Министерство образования Российской Федерации
Томский политехнический университет
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан Факультета АВТФ
______________________
«______» __________________2000г.
Автоматизированное управление в технических системах
Рабочая программа для специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах»
Факультет автоматики и вычислительной техники (АВТФ)
Обеспечивающая кафедра автоматики и компьютерных систем (АиКС)
Курс-пятый
Семестр-девятый
Учебный план набора 1995 г. с изменениями ___________года.
Распределение учебного времени
Лекции 36 часов
Лабораторных занятия 18 часов
Всего аудиторных занятий 54 часа
Самостоятельная (внеаудиторная работа ) 72 час
Общая трудоемкость 126 часа
Экзамен в девятом семестре
Томск 2000г.
Предисловие
1.Рабочая программа составлена на основании Основной образовательной программы Томского политехнического университета по специальности 210100-«управление и информатика в технических системах», «СД11), 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 специальности 210100-Управление и информатика в технических системах. Содержание программы соответствует ГОС ВПО по данной специальности и является руководством образовательной технологии для преподавателей и студентов.
Программой предусмотрено изучение классификации автоматизиро-
ванных систем, состава АСУ и функций, алгоритмического, программного и информационного обеспечений. А также рассмотрены примеры построения современных АСУ в различных технических системах.
Программа разработана на кафедре АиКС факультета автоматики и вычислительной техники доцентом , *****@***cctpu. *****.
Abstract
The working program is developed for the students training on the speciality 210100-control and informatics in technical systems. The contents of the program corresponds on National Education Standart of High Professional Education on the given speciality and is a manual of educational technology for the teachers and students.
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 technical systems 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
1.1.Цель изучения дисциплины
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний по теории и техники автоматизированного управления техническими системами, иерархии систем, принципах их построения, содержанию и взаимосвязи задач контроля и управления, знаний по техническим средствам, на базе которых строятся современные автоматизированные системы управления и программному обеспечению, используемому при работе АСУ.
1.2.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 ТП.
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, построенных 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 техническими системами.
В результате решения данных задач студент должен знать идеологию построения современных АСУ техническими системами, 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.
2.Содержание дисциплины
2.1.Содержание лекций (36 часов)
2.1.1.Классификация, состав и функции автоматизированных систем управления ( 6 час)
Анализ технических систем как обьектов автоматизации
Состав и структура системы управления производством. Функциональная декомпозиция системы управления производством. Понятие технической системы, задачи управления технической системой
Виды АСУ, их функции и цели создания.Виды автоматизированных систем управления техническими системами. Функции АСУП, АСУТП, гипких производственных систем, научных исследований. Виды обеспечения АСУ технической системой, Цели создания АСУ.
Функции АСУП и АСУТП и их содержание.Информационно-вычислительные и управляющие функции. Прямое и косвенное измерение, контроль отклонений параметров, диагностика и прогнозироание. 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
.
2.1.2.Введение В теорию иерархических автоматизированных систем управления (10)
Основные особенности иерархических систем управления, декомпозиция системы управления на подсистемы, приоритет подсистем в принятии решений, самоуправление и координация, агрегирование информации.
Функции отдельных уровней иерархической системы управления. Оперативно-календарное планирование, координация работы отдельных подсистем, оптимальное распределение ресурсов, оперативное управление, контроль, цифровое регулирование
Задачи, возникающие при разработке иерархических систем управления, и подходы к их решениюДекомпозиция технической системы на подсистемы. Структурная, функциональная и этапная декомпозиция. Декомпозиция критерия управления технической системой, критерии управления верхнего и нижнего уровней.
Задачи отдельных уровней иерархической системы управления. Взаимосвязь задач контроля и стабилизации, оптимизации, идентификации и адаптации в структуре многоуровневого иерархического управления. Организация взаимодействия подсистем. Сущность принципов прогнозирования, оценки взпимодействия и согласования взаимодействия в организации работы иерархической АСУ. Выбор масштаба времени функционирования отдельных подсистем.
Задачи отдельных уровней иерархической системы управления.Задачи обработки информации, снимаемой с датчиков, фильтрация, аналитическая градуировка датчиков(градуировочные кривые), интерполяция, эксраполяция. Задачи управления и стабилизации, прямое цифровое и супервизорное управление, законы управления, стандартные параметрически оптимизируемые регуляторы (П, ПИ, ПИД, модиф. ПИД) и структурно оптимизируемые. Практическая реализация систем цифрового управления. Схемы стабилизации параметров типовых технологических процессов. Функциональные схемы стабилизации температуры, расхода, уровня, давления, концентрации.
