Розробка проекту інтелектуальної системи керування процесом приготування опари на хлібозаводі з підсистемою моніторингу технологічного процесу

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра автоматизації та комп'ютерних технологій систем управління

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ з дисципліни

«Сучасні технології проектування інтелектуальних систем керування»

на тему Розробка проекту інтелектуальної системи керування процесом приготування опари на хлібозаводі з підсистемою моніторингу технологічного процесу

Студента (ки) АІ-1 курсу _1М_ групи

напряму підготовки «Інт. комп. сист. кер.»

спеціальності 151 «Авт. та комп.-інт. тех»

Байдаєва Р. В.

1. Загальносистемні рішення

1.1 Загальний опис об'єкта і системи

Установка є пластинчастим теплообмінний апарат і має секції, в яких здійснюються наступні процеси: пастеризація і нагрівання продукту до температури пастеризації, охолодження льодяною або холодною водою, рекуперація (теплообмін між гарячим і холодним продуктами). На рисунку 1 приведена загальна блок-схема процесу пастеризації молока.

Дана установка застосовується для пастеризації в середньому 12 000 кг/год молочного продукту за температури 74°С.

1.2 Опис функцій, що автоматизуються

Перед запуском виробництва пастеризаційна установка повинна бути стерилізована. Стерилізація пастеризаційної установки проводиться за температури 95°С протягом 10 хвилин. Для проведення стерилізації передбачено подача очищеної води в буферний танк через клапан поз.2е, переключення зворотних клапанів в позиції для циркуляції гарячої води всередині контуру ПОУ. Спочатку ПОУ розігрівається до температури 95°С в малому контурі -- клапан поз. 9в, потім цей клапан переводиться в позицію 9б і ПОУ виходить на температуру по великому контуру через клапан 15в. Через 10 хвилин після циркуляції ПОУ на воді за температури 95±2°С, установка повинна охолонути, після охолодження до 74°С, можна починати пастеризацію молока. Вода з буферного танку зливається в дренаж через клапан поз.2є.

Молоко подається в буферний танк через клапан поз. 1в та клапан поз. 2д. Рівень в баку регулюється за допомогою клапану поз. 2д, датчиком виступає гідростатичний рівнемір поз. 2а.

З буферного танку непастеризований молочний продукт подається насосом М1 в другу секцію пластинчатого теплообмінника (секцію рекуперації).

Насос М1 забезпечує сталу задану продуктивність установки завдяки зворотному зв'язку від індуктивного витратоміра поз.3а. На вході в другу секцію пластинчатого теплообмінника (секцію рекуперації) контролюється тиск в середині трубопроводу продукту за допомогою перетворювача тиску поз. 4а. В другій секції пластинчатого теплообмінника (секції рекуперації) непастеризоване молоко нагрівається від пастеризованого молока, цей процес називається рекуперація і дозволяє значно зменшити витрату енерго- та тепло-ресурсів як на процес пастеризації так і на процес охолодження продукту, також різкий нагрів має дуже поганий вплив на молочний продукт, відповідно за рахунок попереднього нагріву в секції рекуперації вдається зменшити різницю між температурою непастеризованого молока та температурою гарячого теплоагента. Після другої секції пластинчатого теплообмінника (секції рекуперації), продукт потрапляє в третю секцію пластинчатого теплообмінника(секцію пастеризації).

Головною ціллю пастеризації молока є знищення патогенних мікроорганізмів. Для досягнення цієї задачі молоко зазвичай нагрівають до температури не нижче 72°С і витримують за такої температури не менше 15 секунд, а потім швидко охолоджують, такі параметри законодавчо затверджені в багатьох країнах.

На вході в секцію пастеризації контролюється температура поз.6а і тиск поз.7а в трубопроводі продукту. Нагрів продукту до температури пастеризації відбувається завдяки системі підігріву гарячої води. Вода циркулює по замкнутому контурі завдяки роботі насосу М3, нагрівається в пластинчатому теплообміннику батарейного типу від насиченої пари, завдяки регулюванню витрати пари за допомогою клапану поз.7б, відбувається регулювання нагріву води, а відповідно молока. Зворотнім зв'язком для клапану 7б являється датчик температури в трубопроводі продукту на виході з секції пастеризації поз. 7а. В трубопроводі гарячої води відбувається контроль температури поз. 22а.

