microbik.ru
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)

_______________________________________________________
Направление подготовки: 140100 Теплоэнергетика и теплотехника

Магистерская программа: Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ”



Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

вариативная




дисциплины по учебному плану:

М2.7




Часов (всего) по учебному плану:

108




Трудоемкость в зачетных единицах:

3


2 семестр – 3


Лекции

36 час

2 семестр

Практические занятия







Лабораторные работы

18 час

2 семестр

Расчетные задания, рефераты




2 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

54 час




Экзамены

36 час

2 семестр

Курсовые проекты (работы)









Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является:

  • приобретение студентами знаний по системам управления техническими объектами и технологическими процессами (АСУ ТП), основным видам обеспечения, по содержанию, последовательности и методам проектирования систем управления, по расчету точности, быстродействия и надежности основных функциональных подсистем;

  • приобретение студентами практических навыков проектирования и расчета информационно-измерительной подсистемы, включая разработку технических средств и алгоритмического обеспечения;

  • ознакомление студентов с основами автоматизированного проектирования.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, оценивать качество результатов деятельности (ОК-4);

  • проявлять инициативу, в том числе в ситуациях риска, брать на себя всю полноту ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, уметь разрешать проблемные ситуации (ОК-5);

  • самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

  • использовать углубленные теоретические и практические знания в области естественнонаучных и гуманитарных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК-1), (ПК-2);

  • применять современные методы исследования, проводить технические испытания и (или) научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);

  • формулировать задания на разработку проектных решений, связанных с модернизацией технологического оборудования, мероприятиями по улучшению эксплуатационных характеристик, повышению экологической безопасности, улучшению условий труда, экономии ресурсов (ПК-10);

  • разрабатывать мероприятия по соблюдению технологической дисциплины, совершенствованию методов организации труда в коллективе, технологии производства; осуществлять надзор за всеми видами работ, связанных с эффективным и бесперебойным функционированием производственного оборудования (ПК-16),(ПК-17);

  • обеспечить бесперебойные работы, правильную эксплуатацию, ремонт и модернизацию энергетического, теплотехнического и теплотехнологического оборудования, средств автоматизации и защиты, электрических и тепловых сетей (ПК-18);

  • использовать современные достижения науки и передовой технологии в научно-исследовательских работах, планировать и ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы, интерпретировать и представлять результаты научных исследований, давать практические рекомендации по их внедрению в производство (ПК-22),(ПК-23);

  • разрабатывать перспективные планы работы производственных подразделений, планировать работы персонала, организовывать работу по повышению профессионального уровня работников и осуществлять авторский надзор при изготовлении, монтаже, наладке, испытаниях и сдаче в эксплуатацию выпускаемых изделий и объектов (ПК-27),(ПК-28),(ПК-29);

  • выполнять расчеты с необходимыми обоснованиями мероприятий по экономии энергоресурсов, потребности подразделений предприятия в электрической, тепловой и других видах энергии, участвовать в разработке норм их расхода, режима работы подразделений предприятия, исходя из их потребностей в энергии (ПК-31);

  • осуществлять педагогическую деятельность в области профессиональной подготовки (ПК-32).

  • решать задачи проектирования основных подсистем АСУ ТП,

  • рассчитывать параметры погрешности, быстродействия и надежности каналов измерения и управления;

  • выбирать или разрабатывать функциональную, алгоритмическую структуру системы управления, а также структуру комплекса технических средств (КТС) АСУ ТП в зависимости от особенностей объекта и предъявляемых требований;

  • учитывать требования ГОСТ и других основных нормативных материалов к автоматизированным системам управления.



Задачами дисциплины являются


  • познакомить обучающихся с последовательностью и методами проектирования систем управления, по расчету точности, быстродействия и надежности основных функциональных подсистем;

  • дать информацию о основах автоматизированного проектирования;

  • научить использовать при проектировании основных подсистем АСУ ТП современные программные средства и программно-технические комплексы;

  • научить разрабатывать и оптимизировать подсистемы АСУ ТП в энергетике.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2. основной образовательной программы подготовки магистров по “Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий» направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Метрология», «Теория автоматического управления», «Автоматизированные системы управления технологическими процессами». "Программирование и основы алгоритмизации”, "Информационное обеспечение систем управления" и “Интегрированные системы проектирования и управления”.

