СТРУКТУРА ТА ХІД ВИКОНАННЯ ПРОЕКТУ

З ДИСЦИПЛІНИ “АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ І СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ”

Структура і хід виконання проекту

Розділ дипломного та курсового проекту, у якому подано розробку системи автоматизації процесу, складається з окремих розділів, таблиць, схем.

Залежно від спеціалізації ДП та КП розділи, які перераховані і висвітлені нижче, в ДП розробляються залежно від завдання і на розсуд керівника проекту.

Вступна частина

Дипломний проект складається з пояснювальної записки на 60-80 сторінках формату А4, і графічної частини на чотирьох аркушах формату А1, а курсовий проект 30-40 сторінках формату А4, і графічної частини на двох аркушах формату А1 (основні вимоги викладені в першій частині рекомендацій).

Пояснювальна записка включає вступну і розрахункову части­ни. У вступній частині є короткий вступ, в якому розміщено характе­ристику об'єкта проектування і технологічного процесу (при необхід­ності).

Розрахункова частина

Розрахункова частина виконується за такими пунктами:

1.Розробка схем:

а) функціональної;

б) принципової;

в) з'єднань;

2. Вибір засобів автоматизації;

3. Вибір мікропроцесорних пристроїв і мікроконтролерів;

4. Вибір ліній зв'язку і виду інтерфейсу;

5. Розробка завдання для програмування контролера;

6. Розрахунок засобів автоматизації;

7. Вибір щитів і пультів керування;

8. Розрахунок показників надійності схеми.

Електрична схема - спрощене і наочне зображення зв'язків окремих елементів електричного кола, яке відображає їх властивості.

Схема є основним документом, який роз'яснює принцип дії і взаємодії різних елементів, пристроїв або в цілому системи авто­матики. За схемою виконується монтаж, налагодження і експлуатація автоматичних пристроїв.

Схеми автоматики класифікуються за типом: шифр

· функціональні 1

· структурні 2

· принципові 3

· схеми з'єднань 4

· схеми підключення 5

· загальні 6

Функціональні схеми відображають взаємодію пристроїв, блоків, вузлів і елементів автоматики в процесі їх роботи.

Структурні схеми відображають взаємозв'язок складових час­тин автоматичної системи і характеризують їх динамічні властивості.

Принципові схеми відображають взаємодію всіх елементів і зв'язок між ними, які входять у цю схему керування.

Схеми з'єднань відображають або зовнішні з'єднання між окре­мими пристроями, або з'єднання між елементами всередині пристрою.

Схеми підключення відображають зовнішнє підключення апаратів шаф, пультів керування і окремих блоків.

За видом схеми класифікують: шифр

· електричні Е

· кінематичні К

· гідравлічні Г

· оптичні Л

· пневматичні П

· вакуумні В

· газові X

· автоматизації А

· комбіновані С

Функціональні схеми - основний технічний документ, який визначає блочну структуру окремих вузлів автоматичного контролю, керування і регулювання технологічного процесу, оздоблення об'єкта керування приладами і засобами автоматизації. Це креслення, на якому умовними позначками зображене технологічне обладнання, трубопро­води, контрольно-вимірювальні прилади і засоби автоматизації з вка­зівкою зв'язку між ними. Допоміжні пристрої на схемах не показують.

Правила і порядок складання функціональних схем технологіч­ного процесу:

• вивчити загальну технологію роботи автоматизованого об'єк­та керування;

• скласти функціональну схему керування технологічним про­цесом;

• визначити технологічні параметри, підлеглі автоматичному регулюванню і контролю, установити межі їх регулювання і вибрати методи вимірювання цих параметрів з метою наступного вибору технічних засобів для реалізації;

• визначити приводи механізмів, місця обмеження ходу (шляху, продукту, кута повороту ...), точки контролю параметрів (середовища, продукту...);

• вибрати технічні засоби, що найбільш відповідають заданим вимогам і умовам роботи об'єкта, що автоматизується, і показати у вигляді функціональної схеми;

• розташувати засоби автоматизації (керування, контролю, реєстрації, обмеження ...) на функціональній схемі лінії або всього процесу;

• зробити повний опис функціональної схеми роботи техно­логічного обладнання з розширеним технічним аналізом всіх засобів автоматизації по кожному з елементів керування окремо .

Для побудови функціональної схеми необхідно користуватися умовними позначеннями, зображеними у таблиці розділу "Правила оформлення проектів".

Зразок виконання функціональної схеми - автоматизації температурного парового котла зображено у рисунку 2.1.

