В данной работе представлен проект автоматизированной системы управления технологическим процессом получения полиарилатов. Разработан комплекс технических средств на базе промышленного компьютера стандарта PICMG, охватывающий технологический и диспетчерский уровни управления. В работе произведен расчет информационной нагрузки, подбор плат ввода-вывода, выбор аппаратных компонентов и программного обеспечения (MasterSCADA 4D, Windows 10).
- Титульный лист
- Задание на курсовую работу
- Исходные данные:
- Содержание графического материала:
- Аннотация
- Содержание
- 1 Краткая характеристика технологического процесса
- 2 Техническое обеспечение автоматизированной системы управления
- 2.1 Анализ информационной нагрузки и подбор плат ввода-вывода
- Продолжение подбора плат
- 2.2 Дополнительное оборудование для плат ввода-вывода
- 2.3 Выбор конструкции компьютера
- 2.4 Дополнительное оборудование для компьютера
- 3 Программное обеспечение автоматизированной системы управления
- 3.1 Операционная система
- 3.2 Драйверы процессорной платы
- 3.3 Программное обеспечение плат ввода-вывода
- 3.4 Система SCADA
- Выводы
Титульный лист
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА»
ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра: АВТОМАТИЗАЦИЯ, ЭНЕРГЕТИКА, МАТЕМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Разработка комплекса технических средств АСУТП на основе промышленного компьютера
(наименование темы проекта или работы)
Вариант 43: Автоматизация процесса получения полиарилатов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине «ЭВМ в системах управления»
СТУДЕНТ: Иванов И.И. (АТПП-16з)
РУКОВОДИТЕЛЬ: Токарев С.В.
2019 г.
Задание на курсовую работу
Студент: Иванов Иван Иванович (АТПП-16з)
Тема: Разработка комплекса технических средств АСУТП на основе промышленного компьютера. Вариант 43: Автоматизация процесса получения полиарилатов
Исходные данные:
- Функциональная схема автоматизации технологического процесса.
- Информационная нагрузка: аналоговых входов (AI) — 39; аналоговых выходов (AO) — 32; дискретных входов (DI) — 51; дискретных выходов (DO) — 57.
- Основа промышленного компьютера: процессорная плата стандарта PICMG.
- Компоненты: промышленный корпус, блок питания, совместимые компоненты (в свободной продаже).
- Устройства связи: платы ввода-вывода PCI/PCI Express, дополнительное оборудование (клеммные адаптеры, кабели).
- Периферийное оборудование: принтер, ИБП.
Содержание графического материала:
- Структурная схема комплекса технических средств (чертеж, А4).
- Видеокадр системы визуализации (рисунок, А4).
Аннотация
Курсовая работа посвящена проектированию автоматизированной системы управления технологическим процессом получения полиарилатов в части разработки комплекса технических средств, охватывающего средний (технологическое управление) и верхний (диспетчерской управление) уровни автоматизации. Нижний уровень автоматизации (средства полевой автоматики) в курсовой работе не рассматривается и представлен обобщенной информационной нагрузкой на систему управления.
В курсовой работе проектируется двухуровневая система управления на основе промышленного компьютера, объединяющего функции технологического и диспетчерского управления. Конструктивно промышленный компьютер выполнен на основе процессорной платы стандарта PICMG и дополнен устройствами связи с объектами автоматизации в виде установленных в компьютер плат ввода-вывода сигналов полевой автоматики.
Курсовая работа состоит из пояснительной записки на 27 листах формата А4, содержащей 6 таблиц, 7 рисунков и списка литературных источников из 28 наименований, и графической части, представленной чертежом структурной схемы комплекса технических средств формата А4 и рисунка видеокадра формата А4.
Содержание
- 1 Краткая характеристика технологического процесса — 7
- 2 Техническое обеспечение автоматизированной системы управления — 8
- 3 Программное обеспечение автоматизированной системы управления — 18
- Выводы — 21
- Список литературных источников — 22
- Графическая часть — 25
1 Краткая характеристика технологического процесса
Синтез полиарилата ДВ эмульсионного проводится в реакторе 1 вместимостью 160 дм3. Перед проведением синтеза отбирается проба тетрагидрофурана (ТГФ) из соответствующего приемника на анализ в ЦЛ по показателю «массовая доля влаги в ТГФ». По результату анализа рассчитываются количества влажного ТГФ и дистиллированной воды или конденсата, необходимые для проведения синтеза полиарилата ДВ. Расчетное количество влажного ТГФ из приемника передается в мерник 2 при помощи насоса. Расчетное количество дистиллированной воды или конденсата из сборника конденсата передается в мерник 3 при помощи насоса.
