Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ульяновский государственный педагогический университет имени »
(ФГБОУ ВПО «УлГПУ им. »)
Кафедра технологии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_______________
«_____» ________________ 2012 г.
ОД. В2 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ
Программа учебной дисциплины федерального компонента для специальности 050501.07.65 «Профессиональное обучение»
для заочной формы обучения
Составители: , доцент
Рассмотрено и утверждено на заседании учёного совета факультета технологии и дизайна (протокол №7 от 22 марта 2012г.).
Ульяновск, 2012
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Рабочая программа составлена на основании требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального обучения.
Актуальность дисциплины обусловлена необходимостью изучения классификации автоматизированных систем, состава АСУ и функций, алгоритмического, программного и информационного обеспечений, а также необходимостью изучения примеров построения современных АСУ в различных отраслях промышленности и их анализа.
Программа составлена с учётом профессиональной ориентации студентов для возможности преподавания дисциплины в учебных заведениях, а также с учётом необходимости овладения ими навыками научно-исследовательской работы.
Программа рассчитана на владение студентом навыками работы с компьютером на уровне пользователя и его способность применять информационные технологии для решения различных задач в области профессиональной деятельности.
2. Цель и задачи дисциплины
Цель обучения – 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.
Основные задачи дисциплины:
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.
3. Содержание дисциплины.
Преподавание дисциплины предусматривает чтение лекций, проведение лабораторно-практических занятий и организацию самостоятельной работы.
3.1. Объем дисциплины и виды работ.
№ п\п | Разделы | Семестр | Всего часов | Аудиторных | Лекции | Лабораторные занятия | Самост. раб. | Вид аттестации |
1 | Состав и функции АСУП | 11 | 84 | 10 | 4 | 6 | 74 | зачет |
2 | Обеспечение АСУП | 11 | 86 | 12 | 6 | 6 | 74 | зачет |
ВСЕГО | 170 | 22 | 10 | 12 | 148 |
3.2. Требования к уровню усвоения содержания дисциплины
В результате изучения учебной дисциплины студент должен знать:
- идеологию построения современных АСУ их состав и структуру;
- содержание отдельных видов обеспечения, их взаимосвязь;
- состав и структуру технического, алгоритмического и программного обеспечений.
- современные технические средства, на базе которых строятся АСУП;
- функциональные возможности специализированных программных;
- тенденции развития средств и систем автоматизации.
В результате изучения учебной дисциплины студент должен уметь:
- синтезировать функциональную и алгоритмическую структуры автоматизированных систем управления производством;
- работать с современными техническими средствами, на базе которых строятся АСУ ТП и производить выбор;
- пользоваться специализированными программами АСУП.
В результате изучения учебной дисциплины студент должен владеть навыками:
- синтезирования структуры АСУП;
- работы с современными техническими средствами, на базе которых строятся АСУ ТП;
- работы в специализированных программах АСУП.
4. Тематический план изучения дисциплины
№ |
Название темы | Количество часов | ||
Лекции | Лаб.-практ. занятия | СРС* | ||
Первый раздел «Состав и функции АСУП» | ||||
1. | Общие сведения об автоматизированном управлении | 0,5 | - | 4 |
2. | Функции АСУП и их содержание | 0,5 | - | 10 |
3. | Виды обеспечения АСУП | 0,5 | 1 | 10 |
4. | Первичная обработка информации | 0,5 | 1 | 10 |
5. | Алгоритмы фильтрации | 0,5 | 1 | 10 |
6. | Алгоритмы определения показателей и величин | 0,5 | 1 | 10 |
7. | Алгоритмы контроля параметров | 0,5 | 1 | 10 |
8. | Алгоритмы расчета технико-экономических показателей, регулирования и управления | 0,5 | 1 | 10 |
Второй раздел «Обеспечение АСУП» | ||||
1. | Агрегатные комплексы технических средств | 1 | - | 14 |
2. | Программируемые микропроцессорные контроллеры | 1 | 2 | 20 |
3. | Программное обеспечение автоматизированных систем | 2 | 2 | 20 |
4. | Информационное и организационное обеспечение | 2 | 2 | 20 |
ИТОГО | 10 | 12 | 148 |
Содержание раздела «Состав и функции АСУП» дисциплины
Тема 1. Общие сведения об автоматизированном управлении.