Рисунок 2.1- Функціональна схема автоматизації газового котла

Розроблена схема описується і основні елементи схеми заносяться в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 - Експлікація обладнання

Принципова схема - це проектний документ, розробленні! на основі функціональних схем автоматизації, який визначає повний склад електричних елементів і зв'язків між ними, а також дає детальне уявлення про принцип роботи схеми.

Складову частину об'єкта, яка має самостійне графічне позна­чення, а також повне функціональне позначення і не може бути розділено на частини, що мають самостійне призначення, називають елементом, а сукупність елементів є єдиною конструкцією, пристроєм.

Під час розробки принципової схеми необхідно прийняти до уваги параметри технологічного процесу (температура, вологість, тиск, витримка часу, напрям руху та ін.), функціональну схему, напругу мережі, категорію розміщення та ступінь захисту обладнання. Викреслювати схему необхідно відповідно до державного стандарту, естетично та симетрично розміщувати елементи схеми, в місцях з'єднання проводів необхідно ставить вузол (крапку), буквені позначення ставляться зверху або справа від елемента. Зразок виконання схеми показано в рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 Принципова схема

Розроблена схема описується, розробиться аналіз і основні елементи та засоби автоматизації схеми заносяться в таблицю 2.2

Таблиця 2.2 – Експлікація обладнання принципової схеми

Рисунок 2.3 – Фрагмент схеми з’єднань:

8 – порядковий номер; КТЗ – позиційне позначення виробу; 1-8 – вивідні затискачі.

Схеми з'єднань - це схеми, в яких зображають з'єднання складових частин автоматизованої установки або виробу, а також показують проводи, кабелі, джгути або трубопроводи.

Адресний спосіб

Так, для кола 7 запис означає, що затискач 6 приладу КМ1 з'єднується з затискачем 4 приладу КМ2, який, в свою чергу, повинен бути з'єднаний з затискачем 3 пристрою КМЗ.

Таблиця 2.3 - Адресний спосіб запису з'єднань

Номер кола	З’єднання
	- -

Графічний спосіб

Рисунок 2.4 – Фрагмент схем з’єднань

Виріб 4 з позиційним номером КТ1 під'єднується до плати ХТ1 до контакту 811 по колу І, а по колі 2 з затискачем 812 виріб 5. Виріб 4 » позиційним номером КТ1 під'єднується до плати кола 10 по проводу * до контакту 103 і по проводу 4 до контакту 104 кола 70...

Вибір засобів автоматизації

Технічні засоби автоматизації призначені для автоматичного ке­рування електротехнічним обладнанням, а також контролю за проце­сами, потоковими лініями та регулюванням параметрів цих процесів.

Від правильного вибору технічних засобів автоматизації залежить надійність роботи і збереження обладнання в цілісності, кількості, якісні і економічні показники виробничих процесів.

Технічні засоби автоматизації поділяють на стандартні та
нестандартні, тому в більшості випадків стандартні засоби (кінцеві
вимикачі, виконавчі механізми, реле часу, мікроконтролери....)
вибирають, а нестандартні (випрямлячі, трансформатори, понижуваль-
ні резистори) - розраховують.

Вибір датчиків

Для контролю та вимірювання параметрів технологічних проце­сі» використовують первинні перетворювачі вхідних величин (датчи­ки). Датчики вибирають:

за родом фізичних процесів: електричні, електромашинні, феро­магнітні, радіоактивні, електротеплові, електронні, іонні;

за принципом перетворення вхідної величини: параметричні, генераторні;

за напругою живлення датчика;

за чутливістю датчика;

за конструктивним виконанням датчиків;

за силою струму та іншим параметрам вхідної величини;

за виконанням;

за габаритами датчика.

Вибір підсилювачів

Для підсилення вихідного сигналу з датчика або слабкого про­міжного сигналу керування використовуються підсилювачі. Підсилю­вач - це пристрій, який підсилює вхідну величину за рахунок стороннього джерела енергії.

Підсилювачі вибирають за такими параметрами:

· за принципом дії: електронні, магнітні, електромашинні, тиратронні, пневматичні, гідравлічні;

· за вихідною потужністю підсилювача;

· за коефіцієнтом підсилення: тисячі, сотні тисяч і більше раз;

· за формою характеристики: лінійні, нелінійні;

· чутливістю;

· за величиною сигналу мережі живлення або вхідного сигналу.

Вибір електромагнітних реле

Електромагнітні реле призначені для комутації кіл керування або ввімкнення споживачів струмом не більше 5А.

