Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы Сызран

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_________________________________________________________________

А.А. Шкромадо

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Учебно-методическое пособие

по выполнению курсовой работы

Сызрань 2011

ВВЕДЕНИЕ

Современные системы автоматизации уже невозможно представить без применения парка компьютеров и контроллеров, а также оборудования на их основе. Возможности данных устройств управления позволяют применять их в автоматизации бесчисленного множества сфер (областей) деятельности человека:

автоматизации технологических процессов и производств;

автоматизации лабораторий и измерительных комплексов;

автоматизации бизнес-процессов и процессов управленческого реагирования и т.д.

В настоящее все время практически все системы автоматизации (АСУ ТП, АСУ П, АСУП и др.) построены с применением ПЛК и (или) компьютеров офисного или промышленного исполнения, что позволяет объединить их в группу компьютерных систем автоматизации (далее – КСА).

В контексте автоматизации технологических процессов и производств (что соответствует получаемой студентами специальности) в общем случае КСА чаще всего применяются для решения четырех групп задач:

сбор данных и мониторинг процесса (объекта);

автоматическое управление и регулирование;

диспетчерское управление;

противоаварийная защита (далее – ПАЗ).

Данное учебно-методическое пособие, предназначенное для оказания организационной и методической помощи студентам специализации 220301(32) «Компьютерные системы автоматизации и управления» при выполнении курсовой работы по дисциплине «Компьютерные системы автоматизации», предусматривает рассмотрение именно третьей группы. Это связано с тем, что она непосредственно включает в себя первые две и предполагает взаимодействие с четвертой группой, т.е. подразумевает:

удаленный сбор данных (параметров) и архивирование их значений (системы сбора данных);

обработку поступившей информации (например, первичная обработка: цифровая фильтрация, коррекция, масштабирование и линеаризация; обработка данных в программах);

прямое цифровое автоматическое управление и регулирование по позиционным законам, ПИД-закону (его частным случаям) или иным законам управления в локальных контурах САР;

автоматическое управление комбинациями и последовательностями событий по двухпозиционным законам;

обмен данными с оператором: визуализацию параметров и состояний процесса (объекта), получение от оператора значений уставок и команд запуска/останова/изменения режима;

получение данных от системы ПАЗ и т.д.

В ходе выполнения курсовой работы от студента требуется, опираясь на имеющиеся знания, полученные на лекционных и лабораторных занятиях, а также на материал данного пособия, спроектировать автоматизированную систему управления технологическим процессом (КСА), решающую вышеперечисленные задачи. Практическим результатом работы являются рабочий проекты КСА, выполненный в SCADA Trace Mode 6.

Структура и содержание пояснительной записки, определенной в учебно-методических указаниях к выполнению курсовой работы, составлены с учетом требований нормативной документации (ГОСТ, ОСТ, РД), регламентирующей стадии создания автоматизированной системы, принципы ее построения, а также перечень и содержание формируемой документации. Результаты выполнения курсовой работы могут быть использованы при выполнении дипломного проектирования.

Для облегчения процесса проектирования, а также с целью обеспечения необходимого уровня теоретической и практической подготовки, в пособии, помимо необходимых кратких теоретических сведений и методических указаний к выполнению, приводится подробный пример выполнения пояснительной записки к курсовой работе, а также проект КСА, выполненный в TM6.

Таким образом, в результате выполнения курсовой работы у студента должен сформироваться целостный комплекс знаний и практических навыков по проектированию систем автоматизации, который может быть применен в дальнейшем, как при выполнении выпускной квалификационной работы, так и в условиях практической инженерной деятельности.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

Цель курсовой работы – систематизация и углубление теоретических знаний, развитие практических инженерных навыков, связанных с проектированием компьютерных систем автоматизации в соответствии с требованиями нормативной документации, а также реализация программных компонентов системы, необходимых для осуществления функций автоматического регулирования, диспетчерского контроля и управления (SCADA).

Курсовая работа является завершающим этапом изучения дисциплины «Компьютерные системы автоматизации». При выполнении курсовой работы студентам настоятельно рекомендуется кроме использования материалов данного методического пособия обращаться к лекционному материалу, а также к методическим указаниям по выполнению лабораторных работ и источникам, использованным при разработке данного пособия.

