Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор-директор ЭНИН
_______________
«___»__________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Программно-технические комплексы для контроля режимов и управления электроэнергетическими
системами
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 140400 Электроэнергетика и электротехника
Специализация Управление режимами электроэнергетических систем
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) Магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
ГОД ОБУЧЕНИЯ – первый СЕМЕСТР – осенний
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ нет
КОРЕКВИЗИТЫ «Средства управления и защиты энергосистем на базе цифровых технологий»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 9 час.
Практические занятия 18 час.
Лабораторные работы 27 час.
Курсовая работа – час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 54 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 90 час.
ИТОГО 144 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ Очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ Экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ Кафедра электроэнергетических сетей и систем (ЭСиС)
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ЭСС _____________
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ______________
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Основной целью дисциплины является подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности, связанной с практическими задачами эксплуатации и проектирования электроэнергетических систем при выполнении требований по защите окружающей среды и правил безопасности производства электрической энергии.
Достижение этой цели позволит выпускникам успешно решать профессиональные задачи, связанные с проектированием, обслуживанием и эксплуатацией объектов электроэнергетики, находить творческие решения профессиональных задач, проводить технические испытания и научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» вариативной части ООП. Указанная дисциплина основывается на знаниях и умениях, полученных при изучении дисциплин «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита электроэнергетических систем». Данная дисциплина является необходимой базой для изучения дисциплины «Противоаварийное управление в энергосистемах».
Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:
знать
– основы управления установившимися режимами;
- основные принципы управления процессами, протекающими в электроэнергетических системах;
- роль и место средств релейной защиты и автоматики в общем комплексе задач управления энергосистемой.
- принципы построения и функционирования основных типов устройств релейной защиты и автоматики.
уметь
- выбрать и рассчитать устройства защиты и автоматики для отдельных элементов энергосистемы и проанализировать их поведение при возникновении аварийной ситуации в энергосистеме.
иметь опыт
- анализа процессов, протекающих в электроэнергетических системах.
Пререквизитами данной дисциплины являются: «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита электроэнергетических систем».
Кореквизитами: «Установившиеся режимы ЭЭС современные методы и средства их расчета», «Проектирование и эксплуатация релейной защиты и автоматики энергосистем».
3. Результаты освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать
- современные программно-технические комплексы, применяемые в энергетике и задачи, решаемые этими комплексами,
уметь
- использовать и анализировать информацию о состоянии объекта управления, получаемую с помощью программно-технических комплексов.
владеть
- навыками использования программно-технических комплексов для решения практических задач.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1. Общекультурные
– способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (ОК-1);
– способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности, к изменению социокультурных и социальных условий деятельности (ОК-2);
– способность самостоятельно 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).
2. Профессиональные
- способность использовать программно-технических комплексы для решения практических задач (ПК-7);
- готовность выбирать серийные программно-технических комплексы (ПК-15);
- готовность применять методы и средства автоматизированных систем управления процессами выработки и распределения энергии (ПК-20);
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Аннотированное содержание разделов дисциплины (26 час.).
Предмет дисциплины, ее назначение и место среди других дисциплин (2часа). Микроконтроллеры – элементная база современных программно-аппаратных комплексов (2час.). Принципы построения устройств контроля и управления на микроконтроллерах (2часа). Цифровая обработка сигналов (2часа). Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики -2часа. Регистрация аварийных событий в энергосистемах (2часа). Программно-технические комплексы для автоматизации испытаний и настройки устройств релейной защиты и автоматики (2часа). Автоматизация учета производства и потребления энергии (2часа). Информационно-измерительные системы (ИИС) для построения АСУ ТП энергообъектов (2часа).Тематика лабораторных работ (27 час.).
1. Отладочная среда для программирования МК - Turboctl.(4 часа)
2. Программирование МК. Ввод/вывод дискретной информации.(4 часа).
3. Программирование МК. Ввод – вывод аналоговой информации.(6 часа).
4. Микропроцессорные устройства релейной защиты. (6 часа).
5. Регистраторы аварийных сигналов (4 часа).
6. Программно-технические комплексы для автоматизации испытаний устройств РЗА – РЕТОМ41,РЕТОМ51(4 часа).
7. Информационно-измерительная система ”НЕВА” (4 часа).
8. Информационно-измерительная система ”Черный ящик” (4 часа).
