Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) на примере красильно-отделочного производства

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский государственный университет технологий и

управления имени К.Г. Разумовского

(Первый казачий  университет)

 

Сибирский казачий институт технологий и управления (филиал)

ФГБОУ ВО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского

(Первый казачий  университет)»

 

 

Кафедра проектирования и автоматизации производств

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: проектирование автоматизированных систем

тема: Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) на примере красильно-отделочного производства

выполнил (а): Матвеев Максим Владимирович

направление подготовки (специальность): 220700

группа:  423-11                                         шифр: 0-211192-С.

преподаватель:  к.т.н., доцент Пастухова Е.И.

 

 

 «____» ________________ 20____ г.             ____________________________              

 

 

 

 

Омск-2014 г.

содержание

 

 

 

Задание на разработку АСУ ТП красильно-отделочного производства трикотажных предприятий:

 

вариант задания 9 (нечетный)

1. Дать характеристику красильно-отделочного производства в текстильной и легкой промышленности. А также процессов периодического крашения кожевенно-мехового полуфабриката (рисунок 2,3) как объектов автоматизированного управления.
2. Дать описание основных функций АСУ ТП данного производства.
3. Составить блок-схему общего алгоритма функционирования АСУ ТП.
4. Дать описание структуры и состава технических средств АСУ ТП. Для децентрализованных АСУ ТП.
5. Дать описание информационного и программного обеспечения АСУ ТП.
6. Составить функциональную схему автоматизации красильного аппарата. Дать характеристику средств измерения входных и выходных параметров красильного аппарата.
7. Составить принципиальную электрическую схему контроля технологических параметров красильного аппарата, включающую схемы контроля расхода химикатов, температуры раствора в ванне, уровня раствора в ванне, начала подачи растворов и химикатов в приемный бачок, схемы управления клапаном пара, воды, сливом раствора из ванны, дозированием химикатов, схему контроля ручных операций.
8. Составить схему размещения указанных в функциональной схеме средств автоматизации и вычислительной техники на щите красильного аппарата.
9. Составить схему соединений внешних проводок для параметров красильного аппарата.

ВВЕДЕНИЕ

 

В центре современных представлений о проектирование СА находится идея комплексного системного подхода. На рисунке 3 показана классификация автоматизированных систем, которая дает представление о месте каждого класса автоматизированных систем в общей концепции комплексной автоматизации.

Рисунок 1 ─ Схема создания и освоения автоматизированного производства:

АРМ - автоматизированное рабочие место; АИС - автоматизированная информационная система; АС - автоматизированная система; АС НИЭ-АС научных исследований и экспериментов; АС ТПП - АС технологической подготовки производства; САПР - система автоматизированного проектирования; СЛА - системы локальной автоматики; ПР - промышленные работы; АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами; АСУП - АСУ предприятием; ГАП - гибкое автоматизированное производство.

Выделенные на схеме автоматизированные системы различных классов могут применяться самостоятельно, выполнять вполне определенную относительно ограниченную функцию. Однако в последние время наметилась тенденция к взаимодействию систем различных классов, «пересечению» их функций. Такое объединение (интегрирование) возможно в рамках АСУ ТП.

 

Данная курсовая работа посвящена разработке АСУ ТП красильно-отделочного производства.

 

1. Описание  схемы красильного аппарата и  графика изменения температуры

 

Красильный аппарат (рисунок 2) состоит из рабочей ванны 1, в которой осуществляется обработка полотна (кожевенно-мехового полуфабриката) 3, транспортируемого эллиптическим барабанчиком 4, получающим движение от привода главного вала красильной машины. Аппарат имеет приемный бачок 6, через который химикаты поступают в малую ванну 2, где происходит предварительное выравнивание концентрации химикатов и красителей. Малая ванна разъединена от рабочей ванны перфорированной перегородкой 5.

Рисунок 2 ─ Схема красильного аппарата.

 

На рисунке 3 представлен характерный график изменения температуры. На нем отмечены и моменты подачи химикатов и красителей. В точке А оператором или, в условиях АСУ ТП по команде от ЭВМ, с помощью локальных исполнительных средств (клапанов подачи холодной и горячей воды) устанавливаются заданные начальные значения температуры и уровня воды в рабочей ванне красильного аппарата. Точка А соответствует и началу загрузки партии полотна (полуфабриката). Длительность операции загрузки, выполняемой оператором вручную, увеличивается с ростом массы партии полотна (полуфабриката) и находится в пределах 15-30 мин. После загрузки партии в точке Б графика в ванну подаются необходимые химикаты и иногда красители.

На участке БВ путем перемешивания достигается выравнивание распределения химикатов по всему объему ванны. Далее на участке ВГ поднимается температура до номинального значения Тн, при котором осуществляется основная стадия процесса крашения. Скорость подъема температуры (крутизна участка ВГ) также является важным параметром процесса и назначается в зависимости от типа красителя и вида обрабатываемого полотна (полуфабриката). Как правило, краситель подается в ванну после стабилизации температуры на номинальном уровне (точка Д). Участок ДЕ - основная стадия процесса - собственно крашение.

На этом интервале происходят важнейшие физико-химические процессы взаимодействия частиц (молекул) красителя с обрабатываемым волокном. На участке ЕЗ осуществляется снижение температуры. Здесь же происходит промывка полотна (полуфабриката) и при необходимости подача аппретирующих средств (точка Ж). На участке ЗИ осуществляется выгрузка полотна (полуфабриката) из аппарата. На этом процесс крашения партии полотка (полуфабриката) заканчивается.