Выполнение курсовой работы имеет большое значение, так как по законченной работе судят об умении студента анализировать поставленные задачи и препятствующие разработке проблемы, а также решать их в рамках имеющихся технических, программных и организационных средств.

Общими требованиями к курсовой работе являются: целевая направленность, четкость построения, логическая последовательность изложения материала, глубина исследования и полнота освещения вопросов, убедительность аргументаций, краткость и точность формулировок, конкретность изложения результатов работы, доказательность выводов и обоснованность рекомендаций, грамотное оформление.

Выполнение курсовой работы должно осуществляться преимущественно на конкретных материалах проектно-конструкторских, научно-исследовательских и производственных организаций, и исходить из реальных задач, стоящих перед производством.

В ходе выполнения работы студенту требуется решить следующие задачи:

произвести исследование объекта автоматизации;

обосновать необходимость разработки КСА;

разработать техническое задание на проектирование;

выполнить технический проект в части различных видов обеспечения КСА (техническом, информационном, математическом, программном и т.д.);

произвести разработку и конфигурацию программного обеспечения (проекта) в SCADA Trace Mode 6 как итоговую реализацию сделанных выводов и произведенных расчетов.

Выполнение необходимых схем должно производиться в соответствии с ГОСТами (см. соответствующие пояснения к подразделам) и выполняться в программах MS Visio или КОМПАС.

Практическим результатом выполнения курсовой работы является разработанное программное обеспечение КСА, выполненное с учетом сделанных студентом выводов, реализованных схем и произведенных расчетов. Программное обеспечение должно включать в себя экраны оператора, программы контроля и управления, программы имитации сигналов от датчиков (протекание технологического процесса) и поведения исполнительных устройств, необходимые отчеты, архивы и т.д. в соответствии с требованиями, сформулированными в техническом задании.

Разработка программного обеспечения должна осуществляться в инструментальной системе SCADA Trace Mode 6 базовой версии. Программы разрабатываются на любых языках стандарта МЭК 61131-3, предназначенных для программирования ПЛК (ST, FBD, IL, LD, SFC). Программы имитации выполняются отдельно от программ контроля и управления (не совмещаются в одной программе).

Готовый проект должен быть полностью работоспособным и отражать всю специфику управления рассматриваемым технологическим процессом. Управляющие воздействия со стороны оператора должны приводить к реакциям исполнительных устройств и изменению протекания процесса, аналогичным реальным

Курсовая работа тесно связана с дипломным проектированием, в связи с чем, содержит ряд фундаментальных для соответствующей инженерной подготовки вопросов (в рамках специализации). Студенту целесообразно с самого начала выполнения курсовой работы выбрать тематику, соответствующую планируемой для выпускной квалификационной работы; ту, по которой имеются наработки в рамках пройденной учебной и производственной практик.

ТЕМАТИКА, СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Тема курсовой работы избирается студентом самостоятельно, исходя из личных предпочтений, сферы научных интересов, а также практического опыта и наличия необходимых исходных данных. При этом тематика курсовой работы должна относиться к области автоматизации технологических процессов или производств вне зависимости от отрасли (не рекомендуется использование процессов нефтегазовой отрасли) или сферы применения.

В качестве темы может быть выбрана разработка компьютерной системы автоматизации любого промышленного технологического процесса или объекта. При этом со стороны студента целесообразно использовать в качестве темы курсовой работы предполагаемую тематику дипломного проекта, поскольку курсовая работа содержит в себе многие элементы, содержащиеся и в дипломном проекте.

Следует выбирать объекты автоматизации (или их части — модули, блоки, секции) с адекватным уровнем сложности и числом параметров, которые технически возможно рассмотреть в ограниченном объеме курсовой работы.

В качестве исходных данных, необходимых для написания курсовой работы, необходимо принимать следующее:

краткое описание технологического процесса;

принципиальные или функциональные технологические схемы;

перечень контролируемых и регулируемых параметров с указанием номинальных (предельных) значений;

графики переходных процессов (кривые разгона) регулируемых параметров объекта автоматизации;

функциональная схема автоматизации и перечень выполняемых АСУ функций (при наличии исходной системы автоматизации).

В случае наличия у студента затруднений с выбором тематики курсовой работы самостоятельно, возможно использование в качестве темы типового задания на курсовую работу, выдаваемого руководителем.