Особенности технических, производственных и организационных систем как объектов управления. Классификация АСУП. Признаки классификации АСУП, 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.
Тема 2. Функции АСУП 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.
Тема 3. Виды обеспечения АСУ. Назначение технического, алгоритмического, программного, информационного и организационного обеспечений. Схема взаимосвязи отдельных видов обеспечения друг с другом.
Тема 4. Первичная обработка информации, введенной в микропоцессорное средство контроля и управления. Классификация алгоритмов фильтрации, аналитической градуировки датчиков, проверки достоверности информации, экстра - и интерполяции.
Тема 5. 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.
Тема 6. Алгоритмы определения показателей и величин (вторичной обработки информации). Дискретное дифференцирование, интегрирование и усреднение измеряемых величин, прогнозирование и определение статистических показателей.
Тема 7. 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 мощность и в аварийных режимах. Контроль 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 параллельного измерения Постановка задачи прогнозирования хода технологического процесса и состояния оборудования. Принципы прогнозирования. Аналитическое и вероятностное прогнозирование параметров технологического процесса и состояния оборудования.
Тема 8. Алгоритмы расчета технико-экономических показателей, цифрового регулирования и управления. Определение расходов сырья и товарного продукта за час, смену, сутки, месяц. Определение среднего значения расхода Алгоритмизация задачи расчета прибыли, себестоимости, рентабельности. Структура цифровой системы управления. Классификация цифровых регуляторов, состав параметрически и структурно оптимизируемых регуляторов. Разностные уравнения параметрически оптимизируемых регуляторов 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-календарного планирования. Составляющие задачи оптимального управления в статике и динамике. Задача построения математической модели управляемого объекта. Аналитический и экспериментальные подходы к ее решению. Алгоритмы логического управления непрерывными, дискретными и непрерывно-дискретными процессами. Технологический переключательный процесс как объект логического управления. Алгоритмы работы управляющих автоматов, алгоритмы аварийной и технологической сигнализации, блокировок и защит.
4.4. Содержание раздела «»Обеспечение АСУП» дисциплины.
Тема 1. Агрегатные комплексы технических средств. Состав, структура и классификация технических средств автоматизированных систем управления. Принципы построения и структура государственной системы приборов (ГСП). Средства измерения технологических параметров. Промышленные исполнительные механизмы и регулирующие органы. Вторичные аналоговые и цифровые приборы. Состав и функциональные возможности комплексов.
Тема 2. 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. Сетевая структура современных автоматизированных систем управления. Средства и способы ввода технологической информации в операторские станции. Сетевая архитектура систем управления, построенных на базе ПМК. Структура распределенных систем управления, построенных на базе ПМК. Примеры построения систем управления на базе ПМК.
Тема 3. Программное обеспечение автоматизированных систем Состав и структура программного обеспечения. Общее и прикладное программное обеспечение. Операционные системы реального времени. Системы и языки программирования промышленных микропроцессорных контроллеров. Технологическое программирование регулирующих и логических микропроцессорных контроллеров. Программные пакеты, используемые для решения задач верхнего уровня АСУ. Функциональные возможности и особенности пакетов. Программные пакеты, используемые для решения задач оптимального управления.
Тема 4. Информационное и организационное обеспечение. Состав и структура информационных потоков. Организация сбора, хранения и передачи информации. Формы представления информации. Состав и структура организационного обеспечения.
5. Перечень лабораторных занятий по дисциплине
5.1. Перечень лабораторных занятий (раздел «Состав и функции АСУП»)
Графическое изображение схем автоматизации в АСУ ТП (1 час). Составление схем автоматизации типовых производственных процессов (1 час). Алгоритмы первичной обработки информации при оценке параметров и показателей технологических объектов (1 час) Цифровая система управления лабораторным технологическим процессом (1 час). Цифровые регуляторы (1 час) Цифровые фильтры (1 час)5.2. Перечень лабораторных занятий (раздел «Обеспечение АСУП»)
Технологическое программирование микропроцессорных контроллеров.(1 час). Стандартные конфигурации регулирующего микропроцессорного контроллера.(1 час). Контроль технологических параметров (1 час). Сбор и первичная обработка информации в автоматизированной системе управления (1 час). Программные комплексы АСУП (2 часа).6. 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 программными комплексами.
