ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано _______________________ | Утверждаю ______________________ |
Руководитель ООП по направлению 220700 доц. | Зав. кафедрой АТПП доц. |
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Компьютерные технологии в области автоматизации и управления»
Направление подготовки:
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа:
Системы автоматизированного управления в нефтегазопереработке (дневная форма обучения)
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составители:
Доцент каф. АТПП
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель преподавания данной дисциплины заключается в формировании у студентов, обучающихся в магистратуре, знаний и умений в области применения вычислительной техники для решения задач автоматизации технологических процессов.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП:
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла основной образовательной программы подготовки магистров по направлению 220700 “Автоматизация технологических процессов и производств”.
Изучение дисциплины базируется на учебном материале следующих курсов: “Информатика”, “Электроника”, “ЭВМ и вычислительные системы”, “Технические средства автоматизации”, «Техническое и информационное обеспечение систем управления».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы для изучения дисциплин «Специальные системы управления», «Прикладное программирование», при выполнении научно-исследовательской работы, а также при подготовке выпускной квалификационной работы магистра.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-8);
способность организовывать в подразделении работы по совершенствованию, модернизации, унификации выпускаемых изделий, действующих технологий их элементов и технических средств автоматизированных производств и по разработке проектов стандартов и сертификатов (ПК-28);
способность систематизировать и обобщать информацию по формированию и использованию ресурсов предприятия (ПК-36);
способность разрабатывать алгоритмическое и программное обеспечение средств и систем автоматизации и управления (ПК-40);
В результате изучения дисциплины “Компьютерные технологии в области автоматизации и управления” студенты должны знать:
- принципы построения и функционирования программируемых логическогих контроллеров (ПЛК) ;
- принципы построения и функционирования вычислительных систем;
- принципы коммуникации между различными устройствами систем автоматизации (ПЛК, сенсорными панелями, SCADA узлами).
уметь:
- анализировать работу ПЛК и вычислительных сетей;
- решать задачи управления и автоматизации с использованием микропроцессорной техники, локальных и глобальных вычислительных сетей;
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
9 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 288 | 288 |
Аудиторные занятия | 119 | 119 |
Лекции | 17 | 17 |
Практические занятия (ПЗ) | 68 | 68 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 34 | 34 |
и (или) другие виды аудиторных занятий | ||
Самостоятельная работа, в том числе: | 169 | 169 |
Курсовой проект (работа) | 30 | 30 |
Расчетно-графические работы | ||
Реферат | ||
и (или) другие виды самостоятельной работы | 103 | 103 |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экзамен (36) | Экзамен (36) |
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции, ч |
1 | Программирование и эксплуатация контроллеров Zelio Logic. | 8 |
2 | Программирование и эксплуатация контроллеров Twido. | 8 |
3 | Программирование и эксплуатация контроллеров Modicon TSX М340 в инструментальной системе Unity Pro. | 8 |
4 | Архитектура контроллера Modicon TSX Premium. | 8 |
5 | Промышленные компьютерные сети. | 8 |
6 | Основы промышленного Ethernet. | 8 |
7 | Использование ОРС серверов для взаимодействия с устройствами систем автоматизации. | 8 |
8 | Программирование ОРСклиентов в пользовательских приложениях. | 8 |
9 | Графические сенсорные терминалы Magelis и их программирование с помощью ПО VijeoDesigner. | 10 |
Раздел 1. Программирование и эксплуатация контроллеров Zelio Logic.