Після нагріву до заданої температури(74°С), продукт витримується в витримувачі протягом 20с. Датчик температури поз. 8а контролює температуру після витримувача, якщо під час пастеризації температура відклоняється від заданої на ±2°С, то продукт за допомогою зворотного клапану поз.9в повертається назад в буферний танк. Якщо ж процес пастеризації проходить успішно, то продукт за допомогою бустерного насоса М3, зворотнім зв'язком для якого є датчик тиску в трубопроводі продукту поз. 11а, подається в секцію рекуперації. На вході та виході з секції рекуперації пастеризованого продукту відбувається контроль температури поз. 10а та 13а.

Після секції рекуперації пастеризоване молоко переміщується по трубопроводу до першої секції пластинчатого теплообмінника -- секції охолодження. В секції охолодження відбувається охолодження молока до температури 2-4°С, завдяки подачі в теплообмінник через клапан поз.16б холодної води або льодяної води. За допомогою цього ж клапану відбувається регулювання подачі холодної води в теплообмінник і відповідно регулювання температури охолодженого молока. Зворотнім зв'язком тут є датчик температури в трубопроводі продукту на виході з секції охолодження поз.15а. У випадку якщо продукт не достатньо охолонув, або інших порушень процесу пастеризації, продукт направляється зворотнім клапаном поз. 15в в буферний танк. Якщо процес пастеризації і охолодження пройшов успішно, то пастеризоване молоко направляється на іншу технологічну дільницю для подальшої обробки.

Об'єкт не відноситься до класу вибухонебезпечних. Середовище функціонування вологе, при зовнішній мийці обладнання може бути кислотне та лужне, виконання всіх технічних засобів встановлених по місцю повинно бути не менше IP65.

1.3 Розробка вимог до ІСК (Requirements Diagram)

Рис. 1.1 Requirements Diagram

2. Розробка функціонального забезпечення ІСК

2.1 Розробка BDD технологічної складової системи

Рис. 2.1 BDD для технологічної складової системи

Діаграма визначення блоку або BDD надає представлення системного блоку, тобто основний блок, поряд з ієрархією його складених блоків. BDD може включати блоки будь-якого типу, включаючи програмне забезпечення, апаратні засоби тощо.

BDD можна порівнювати з першою сторінкою інструкцій з меблів, надаючи інвентаризацію вмісту та кількість кожної частини.

У порівнянні з UML2, SysML BDD перевизначає діаграму класів шляхом заміни класів блоками і введення портів потоку (flow ports).

Порт потоку (flow ports) є новим визначенням SysML. Порти потоку представляють те, що може пройти через блок (вхід і / або вихід), наприклад дані, матерія або енергія.

Розроблена BDD для технологічної складової системи.

2.2 Розробка BDD технічних засобів автоматизації ІСК

Рис. 2.2 BDD технічних засобів автоматизації

Розроблена BDD технічних засобів автоматизації. Блок «Інтелектуальна система», не відноситься фізично до блока «Операторська станція», тому використовуємо закритий (чорного кольору) ромб у зв'язках.

2.3 Розробка BDD інформаційної складової системи

Рис. 2.3 BDD інформаційної складової системи

Розроблена BDD інформаційної складової системи. Блоки «Інтерфейс користувача», «Розпізнавання інформації», «Рішення ІС» відносяться фізично до блока «Інтелектуальна система».

2.4 Визначення функцій користувачів

Рис. 2.4 Use Case Diagram

Use Case Diagram -- в UML, діаграма, на якій зображено відношення між акторами та прецедентами в системі. Суть даної діаграми полягає в наступному: проектована система представляється у вигляді безлічі сутностей чи акторів, що взаємодіють із системою за допомогою так званих варіантів використання. Для SysML застосовуються ті самі методи моделювання UML, де діаграми варіантів використання призначені для ідентифікації суб'єктів та використання прецедентів з точки зору зручності використання, тобто взаємодії учасників/системи.

3. Розробка алгоритмічного забезпечення ІСК

3.1 Визначення життєвого циклу ІСК та її активності (State Machine diagram, Activity diagram)

інтелектуальний система керування стерилізація

Рис. 3.1 State Machine diagram

Була розроблена діаграма станів (State Machine diagram) для інтелектуальної системи керування відділення приготування опари.

