ре-

альном времени и сбора данных.

Аббревиатура Краткая характеристика

DCS (Distributed

Control Systems)

Распределенные Системы Управления Системы

управления распределенной производственной средой

масштабах установки или цеха. Стандартная DCS

состоит их отдельных узлов (на основе PLC), объед

и-

ненных в сеть по интерфейсам.

PLC

(Programmable Logic

Controllers)

Программируемые логические контроллеры.

1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВА-

НИЮ ПО КУРСУ АВТОМАТИЗИРОВАНЫЕ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ.

1.1 Цель и задачи курсового проектирования

Учебным планом специальности 220301 «Автоматизация технологи-

ческих процессов и производств (в нефтегазовой отрасли)» предусмотре-

но курсовое проектирование по дисциплине "Проектирование автомати-

зированных систем" (АС). Основной целью курсового проектирования

является систематизация и углубление теоретических и практических

знаний, получаемых по дисциплине, развитие навыков их практического

применения, теоретических знаний при решении инженерных задач ав-

томатизированного управления технологическим процессом. Для дости-

жения поставленной цели, применительно к заданию, в курсовом проек-

тировании должны найти отражение следующие элементы обучения:

· Умение

выполнять проект автоматизированной компьютерной системы управ-

ления, выбирать и использовать технические и программные средства,

математический аппарат и программное обеспечение при проектирова-

нии автоматизированных систем управления (SCADA).

· Знание

коммерческих комплектующих АСУ ТП, систем автоматизации про-

ектных работ и управления технологическими процессами и производст-

вом, требований ГОСТ по разработке технической документации проек-

тов по АСУ ТП и т.п..

· Получение

профессиональных навыков при разработке конструкторско-

технологической документации в электронной форме и использовании

интернет ресурсов.

Приобретение компетенций:

· осуществлять технический поиск и разработку новых перспектив-

ных подходов и методов решения профессиональных задач в кон-

цептуальном проектировании АС объектов нефтегазовыми техно-

логическими процессами;

· аргументировать защиту научно-технических решений и предло-

жений в процессе их разработки и обсуждений в коллективах раз-

работчиков;

· применять современный инструментарий проектирования;

· разрабатывать предложения, техническую документацию и про-

граммы (в соответствии с профилем направления).

В проектных и консалтинговых организациях проектирование систем

автоматизации технологических и производственных процессов выпол-

няется в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской

документации (ЕСКД). Согласно ГОСТ 2.103-68 предусматривается пять

стадий разработки конструкторской документации на изделия (предмет

или набор предметов производства) всех отраслей промышленности:

· техническое задание (ТЗ);

· техническое предложение (ТП);

· эскизный проект (ЭП);

· технический проект;

· рабочая документация.

Техническое задание устанавливает основное назначение, показатели

качества разрабатываемого изделия, его технические и тактико-

технические характеристики, технико-экономические требования, предъ-

являемые к нему, необходимые стадии разработки конструкторской до-

кументации, ее состав, а также специальные требования к изделию.

Техническое предложение - это совокупность конструкторских до-

кументов, которые должны содержать технические и технико - экономи-

ческие обоснования целесообразности разработки документации изделия.

Эскизный проект - это совокупность конструкторских документов,

которые должны содержать принципиальные конструктивные решения,

дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия,

а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габа-

ритные размеры разрабатываемого изделия.

Технический проект – это совокупность конструкторских докумен-

тов, которые должны содержать окончательные технические решения,

дающие полное представления об устройстве разрабатываемого изделия,

и исходные данные для разработки рабочей документации.

Рабочая документация включает корректировку конструкторских

документов по результатам изготовления контрольной серии.

Рабочие чертежи выполняются в соответствии с ЕСКД, действующи-

ми стандартами на условные обозначения, руководящими и нормативны-

ми документами по проектированию и монтажу систем автоматики, элек-

трического и противопожарного проектирования. На стадии «рабочие

чертежи» технико - рабочий проект включает следующую техническую

документацию:

- структурные и функциональные схемы автоматических систем;

-принципиальные электрические, гидравлические, пневматические

схемы управления, регулирования, блокировки, сигнализации, а также

электрические схемы питания;

-общие виды и монтажные схемы щитов и пунктов;

-схемы внешних электрических и трубных проводок, а также их мон-

тажные чертежи;

-чертежи установки аппаратуры, щитов и пультов;

-пояснительная записка и т.д.