Изучение основных возможностей программируемых контроллеров Zelio Logic и освоение базовых приемов программирования и отладки программ с использованием интегрированного экрана, а также инструментальной системы ZelioSoft. Место программируемых контроллеров в ряду средств промышленной автоматики Telemecanique. Основные характеристики, номенклатура и назначение клавиш. Меню настройки и режимы работы. Программирование контроллера на языке лестничной логики (Обозначение входов и выходов, промежуточные биты; Использование клавиш контроллера; Функциональные блоки – часы реального времени, таймеры, счетчики; Обработка аналоговых сигналов ). Основные возможности системы программирования ZelioSoft по настройке, программированию контроллера и отладке приложения (Формирование параметров функциональных блоков; Представление программы в виде лестничной диаграммы с использованием символов Zelio и электрической схемы; Представление программы на языке функциональных блок-схем FBD; Отладка программы в режиме моделирования работы контроллера; Подготовка сообщений для вывода на экран контроллера в процессе работы; Организация связи “контроллер - компьютер”. Отладка программ в ZelioSoft.). Коммуникационные возможности контроллера Zelio Logic (Modbus, Ethernet, Модемы GSM и RTS). Диагностирование контроллера.
Раздел 2. Программирование и эксплуатация контроллеров Twido
Изучение контроллеров Twido, среды разработки и отладки приложений Twido Suite.
Аппаратные средства Twido (Компактный контроллер; Модульный контроллер; Модули цифровых входов/выходов; Модули аналоговых входов/выходов; Коммуникационные средства; Опции). Программные средства Twido (Введение в программное обеспечение Twido; Объекты языка Twido; Пользовательская память; Режимы работы контроллера; Управление задачами, запускаемыми по событию). Специальные функции (Коммуникации; Встроенные аналоговые функции; Управление аналоговыми модулями).
Описание языков Twido (Язык лестничной логики; Язык списка инструкций; Язык Grafcet). Описание инструкций и функций (Основные инструкции; Дополнительные инструкции. Системные биты и системные слова). Средства моделирования контроллера (имитатор). Диагностирование контроллера.
Раздел 3. Программирование и эксплуатация контроллеров Modicon TSX М340 в инструментальной системе Unity Pro
Изучение основных возможностей программируемых логических контроллеров Modicon TSX М340 и освоение базовых приемов программирования и эксплуатации контроллеров с использованием инструментальной системы Unity Pro на языках по стандарту МЭК 61131-3. Обзор средств автоматизации компании Schneider Electric. Архитектура контроллера Modicon TSX М340. Модули центрального процессора и модули дискретного и аналогового ввода/вывода. Внутренняя шина и применение нескольких шасси («корзин»). Коммуникационные и интеллектуальные модули. Распределение памяти, системные слова и биты. Многозадачная операционная система. Основные возможности системы программирования Unity Pro. Инсталляция системы. Редактор прав доступа, создание профилей пользователей. Система меню и окон, режимы работы, настройка проекта. Конфигурирование контроллера М340. Встроенные типы данных и переменные. Языки программирования стандарта МЭК - язык диаграмм функциональных блоков FBD, язык лестничной логики LD, язык последовательных функциональных диаграмм SFC, структурированный текст ST, список инструкций IL. Использование основных элементов из библиотек функциональных блоков EFB. Подсистема моделирования контроллера (имитатор аппаратных средств). Документирование проекта. Расширенные возможности системы программирования Unity Pro. Создание производных функциональных блоков DFB. Работа с производными типами данных - массивами и структурами. Производные типы данных ввода/вывода. Разработка операторских экранов. Возможности системы Unity Pro в подключенном режиме (режиме online). Использование анимационных таблиц. Управление режимами работы контроллера. Порядок «холодного» и «теплого» перезапуска. Форсирование входов/выходов и внутренних переменных. Диагностика работы контроллера: процессора, модулей ввода/вывода, специализированных модулей. Использование для диагностики операторских экранов.
Раздел 4. Архитектура контроллера Modicon TSX Premium.