В реактор 1 заливаются самотеком по трубопроводу дистиллированная вода или конденсат из мерника 3, затем влажный ТГФ из мерника 2, и плавно включается электродвигатель привода мешалки. Раствор диана, хлористого натрия и щелочи готовится в реакторе 1. Для этого: через сухую воронку в загрузочный люк реактора 1 засыпаются навески хлористого натрия, гидроокиси натрия, диана и открывается подача захоложенной воды в рубашку реактора 1 на охлаждение. Растворение и охлаждение компонентов проводится при перемешивании в течение (20 ± 2) мин. Температура в реакторе 1 в конце растворения должна быть не более 20 °С. После слива в реактор 1 влажного ТГФ в рубашку плавителя 20 подается пар.
За 10 минут до окончания растворения диана в плавитель 20 загружается навеска терефталоилхлорида (ТФХ), через 5 минут – навеска изофталоилхлорида (ИФХ). Расплавление навесок ТФХ и ИФХ в плавителе 20 проводится при температуре (85 ± 3) °С.
По окончании растворения компонентов в реактор 1 через загрузочный люк сливается расплав смеси ТФХ и ИФХ из плавителя 20. Синтез полиарилата ДВ проводится при температуре (10 – 15) °С в течение (10 ± 5) мин. По окончании синтеза для нейтрализации остатков щелочи через загрузочный люк реактора 1 заливается навеска ортофосфорной кислоты при помощи мерной фарфоровой кружки и при перемешивании и температуре (10 – 15) С в течение (3 ± 1) мин идет нейтрализация реакционной массы. По окончании нейтрализации проводится выгрузка полиарилата ДВ из реактора 1.
| Вид информационного канала | Количество |
|---|---|
| Аналоговые входы (AI) | 39 |
| Аналоговые выходы (AO) | 32 |
| Дискретные входы (DI) | 51 |
| Дискретные выходы (DO) | 57 |
| Всего информационных каналов: | 179 |
2 Техническое обеспечение автоматизированной системы управления
2.1 Анализ информационной нагрузки и подбор плат ввода-вывода
В настоящее время на рынке существует большой выбор устройств связи с объектами, выполненных в виде обыкновенных плат расширения для непосредственной установки вовнутрь компьютера. В последние годы наибольшее распространение получили платы ввода-вывода, подключаемые к шинам PCI, либо PCI Express [1].
Согласно заданию количество аналоговых входных сигналов составляет 39 штук. Среди подходящих моделей остановимся на плате Advantech PCIE-1805-AE, поддерживающей 32 потенциальных аналоговых входа [3].
Поскольку плата покрывает 32 канала из 39, будем использовать две платы Advantech PCIE-1805-AE.
| Канал | Количество по заданию | Advantech PCIE-1805-AE | Количество по платам |
|---|---|---|---|
| AI | 39 | 32 | 32 |
| AO | 32 | — | — |
| DI | 51 | — | — |
| DO | 57 | — | — |
| Σ | 179 | — | 32 |
Для аналогового вывода (32 канала) выбираем плату Advantech PCIE-1824-AE [4].
| Канал | Количество по заданию | Advantech PCIE-1805-AE | Advantech PCIE-1824-AE | Количество по платам |
|---|---|---|---|---|
| AI | 39 | 32 | — | 32 |
| AO | 32 | — | 32 | 32 |
| DI | 51 | — | — | — |
| DO | 57 | — | — | — |
| Σ | 179 | — | — | 64 |
Продолжение подбора плат
Для дискретного ввода (51 сигнал) выбираем плату Advantech PCI-1733 (32 входа) [5].
| Канал | Количество по заданию | Advantech PCIE-1805-AE | Advantech PCIE-1824-AE | Advantech PCI-1733 | Количество по платам |
|---|---|---|---|---|---|
| AI | 39 | 32 | — | — | 32 |
| AO | 32 | — | 32 | — | 32 |
| DI | 51 | — | — | 32 | 32 |
| DO | 57 | — | — | — | — |
| Σ | 179 | — | — | — | 96 |
Для дискретного вывода (57 сигналов) выбираем плату Advantech PCI-1734 (32 выхода) [5].