Итоговый контроль знаний проводится при сдаче зачета. На зачете предлагается ответить на два вопроса, относящихся к разным темам.
Перечень вопросов к зачету по дисциплине:
Раздел «Состав и функции АСУП»
1. Классификация АСУП.
2. Признаки классификации АСУП.
3. Разновидности АСУ.
4. Структура и особенности систем управления.
5. Информационно-вычислительные и управляющие функции.
6. Прямое и косвенное измерение.
7. Контроль отклонений параметров, диагностика и прогнозирование.
8. Регулирование отдельных параметров.
9. Оптимальное управление в установившемся и переходном режимах.
10. Назначение технического обеспечения.
11. Назначение алгоритмического обеспечения.
12. Назначение программного обеспечения.
13. Назначение информационного обеспечения.
14. Назначение организационного обеспечения.
15. Схема взаимосвязи отдельных видов обеспечения друг с другом.
16. Классификация алгоритмов фильтрации.
17. Алгоритмы фильтрации.
18. Разностные уравнения низкочастотных цифровых фильтров.
19. Фильтры экспоненциального сглаживания.
20. Робастные фильтры, высокочастотные, полосовые и режекторные фильтры.
21. Алгоритмы аналитической градуировки датчиков.
22. Алгоритмы проверки достоверности информации.
23. Способы повышения достоверности информации.
24. Алгоритмы определения показателей и величин.
25. Дискретное дифференцирование, интегрирование и усреднение измеряемых величин.
26. Прогнозирование и определение статистических показателей.
27. Составляющие погрешности оценки измеряемой величины.
28. Вычислительные операции, уменьшающие погрешность оценки измеряемой величины.
29. Алгоритмизация задач косвенного измерения.
30. Основные виды контроля.
31. Контроль технологического процесса в нормальном режиме.
32. Контроль исправности оборудования.
33. Алгоритмы диагностики состояния оборудования и обнаружения неисправности.
34. Обнаружение неисправностей по результатам текущих замеров и статистическим характеристикам.
35. Обнаружение неисправностей по граничным значениям.
36. Обнаружение неисправностей по скорости изменения параметров.
37. Обнаружение неисправностей на основе параллельного измерения
38. Постановка задачи прогнозирования хода технологического процесса и состояния оборудования.
39. Принципы прогнозирования.
40. Аналитическое и вероятностное прогнозирование параметров технологического процесса и состояния оборудования.
41. Алгоритмизация задачи расчета прибыли, себестоимости, рентабельности.
42. Структура цифровой системы управления.
43. Классификация цифровых регуляторов, состав параметрически и структурно оптимизируемых регуляторов.
44. Структурно оптимизируемые цифровые регуляторы.
45. Апериодические регуляторы.
46. Регуляторы состояния, наблюдатели состояния, модальные регуляторы.
47. Цифровые линейные, псевдолинейные и нелинейные цифровые корректирующие устройства.
48. Алгоритмы безударного включения исполнительных механизмов.
49. Типовые задачи оптимального управления и оперативно-календарного планирования.
50. Составляющие задачи оптимального управления в статике и динамике.
51. Задача построения математической модели управляемого объекта.
52. Алгоритмы логического управления непрерывными, дискретными и непрерывно-дискретными процессами.
53. Технологический переключательный процесс как объект логического управления.
54. Алгоритмы работы управляющих автоматов.
55. Алгоритмы аварийной и технологической сигнализации, блокировок и защит.
Раздел «Обеспечение АСУП»
1. Состав, структура и классификация технических средств автоматизированных систем управления.
2. Принципы построения и структура государственной системы приборов (ГСП).
3. Средства измерения технологических параметров.
4. Промышленные исполнительные механизмы и регулирующие органы.
5. Вторичные аналоговые и цифровые приборы.
6. Состав и функциональные возможности комплексов.
7. Особенности ПМК по отношению к микро-ЭВМ.
8. Классификация ПМК по назначению и областям применения.