Модули центрального процессора и модули дискретного и аналогового ввода/вывода. Внутренняя шина XBUS. Коммуникационные и другие модули. Встроенная шина ввода/вывода FIPI0. Распределение памяти, системные слова и биты. Многозадачная операционная система. Возможности системы Unity Pro в подключенном режиме (режиме online). Использование анимационных таблиц. Управление режимами работы контроллера. Порядок «холодного» и «теплого» перезапуска. Форсирование входов/выходов и внутренних переменных. Диагностика работы контроллера: процессора, модулей ввода/вывода, специализированных модулей. Использование для диагностики операторских экранов. Основные возможности системы программирования по реализации замкнутых систем регулирования. Конфигурирование аппаратных средств. Идентификация процессов. РID-регулирование. Использование библиотечных функциональных блоков. Каскадное регулирование. Настройка параметров. Диагностирование процесса.
Раздел 5. Промышленные компьютерные сети.
Понятие вычислительной системы (сети). Требования к вычислительным сетям. Архитектура вычислительных систем. Глобальные и локальные вычислительные сети. Топология локальных сетей ЭВМ. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. Уровни сетей, их назначение. Оборудование вычислительных сетей: линии связи, серверы, сетевые платы, рабочие станции, повторители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, модемы. Передача данных в вычислительных сетях: физические и логические связи в сетях, методы передачи данных, коммутируемые и некоммутируемые каналы, синхронная и асинхронная передача информации, протоколы и интерфейсы, классификация протоколов, приоритетные и неприоритетные системы передачи данных (опрос/выбор, с контролем несущей, с передачей маркера); высокоуровневое управление каналом передачи данных, формат кадра, назначение полей. Защита информации в вычислительных сетях, контроль ошибок передачи.
Раздел 6. Основы промышленного Ethernet
Изучение возможностей сети Ethernet по реализации концепции Transparent Ready.
Концепция Transparent Ready. Введение в Ethernet. Классификация сервисов Ethernet и Web'сервисов. Возможности аппаратных средств: процессорные модули контроллеров Quantum и Premium с интегрированным портом Ethernet, коммуникационные модули различных контроллеров, концентраторы, коммутаторы, мосты и другие устройства гаммы Connexium.
Возможности передачи данных. Обмен на основе глобальных данных, узлы-издатели и узлы-подписчики.
Сканирование устройств ввода-вывода. Передача конфигурации при замене неисправных устройств. Синхронизация времени, формирование сообщений электронной почты и др. Чтение и запись данных с помощью функциональных блоков в системе программирования контроллеров.
Примеры использования различных видов обменов.
Ethereal – программа для анализа трафика сети и поиска ошибок передачи данных.
Регистрация данных и их просмотр, фильтры
Анализ передачи на разных уровнях обмена (физический, IP, TCP, прикладной Modbus)
Используемое оборудование и программные средства
Контроллеры Modicon TSX Quantum, Modicon TSX Premium, инструментальная система
программирования, сеть Ethernet
Раздел 7. Использование ОРС серверов для взаимодействия с устройствами систем автоматизации.
Обзор технологии COM/DCOM и ее применения при разработке САУ. Обзор группы стандартов OPC. Описание стандарта OPC Data Access. Использование ОРС для взаимодействия с устройствами систем автоматизации. Проблемы COM/DCOM и стандартов OPC. Базовые возможности OFS (OPC Factory Server компании Schneider Electric).Тестирование связи. OPC сервер фирмы Kepware. Matrikon OPC сервер. Организация OPC-сервера на базе Festo Didactic EzOPC. Применение Matrikon OPC Tunneller.
Раздел 8. Программирование ОРСклиентов в пользовательских приложениях.
Программирование ОРСклиентов в пользовательских приложениях в LabView и MATLAB (Simulink) для взаимодействия с устройствами систем автоматизации.
Раздел 9. Графические сенсорные терминалы Magelis и их программирование с помощью ПО VijeoDesigner.
Изучение аппаратных возможностей графических сенсорных терминалов, возможностей программного обеспечения VijeoDesigner, освоение приемов программирования.