4.2. Структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Название разделов | Аудиторная работа (час.) | СРС (час.) | Курс. раб. (час.) | Итого (час.) | ||
Лекц. | Пр. зан. | Лаб. зан. | ||||
1. Предмет дисциплины, ее назначение и место среди других дисциплин | 2 | 2 | ЛБ №1 4 час. | 8 | – | 14 |
2. Микроконтроллеры – элементная база современных программно-аппаратных комплексов. | 2 | ЛБ №2 4 час. | 10 | – | 16 | |
3. Принципы построения устройств контроля и управления на микроконтроллерах. | 2 | 2 | ЛБ №3 6 час | 10 | – | 18 |
4. Цифровая обработка сигналов. | 2 | 10 | – | 12 | ||
5. Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики. | 2 | 2 | ЛБ №4 6 час | 16 | – | 24 |
6. Регистрация аварийных событий в энергосистемах | 2 | ЛБ №5 4 час | 10 | – | 16 | |
7. Программно-технические комплексы для автоматизации испытаний и настройки устройств релейной защиты и автоматики. | 2 | 2 | ЛБ №6 4 час | 10 | – | 16 |
8. Автоматизация учета производства и потребления энергии. | 2 | 8 | – | 10 | ||
9. Информационно-измерительные системы (ИИС) для построения АСУ ТП энергообъектов. | 1 | 2 | ЛБ №7,8 8 час | 14 | – | 24 |
Итого | 9 | 18 | 27 | 90 | – | 144 |
5. Образовательные технологии
В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:
· работа в команде;
· опережающая самостоятельная работа;
· методы IT;
· междисциплинарное обучение;
· проблемное обучение;
· обучение на основе опыта;
· исследовательский метод.
Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации,
Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в таблице 2.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Формы ОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | СРС | Консуль- тации |
Работа в команде |
| Х | Х | |
Опережающая самостоятельная работа |
| Х | Х | |
Методы IT | Х |
|
| |
Междисциплинарное обучение |
|
| ||
Проблемное обучение |
| Х | ||
Обучение на основе опыта |
| |||
Исследовательский метод | Х |
|
|
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
Самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения.
Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно – ориентированная.
6.1. Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений. Текущая СРС включает следующие виды работ:
– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию;
– опережающую самостоятельную работу;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
– подготовку к лабораторным работам;
– подготовку к контрольным работам, экзамену.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов. ТСР предусматривает:
– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;
– анализ научных публикаций по тематике, определенной преподавателем;
– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.
– анализ статистических материалов по заданной тематике, проведение расчетов, составление схем и моделей.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
При изучении данной дисциплины студентам предлагается следующие темы для самостоятельной работы.
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований:
- исследование микропроцессорных устройств релейной защиты;
- повышение качества настройки устройств релейной защиты и автоматики;
- системы АСУ ТП энергообъектов.
2. Темы индивидуальных заданий:
- программирование микроконтроллеров;
- принципы построения устройств контроля и управления на микроконтроллерах;
- цифровая обработка сигналов;
- промышленные микропроцессорные комплексы релейной защиты;
- программно-технические комплексы для автоматизация учета производства и потребления энергии;
- современные программно-аппаратные комплексы для реализации информационно-измерительных систем в энергетике;
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
- основные компоненты микроконтроллера;
- фильтрация сигналов;
- регистраторы аварийных событий;
- принципы построения автоматизированных систем учета энергии.
6.4. Контроль самостоятельной работы студентов
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения дисциплины осуществляется посредством:
– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;
– защиты рефератов и научно-исследовательских работ по проведенным исследованиям;
– ответов на контрольные вопросы (вопросы предоставляются студентам в электронной форме на первом занятии).
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом (п. 8), предусматривающем все виды учебной деятельности.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированной литературой, программным обеспечением, Internet-ресурсами и учебными пособиями (см. раздел 9).
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины
Для текущей оценки качества освоения дисциплины разработаны и используются следующие средства:
– контрольные вопросы по темам лекций (приложения 1, 2);
– контрольные вопросы к лабораторным работам;
– темы научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (п. 6.3);
Для итоговой аттестации подготовлены зачетные билеты. Билеты содержат два вопроса (приложение 3).
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
● основная литература
1. Осика и технический учет электрической энергии. – СПб.: Политехника, 2005. – 360 с.: ил.
2. Комплект обучающих и демонстрационных материалов “Системы и технологии”, 2004г.
3. , Усачев регистрация аварийных событий в энергосистемах. Библиотека электротехника.
4. Шмурьев реле защиты. – М.: НТФ “Энергопрогресс ”, 1999. – 56 с.: ил. (Библиотека электротехника, приложение к журналу “Энергетик”; Вып. 1(4)).
5. , Скоробогатов микропроцессорной техники. М.: ИНТУИТ. РУ. ”Интернет-Университет Информационных Технологий”, 2003. – 440 с.
6. Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер с англ. – М.: ООО “Бином - Пресс”, 2006 г. – 656 с. Ил.
7. Волович аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: издательский дом “Додека – XXI”, 2005. – 528 с.
8. Дьяков автоматика и релейная защита электроэнергетических систем: учебное пособие / , . – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 336 с.
9. .Шнеерсон релейная защита. – Энергоатомиздат, 20с.: ил.
10. . Цифровая регистрация и анализ аварийных процессов в электроэнергетических системах. – М.: НТФ “Энергопрогресс”, 2004. – 96 с.: ил. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу “Энергетик”, Вып.2(62)].
11. Микросхемы АЦП и ЦАП. – М.: Издательский дом “Додека - ХХI”, 2005. – 432 с.: ил. + CD.(Серия “Интегральные микросхемы”).
● дополнительная литература:
1. Вальпа схемы с применением микроконтроллеров и ПЛИС (+CD). – М.: Издательский дом “Додека-ХХI”, 2006.-416 с.:ил.
