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
“ ПРОГРАММНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ”
Цикл: | Общенаучный цикл | |
Часть цикла: | ||
№ дисциплины по учебному плану: | М.1.5.1 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 108 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 3 |
|
Лекции | 18 час | 2 семестр |
Практические занятия | ||
Лабораторные работы | 18 час | 2 семестр |
Расчетные задания, рефераты | ||
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 72 час | 2 семестр |
Зачет | 2 семестр |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является:
· приобретение студентами знаний по построению и функционированию программно-технических комплексов для управления технологическими процессами (АСУ ТП);
· приобретение студентами практических навыков проектирования и реализации задач управления технологическими процессами, включая разработку алгоритмического и программного обеспечения;
· ознакомление студентов с основными промышленными программно-техническими комплексами, используемыми в энергетике.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· 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);
· осуществлять педагогическую деятельность в области профессиональной подготовки (ПК-32).
· решать задачи составления, отладки и ввода в действие основных функций и подсистем АСУ ТП,
· проводить работы по коррекции алгоритмического и программного обеспечения, анализировать правильность выполнения информационных и управляющих функций реализованных в программно-технических комплексах;
· выбирать и разрабатывать функциональную, алгоритмическую структуру системы управления, а также структуру комплекса технических средств для промышленных программно-технических комплексов, используемых в энергетике;
· учитывать требования ГОСТ и других основных нормативных материалов при разработке автоматизированных систем управления на базе программно-технических комплексов.
Задачами дисциплины являются
· познакомить обучающихся с принципами программно-технической реализации функций автоматизированных систем управления на базе программно-технических комплексов для технологических объектов различной сложности;
· дать информацию о основных протоколах промышленных сетей распределенного автоматизированного управления на базе средств вычислительной техники и программируемых контроллеров;
· научить использовать операционные системы реального времени современные программные средства и программно-технические комплексы при реализации основных подсистем АСУ ТП;
· научить разрабатывать и вводить в действие в составе программного обеспечения ПТК алгоритмы, обеспечивающие решение функциональных задач АСУ ТП в энергетике.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части общенаучного цикла М.1.5. основной образовательной программы подготовки магистров по программе “ Автоматизированные системы управления промышленных предприятий” направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Технические средства автоматизации», «Автоматизированные системы управления технологическими процессами», "Информационное обеспечение систем управления" и “Интегрированные системы проектирования и управления”.
Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при прохождении научно-производственной и педагогической практик, для проведения научно-исследовательской работы и выполнения выпускной работы 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 реализации решения функциональных задач в программно-технических комплексах, используемых в автоматизированных системах управления в энергетике,
· способы оценки правильности выполнения основных функций распределенного автоматизированного управления на базе средств вычислительной техники и программируемых контроллеров;
· требования ГОСТ и других основных нормативных материалов к автоматизированным системам управления, реализованных с использованием микропроцессорной техники;
· 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 достижениями науки и передовыми технологиями в расчетно-проектной, проектно-конструкторской, производственно-технологической, научно-исследовательской, организационно-управленческой и педагогической деятельности (ПК-22);
· средствами подготовки решения функциональных задач в программно-технических комплексах, используемых в автоматизированных системах управления в энергетике, методами отладки рабочих программ и ввода их в действие.
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 | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1. | Основные сведения о программно-технических комплексах. Классификация. | 22 | 2 | 4 | 4 | 14 | Тест: классификация программно-технических комплексов | |
2. | Элементы программно-технических комплексов | 24 | 2 | 4 | 4 | 16 | Контрольная работа на знание элементов программно-технических комплексов | |
3. | Протоколы промышленных сетей | 26 | 2 | 4 | 4 | 18 | Тест: Протоколы промышленных сетей | |
4. | Операционные системы реального времени. | 34 | 2 | 6 | 6 | 22 | Подготовка реферата | |
Зачет | 2 | 2 | -- | -- | 2 | Защита реферата | ||
Итого: | 108 | 18 | 18 | 72 |
4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
2 семестр
1. Элементы программно-технических комплексов
Основные понятия и определения. Назначение. Требования к программно-техническим комплексам. Принципы, используемые при разработке ПТК: типизация, унификация и агрегатирование.
Элементы ПТК: программируемые логические контроллеры, контроллеры на базе ПК, устройства связи с объектом, дисплейные пульты оператора, серверы различного назначения, интерфейсы и средства связи между элементами и др.
Классификация микропроцессорных ПТК: контроллеры на базе персонального компьютера, локальный программируемый контроллер, сетевой комплекс контроллеров, распределенные маломасштабные системы управления, полномасштабные распределенные системы управления.
2. Микропроцессорные программно-технические комплексы
Набор функций и область применения контроллеров на базе персонального компьютера (PC). Построение системы автоматизированного управления экспериментальными установками, стендами и небольшими объектами. Особенности программирования и реализации управляющих воздействий.