Діаграма станів -- діаграма, що визначає зміну станів об'єкта у часі, одна з діаграм моделювання поведінки в UML. Представляє об'єкт як автомат з теорії автоматів зі стандартизованими умовними позначеннями.

Діаграми стану використовуються як у UML2, тобто вони забезпечують спосіб визначення життєвого циклу блоку, якому повинні відповідати всі екземпляри. Життєвий цикл визначає всі можливі стани для блоку, події та умови, які визначають переходи стану.

Тільки складні блоки або важливі з точки зору бізнесу повинні мати діаграму стану.

Усі визначення діаграм станів, що використовуються в UML, також застосовуються до SysML: події, межа / умови, ефекти, переходи, складені стани, зони тощо.

Рис. 3.2 Activity diagram

Також була розроблена діаграма діяльності (Activity diagram) для ІСК. Діаграма діяльності (англ. activity diagram) -- в UML, візуальне представлення графу діяльностей. Граф діяльностей є різновидом графу станів скінченного автомату, вершинами якого є певні дії, а переходи відбуваються по завершенню дій. Якщо дія або діяльність відповідає операції блоку, то можна переконатися, що типи входу і виходу цієї діяльності узгоджуються з підписом операції блоку.

Усі визначення діаграм активності, що використовуються в UML, також застосовуються до SysML.

У SysML додано кілька розширень:

- у UML елемент керування можна лише запускати, SysML розширює керування для підтримки відключення дій, які вже виконуються;

- визначення швидкості потоку: безперервне або дискретне;

- визначення швидкості і ймовірності на потоці управління або об'єкта.

3.2 Розробка синхронізації підсистем (Sequence diagram)

Рис. 3.3 Sequence diagram

Діаграма послідовності (Sequence diagram) представляє елементи, задіяні в сценарії або взаємодії, і повідомлення, які обмінюються в хронологічному порядку.

Елементи в діаграмі послідовностей представлені протягом усього життєвого часу. Життєвий час може бути загальним екземпляром або екземпляром з блоків, визначених у моделі. Встановлення блоків на діаграмах послідовності встановлює зв'язок зі статичною моделлю системи, що сприяє узгодженості моделі:

- блок життєвого часу може бути доступний у сховищі (репозиторії) моделі (EA), який відкриває його властивості, BDD і IBD.

- схема послідовності може використовуватися для ідентифікації нових блокових операцій.

Усі визначення діаграми послідовності, що використовуються в UML, також застосовуються до SysML: синхронні/асинхронні повідомлення, оператори (наприклад, alt, loop, opt, par), посилання на інші діаграми послідовностей тощо.

3.3 Розробка структури ІСК (Internal Block diagram)

Рис. 5.1 Internal Block Diagram

Була розроблена діаграма внутрішньої структури для ІСК. Внутрішня блокова діаграма або IBD надає внутрішній вигляд системного блоку і зазвичай створюється з діаграми визначення блоків (BDD) для представлення остаточної збірки всіх блоків в основному системному блоці.

Композитні блоки з BDD створюються на IBD як частини. Ці частини зібрані через роз'єми, що з'єднують їх безпосередньо або через їхні порти (стандартні порти з відкритими інтерфейсами та / або потоками).

У порівнянні з UML2, SysML IBD повторно визначає схему складеної структури, підтримуючи блоки і потоки.

У блок «Комп'ютер» надходить оброблена інформація з контролера, який в свою чергу збирає і обробляє дані з технологічного середовища. Ця інформація йде на блок «Розпізнавання інформації», де інтелектуальна система порівнює значення з базою правил. Розпізнана інформація поступає на блок «Прийняття рішення». Прийняте рішення виводиться на операторському екрані ІСК (блок «Інтерфейс користувача») та поступає на операторську стацію(ОС) для того, щоб здійснити керувальну дію. У той же час значення технологічних параметрів та рішеннь прийнятих ІСК виводиться на операторському екрані ІСК (блок «Інтерфейс користувача») для прийняття рішення оператором щодо адекватності роботи ІСК. Блок «Адміністрування ІСК» виконує внесення поправок у сформовані плани за такої потреби та дозволяє змінювати налаштування ІСК.

Список використаної літератури