| Канал | Задание | PCIE-1805-AE (x2) | PCIE-1824-AE | PCI-1733 (x2) | PCI-1734 (x2) | Итого |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AI | 39 | 64 | — | — | — | 64 |
| AO | 32 | — | 32 | — | — | 32 |
| DI | 51 | — | — | 64 | — | 64 |
| DO | 57 | — | — | — | 64 | 64 |
| Σ | 179 | — | — | — | — | 224 |
2.2 Дополнительное оборудование для плат ввода-вывода
Для подключения линий связи выбираем клеммные адаптеры ADAM-3962-AE (для аналоговых) и ADAM-3937 (для дискретных) с соответствующими кабелями [6-9].
2.3 Выбор конструкции компьютера
Для обеспечения возможности установки всех плат выбираем конструкцию на основе процессорной платы стандарта PICMG 1.3 — Arbor HiCORE-i89Q2-V-x1 [10].
В качестве объединительной платы используем Advantech PCE-5B10-04A1E [11].
2.4 Дополнительное оборудование для компьютера
Выбранные компоненты: процессор Intel Core i7-7700, 16 ГБ ОЗУ (AMD Radeon R7), SSD Kingston 256 ГБ, HDD Toshiba 1 ТБ (RAID1), корпус Advantech ACP-4320BP-00C, блок питания Advantech PS8-500ATX-BB, монитор Advantech FPM-221W-P1AE, ИБП Powercom King Pro KIN-600AP RM [12-23].
| Наименование | Производитель | Модель | Кол-во |
|---|---|---|---|
| Объединительная плата | Advantech | PCE-5B10-04A1E | 1 |
| Процессорная плата | Arbor | HiCORE-i89Q2-V-x1 | 1 |
| Аналоговый ввод | Advantech | PCIE-1805-AE | 2 |
| Аналоговый вывод | Advantech | PCIE-1824-AE | 1 |
| Клеммный адаптер | Advantech | ADAM-3962-AE | 3 |
| Кабель | Advantech | PCL-10162-1E | 3 |
| Дискретный ввод | Advantech | PCI-1733 | 2 |
| Дискретный вывод | Advantech | PCI-1734 | 2 |
| Клеммный адаптер | Advantech | ADAM-3937 | 4 |
| Кабель | Advantech | PCL-10137-1E | 4 |
| Процессор | Intel | Core i7-7700 | 1 |
| Вентилятор | Intel | E97379-003 | 1 |
| Оперативная память | AMD | R744G2133U1S-U | 4 |
| Внешняя память SSD | Kingston | A400-R KC-S44256-6F | 1 |
| Внешняя память HDD | Toshiba | P300 HDWD110UZSVA | 2 |
| Корпус | Advantech | ACP-4320BP-00C | 1 |
| Блок питания | Advantech | PS8-500ATX-BB | 1 |
| Монитор | Advantech | FPM-221W-P1AE | 1 |
| Клавиатура/Мышь | Logitech | Desktop MK120 | 1 |
| ИБП | Powercom | King Pro KIN-600AP RM | 1 |
3 Программное обеспечение автоматизированной системы управления
3.1 Операционная система
Используется Microsoft Windows 10 Professional.
3.2 Драйверы процессорной платы
Необходим комплект драйверов для чипсета, звукового контроллера, сетевых адаптеров, видеоконтроллера, Intel Management Engine и RAID-контроллера.
3.3 Программное обеспечение плат ввода-вывода
Используется комплект DAQNavi/SDK, включающий драйверы и утилиты: SignalMeter, Data Logger, DAQNavi/MCM [24-27].
3.4 Система SCADA
Выбрана MasterSCADA 4D (локальная версия MSRT4D Local PRO W) [28]. Система поддерживает OPC UA, архивирование в SQL, создание мнемосхем, программирование на языках МЭК 61131-3 и C#.
Выводы
В ходе курсовой работы был разработан комплекс технических средств АСУ ТП на основе промышленного компьютера. Проектируемая система управления вырождается в двухуровневую, где промышленный компьютер используется для непосредственного управления технологическим процессом. Выбранная конфигурация плат ввода-вывода полностью покрывает заданную информационную нагрузку. Высокий уровень надежности обеспечивается резервированием важных узлов системы.