Локальный программируемый контроллер (PLC). Контроллер, встраиваемый в оборудование и автономный. Набор функций и область применения. Особенности локальных контроллеров, предназначенных для систем противоаварийной защиты. Способы резервирования: горячий резерв, троирование основных компонентов, работа по принципу «пара и резерв».
Сетевой комплекс контроллеров (PLC, NETWORK). Минимальный состав, модификации контроллеров дисплейных рабочих станций (пультов оператора). Понятие промышленная сеть. Ограничения и особенности архитектуры.
Распределенные маломасштабные системы управления (DCS, SMOLLER SCALE). Область применения. Архитектура системы. Основные отличия от предшествующего класса.
Полномасштабные распределенные системы управления (DCS, FULL SCALE). Основные свойства: многоуровневая сетевая структура, выход на корпоративную сеть предприятия, широкий модельный ряд применяемых контроллеров. Состав программного обеспечения, интерфейсы операторов с системой управления, набор технологических языков, универсальные прикладные пакеты программ.
Примеры построения ПТК различных фирм-производителей средств автоматизации.
3. Протоколы промышленных сетей
Топологии вычислительных сетей. Функции узлов промышленной сети. Протоколы промышленных сетей. Назначение. Основные характеристики. Понятие модуляции. Виды модуляции. Частотная модуляция и HART-протокол.
Протоколы Modbus, RS-485. ProfiBus - промышленная сеть фирмы Siemens. Назначение трех различных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA.
4. Операционные системы реального времени.
Операционные системы реального времени. Отличие операционных систем реального времени от операционных систем общего назначения. Системы «жесткого» и «мягкого» реального времени. Свойства и параметры операционных систем реального времени. Системы исполнения и системы разработки операционных системах реального времени. Понятия: время реакции системы на прерывание и время переключения контекста. Механизмы реального времени: система приоритетов и алгоритмы диспетчеризации, механизмы межзадачного взаимодействия, средства для работы с таймерами. Классы систем реального времени: исполнительные системы реального времени и ядра реального времени.
4.2.2. Практические занятия
«Практические занятия учебным планом не предусмотрены».
4.3. Лабораторные работы
2 семестр
1. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Cигнализация” в системе автоматизации на базе ПТК SPPA T3000 фирмы Siemens.
2. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Двухпозиционное регулирование” в системе автоматизации на базе ПТК SPPA T3000 фирмы Siemens.
3. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Cигнализация” в системе автоматизации на базе ПТК КРУГ-2000 НПФ «Круг».
4. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Двухпозиционное регулирование” в системе автоматизации на базе ПТК КРУГ-2000 НПФ «Круг».
5. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Cигнализация” в системе автоматизации на базе ПТК фирмы АББ Freelance.
6. Подготовка, проектирование и отладка решения функциональной задачи “Двухпозиционное регулирование” в системе автоматизации на базе ПТК фирмы АББ Freelance.
4.4. Расчетные задания
Расчетное задание учебным планом не предусмотрено.
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 комплексов. Демонстрируются архитектуры АСУ ТП, примеры типовых технических решений, конструктивные модули, крейты, платы, структуры связей и др. при проектировании АС.
Лабораторные занятия включают в себя эмуляторы ПО современных программно-технических комплексов, обеспечивающих сопровождение работ для решения поставленных задач.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольной работе, подготовку реферата, подготовку к лабораторным работам и их защите, 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.
Аттестация по дисциплине – зачет.
Оценка за освоение дисциплины, определяется из условия: 0,2´(среднеарифметическая оценка за контрольную и тесты) + 0,3´оценка по лабораторным работам + 0,5 оценка за зачет.)
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. , , Фролов средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры. Учебное пособие. - М.: Изд-во "Машиностроение", 20с.
2. , Корнеева программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУТП. М.: «Научтехлитиздат», 20с.
3. Г. Олссон, Д. Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. Спб.: Невский диалект, 2001. – 557 с.
б) дополнительная литература:
1. SCADA-системы как инструмент проектирования АСУ ТП: Учебное пособие - М. : Изд-во МГТУ им. , 200с.
2. Все необходимое для промышленной автоматизации. Краткий каталог продукции. Прософт. 2010 г. www. *****
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
http://www. *****/ – Промышленная автоматизация в России
http://www. *****/ – Средства и системы компьютерной автоматизации
www. ***** – Краткий каталог продукции. Прософт.
ПТК SPPA T3000 (Siemens)
ПТК фирмы АББ Freelance.
ПТК КРУГ-2000 НПФ «Круг».
OPC-сервер MasterOPC(Danfoss)
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 «Программно-технологические комплексы» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистерской программы «Автоматизированные системы управления объектами промышленных предприятий».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. т.н., доцент
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Автоматизированные системы управления
тепловыми процессами
д. т.н., профессор
