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 тепловых и атомных электрических станций Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ “^
Цикл: | профессиональный | | ^ | вариативная | | № дисциплины по учебному плану: | М2.7 | | ^ | 108 | | Трудоемкость в зачетных единицах: | 3 | 2 семестр – 3 | Лекции | 36 час | 2 семестр | Практические занятия | |
| ^ | 18 час | 2 семестр | Расчетные задания, рефераты |
| 2 семестр | Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 54 час |
| Экзамены | 36час | 2 семестр | Курсовые проекты (работы) |
|
|
Москва - 2011 ^ 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. ^ : 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. ^
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. ^ Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2. основной образовательной программы подготовки магистров по программе “ Автоматизированные системы управления объектами тепловых и атомных электрических станций” 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». ^ 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.
^ 4.1 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 |
|
^ 4.2.1. 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).
^
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 ^ «Практические занятия учебным планом не предусмотрены». 4.3. Лабораторные работы 2 семестр 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. Разработка алгоритмического и программного обеспечения АСУ ТП, использование функционально-блочных диаграмм, языка инструкций. Настройка алгоритмов стандартной первичной обработки информации (фильтрация, масштабирование, гистерезис, пороги, апертура) . Настройка связи каналов передачи данных с разработанными программами. Разработка операторского интерфейса. Настройка параметров технологических архивов, системы защит и сигнализации.
^
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 ^ 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. ^ 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. ^ 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) + 0,3оценка за расчетное задание + 0,5оценка по лабораторным работам.)
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр. ^ 7.1. Литература: а) основная литература: 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. 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: Матвейкин В.Г., Фролов С.В., Шехтман М.Б. Применение SCADA-систем при автоматизации технологических процессов. М: Машиностроение, 2000. 176с. Деменков Н.П. SCADA-системы как инструмент проектирования АСУ ТП: Учебное пособие - М. : Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2004.- 328 с.
^ 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)
^ 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 объектов теплоэнергетики»”составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистерской программы «Автоматизированные системы управления объектами тепловых и атомных электрических станций» .
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к.т.н., доцент Мезин С.В.
"УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой Автоматизированные системы управления тепловыми процессами
д.т.н., профессор Андрюшин А.В.
|