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при прохождении научно-производственной и педагогической практики, для проведения научно-исследовательской работы и выполнения диссертации магистра по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:

  • правовые и этические нормы при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов (ОК-7);

  • последовательность и методы проектирования автоматизированных систем в энергетике,

  • способы расчету точности, быстродействия и надежности основных функциональных подсистем АСУ;

  • требования ГОСТ и других основных нормативных материалов к автоматизированным системам управления;

  • основные методы и средства автоматизированных систем управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях (ПК-21);

Уметь:

  • обучаться новым методам исследования, быть готовым к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности в процессе изменения социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2);

  • приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

  • разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты объектов и систем теплоэнергетики, теплотехники и теплотехнологии с использованием средств автоматизации проектирования, передового опыта их разработки (ПК-12);

  • создавать техническое задание на разработку АСУ ТП, а также ее технико-экономическое обоснование;

  • разрабатывать основные подсистемы АСУ ТП на базе современных программных и программно-технических средств;

  • свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения, обладать способностью к активной социальной мобильности (ОК-3);



Владеть:

  • методологическими основами научного познания и творчества, представлять роль научной информации в развитии науки (ОК-8);

  • современными достижения науки и передовой технологии в расчетно-проектной, проектно-конструкторской, производственно-технологической, научно-исследовательской, организационно-управленческой и педагогической деятельности (ПК-22);

  • средствами автоматизированного проектирования АСУ ТП, методами отладки рабочих программ, проектов автоматизации.


4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9



Основные сведения о системах управления

8

2

6







2

Тест: классификация систем управления



Общие вопросы проектирования АСУ ТП

12

2

6




4

2

Тест на знание терминологии



Метрологическое обеспечение систем управления

6

2

4







2

Оценка метрологических характеристик одного из измерительных каналов АСУ ТП



Оценка быстродействия системы управления

6

2

2




2

2

Тест: обоснование выбора КТС по требуемому быстродействию



Оценка надежности АСУ ТП

4

2

2







2

Оценка надежностных характеристик подсистем АСУ ТП



Аппаратно-технический синтез

14

2

8




4

2

Подготовка реферата



Проектирование информационного и математического обеспечения

10

2

2




4

2

Тест: элементы информационного и математического обеспечения



Автоматизация проектирования систем управления

12

2

6




4

2

Контрольная работа




Зачет

2

2

--




--

2

Защита расчета




Экзамен

36













36







Итого:

108




36




18

54





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

2 семестр

1. Основные сведения о системах управления
Основные понятия и определения. Ручное, механизированное, автоматизированное и автоматическое управление. Классификация систем управления. Принципы управления. Состав и структура автоматизированных систем. Функциональное назначение и виды обеспечения АСУ ТП. Виды описания (структуры) АСУ ТП. Функциональная структура АСУ ТП. Информационные и управляющие функции. Показатели качества функций. Иерархия современного промышленного производства. Централизованные и распределенные структуры АСУ ТП и их сравнительный анализ..
2. Общие вопросы проектирования АСУ ТП
Этапы жизненного цикла систем. Определение проектирования и особенности этапа проектирования. Способы проектирования. Типовая схема отдельного этапа проектирования. Три уровня качества технических решений. Организация проектирования. Нормативная документация по проектированию АСУ ТП. Принципы создания АСУ ТП. Стадии и этапы создания и проектирования АСУ ТП. Содержание работ на стадиях «Техническое задание», «Технический проект», «Рабочая документация». Состав проектной и эксплуатационной документации. Обозначение документов и систем.

Этапы и содержание работ. Содержание и оформление отчета. Сбор и обработка данных об объекте, изучение объекта автоматизации. Технологический регламент и другая технологическая документация.

Общесистемный синтез АСУ ТП. Состав и содержание документов по общесистемным решениям. Формулирование целей создания АСУ ТП и требований к ней. Предварительный выбор структуры системы и предварительный анализ точности, быстродействия и надежности отдельных каналов и подсистем. Предварительная оценка затрат на разработку, ввод в действие и эксплуатацию АСУ ТП.
3. Метрологическое обеспечение систем управления
Виды и способы оценки погрешностей. Статическая и динамическая погрешности. Систематические и случайные погрешности. Математические модели и показатели случайных погрешностей в статических и динамических системах. Максимальная, средняя и среднеквадратическая погрешности.

Преобразование случайных процессов в линейных и нелинейных статических и динамических системах.

Способы вычисления результирующей погрешности последовательной цепи преобразователей (прямая задача). Распределение погрешностей по отдельным преобразователям при проектировании систем управления (обратная задача).
4. Оценка быстродействия системы управления
Понятие и количественные показатели быстродействия отдельных элементов системы управления. Оценка быстродействия измерительных и управляющих каналов. Обоснование выбора комплекса технических средств по параметрам быстродействия.
5. Оценка надежности АСУ ТП
Основные понятия и определения теории надежности. Количественные характеристики надежности. Показатели надежности АСУ ТП и ее отдельных подсистем. Методы повышения надежности АСУ ТП. Расчет надежности информационной подсистемы АСУ ТП. Способы оценки надежности АСУ ТП как многоуровневой иерархической системы с учетом не только технических средств.
6. Аппаратно-технический синтез
Состав и содержание документов по техническому обеспечению.

Проектирование подсистемы ввода аналоговых сигналов АСУ ТП. Структурные схемы подсистемы ввода АСУ ТП. Технические средства подсистемы ввода аналоговых сигналов: датчики, нормирующие преобразователи, коммутаторы, АЦП. Анализ статических характеристик преобразователей. Методы аппроксимации характеристик. Сопротивление линий связи и электрические ключи в измерительных цепях. Термоэлектрический эффект и его влияние на погрешность измерительных цепей. Учет нелинейности статических характеристик преобразователей. Проектирование подсистемы ввода дискретных сигналов АСУ ТП.

Проектирование подсистемы вывода аналоговых и дискретных сигналов АСУ ТП.

Проектирование систем электропитания. Системы электропитания переменного и постоянного тока. Проектирование систем питания переменного тока. Вторичные источники электропитания. Выпрямители, фильтры, стабилизаторы, преобразователи. Защита источников питания от перегрузки по току.

Разработка и оформление функциональной схемы автоматизации, структурной схемы КТС, чертежей общего вида щитов (пультов), принципиальных электрических и пневматических схем.
7. Проектирование информационного и математического обеспечения

Состав и содержание документов по информационному обеспечению. Разработка перечней входных и выходных сигналов, сообщений и документов.

Состав и содержание документов по математическому обеспечению. Разработка и описание основных алгоритмов измерительной и управляющей подсистем.
8. Автоматизация проектирования систем управления

Основные виды инженерной деятельности при выполнении проектных работ. Необходимость автоматизации проектирования. Особенности человека как субъекта принятия решений. Технические и программные средства автоматизации проектирования. Методы автоматизированного проектирования. Имитационное моделирование. Функциональные и имитационные модели линейных и нелинейных статических и динамических преобразователей

4.2.2. Практические занятия

«Практические занятия учебным планом не предусмотрены».

4.3. Лабораторные работы

2 семестр

  1. Проектирование общей структуры АСУ ТП (узлы, объекты, каналы). Тиражирование элементов проекта для сложных АСУ ТП, настройка каналов связи. Автопостроение АСУ ТП на базе типовых элементов.

  2. Разработка алгоритмического и программного обеспечения АСУ ТП, использование функционально-блочных диаграмм, языка инструкций.

  3. Настройка алгоритмов стандартной первичной обработки информации (фильтрация, масштабирование, гистерезис, пороги, апертура) .

  4. Настройка связи каналов передачи данных с разработанными программами.

  5. Разработка операторского интерфейса.

  6. Настройка параметров технологических архивов, системы защит и сигнализации.


4.4. Расчетные задания
2 семестр

Решение задачи многокритериального выбора программно-технических средств для автоматизации на основе метода анализа иерархий с привлечением аппарата экспертного оценивания.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат графические представления современных программно-технических средств АТПП, SCADA-систем, ПТК. Демонстрируются стадии создания АСУ ТП и примеры типовых документов при проектировании АС.

Лабораторные занятия включают мультимедиа сопровождение с примерами решения поставленных задач.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольной работе, выполнение расчетных заданий и подготовку к их защите, подготовку реферата, подготовку к лабораторным работам и подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольная работа, устный опрос, презентация реферата, защита расчетного задания.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины, определяется из условия: 0,2(среднеарифметическая оценка за контрольную и тесты) + 0,3оценка за расчетное задание + 0,5оценка по лабораторным работам.)
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов : справочное пособие / А. С. Клюев, и др. – 3-е изд.,стер. Перепечатанное с изд. 1990г . – М. : Альянс, 2008 . – 464 с.

  2. Агеев Ю.М., Коновалов В.И., Мазурек Г.Ф., Скороспешкин В.Н. Автоматизированные системы управления непрерывными технологическими процессами./Уч. пособие. - Томск, ТПИ, 1987.


б) дополнительная литература:

  1. Матвейкин В.Г., Фролов С.В., Шехтман М.Б. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов. М: Машиностроение, 2000. 176с.

  2. Деменков Н.П. SCADA-системы как инструмент проектирования АСУ ТП: Учебное пособие - М. : Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2004.- 328 с.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.industrialauto.ru/ – Промышленная автоматизация в России

http://www.asutp.ru/ – Средства и системы компьютерной автоматизации

ПТК SPPA T3000 (Siemens)

OPC-сервер MasterOPC(Danfoss)

SCADA-система TRACE MODE (AdAstra)
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, а для проведения лабораторных работ необходимо наличие компьютерного класса, подключаемого к ПТК и контроллерам.
Программа «Проектирование АСУ промышленных объектов» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистерской программы «Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к.т.н., доцент Мезин С.В.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Автоматизированные системы управления

тепловыми процессами
д.т.н., профессор Андрюшин А.В.