Розроблення системи диспетчеризації струменевої розпилюючої сушарки у виробництві сухого молока
Автор: Данильців Богдан Миронович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Данильців Б.М., Ділай І.В. (керівник). Проектування системи диспетчеризації струменевої розпилюючої сушарки у виробництві сухого молока. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. Розширена анотація Сушіння є, мабуть, найстарішою та найпоширенішою операцією хімічної технології. Існує понад 400 типів сушарок, тоді як зазвичай доступні, понад 100 різних типів. Процес конкурує з дистиляцією як найбільш енергоємна операція агрегату через високу приховану теплоту випаровування та притаманну неефективність використання гарячого повітря як (найпоширенішого) середовища для сушіння. Кілька досліджень повідомляють про національне енергоспоживання для операцій промислового сушіння від 10–15% для США, Канади, Франції та Великобританії до 20–25% для Данії та Німеччини. Останні цифри були нещодавно отримані на основі обов’язкових даних енергоаудиту, наданих промисловістю, і, отже, є більш надійними. Сушіння різноманітної сировини необхідне з однієї або кількох із наступних причин: потреба в сипучих твердих речовинах, що легко оброблюються та зберігаються, зниження витрат на транспортування, досягнення бажаної якості продукту тощо. У багатьох процесах неправильне сушіння може призвести до незворотної шкоди якості продукту і, отже, призводить до отримання продукту, який не підлягає продажу [1]. Для управління процесом автоматизації використовуються системи SCADA. Інтеграція систем збору даних із системами передачі даних і програмним забезпеченням HMI виконується за допомогою SCADA, щоб забезпечити централізовану систему моніторингу та керування для кількох входів і виходів процесу. Системи SCADA призначені для збору польової інформації, передачі її на центральний комп’ютер (через різні протоколи зв’язку) і відображення інформації оператору в графічному або текстовому вигляді (через людино-машинний інтерфейс), що дозволяє оператору контролювати або контролювати всю систему з центрального місця в режимі реального часу [2]. Залежно від складності та налаштування окремої системи керування, будь-яка окрема система, операція чи завдання може бути автоматичним. Системи SCADA складаються як з апаратного, так і з програмного забезпечення. Система SCADA IoT – це централізована система, програмний пакет, який розташований поверх апаратного забезпечення. Система нагляду збирає дані про процес і надсилає команди керування процесом. SCADA — це віддалений термінал, також відомий як RTU (Remote terminal unit), який виконує більшість дій керування автоматично разом із ПЛК [3]. Об’єктом дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є диспетчеризації в процесі сушіння молока струменевою розпилюючою сушаркою. Предметом дослідження є методи побудови SCADA вищого рівня, таких як SCADA IoT. Метою дослідження є розроблення системи диспетчеризації для процесу сушіння молока струменевою розпилюючою сушаркою. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи описано технологічний процес сушіння молока струменевою розплиюючою сушаркою, наведено типову схему розпилюючої сушарки. Розглянуті аспекти безпеки у виробництві сухого молока. Розглянуто окремі частини технологічної установки. Описаний розрахунок матеріального та теплового балансів технологічного об’єкта. Створена технологічна карта технологічного процесу. У другому розділі проаналізовано струменеву розпилюючу сушарку як об’єкт автоматизації, визначено величини які найбільше впливають на перехід технологічного процесу. Створено структурну схему взаємозв’язку між технологічними параметрами і проаналізовано взаємозв’язок між технологічними параметрами об’єкта. У третьому розділі обґрунтований вибір функціональної схеми автоматизації, було розглянуто контури регулювання, визначено які контури підлягають сигналізації, реєстрації та автоматичному регулюванню. Синтезована функціональна схема автоматизації для заданих умов роботи об’єкта, описана функціональна схема автоматизації, описані контури автоматичного регулювання. У четвертому розділі наведені технічні характеристики використаних засобів автоматизації, програмних продуктів ПЛК та людино-машинного інтерфейсу. Вибрано програмний пакет Tia Portal для написання програми ПЛК, та HMI, вибрано контролер SIMATIC S7-1200, наведено його переваги серед інший контролерів, також було вибрано модуль аналогових входів SM 1231 AI8 та модуль аналогових входів SM 1232 AQ4. Обґрунтовано необхідність розробки системи диспетчеризації вищого рівня. Наведена і описана інтеграція системи керування в систему вищого рівня за допомогою S7-1500 HTTP Communication Library. У п’ятому розділі створено алгоритми функціонування контурів регулювання, розроблено програму функціонування контролера. Була представлена програма функціонування людино-машинного інтерфейсу HMI. Також було розроблено схему зовнішніх з’єднань мікропроцесорного засобу SIEMENS S7-1200. Було спроектовано SCADA верхнього рівня для диспетчеризації процесу автоматизації дистанційно. Була реалізована система завітного сповіщення працівників за допомогою планувальника з використанням «SMP» сервера. Також був реалізований сайт для представлення даних в реальному часі. Були розглянуті проблеми безпеки даної системи, і наведені їх вирішення. У шостому розділі наведена принципова схема електричних з’єднань комп’ютерно-інтегрованої системи процесу сушіння молока. У сьомому розділі виконана параметрична ідентифікація системи керування із застосуванням середовища Simulink Design Optimization/ Response Optimization. Створена і досліджена модель одноконтурної САР вологості ПІД-регулятором. Розрахована каскадна САР вологості, з основним ПІД-регулятором та допоміжним П- регулятором і оптимальними параметрами настроювання. Створена і досліджена модель каскадної САР вологості, з основним ПІД-регулятором і допоміжним П- регулятором. У восьмому розділі наведений опис розгорнутої функціональної схеми автоматизації струменевої розпилюючої сушарки. У дев’ятому розділі наведено специфікацію засобів автоматизації технологічного процесу. Ключові слова: SCADA IoT, диспетчеризація, струменева сушарка, мікроконтролер, HMI, сухе молоко.