Електромагнітні реле вибирають за такими параметрами: родом струму керування:

• постійного;

• змінного;

частотою змінного струму:

• промислової частоти;

• високої частоти;

комутаційною здатністю:

• низькострумні;

• середньої потужності;

• сильного струму;

кількістю обмоток: однієї, двох і більше;

кількості контактів і контактних груп;

тривалістю дії: без інерційні, нормальної, миттєвої дії, швидкої дії, повільної дії;

направленням спрацювання струму:

• нейтральні;

• поляризовані;

• дистанційні перемикачі;

видом руху клапана якоря:

• клапанного типу;

• лінійного переміщення;

• з магнітокерованими контактами;

• з поворотним якорем;

формою магнітного кола:

• П - подібне;

• Ш - подібне;

• соленоїдного типу;

величиною напруги на обмотках і контактах;

величиною струму на контактах;

Вибір виконавчих механізмів і регуляторів

Для перетворення команд керування з пристроїв автоматики на кінцеву дію, або операцію використовують виконавчі механізми та регулятори. Виконавчі механізми і регулятори вибирають за такими параметрами:

видом енергії: електричні, гідравлічні, пневматичні;

зусиллям переміщення регулюючого органу; параметрами спрацювання; строком служби;

вхідною величини і її параметрами;

принципом дії: безперервної, тимчасові;

параметрами регулювання;

конструктивним виконанням;

характером дії: одно -, дво-, трипозиційної дії.

Вибір мікропроцесорних пристроїв і мікроконтролерів

У системах автоматичного управління і контролю сільсь­когосподарського виробництва та переробній галузі використовують різні цифрові пристрої. Перш за все, це відноситься до систем обробки даних за допомогою обчислювальної техніки. Крім того, технологічні процеси і операції потребують надійної автоматизації, що

досягається за рахунок використання мікропроцесорних пристроїв і мікроконтролерів.

Мікропроцесорні пристрої вибирають згідно з вимогами:

• технології виробництва;

• вихідних сигналів з датчиків (дискретні, аналогові, цифрові);

• законами регулювання:

П - з жорстким зворотним зв'язком за положенням регулюючо­го органу;

ПІ - з гнучким зворотним зв'язком за вихідною величиною фор­муючого електронного блоку;

ПІД - у регуляторах додатково використовують зовнішні диференціатори.

• інтерфейсом (при необхідності);

• вихідної величини з пристрою (реле, транзисторний, оптосимістор тощо);

• родом струму (змінний, постійний);

• напруги мережі;

• об'єднання обладнання в автоматизовану систему;

• ступенем захисту.

Вибір перетворювача інтерфейсів

Перетворювачі інтерфейсів призначені для організації апаратно­го забезпечення обміну інформацією за каналами послідовного двосто­роннього зв'язку між ЕОМ, мікропроцесорними контролерами та іншими пристроями вводу-виводу, в системах,

де потрібне підклю­чення пристрою (мережі пристроїв) з інтерфейсами Ї18-485, 118-422, І18-232с, У8В. Перетворювачі інтерфейсів вибирають згідно з вимогами:

• за призначенням;

• видом інтерфейсу ЕОМ (RS-232c, USB тощо), контролерів;

• за відстанню від ЕОМ до мікропроцесорних контролерів;

• родом струму і напругою живлення;

• споживаною потужністю;

• кількістю каналів перетворення;

• протоколом передачі інформації;

• швидкістю каналів передачі;

• об'ємом буфера обміну;

• програмним забезпеченням і операційною системою ЕОМ;

• типом ліній зв'язку 2-, 4- провідна;

• кількістю приймачів-передавачів на одному сегменті мережі;

• наявністю ланцюгів захисту;

• габаритними розмірами;

• ступенем захисту і категорією розміщення.

У рисунку 2.5 зображено вітчизняні перетворювачі інтерфейсів, основні технічні дані занесені в таблиці 2.4

Рисунок 2.4 Перетворювачі інтерфейсів:

а – БПІ – 485; б – БПІ – 2К; в – БПІ – 52

Таблиця 2.4 Основні технічні дані

Технічні характеристики БПІ-485

Кількість каналів перетворення: І

Гальванічна ізоляція: трирівнева (за входом, виходом, живленням).

Напруга ізоляції: 1000 В.

Живлення: від мережі постійного струму від 20 до 30 в. Споживана потужність: не більше 2 Вт (65 ма). Корпус (ВхШхГ): 44x92x130 ІР 30.

Кріплення: рейка ОІЮ5х7,5 ЕШ0022_? маса: не більше 0,23 кг.

Технічні характеристики БШ-5х

Кількість каналів перетворення: 1.

Гальванічна ізоляція: трирівнева (за входом, виходом, живленням).

Напруга ізоляції: 1000 в.

Живлення: від мережі постійного струму від 20 до 30 в. Споживана потужність: не більше 2 Вт (65 ма). Корпус (ВхШхГ): 75x26x120 ІР 30.

Кріплення: рейка Оіп35х7.5 Еп50022, маса: не більше 0,23 кг.

Технічні характеристики БПІ - 2К

Кількість каналів перетворення: 2.

Гальванічна ізоляція: трирівнева (за входом, виходом, живленням).

Живлення: від мережі постійного струму від 20 до ЗО в. Споживана потужність: не більше 2 Вт (80 ма). Корпус (ВхІІІхГ): 44x92x130 ІР 30.

Кріплення: рейка Оіп35х7.5 Еп50022, маса: не більше 0,23 кг.

Вибір ліній зв'язку і фізичного інтерфейсу (конекторів)

Для об'єднання пристроїв автоматики в єдину автоматизовану систему використовуються кабельні, провідникові, оптоволоконні лінії зв'язку. Залежно від виду ліній зв'язку, для підключення лінії до пристрою або до ЕОМ використовується фізичний інтерфейс (пристрої з'єднання - конектори). Лінії зв'язку вибирають за такими ознаками:

• видом інтерфейсу (паралельний, послідовний) або способом під'єднання датчиків до пристроїв автоматики;

• видом передаючих жил (металеві, оптоволоконні);

• типу лінії зв'язку: симетрична 4- дротяна і 2- дротяна;

• максимальною довжиною лінії зв'язку;

• напругою ізоляції провідників.

Фізичний інтерфейс (конектори) вибирають:

• за видом інтерфейсу (паралельний, послідовний);

• залежністю від моделі й марки ЕОМ;

• відповідно до пристроїв з'єднання в контролерах і пристроях автоматики;

• за кількістю провідників у лінії зв'язку;

• за способом монтажу.

Далі показані основні фізичні інтерфейси, які найбільше використовуються в системах автоматики і відповідають міжнародним стандартам. У таблицях з коментарями показано номер ніжки (ріп), колір провідника і призначення лінії (в таблицях коментарі написано англійською мовою, для того щоб студент засвоював спеціальну символіку і термінологію).

Таблиця 2.5 – Конектор VGA (9)

Pin	Name	Dir	Description	Connector
	RED	→	Red Video
	GREEN	→	Green Video
	BLUE	→	Blue Video
	HSYNC	→	Horizontal Sync
	VSYNC	→	Vertical Sync
	RGND	­___	Red Ground
	GGND	___	Green Ground
	BGND	___	Blue Ground
	SGND	___	Sync Ground

Таблиця 2.6 – Конектор Universal Serial Bus (USB)

Pin	Name	Description	Connector
	VBUS	+5VDS
	D-	Data-
	D+	Data+
	GND	Ground

Таблиця 2.7 - Конектор Ethernet 1000 Base – T

Pin	Name	Description	Connector
	BI_DA+	Bi-directional pair A+
	BI_ DA-	Bi-directional pair A-
	BI_DB+	Bi-directional pair B+
	BI_DC+	Bi-directional pair C+
	BI_DC-	Bi-directional pair C-
	BI_DB-	Bi-directional pair B-
	BI_DD+	Bi-directional pair D+
	BI_DD-	Bi-directional pair D-

Таблиця 2.8 – Конектор 5.25 Power

Pin	Name	Color	Description	Connector
	+12V	Yellow	+12VDC
	GND	Black	+12 V Ground (Same as +5 V Ground)
	GND	Black	+5 V Ground
	+5V	Red	+5 VDC

Таблиця 2.9 – Конектор EIA – 449 (RS-449) Secondary

Pin	Name	RS232	V.24	Dir	Description	Connector
		n/a		___	Shield
	SSR	SRR		←	Secondary Receiver Ready
	SSD	SSD		→	Secondary Sent Data
	SRD	SRD		←	Secondary Receive Data
	SG	SG		___	Signal Ground
	RC	RC	102b	___	Receive Common
	SRS	SRS		→	Secondary Request To Send
	SCS	SCS		←	Secondary Clear To Send
	SC	SC	102a	­­___	Send Common

Таблиця 2.10 – Конектор RS-232D

Pin	Name	Dir	Description	Connector
	DSR/RI	←	Data Set Ready/ Ring Indicator
	CD	←	Carrier Detect
	DTR	→	Data Terminal Ready
	GND	___	System Ground
	RXD	←	Receive Data
	TXD	→	Transmit Data
	CTS	←	Clear to send
	RTS	→	Request to send

Таблиця 2.11 – Конектор Mouse (PS/2)

Pin	Name	Dir	Description	Connector
	DATA	↔	Key Data
	n/c		Not Connected
	GND	___	Ground
	VCC	→	Power, +5VDC
	CLK	→	Clock
	n/c		Not Connected

Таблиця 2.12 – Конектор Keyboard (6 PC, PS/2)

Pin	Name	Dir	Description	Connector
	DATA	↔	Key Data
	n/c		Not Connected
	GND	___	Ground
	VCC	→	Power, +5VDC
	CLK	→	Clock
	PWR on	←	Power on, used on Siemens Nixdorf/Fujitsu Siemens connected to pin 3 when pressed

Таблиця 2.13 – Конектор Macintosh RS

Pin	Name	Dir	Description	Connector
	HSKo	→	Output Handshake
	HSKi/CLK	←	Input Handshake or External Clock
	TXD-	→	Transmit Data(-)
	GND	___	Ground
	RXD-	←	Receive Data(-)
	TXD+	→	Transmit Data(+)
	GPi	←	General Purpose Input
	RXD+	←	Receive Data(+)

Таблиця 2.14 – Конектор RS232 9 pin

Pin	Name	Description	Connector
		Shield
	RTS+	Request to Send+
	RTS-	Request to Send-
	TXD+	Transmit Data+
	TXD-	Transmit Data-
	CTS+	Clear to Send+
	CTS-	Clear to Send-
	RDX+	Received Data+
	RDX-	Received Data-

3. Складання алгоритму керування процесом

Алгоритмом називається визначена послідовність команд і операцій на виконання завдання автоматизації.

Процес вирішення завдання автоматизації на ЕОМ складається з таких етапів:

· постановки завдання автоматизації;

· вибору або розробки алгоритму рішення завдання (відповідно до технологічного процесу);

· представлення алгоритму у вигляді структурної схеми;

· програмування або написання завдання на програмування;

· налаштування програми на конкретне обладнання

Таблиця 3.1 Умовні позначення блок – схеми

Опис умовного позначення	Умовне зображення
1. Початок або кінець операції
2. Ввід і вивід даних
3 Ручна операція
4. Операції або групи операцій
5. Логічний блок
6. Напрямок ходу операції
7. Указник продовження схеми на даній Сторінці

Продовження таблиці 3.1

8. Указник продовження схеми на наступній сторінці

3.2 Розробка завдання на програмування контролера

Для керування складними технологічними процесами і опера­ціями, де використання стандартного обладнання ускладнюється, використовуються багатофункціональні програмовані мікроконтролери та реміконти. Програмовані пристрої розкривають широкі мож­ливості для керування різними процесами одним пристроєм, який може бути підключений до комп'ютерної системи через інтерфейс RS-485, RS-422, RS-232c, USB, але для цього необхідно розробити комп'ютерну програму, яка б подавала команди на виконання процесу згідно з алгоритмом. Якщо виникає складність написання програми, її можна замовити виробнику мікроконтролера, для цього необхідно розробити завдання на написання програми. Завдання на програму­вання розробляється на основі алгоритму виконання технологічного процесу, або операції, та складається з таких пунктів:

1. Призначення і склад апаратури:

• вказати призначення апаратури;

• вказати, яке обладнання входить у склад автоматичної системи;

• вказати необхідність використання зв'язку з комп'ютером;

• можливості виходів (дискретні, аналогові, цифрові, ОС, ОТ...);

• необхідність з'єднувальних шнурів різних типів (до комп'ю­тера, виконавчих механізмів, до датчиків. Вказати маркування за

каталогом);

• вказати порти з'єднання з комп'ютером: 1*8232, 118485 (за необхідності).

2. Які функції повинна виконувати апаратура:

• вимірювання технологічних параметрів;

• відображати на табло або на комп'ютері параметри процесу;

• виконувати регулювання параметрів при відхиленні від еталонних;

• вмикати і вимикати виконавчі механізми згідно з алгоритмом;

• працювати в ручному і автоматичному режимах, також у режимі налагодження;

• сигналізувати світловою або звуковою сигналізацією про роботу, аварію, кінець чи початок роботи;

• можливість ручного налагодження, регулювання або корекції параметрів процесу.

Де буде розташована апаратура автоматизованої системи?

Таблиця 3.2 Характеристика регуляторів і мікро контролерів

Продовження таблиці3.2

Продовження таблиці 3.2

Продовження таблиці 3.2

Продовження таблиці 3.2

Продовження таблиці 3.2

Продовження таблиці 3.2