Задачи оптимального управления. Формализация задач оптимального управления пуском и остановом, оптимальное управление установившимся режимом. Задача распределения ресурсов между параллельно-работающими подразделениями (аппаратами).Задачи синхронизации материальных потоков. Методы, используемые для решения задач оптимального управления.
Оптимальное управление по векторному критерию. Методы решения задач нормализации критериев, определение области компромисса, выбор схемы компромисса и учет приоритета критериев. Практические способы оптимального управления технологическими прцессами. Методы решения задач оптимального управления и оперативно-календарного планирования.
2.1.3.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, МСКУ.
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.
2.1.4.Программное обеспечение автоматизированных систем
(10 часов)
Назначение и роль программного обеспечения. Состав и структура программного обеспечения. Общее и прикладное прграммое обеспечение. Операционные системы реального времени. Системы и языки программирования промышленных микропроцессорных контроллеров. Технологическое программирование, 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. Программное обеспечение регулирующих и логических микропроцессорных контроллеров. Система технологического программирования промышленных микропроцессорных контроллеров Ремиконт Р-130, РК-131, Ломиконт.
2.2.Содержание практического раздела дисциплины
2.2.1.Лабораторные занятия (18 часов)
1.Лабораторная работа № 000.Цифровой регулятор состояния(2 часа).
2.Лабораторная работа № 000.Микропроцессорная сеть транзит.(4 часа).
3.Лабораторная работа № 000.Цифровая система управления на базе контроллера Ломиконт Л-110.(4 часа).
4.Лабораторная работа № 000.Редактор схем для промышленного микропроцессорного контроллера Р-130.(2 часа).
5.Лабораторная работа № 000.Микропроцессорная система управления гидравлическим обьектом.(4 часа).
6.Лабораторная работа № 000.Программные комплексы АСУ ТП(2 часа).
3.Программа самостоятельной познавательной деятельности
(72 часа)
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, изложенного на лекциях в течении семестра-30 часов,
работа с литературой-17 часов,
подготовка к контрольным работам-10 часов,
подготовке отчетов по лабораторным работам-15 часов,
4.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.
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.
5.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.
6.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.
6.,Стеклов системы управления.-К.:Техника,1991.
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 «Автоматизированное управление в технических системах» для специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах» «Основной образовательной программе Томского политехнического университета» и Государственному образовательному стандарту (ГОС)
Программа регламентирует процесс обучения студентов факультета автоматики и вычислительной техники, обучающихся по специальности 210100-«Управление и информатика в технических системах» по дисциплине « Автоматизированное управление в технических системах».Рабочая программа по содержанию соответствует примерной программе «Автоматизированное управление в технических системах», утвержденной Госкомвузом России 22 июня 1995г., требованиям ГОС, СД.04 и требованиям «Основной образовательной программе Томского политехнического университета» по специальности 21010 «Управление и информатика в технических системах», утвержденной ____ _________2000г.
В связи с тем, что учебным планом предусмотрено на изучение дисциплины только 54 часа аудиторных занятий, а не 85 как в примерной программе, поэтому программа сокращена и содержит только основные положения примерной программы и ГОС, взаимосвязанные и систематизированные .
Курс обеспечен учебной литературой в НТБ университета.
Зав. кафедрой АиКС
Основная образовательная программа ТПУ
факультет автоматики специальность 210100
и вычислительной техники инженер -«Управление-
АВТФ и информатика в техничес-
ких системах
Учебный план по специальности (прием 199 г.)
СД.11 курс «Автоматизированное управление в технических системах», обьем 126 часов.
Федеральная компонента
Технические системы: основные понятия и определения; функционально-целевая декомпозиция систем управления производством; подсистемы АСУТП и АСУ гибких производственных систем.
Структура АСУ техническим обьектом; критерии управления; задачи стабилизации, оптимизации, идентификации, адаптации в структуре иерархического управления.
Задачи календарного планирования и оперативного управления. Децентрализованное управление, алгоритмическое обеспечение на верхнем уровне АСУ; распределение ресурсов; календарное планирование; задачи оперативного управления и прямого диспетчерского управления; задачи синхронизации материальных потоков и рабочих циклов основного и вспомогательного технологического оборудования; анализ технических систем как систем массового обслуживания; представление технической системы в виде стохастической сети; программное обеспечение и архитектура АСУ техническими обьектами; техническое обеспечение.
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