Задачами курсового проектирования являются разработка техниче-

ского задания и эскизного проекта автоматизированной системы управ-

ления технологическим и производственным процессами. В последнее

время эти этапы связывают с концептуальным проектированием АС.

Курсовой проект выполняется на основе индивидуального задания,

необходимые исходные данные для которого необходимо получить у

преподавателя или собрать по месту работы (производственной практи-

ки). Разработка КП может осуществляться по согласованию с преподава-

телем на конкретных материалах предприятий.

При курсовом проектировании студент должен использовать про-

фессиональные и типовые пакеты прикладных программ:

·при выборе компонентов АС (датчиков, контроллеров, испол-

нительных органов и др.) Internet - источники;

·при разработке экранных форм ППП Infinity и MS Visio;

·при разработке программного обеспечения контроллера Open

PC;

·при определении параметров регуляторов ППП MatLAB;

·при разработке графической документации AutoCAD и (или)

MS Visio.

Курсовое проектирование открывает широкие возможности в прояв-

лении студентами своих творческих способностей и инженерной инициа-

тивы. При выполнении КП должны найти свое отражение новизна про-

ектных решений, совершенствование системных решений при построе-

нии АС.

По-существу, курсовой проект по АС подготавливает студентов к

выполнению основных разделов выпускной квалификационной работы

(ВКР) по специальности, и может стать составной его частью.

Курсовой проект должен включать в себя пояснительную записку

(ПЗ), графическую часть, оформленную в виде альбома схем и результа-

ты проектирования на электронном носителе. Пояснительная записка и

графическая часть проекта выполняются согласно стандарту ТПУ СТО

ТПУ 2.5.01-2006 "Работы выпускные квалификационные, проекты и ра-

боты курсовые. Структура и правила оформления", утвержденным и вве-

денным в действие Приказом ректора от 12.04.06 № 22/од.

Общими требованиями к курсовому проекту являются: целевая на-

правленность, четкость построения, логическая последовательность из-

ложения материала, глубина исследования и полнота освещения вопро-

сов, убедительность аргументаций, краткость и точность формулировок,

конкретность изложения результатов работы, доказательность выводов и

обоснованность рекомендаций, грамотное оформление.

Все части курсовой работы должны быть изложены в строгой логи-

ческой последовательности и взаимосвязи. Содержание работы следует

иллюстрировать схемами, таблицами, диаграммами, графиками, фото-

графиями, рисунками и т.д. Ссылки на таблицы, рисунки, приложения

берутся в круглые скобки, на литературные источники – в квадратные

скобки.

1.2 Структура расчетно-пояснительной записки

Рекомендуемый объем пояснительной записки составляет 35 – 45

страниц печатного текста. Записка оформляется в соответствии с общими

требованиями к текстовым документам по ГОСТ 24.301 и ГОСТ 2.105–

95. Она должна включать обоснования по принимаемым решениям,

краткое описание используемых информационных технологий и расчеты

с необходимыми пояснениями. В записке не должно быть пространных

рассуждений и описания вопросов, не связанных с темой проектирова-

ния. Записка должна быть краткой и четко отражать сущность рассматри-

ваемых вопросов.

Структурными элементами пояснительной записки являются:

- текстовый документ (ТД);

- графический материал.

ТД должен включать структурные элементы в указанной ниже по-

следовательности:

- титульный лист;

- задание;

- реферат;

- содержание;

- глоссарий

- обозначения и сокращения;

- введение;

- техническое задание;

- основную часть;

- заключение;

- список использованных источников.

ТД выполняется на русском языке. Каждый структурный элемент ТД

следует начинать с нового листа. Название структурного элемента в ви-

де заголовка записывают строчными буквами, начиная с первой про-