9. Программируемые контроллеры регулирующего, логического типа и координирующего типа.
10. Организация, технические характеристики и функциональные возможности отечественных микропроцессорных контролеров.
11. Сетевая структура современных автоматизированных систем управления.
12. Средства и способы ввода технологической информации в операторские станции.
13. Сетевая архитектура систем управления, построенных на базе ПМК.
14. Структура распределенных систем управления, построенных на базе ПМК.
15. Примеры построения систем управления на базе ПМК.
16. Состав и структура программного обеспечения.
17. Общее и прикладное программное обеспечение.
18. Операционные системы реального времени.
19. Системы и языки программирования промышленных микропроцессорных контроллеров.
20. Технологическое программирование регулирующих и логических микропроцессорных контроллеров.
21. Программные пакеты, используемые для решения задач верхнего уровня АСУ.
22. Функциональные возможности и особенности пакетов.
23. Программные пакеты, используемые для решения задач оптимального управления.
24. Состав и структура информационных потоков.
25. Организация сбора, хранения и передачи информации. Формы представления информации.
26. Состав и структура организационного обеспечения.
7. Критерии оценки.
Критерии оценки знаний студента на зачете:
Критерии | Оценка | |
Зачтено | Незачтено | |
Знание | Знание материала в пределах программы | Отмечены значительные пробелы в усвоении основных тем дисциплины |
Понимание | Понимает материал, формулирует выводы, приводит примеры, уверенно отвечает на дополнительные вопросы | Выводы поверхностные, содержат ошибки, не приводит примеры, ответы на дополнительные вопросы краткие, неуверенные |
Логика изложения | Излагает материал логично, последовательно | Логика изложения нарушена |
Применение профессиональной терминологии | Формулирует определения, использует профессиональную терминологию | Затрудняется в определении основных понятий изучаемой дисциплины, не владеет профессиональной терминологией |
Соблюдение норм литературного языка | Соблюдает нормы литературного языка, преобладает научный стиль изложения, ошибок нет либо единичные | Допускает множественные ошибки при изложении материала, демонстрирует бедную лексику |
8. Методические рекомендации по изучению дисциплины.
Большую часть рабочего времени следует выделять на упражнения и самостоятельную работу. Изучение теоретического материала должно сочетаться с выполнением лабораторных работ. При организации занятий преподаватель должен уяснить тему, учебные вопросы и учебно-воспитательные цели занятия, изучить методические указания и рекомендованную литературу, продумать порядок проведения занятия, проверить материальное обеспечение (варианты индивидуальных заданий, плакаты, макеты), убедиться в наличии вербальных средств обучения (учебной, справочной и учебно-методической литературы), специального оборудования, составить план проведения занятия. При преподавании дисциплины желательно придерживаться последовательности изучения разделов и тем дисциплины, представленных в рабочей программе. Первоначально теоретический материал необходимо изложить на лекции. Следует указать студентам, какие вопросы нужно проработать самостоятельно. В начале лекции можно выделить несколько минут на повторение материала предыдущей лекции для установления логической связи. На лекции может быть проведён блиц-опрос по ранее изученному материалу. При проведении лабораторных занятий необходимо опираться на уже изученный теоретический материал. Контроль выполнения самостоятельной работы студентов осуществляется в начале каждого лабораторного занятия. В учебном процессе необходимо активно применять имеющиеся наглядные материалы, плакаты, электронные обучающие материалы, образцы лабораторных работ. Для оценки промежуточных знаний и самоконтроля студентов разработан комплект тестовых заданий по дисциплине, который используется при промежуточной аттестации студентов и допуске к зачёту. Промежуточным контролем освоения нескольких тем курса является выполнение лабораторных работ с их последующей защитой. Итоговый контроль работы студентов осуществляется на и зачётах. При самостоятельной подготовке необходимо руководствоваться рекомендациями преподавателя, основной и дополнительной литературой, методическими указаниями, контрольными вопросами и заданиями.
9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
9.1. Основная литература
1. Автоматизированные информационные технологии в экономике: учебник для студентов вузов / кол. авт.: и др.; под ред. . – М.: Юнити, 2006. – 399 с.