Типы графических сенсорных терминалов Magelis XBTG: графические сенсорные, панели с клавиатурой, монохромные и цветные, серия Optimum. Функциональные возможности терминалов. Совместное использование данных. Программирование сценариев (script) на Java и их запуск. Создание различных типов окон. Работа с архивами и рецептами. Коммуникации. Работа с внешними накопителями. Работа с аудио и видео. Основные возможности ПО Vijeo Designer. Состав системы: графический редактор, система реального времени, средства преобразования и пересылки приложения. Работа в редакторе: система меню и окон, основные режимы работы. Библиотеки графических объектов. Расширенные возможности системы и отличия от предыдущих версий. Разработка приложений для диалоговых панелей. Создание нового приложения. Конфигурирование связи с контроллером по различным коммуникационным протоколам, отображение статистической информации о связи. Создание «графических панелей» приложения. Графические объекты и их свойства, виды анимации. Использование сценариев (scripts). Тренды, сигналы тревоги (алармы) и «рецепты». Режим симуляции. Примеры приложений.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
1. | Специальные системы управления | + | + | + | + | ||
2. | Компьютерные методы проектирования систем управления | + | + | + | |||
3 | Прикладное программирование | + | + | + | + | ||
4. | Научно исследовательская работа | + | + | + | + | + | + |
5 | Выпускная магистерская работа | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1 | Раздел 1 | 1 | 4 | 2 | 9 | 16 | |
2 | Раздел 2 | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
3 | Раздел 3 | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
4 | Раздел 4 | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
5 | Раздел 5. | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
6 | Раздел 6. | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
7 | Раздел 7. | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
8 | Раздел 8. | 2 | 8 | 4 | 12 | 26 | |
9 | Раздел 9. | 2 | 8 | 4 | 10 | 24 |
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ пп. | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ |
1 | Раздел 1 | Изучение основных возможностей программируемых контроллеров Zelio Logic и освоение базовых приемов программирования и отладки программ инструментальной системы ZelioSoft. |
2 | Раздел 2 | Программирование контроллера Twido. |
3 | Раздел 3 | Конфигурирование и программирование контроллера М340. |
4 | Раздел 4 | Реализация замкнутых систем РID-регулирования с использованием библиотечных функциональных блоков. |
5 | Раздел 5. | Применение программы Ethereal для анализа трафика сети и поиска ошибок передачи данных. |
6 | Раздел 6. | Программирование обмена данными по протоколу Modbus TCP/IP. |
7 | Раздел 7. | Коммуникация SCADA системы iFix c контроллерами Schneider Electric через OPC сервер. |
8 | Раздел 8. | Программирование ОРСклиентов в пользовательских приложениях в MATLAB (Simulink) |
9 | Раздел 9. | Разработка приложения для диалоговых панелей Magelis для коммуникации с контроллером Modicon M340 |
7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий | Трудо-емкость (час.) |
1 | 1 | Коммуникационные возможности контроллера Zelio Logic (Modbus, Ethernet, Модемы GSM и RTS). | 2 |
2 | 2 | Изучение контроллеров Twido, среды разработки и отладки приложений Twido Suite. | 4 |
3 | 3 | Изучение основных возможностей программируемых логических контроллеров Modicon TSX М340 и освоение базовых приемов программирования и эксплуатации контроллеров с использованием инструментальной системы Unity Pro. | 4 |
4 | 4 | Изучение основных возможностей программируемых логических контроллеров TSX Premium и освоение базовых приемов программирования и эксплуатации контроллеров. | 4 |
5 | 5 | Архитектура контроллера Modicon TSX Premium | 4 |
6 | 6 | Конфигурирование каналов передачи данных по сети Ethernet. Особенности обмена данными по протоколу Modbus TCP/IP. | 4 |
6 | 6 | Базовые возможности OFS (OPC Factory Server компании Schneider Electric).Тестирование связи. OPC сервер фирмы Kepware. Matrikon OPC сервер. | 4 |
7 | 7 | Базовые возможности OFS (OPC Factory Server компании Schneider Electric).Тестирование связи. OPC сервер фирмы Kepware. Matrikon OPC сервер. | 4 |
8 | 8 | Программирование ОРС клиентов в пользовательских приложениях в LabView | 4 |
9 | 9 | Изучение аппаратных возможностей графических сенсорных терминалов Magelis, возможностей программного обеспечения VijeoDesigner, освоение приемов программирования. | 4 |
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ)
1) Организация обмена данными реального времени между SCADA системой iFix и контроллером Modicon TSX Premium через OPC сервер Schneider Electric OFS.