Рисунок 3 ─ График температурно-временного режима.

1.1. Особенности красильно-отделочных  производств

К особенностям данных производств относятся: ─ нарушение технологии, низкий уровень организации и управления производством; ─ огромное разнообразие ассортимента выпускаемой продукции по сырью, колористическому оформлению, назначению, артикулам; ─ большое потребление химических материалов и красителей, а также загрязнение окружающей среды.

Практический опыт работы отечественных и зарубежных красильно-отделочных производств показал, что эффективное решение всех названных проблем возможно лишь при условии широкого внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами и производством в целом на базе современных ЭВМ.

 

1.2. Характеристика процессов крашения  как объектов автоматического  управления

К факторам общего порядка, определяющим ход химико-технологических процессов отделочного производства, следует отнести:

• физико-механические воздействия на волокнистые материалы в процессе их обработки на оборудовании непрерывного и периодического действия;
• взаимодействие волокнистых материалов с химическими материалами в технологических средах (твердые, жидкие, газообразные);
• технологические параметры процессов отделки.

Определяющими параметрами в системе управления технологическими процессами отделочного производства, в частности крашения трикотажных изделий, являются: температура и влажность волокнистых материалов,  рабочих сред, концентрация растворов, активность рабочих сред (водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал), скорость перемещения материалов в рабочих растворах (фактор длительности обработки), интенсивность циркуляции рабочих сред, величина избыточного давления и др.

Сущность крашения биологического сырья (кожи) немногим отличается от принципиального подхода к крашению других волокнистых материалов. Для крашения кож используются те же классы красителей, что и для текстильных материалов, взаимодействие красителя с кожевенно-меховым полуфабрикатом включает известные стадии сорбции, диффузии, фиксации молекул красителя.

Наиболее значимыми управляющими параметрами процессов крашения кожевенно-мехового полуфабриката являются: величина окислительно-восстановительного потенциала и рН рабочей среды, температура; модуль ванны (обычно 2-3); содержание ПАВ и других компонентов, регулирующих смачивающий эффект и скорость выбирания красителей.

 

2. Основные  функции АСУ ТП красильно-отделочного  производства

 

В рассматриваемой АСУ ТП красильно-отделочного производства реализуются три группы функций и соответственно имеются три функциональные подсистемы: подсистема централизованного контроля и управления технологическими процессами в красильных аппаратах; подсистема оперативной подготовки режимов крашения и учета расхода ресурсов; подсистема диспетчерского управления.

В составе указанных подсистем решаются комплексы задач, основной перечень и их содержание приведены в таблице 1.

Таблица 1

Функциональные подсистемы и задачи АСУ ТП

 

Подсистемы	Задачи АСУ ТП	Комментарий
Централизованного контроля и управления технологическими процессами в красильных аппаратах	а) программное управлениепроцессом крашения б) текущий контроль работы системы в) текущий контроль работы оборудования г) контроль выполнения и длительности операций загрузки и выгрузки д) управление автоматическим дозированием химикатов и, красителей е) контроль фактического поступления химикатов и красителей в аппарат	Реализация заданного графи-ка изменения температуры раствора, подачи химикатов и красителей Контроль и индикация критических отклонений параметров процесса (температуры, уровня) от заданных значений. Фиксация момента перехода на ручное управление  (при сбоях в системе) Контроль включения и выключения оборудования

 

 

Подсистемы	Задачи АСУ ТП	Комментарий
Оперативной подготовки режимов крашения и учета расчета ресурсов	а) выбор из внешней памяти по заданию на крашение соответствующих режимов б) контроль параметров пара в общих магистралях цеха. в) учет расхода пара, воды, химматериалов, простоев машин г) расчет доз химических материалов и начального уровня красильного раствора д) вывод информации о состоянии объекта управления	Обеспечивается возможность решения задач первой подсистемы Контроль температуры, давления и расхода пара в общих магистралях цеха Расчет ведется с учетом массы конкретной партии полотна (полуфабриката) Печать протоколов системы. Вывод на дисплей сообщений системы
Диспетчерское управление	а) составление оперативных (сменно-суточных) заданий на запуск партий полотна (полуфабриката) в производство б) построение плана-графика производства на смену (сутки) в) расчет загрузки красильных аппаратов	Выдаются рекомендации по составу заданий на очередную смену (сутки) с учетом запасов сырья на складе, хода выполнения плана, состояния оборудования, обеспеченности красителями и химикатами Устанавливается очередность запуска партий и рассчитывается календарный график их движения в производстве Осуществляется  распределение партий полотна (полуфабриката) по аппаратам и коррекция технологических режимов с целью повышения эффективности использования оборудования

 

3. Описание  блок-схемы общего алгоритма функционирования  АСУ ТП

 

Реализация функций АСУ ТП осуществляется в результате организованного взаимодействия технических средств, информационного и программного обеспечения, а также оперативного персонала.

На рисунке 4 представлена блок-схема общего алгоритма функционирования АСУ ТП

Реализация функций управления технологическим процессом крашения начинается с ввода в ЭВМ (блок 1) информации о номере каждой партии, назначенной к обработке на конкретном красильном аппарате, артикуле полотна (полуфабриката), номере (шифре) цвета, массе партии.

Вводится также признак необходимости коррекции длительности операции крашения, который характеризует возникновение нежелательных ситуаций: простоев машин либо превышения для отдельных аппаратов режимного фонда времени.