2. , Широких проектирование в машиностроении. Основы теории и практикум. – М.: Изд-во ДМК Пресс, 2010. – 117 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/54472).
3. , Аверчинков проектировании технологических процессов: учебное пособие для вузов. – М.: Изд-во Флинта, 2011. – 229 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/116379).
4. Кудрявцев 3D V6. Основы работы в системе. М.: ДМК Пресс, 2004. – 435 с.
5. Левицкий черчение и автоматизация выполнения чертежей: учеб. для втузов. – М.: Высшая школа, 2001. – 428 с.
9.2. Дополнительная литература
1. Волкевич производственных процессов: учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 380 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/58008).
2. Системы автоматизированного управления электроприводами: учеб. пособие для учреждений сред. спец. образования / и др. Под ред. . – Минск: Новое знание, 2007. – 393 с.
10. Программное и коммуникационное обеспечение учебного процесса
По дисциплине разработаны компьютерные тестовые задания, которые активно используются в ходе промежуточного и рубежного контроля.
Ко всем темам курса разработан комплект мультимедийных презентаций, используемых на лекционных занятиях.
Лист согласования рабочей программы учебной дисциплины
Рабочая программа учебной дисциплины ОД. В2 «Автоматизированные системы управления производством»
Составители: – Ульяновск:УлГПУ, 2012. - ___ с.
Рабочая программа составлена на основании требований Государственнго образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 050501.07.65 «Профессиональное обучение»
Составитель ____________________
(подпись)
____________________
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры технологии., протокол от «21» марта 2012 г.
Заведующий кафедрой
______________________________________ А_______21 марта 2012___
личная подпись расшифровка подписи дата
Рабочая программа учебной дисциплины согласована с библиотекой
Сотрудник библиотеки
____________________________________________________________________
личная подпись расшифровка подписи дата
Программа утверждена на заседании ученого совета факультета Технологии и дизайна "22" марта 2012г., протокол
Председатель ученого совета факультета
____________________________________ В____________22 марта 2012
личная подпись расшифровка подписи дата
Программа согласована с учебным управлением
"___" __________ 20__г., протокол № ____
Начальник учебного управления.
____________________________________________________________________
личная подпись расшифровка подписи дата
Программа зарегистрирована в университетском редакционно-издательском секторе под учетным номером __________ на правах учебно-методического электронного издания.
Начальник УРИС __________________________________________________________________
личная подпись расшифровка подписи дата
Обеспеченность учебно-методической документацией за 2011/2012 учебный год по дисциплине «Автоматизированные системы управления производством» на специальности «Профессиональное обучение: материаловедение и обработка материалов»
№ п/п | Наименование Дисциплины (разделы) | Наименование учебников, учебно-методических, методических пособий, разработок и рекомендаций | Количество экземпляров | Обеспечение студентов учебной литературой (экземпляров на одного студента) |
1 | ОД. В3.2 Автоматизированные системы управления производством | Основная литература | 2,4 | |
1. Автоматизированные информационные технологии в экономике: учебник для студентов вузов / кол. авт.: и др.; под ред. . – М.: Юнити, 2006. – 399 с. (Библиотека УлГПУ) | 1 | |||
2. , Широких проектирование в машиностроении. Основы теории и практикум. – М.: Изд-во ДМК Пресс, 2010. – 117 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/54472). | 2 | |||
3. , Аверчинков проектировании технологических процессов: учебное пособие для вузов. – М.: Изд-во Флинта, 2011. – 229 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/116379). | 3 | |||
4. Кудрявцев 3D V6. Основы работы в системе. М.: ДМК Пресс, 2004. – 435 с. (Библиотека УлГПУ) | 10 | |||
5. Левицкий черчение и автоматизация выполнения чертежей: учеб. для втузов. – М.: Высшая школа, 2001. – 428 с. | 2 | |||
Дополнительная литература | 1,2 | |||
1. Волкевич производственных процессов: учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 380 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www. *****/books/58008). | ||||
2. Системы автоматизированного управления электроприводами: учеб. пособие для учреждений сред. спец. образования / и др. Под ред. . – Минск: Новое знание, 2007. – 393 с. | 10 | |||
Зав. кафедрой технологии / / Дата
Сотрудник библиотеки / /