2) Организация обмена данными реального времени между SCADA системой iFix и контроллером Modicon TSX M340 через OPC сервер Schneider Electric OFS.
3) Организация обмена данными реального времени между SCADA системой iFix и контроллером Modicon TSX M340 через Kepware OPC сервер.
4) Организация обмена данными реального времени между SCADA системой iFix и контроллером Modicon TSX M340 через Matrikon OPC сервер.
5) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением Matlab (Simulink) и контроллером Modicon TSX Premium через OPC сервер Schneider Electric OFS.
6) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением LabView и контроллером Modicon TSX Premium через OPC сервер Schneider Electric OFS.
7) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением Matlab (Simulink) и контроллером Modicon TSX Premium через Matrikon OPC сервер.
8) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением LabView и контроллером Modicon TSX Premium через Matrikon OPC сервер.
9) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением Matlab (Simulink) и oборудованием Easy Port фирмы Festo через Matrikon OPC Tunneller.
10) Организация обмена данными реального времени между пользовательским приложением LabView и oборудованием Easy Port фирмы Festo через Matrikon OPC Tunneller.
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:
а) основная литература:
1. , , Программируемые логические контроллеры. Программирование и конфигурирование. Учебное пособие/ Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ), 2007, -119с.
2. Программные средства оптимизации настройки систем управления: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. , 2006.-244 с.
3. Интегрированные системы управления технологическими процессами. СПб.: «Профессия», 20с.
б) дополнительная литература:
1. Языки программирования промышленных контроллеров:] Учебное пособие - М.: Изд-во МГГЯ им. , 20с.
в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
сайт Schneider Electric http://www. /site/home/index. cfm/ru/, сайт National Instruments, сайт MathWorks.
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:
Используемое оборудование и программные средства:
Контроллеры Modicon TSX Quantum, Modicon TSX Premium, Modicon TSX M340 и инструментальная система программирования Unity, работающая на IBM-совместимом компьютере под управлением операционной системы MS Windows, программный имитатор контроллера.
Графические сенсорные терминалы Magelis, инструментальная система Vijeo Designer.
Контроллеры Zelio Logic 2, инструментальная система программирования ZelioSoft,
работающая на IBM-совместимом компьютере под управлением MS Windows, ПО Zelio Alarm.
Контроллеры Twido и инструментальная система программирования Twido Suite, работающая на IBM-совместимом компьютере под управлением MS Windows.
Сеть Ethernet.
Для выполнения практических и лабораторных работ и используется специализированная лаборатория кафедры(ауд. 3333) и Межфакультетская лаборатория АСУТП (ауд 6503, 6406), c оборудованием и специальным программным обеспечением. Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащённых мультимедийным оборудованием.
11. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
Лекционные занятия проводятся с применением раздаточных материалов, с использованием основных разделов конспекта лекций в электронном виде.
Практические и лабораторные занятия проводятся в аудиториях, снабженными компьютерами со специальным программным обеспечением, а также программными средствами для проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного доступа к рабочим столам).
Самостоятельная работа включает выполнение курсовой работы, подготовку к лекционным и практическим занятиям, устным опросам, а также подготовку к экзамену.
Разработчик:
Доцент каф. АТПП, к. т.н.
Эксперты:
