Министерство образования Российской Федерации
Томский политехнический университет
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан Факультета АВТФ
______________________
«______» __________________2000г.
Автоматизированные системы управления
Рабочая программа для направления (специальности, специализации)
550200-автоматизация и управление
Факультет автоматики и вычислительной техники (АВТФ)
Обеспечивающая кафедра автоматики и компьютерных систем (АиКС)
Курс-четвертый
Семестр-восьмой
Учебный план набора 1999 г. с изменениями ___________года.
Распределение учебного времени
Лекции 48 часов
Лабораторные занятия 16 часов
Практические занятия 16 часов
Всего аудиторных занятий 80 часов
Самостоятельная (внеаудиторная работа ) 64 часа
Общая трудоемкость 144 часа
Экзамен в восьмом семестре
Томск 2000г.
Предисловие
1.Рабочая программа составлена на основании Основной образовательной программы ТПУ по направлению (специальности ) 550200-автоматизация и управление, утвержденной _____ ________2000г.
РССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры автоматики и компьютерных систем (АиКС) 7 февраля 2000г., протокол №7
2.Разработчик доцент кафедры АиКС______________
3.Зав. обеспечивающей кафедры АиКС __________________
4.Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Зав выпускающей кафедрой АиКС ____________________
А н н о т а ц и я
Рабочая программа разработана для студентов, обучающихся по направлению 550200-автоматизация и управление. Содержание программы соответствует ГОС ВПО по данному направлению.
Программой предусмотрено изучение классификации автомати-
зированных систем, состава АСУ и функций, алгоритмического, программного и информационного обеспечений. А также рассмотрены примеры построения современных АСУ в различных отраслях промышленности и их анализ.
Программа разработана на кафедре АиКС факультета автоматики и вычислительной техники доцентом , *****@***cctpu. *****.
Abstract
The working program is developed for the students training on a direction 550200-automation and control. The contents of the program corresponds on National Education Standart of High Professional Education on the given direction.
The program stipulates study of classification computer control systems, structure of a MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM and functions, algorithmic, program and information parts. And also the examples of construction of a modern MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM in various branches of an industry and their analysis are considered.
The program is developed on department Automation and Computer System of faculty of Automatics and Computer Technics by the lecturer V. N. Skorospeshkin
*****@***cctpu. *****.
1.Цели и задачи учебной дисциплины
2.1.Цель изучения дисциплины
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний по теории и техники автоматизированного управления, иерархии систем, принципах их построения, содержанию и взаимосвязи задач контроля и управления, знаний по техническим средствам, на базе которых строятся современные автоматизированные системы управления.
2.2.Задачи (способы) изложения и изучения дисциплины
Задачами изложения и изучения дисциплины являются.
1.Обеспечение студентов теоретическим материалом, текущий и итоговый контроль его усвоенности. Данная задача решается традиционными способами: аудиторные занятия и самостоятельная работа. В процессе самостоятельной работы студентам предоставляется возможность знакомства с техническими описаниями промышленных микропроцессорных средств и программно-технических комплексов, а также проектной документацией по АСУ.
2.Предоставление студентам возможности закрепления знаний по алгоритмическому и техническому обеспечениям путем работы на учебных и учебно-исследовательских автоматизированных системах управления в процессе выполнения лабораторных работ, выполненных на базе промышленных микропроцессорных контроллеров. А также предоставление возможности работы с промышленными микропроцессорными контроллерами с целью получения студентами практических навыков работы с техническими средствами АСУ.
3.Предоставление студентам возможности закрепления полученных знаний по программному обеспечению АСУ путем работы с лабораторными АСУ, в состав которых входят компьютеры, и получение практических навыков работы с наиболее широко распространенными программными пакетами (SCADA-пакетами ).
4.Формирование у студентов знаний по тенденциям развития АСУ
В результате решения данных задач студент должен знать идеологию построения современных АСУ их состав и структуру. Знать содержание отдельных видов обеспечения, их взаимосвязь. Знать состав и структуру технического, алгоритмического и программного обеспечений.
Уметь синтезировать функциональную и алгоритмическую структуры автоматизированных систем управления технологическими процессами. Знать современные технические средства, на базе которых строятся АСУ ТП, уметь с ними работать и производить выбор.
Знать функциональные возможности специализированных программных (SCADA), уметь ими пользоваться. Иметь представление о тенденциях развития средств и систем автоматизации.
3.Содержание дисциплины
3.1.Содержание лекций (48 часов)
3.1.1.Классификация, состав и функции автоматизированных систем управления ( 10 час)
Общие сведения об автоматизированном управлении.
Особенности технических, производственных и организационных систем как обьектов управления.
Классификация АСУ. Признаки классификации АСУТП, разновидности АСУ по функциям, выполняемым вычислительным комплексом, функциональной развитости, информационной мощности, характеру протекания управляемого процесса во времени. Структура и особенности централизованных, децентрализованных и иерархических систем управления.
Функции АСУП и АСУТП и их содержание.Информационно-вычислительные и управляющие функции. Прямое и косвенное измерение, контроль отклонений параметров, диагностика и прогнозирование. Регулирование отдельных параметров, многосвязное и каскадное регулирование, логическое управление, программное управление, оптимальное управление в установившемся и переходном режимах.
Виды обеспечения АСУ.Назначение технического, алгоритмического, программного, информационного и организационного обеспечений. Схема взаимосвязи отдельных видов обеспечения друг с другом.
Особенности гибких автоматизированных производств. Функции гибких автоматизированных производств (ГАП).Особенности алгоритмического и программного обеспечений ГАП
.
3.1.2.Алгоротмическое обеспечение автоматизированных систем управления (14)
Алгоритмы, основные понятия и определения. Способы записи алгоритмов.
Ввод непрерывных сигналов в микропроцессорное устройство. Задача оценки интервалов дискретизации непрерывных технологических параметров и способы ее решения.
Первичная обработка информации, введенной в микропоцессорное средство контроля и управления. Классификация алгоритмов фильтрации, аналитической градуировки датчиков, прверки достоверности информации, экстра - и интрполяции.
Алгоритмы фильтрации.Разностные уравнения низкочастотных цифровых фильтров. Фильтры экспоненциального сглаживания, скользящего среднего, статистические фильтры нулевого и первого порядка. Робастные фильтры, высокочастотные, полосовые и режекторные фильтры. Алгоритмы аналитической градуировки датчиков, проверки достоверности информации, способы повышения достоверности информации.
Алгоритмы определения показателей и величин (вторичной обработки информации).Дискретное дифференцирование, интегрирование и усреднение измеряемых величин, прогнозирование и определение статистических показателей.
Алгоритмы контроля параметров технологического процесса и состояния оборудования. Общая и частные постановки задач контроля. Составляющие погрешности оценки измеряемой величины. Вычислительные операции, уменьшающие погрешность оценки измеряемой величины. Алгоритмизация задач косвенного измерения.
Основные виды контроля, контроль технологического процесса в нормальном режиме, при выходе на номинальную мощьность и в аварийных режимах.
Конторль исправности оборудования. Алгоритмы диагностики состояния оборудования и обнаружения неисправности. Обнаружение неисправностей по результатам текущих замеров и статистическим характеристикам, граничным значениям, скорости изменения параметров и на основе паралельного измерения
Постановка задачи прогнозирования хода технологического процесса и состояния оборудования. Принципы пргнозирования. Аналитическое и вероятностное прогнозирование параметров технологического процесса и состояния оборудования.
Алгоритмы расчета техникоэкономических показателей.Опреде-
ление расходов сырья и товарного продукта за час, смену, сутки, месяц. Определение среднего значения расходаАлгоритмизация задачи расчета прибыли, себестоимости, рентабельности.
Алгоритмы цифрового регулирования.Структура цифровой системы управления. Классификация цифровых регуляторов, состав параметрически и структурно оптимизируемых регуляторв. Разностные уравнения параметрически оптимизируемых П, ПИ, и ПИД регуляторв в нерекуррентной и рекуррентной формах.
Структурно оптимизируемые цифровые регуляторы. Апериодические регуляторы, регуляторы с прямой связью и с предвидением (предикаты Ресвика и Смита).Регуляторы состояния, наблюдатели состояния, модальные регуляторы.
Цифровые линейные, псевдолинейные и нелинейные цифровые корректирующие устройства. Алгоритмы безударного включения исполнительных механизмов.
Типовые задачи оптимального управления и оперативно-калндарного планирования. Составляющие задачи оптимального управления в статике и динамике. Задача построения математической модели управляемого обьекта. Аналитический и экспериментальные подходы к ее решению.
Практические способы оптимального управления. Оптимальное управление по векторному критерию.
Алгоритмы логического управления.Алгоритмы логического управления непрерывными, дискретными и непрерывно-дискретными процессами. Технологический переключательный процесс как обьект логического управления. Алгоритмы работы управляющих автоматов, алгоритмы аварийной и технологической сигнализации, блокировок и защит.
3.1.3.Техническое обеспечение автоматизированных систем управления (10 часов)
Состав, структура и классификация технических средств автоматизированных систем управления. Принципы построения и структура государственной системы приборв (ГСП).Средства измерения технологических параметров. Промышленные исполнительные механизмы и регулирующие органы. Система обозначения промышленной трубопроводной арматуры. Вторичные аналоговые и цифровые приборы.Агрегатные комплексы технических средств.Состав и функциональные возможности комплексов АКЭСР, КАСКАД, КОНТУР-2, МикроДАТ, ЦЕНТР, СТАРТ, АСКР,
Программируемые микропроцессорные контроллеры (ПМК).Особенности ПМК по отношению к микро-ЭВМ. Классификация ПМК по назначению и областям применения, программируемые контроллеры регулирующего, логического типа и координирующего типа. Организация, технические характеристики и функциональные возможности отечественных микропроцессорных контролеров Ломиконт, ТСМ-51, МФК, Ремиконт, Протар, Квинт, Круг, Эмикон..
Сетевая структура современных автоматизированных систем управления. Средства и способы ввода технологической информации в операторские станции. Сетевая архитектура систем управления, построенных на базе ПМК Ремиконт Р-130, Ломиконт Л-110.
Структура распределенных систем управления, построенных на базе ПМК. Примеры построения систем управления на базе ПМК.
3.1.4.Программное обеспечение автоматизированных систем
(10 часов)
Состав и структура программного обеспечения. Общее и прикладное прграммное обеспечение. Операционные системы реального времени. Системы и языки программирования промышленных микропроцессорных контроллеров. Технологическое программирование регулирующих и логических микропроцессорных контроллеров, языки Микрол, Микрол+.
Программные пакеты (SCADA), используемые для решения задач верхнего уровня АСУ. Функциональные возможности и особенности пакетов VTC, VNS, TRACE MODE. REAL FLEX, FIX, GENESIS.
Программные пакеты, используемые для решения задач оптимального управления.
3.1.5.Информационное и организационное обеспечение
(4 часа)
Состав и структура информационных потоков. Организация сбора, хранения и передачи информации. Формы представления информации оператору-технологу. Состав и структура организационного обеспечения. Содержание технологической инструкции, должностных инструкций, инструкций по эксплуатации технических средств.
3.2.Содержание практического раздела дисциплины
3.2.1.Лабораторные занятия (16 часов)
1.Лабораторная работа № 000.Алгоритмы первичной обработки информации при оценке параметров и показателей технологических обьектов(2 часа).
2.Лабораторная работа № 000/628.Цифровая система управления лабораторным технологическим процессом.(4 часа).
3.Лабораторная работа № 000/1.Технологическое программирование микропроцессорных контроллеров Ремиконт Р-130.(2 часа).
4.Лабораторная работа № 000.Стандартные конфигурации регулирующего микропроцессорного контроллера Ремиконт Р-130.(2 часа).
5.Лабораторная работа № 000.Контроль технологических параметров(2 часа).
6.Лабораторная работа № 000.Сбор и первичная обработка информации в автоматизированной системе управления(2 часа).
7.Лабораторная работа № 000.Программные комплексы АСУТП(2 часа).
3.2.2.Практические занятия (16 часов)
1.Графическое изображение схем автоматизации в АСУ ТП (4 часа).
2.Составление схем автоматизации типовых технологических процессов (4 часа).
3.Цифровые фильтры (2 часа).
4.Цифровые регуляторы (2 часа).
5.Алгоритмическое обеспечение микропроцессорного контроллера Р-часа).
4.Программа самостоятельной познавательной деятельности
Для усвоения курса требуется не только глубокое знание теории автоматизированного управления но и приобретение практических навыков реализации отдельных задач и функций АСУ. Для этих целей запланирована самостоятельная работа. Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов предусматривает следующие виды деятельности с затраченными на их выполнение обьемом часов:
проработка теоретического материала в течении семестра-22 часа,
подготовка к контрольным работам-5 часов,
подготовке отчетов по лабораторным работам-10 часов,
изучение системы изображения функциональных схем систем конт-
роля и управления-7 часов [5].
работа по выполнению индивидуальных практических заданий-20 часов.
5.Текущий и итоговый контроль
Текущий контроль приобретаемых студентом знаний по дисциплине производится следующими способами.
1.При выполнении двух контрольных работ.
2.При защите отчетов по лабораторным работам.
3.При защите индивидуальных практических заданий.
4.При работе с обучающими программами по цифровым фильтрам и цифровым регуляторам.
Итоговый контроль знаний проводится при сдаче экзамена. На Экзамене предлагается ответить на два вопроса, относящихся к разным темам и решить задачу.
6.Учебно-методическое обеспечение дисциплины
На кафедре имеется лаборатория АСУ, оснащенная лабораторными стендами, представляющими собой автоматизированные системы управления лабораторными технологическими процессами и учебно-исследовательские АСУ. Для выполнения лабораторных работ на кафедре имеются в необходимом количестве методические указания, в которых указывается цель работы, дается теоретический материал, приводится программа работы и порядок ее выполнения, указывается содержание отчета и приводится перечень контрольных вопросов.
Дисциплина обеспечена учебной литературой, имеющейся в научно-технической библиотеке ТПУ. По отдельным темам имеется учебное пособие, подготовленное преподавателями кафедры.
Перечень рекомендуемой литературы
Основная
1.Автоматизированные системы управления непрерывными технологическими процессами /,,-Томск, ТПИ,1987.
2.Основы построения АСУТП.-М.:Энергоиздат,1982.
3.Технические средства АСУ ТП:Учебное пособие для ВУЗОВ по специальности «Автоматика и управление в технических системах»/В. Д..Родионов.-М.:Высшая школа,1989.
4.Автоматизированное управлние технологическими процессами/-Л.:ЛГУ,1988.
5.Управляющие машины и их применение.-М.:Высшая школа,1986.
Дополнетельная
6. Цифровые системы управления.-М.:Мир,1984.
7., Применение микропроцессорного контроллера Р-130 в управлении технологическими процессами. Учебное пособие.-Томск:ТПУ,1996.
Анализ соответствия рабочей программы дисциплины «Автоматизированные системы управления» для направления 550200-автоматизация и управлене «Основной образовательной программе Томского политехнического университета»
Данный курс является элективным для студентов, входящих в направление подготовки 550200 набора 1999г. Рабочая программа полностью соответсвует требованиям «Основной образовательной программе Томского политехнического университета», по направлению 550200-«Автоматизация и управление», утвержденной ____ _________2000г.
Курс обеспечен учебной литературой в НТБ университета.
Зав. кафедрой АиКС
Основная образовательная программа ТПУ
факультет автоматики направлене подготовки
и вычислительной техники бакалавр 550200-«Авто-
АВТФ матизация и управление»
Учебный план по направлению (прием 1999г.)
СД02-элективный курс «Автоматизированные системы управления» обьем 144 часа.
Университетская компонента
Назначение состав и структура АСУ, классификация, содержание информационно-вычилительных и управляющих функций; виды обеспечения АСУ, информационное обеспечение, алгоритмическое обеспечение, общее и функциональное программное обеспечение, операционные системы реального времени, агрегатные комплексы технических средств, промышленные УВК, микропроцессорные регулирующие и логические контроллеры; цифровые параметрически и структурно оптимизируемые регуляторы.