Рекомендуется формулировать тему курсовой работы следующим образом: «Разработка компьютерной системы автоматизации…», далее идет название процесса или объекта автоматизации. Если проектируемая КСА имеет четко выраженную направленность (основную задачу), это также может быть отражено в названии. Например, «Разработка компьютерной системы автоматизации управления процессом подогрева резервуаров вязких нефтепродуктов» или «Разработка компьютерной системы автоматизации управления уличным освещением». В связи с наличием связи с дипломным проектом, рекомендуется выбирать темы, связанные с разработкой КСА, ориентированных на регулирование определенных технологических параметров и управление процессом или объектом.

Помимо разработки новых КСА допускается проведение модернизации существующих систем в контексте структуры курсовой работы.

Курсовая работа представляется в виде расчетно-пояснительной записки (РПЗ). Объем РПЗ составляет 30-40 листов машинописного текста на листах формата А4. Выполнение графической части не требуется.

Рекомендуется излагать содержание курсовой работы в соответствии со следующей структурой:

Введение

Исследование объекта и обоснование необходимости создания КСА

Описание объекта автоматизации

Изучение объекта и обоснование необходимости создания КСА

Проведение научно-исследовательских работ

Техническое задание на разработку КСА

Назначение и цели создания системы

Характеристика объекта автоматизации

Требования к структуре и функционированию системы

Требования к функциям, выполняемым системой

Технический проект

Схема функциональной структуры

Структурная схема комплекса технических средств

Схема автоматизации

Информационное обеспечение

Перечень входных сигналов и данных

Перечень выходных сигналов (документов)

Математическое обеспечение

Математическая модель объекта

Результаты научно-исследовательских работ

Описание методики и расчет параметров настройки регуляторов

Программное обеспечение

Структура программного обеспечения

Функции частей программного обеспечения

Рабочий проект. Разработка и конфигурация программного обеспечения

Схемы и общее описание алгоритмов программ

Текст (код) программ с комментариями. Реализация программ

Разработка представления данных (экранов оператора)

Создание и конфигурирование базы каналов

Ввод в действие. Опытная эксплуатация

Заключение

Список использованных источников

Предложенная структура опирается на рекомендуемые стадии разработки АСУ ТП в соответствии с ГОСТ 34.601 «Автоматизированные системы. Стадии создания», ГОСТ 34.201-89 «Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем», а также руководящий документ РД 50-34.698-90 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов». Исключение каких-либо пунктов из предложенной структуры не допускается.

ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Расчетно-пояснительная записка оформляется в соответствии с существующими стандартами на листах формата А4 по ГОСТ 2.301 (без рамки, основной надписи и дополнительных граф к ней) на одной стороне листа машинописным способом. Текст РПЗ набирается на компьютере шрифтом Times New Roman, кегль шрифта – 14 pt, одинарный межстрочный интервал. Поля сверху и снизу– 20 мм, слева – 30 мм, справа –15 мм.

Первый лист РПЗ является титульным листом, который не нумеруется. Образец оформления титульного листа приведен в приложении П1. На первом (заглавном) листе РПЗ помещают содержание. Слово «Содержание» записывают в виде заголовка симметрично к тексту с прописной буквы. Далее с абзаца приводят наименования разделов, подразделов и приложений РПЗ и указывают номера листов, с которых они начинаются.

Схемы, рисунки и программный код оформляются на компьютере в масштабе, позволяющем ясно различить их элементы. Оформление программного кода и алгоритмов производится в соответствии с требованиями ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). Описание алгоритма в виде текста приводят в соответствии с требованиями ГОСТ 24.301-80.

Излагать материал в РПЗ следует от первого лица множественного числа (определяем, выбираем, принимаем и т.д.) или использовать неопределенную форму (определяется, выбирается, принимается и т.п.).

Нумерация страниц документа, включая приложения, должна быть сквозная по всему тексту. Номера страниц проставляются в правом верхнем углу без точки в конце. На титульном листе и содержании номер страницы не ставится, а только подразумевается.

Абзацы в тексте начинают отступом от края левого поля, равным 15 мм. Цифры, указывающие номера разделов, пунктов, подпунктов, также проставляют с отступом.

Структурными элементами основной части документа являются разделы, подразделы, пункты, подпункты и перечисления. Разделы должны иметь порядковые номера в пределах всего документа, обозначенные арабскими цифрами без точки. Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких пунктов. Номер пункта должен состоять из номеров раздела, подраздела и пункта, разделенных точками. Пункты, при необходимости, могут быть разбиты на подпункты, которые должны иметь порядковую нумерацию в пределах каждого пункта. После последней цифры номера подраздела, пункта, подпункта точка не ставится, например: 4.2, 4.2.1, 4.2.1.3 и т.д. Четырехзначная нумерация является предельной.

Заголовки разделов и подразделов следует печатать с абзацного отступа строчными буквами (первая – прописная) без точки в конце, не подчеркивая. Заголовки разделов выполняются шрифтом Times New Roman размером 16 пт, подразделов, пунктов и подпунктов – 14 пт. Выравнивание заголовков производится по центру.

Перенос слов в заголовках не допускается. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. Точку в конце заголовков не ставят. Печатать заголовки полужирным (bold) шрифтом не допускается.

Расстояние между заголовком и текстом должно быть равно 3 интервалам. Расстояние между заголовками раздела и подраздела − 2 интервала.

Каждый раздел пояснительной записки рекомендуется начинать с новой страницы (к разделам приравниваются: введение, заключение, список литературы, приложения). Не следует размещать текст между заголовками раздела и подраздела, между заголовками подраздела и пункта, между заголовками пункта и подпункта.

В формулах в качестве символов следует применять обозначения, установленные соответствующими государственными стандартами. Пояснение символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, если они не пояснены ранее в тексте, должны быть приведены непосредственно под этой формулой. Пояснения каждого символа следует давать с новой строки в той последовательности, в которой символы приведены в формуле.

Первая строка пояснения должна начинаться со слова «где», без двоеточия после него.

Переносить формулы на следующую строку допускается только на знаках выполняемых операций, причем знак в начале следующей строки повторяют. Высота цифр должна быть не менее 2,5 мм.

Формулы в тексте документа, за исключением формул, помещаемых в приложении, должны нумероваться сквозной нумерацией арабскими цифрами, которые записывают на уровне формулы справа в круглых скобках. Допускается нумерация формул в пределах раздела. В этом случае номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенных точкой, например (3.1) – первая формула третьего раздела.

Ссылки на порядковые номера формул, если это необходимо, дают в круглых скобках, например, … в формуле (1).

Иллюстрации оформляются по ГОСТ 2.105. Иллюстрации следует обозначать словом «Рисунок» и нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерации. Если рисунок один, то он обозначается «Рисунок 1». Допускается нумеровать иллюстрации в пределах раздела, например – Рисунок 2.1 (первый рисунок второго раздела). На все иллюстрации документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылках на иллюстрации следует писать « … в соответствии с рисунком 2.1».

Иллюстрации должны иметь наименование, которое помещают под иллюстрацией. При необходимости, иллюстрации могут иметь пояснительные данные (подрисуночный текст). В этом случае слово «Рисунок» и наименование помещают после пояснительных данных и располагают следующим образом – «Рисунок 1 − Детали прибора».

Наименование рисунка и подрисуночный текст располагаются симметрично основному тексту (выравнивают по центру). Наименование рисунка выполняется строчными буквами (кроме первой прописной) шрифтом Times New Roman размером 12 пт, подрисуночный текст – 11 пт.

Оформление таблиц пояснительной записки выполняется по ГОСТ 2.105. Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами сквозной нумерацией в пределах документа. Допускается нумеровать таблицы в пределах раздела. В этом случае номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы в данном разделе, разделенных точкой, например: «Таблица 1.1» — первая таблица первого раздела.

Название таблицы следует помещать над таблицей. Слово «Таблица», и ее номер располагаются слева над таблицей, затем ставится тире, и печатается название таблицы. На все таблицы документа должны быть приведены ссылки в тексте документа, при ссылке следует писать слово «Таблица» с указанием её номера.

Графу «Номер по порядку» (№ п/п) в таблицу включать не допускается. Название таблицы, заголовки граф и все надписи таблицы делаются шрифтом Times New Roman размером 12 pt.

В документе следует применять стандартизированные единицы физических величин, их наименования и обозначения в соответствии с ГОСТ 8.417 — 2002 ГСИ. Применение в одном документе разных систем обозначения физических величин не допускается.

В тексте документа числовые значения величин с обозначением единиц физических величин и единиц счета следует писать цифрами. Числа без обозначения единиц физических величин и единицы счета от единицы до девяти пишутся словами.