2. Айфичер, Джервис, Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом ‘Вильямс”, 2004. – 992 с.: ил.
3. Временные методические рекомендации по проверке готовности ТЭС к первичному регулированию частоты. Приложение 1 к приказу РАО «ЕЭС России», № 000 от 18.09.02, 2002г.
● программное обеспечение:
1. Компьютерные демонстрационные материалы по структуре МК
2. Компьютерные демонстрационные материалы по структуре портов ввода/вывода
3. Компьютерные демонстрационные материалы по структуре АЦП и ЦАП
4. Программа: Отладочная среда для программирования МК.
5. Программные средства системы испытательной системы для проверки устройств РЗА РЕТОМ-51
6. Программное обеспечение информационно-измерительной система “НЕВА”
7. Программное обеспечение информационно-измерительной система “Черный ящик”
8. Программное обеспечение регистратора аварийных событий
9. Программное обеспечение микропроцессорных устройств релейной защиты
10. Демонстрационный ролик фирмы ”Системы и технологии” – АИИС КУЭ ПИРАМИДА.
9. Материально – техническое обеспечение дисциплины
- лабораторные работы проводятся в специализированных учебных лабораториях, оснащенных современным оборудованием, и в компьютерных классах, где установлены лицензионные промышленные программные комплексы;
- лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств, материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки магистров по магистерской программе «Управление режимами электроэнергетических систем».
Программа одобрена на заседании кафедры «Электроэнергетические сети и системы»
(протокол № ___ от «___» ________ 2010 г.)
Автор _____________ , к. т.н., доцент кафедры ЭСиС
Рецензент ___________, к. т.н., доцент кафедры ЭСиС
Приложение 1
Примеры вопросов текущего контроля
1. Структура микроконтроллера и принцип работы. Основные компоненты микроконтроллера.
2. Программирование микроконтроллера. Язык ассемблера.
3. Организация ввода-вывода дискретной информации через параллельный порт микроконтроллера.
4. Принципы работы микроконтроллера с аналоговыми сигналами. Цифро-аналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи.
5. Принципы построения устройств контроля и управления на микроконтроллерах.
6. Регистрация аварийных событий в энергосистемах.
7. Автоматизация испытаний устройств РЗА - система РЕТОМ-51.
8. Автоматизация учета и контроля потребления энергии.
9. Программно-аппаратные комплексы для построения АСУ ТП в энергетике. Информационно-измерительная системы “НЕВА” и ”Черный ящик”
Приложение 2
Примеры вопросов итогового контроля
1. Принципы работы микроконтроллера. Принципы построения устройств управления на базе микроконтроллеров.
2. Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики.
3. Регистрация аварийных событий в энергосистемах. Принципы построения регистраторов. Представление информации, полученной регистраторами.
4. Принципы построения систем для автоматизации испытания устройств РЗА.
Испытательная система РЕТОМ-51.
5. Автоматизация учета и контроля потребления энергии. Новые возможности, которые дает применение средств вычислительной техники для решения этой задачи.
6. Программно-аппаратные комплексы для построения АСУ ТП в энергетике. Информационно-измерительный комплекс ”НЕВА”. Задачи, решаемые комплексом.
7. Программно-аппаратные комплексы для построения АСУ ТП в энергетике. Информационно-измерительный комплекс ”Черный ящик”. Задачи, решаемые комплексом.
8. Микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики – нижний уровень АСУ ТП в энергетике.
9.
Приложение 3
Пример итогового контроля (экзаменационные билеты)
билет 1
1. Структура микроконтроллера и принцип работы. Основные компоненты микроконтроллера. Принципы построения устройств управления на базе микроконтроллеров.
2. Регистрация аварийных событий. Принципы построения цифровых регистраторов. Представление информации, полученной с помощью регистраторов.
билет 2
1. Перечислить ряд задач, решаемых АСУ ТП в энергетике. Подробней раскрыть задачу “Автоматизация учета и контроля потребления энергии”. Указать необходимые технические средства для решения этой задачи. Пояснить структуру подключения технических средств. Какие новые возможности дает решение данной задачи с применением средств вычислительной техники.
2. Программно-аппаратные комплексы для построения АСУ ТП в энергетике. На примере информационной системы “НЕВА” пояснить принципы построения многоуровневых систем АСУ ТП в энергетике. Основные технические и программные средства системы “НЕВА”. Задачи, решаемые данной системой.
билет 3
1. Пояснить комплекс задач, решаемых средствами АСУ ТП “Определение ресурса оборудования”. Какие новые возможности дает решение этих задач средствами вычислительной техники. Подробней объяснить алгоритм задачи “Определение ресурса двигателя”. Какие технические средства в принципе требуются для решения этой задачи.
2. Программно-аппаратные комплексы для построения АСУ ТП в энергетике. На примере измерительно-информационного и управляющего комплекса “Черный ящик” пояснить принципы построения многоуровневых систем АСУ ТП в энергетике. Основные технические и программные средства комплекса “Черный ящик”. Задачи, решаемые данным комплексом.