Если в тексте приводится ряд числовых значений, то ее указывают только после последнего числового значения, например: 1,50; 1,75; 2,0 Ом.

Если в тексте документа приводят диапазон числовых значений физической величины, то обозначение единицы физической величины указываются после последнего числового значения диапазона, например: от 1 до 5 мм; от 10 до 100 кг; от плюс 10 до плюс 40°С.

Заголовок «Список использованных источников» выравнивается по центру строки и печатается с прописной буквы. В список литературы включают все источники в порядке их упоминания в тексте и нумеруют арабскими цифрами без точки. Выполнение списка и ссылки на него в тексте выполняются по ГОСТ 7.1-2003.

При использовании источника из интернета указывается полный электронный адрес используемого документа.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ. СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Исследование объекта и обоснование необходимости создания КСА

Описание объекта автоматизации

Первым этапом работы, как над курсовой работой, так и над любым проектом по разработке автоматизированной системы в соответствии с ГОСТ 34.601-90 «Автоматизированные Системы. Стадии создания» является обследование объекта автоматизации.

Подраздел «Описание объекта автоматизации», как следует из его названия, должен содержать характеристику объекта (процесса) подлежащего автоматизации, а именно:

принципы его функционирования (ход процесса);

взаимодействие объекта с внешней средой;

основные единицы технологического оборудования (элементы), входящие в состав объекта или задействованные в процессе с указанием их функции;

наиболее важные (критичные) с технологической точки зрения параметры и их номинальные значения либо диапазоны изменения с указанием единиц измерения;

способы и средства воздействия на критичные параметры технологического процесса

Источником данных могут быть материалы учебных и производственной практик, пройденных студентом, технологические регламенты процессов, паспорта и руководства по эксплуатации оборудования и т.д.

Описание представляется в текстовом виде по ГОСТ 2.105 и снабжается поясняющей принципиальной технологической или функциональной технологической схемой в соответствии с ГОСТ 2.701-2008 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» с указанием названий оборудования (отдельных элементов или групп) и потоков вещества и (или) энергии между ними. Пример функциональной комбинированной схемы приведен на рисунке 1.

При осуществлении модернизации системы автоматизации допускается помещать в данный раздел структурную схему АСУ ТП и функциональную схему автоматизации.

Описание технологических параметров и их значений целесообразно представлять в виде таблицы (см. таблицу 2) со следующими графами:

наименование параметра;

диапазон изменения;

номинальное значение (для рассматриваемого режима);

единицы измерения.

В приводимом описании следует указывать только ту часть технологического процесса, которую планируется рассматривать в курсовой работе. Следует избегать избыточной подробности не критичной для разработки КСА. Размер подраздела «Описание объекта автоматизации» не должен превышать трех страниц.

Пример выполнения подраздела «Описание объекта автоматизации»

Сущность процесса заключается в подогреве промежуточного теплоносителя, поступающего в резервуары для поддержания в них требуемой температуры нефтепродукта. В качестве теплоносителя используется термальное масло, подогреваемое посредством блочно-стационарного маслонагревательного комплекса МНК-1, являющимся по существу объектом внедрения разрабатываемой компьютерной системы автоматизации.

Характеристики комплекса приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Технические характеристики маслонагревательного комплекса МНК

Наименование

Значение

Теплопроизводительность, МВт

1-1,2

Способ нагрева жидкого теплоносителя

дымовые газы

Температура нагрева теплоносителя, °С

60-180

Вид жидкого теплоносителя

АМТ-300, ИЗ0, И40, Mobitherm 603

Количество циркулирующего нагретого масла, кг/ч, максимальное

10000

Давление масла на входе у потребителей, МПа, максимальное

0,5

Топливо:

— жидкое (дизельное)

— расход топлива, не более, кг/час

— давление топлива, МПа

— газ (попутный или природный)

— давление газа, кПа

— расход газа на горение, не более, нм3

— расход воздуха, нм3

— давление воздуха, кПа

48,4

1

3,5

60

1500

3

Температура дымовых газов, °С

200

Площадь поверхности теплообмена, м2

47

Производительность подогревателя масла, т/час

17

КПД комплекса, %

до 90

Масса основного оборудования полная, кг

8150

Габаритные размеры теплообменника (длина х ширина х высота), мм



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст