Программа учебной дисциплины «Специальные системы управления в металлургии»

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

«Специальные системы управления в металлургии»

Направление подготовки:

220700 Автоматизация технологических процессов и производств

Программа:

Системы автоматизированного управления в металлургии (дневная форма обучения)

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

Составители:

Доцент каф. АТПП

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания и изучения дисциплины является формирование у студентов знаний о способах оценки и методах исследований, разработки и расчетов контуров управления в металлургических циклах с запаздывающим контролем важных технологических параметров.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП:

Дисциплина относится к дисциплинам по выбору студента в общенаучной части профессионального цикла основной образовательной программы подготовки магистров по направлению 220700 “Автоматизация технологических процессов и производств”. Предлагаемая дисциплина является специальным курсом, объединяющим материалы предыдущих специальных дисциплин в плане их практического применения к разработке, проектированию, наладке и анализу функционирования систем управления класса АСУТП для систем управления с неполной или запаздывающей информацией о работе объектов управления в цветной металлургии.

Дисциплина базируется на изучении в предыдущих семестрах таких курсов, как «Системы автоматизации и управления», «Моделирование объектов и систем управления», «Технология металлургических процессов», «Вычислительная техника и системы управления», «Проектирование систем автоматизации».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы для изучения дисциплин «Устойчивость и безопасность реакторных узлов металлургических процессов», «Прикладное программирование», при выполнении научно-исследовательской работы, а также при подготовке выпускной квалификационной работы магистра. Учебные материалы, изучаемые в данной дисциплине, предлагается непосредственно использовать при работе над выпускной работой.

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

разрабатывать технические задания на модернизацию и автоматизацию действующих производственных и технологических процессов и производств, технических средств и систем автоматизации, управления, контроля, диагностики и испытаний; новые виды продукции, автоматизированные и автоматические технологии ее производства, средства и системы автоматизации, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-1);

способность разрабатывать функциональную, логическую и техническую организацию автоматизированных и автоматических производств, их элементов, технического, алгоритмического и программного обеспечения на базе современных методов, средств и технологий проектирования (ПК-7);

способность осуществлять модернизацию и автоматизацию действующих и проектирование новых автоматизированных и автоматических производственных и технологических процессов с использованием автоматизированных средств и систем технологической подготовки производства (ПК-11);

способность разрабатывать и практически реализовывать средства и системы автоматизации контроля, диагностики и испытаний, автоматизированного управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-12);

способность проводить математическое моделирование процессов, оборудования, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления с использованием современных технологий проведения научных исследований (ПК-39);

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

способы управления типовыми процессами и аппаратами технологического цикла металлургического производства;

типовые технические решения по регулированию технологических параметров с запаздывающим контролем входных возмущений;

структуру и компоновку математического обеспечения АСУТП химико-металлургических объектов;

принципы, схемы и алгоритмы обработки информации в АСУТП с дискретно контролируемыми запаздывающими параметрами процесса управления;

методы расчета и прогнозирования ТЭП в составе задач АСУТП с дискретным запаздывающим контролем.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:

проанализировать возможности управления (управляемость) заданным объектом и реализуемость поставленных задач управления;

поставить задачу управления конкретным переделом металлургического производства и сформулировать ее как задачу оптимизации в формализованном виде;

алгоритмизировать задачи управления путем сведения и - к определенному классу задач математического программирования;

составить математические модели, необходимые для реализации синтезированных задач обработки информации и управления;

сформулировать принципы построения программного обеспечения, необходимого для реализации алгоритмов контроля и управления с запаздывающими аргументами современными средствами микропроцессорной техники;

сформулировать способы оценки эффективности принятых технических решений и результатов управления переделом.

4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
9	10	11	12
Общая трудоемкость дисциплины	108			108
Аудиторные занятия	51			51
Лекции	10			10
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)	41			41
и (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа, в том числе:	57			57
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
и (или) другие виды самостоятельной работы	21			21
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Экзамен (36)			Э(36)

5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, ч	ЛР, ч
1	Введение	2	-
2	Синтез систем управления металлургическими переделами	2	10
3	Современные системы контроля основных параметров процессов в цветной металлургии	2	10
4	Синтез АСУТП в условиях дискретного запаздывающего контроля	2	10
5	Реализация комбинированных схем управления в промышленных условиях	2	11

Раздел 1. Введение.

Современное состояние автоматизации сложных металлургических производств и пути развития промышленных систем управления. Цель изучения дисциплины и методы ее достижения.

Раздел 2. Синтез систем управления металлургическими переделами.

Технологические особенности гидро - и пирометаллургических переделов металлургического производства. Показатели эффективности работы передела и особенности их контроля. Технологический контроль входных возмущений, производительности агрегатов и показателей качества продукции. Анализ технологических агрегатов как объектов управления. Динамические характеристики объектов управления и возмущений в процессе. Карта технологического контроля производства.

Функциональная декомпозиция задач управления металлургическим переделом. Частотная и ситуационная декомпозиция задач управления. Функциональная структура современных АСУТП. Технологические требования и ограничения на режимы работы АСУТП.

Раздел 3. Управление объектами в условиях больших измерительных помех.

Оптимальные алгоритмы оценивания состояния. Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси.

Оптимальные регуляторы состояния при случайных возмущениях. ЛКГ-регуляторы.

Синтез ЛКГ-регулятора.

Оценивание ненаблюдаемых технологических параметров в АСУТП. Использование косвенных методов. Критерий качества работы передела.

Раздел 4. Управление объектами с большим транспортным запаздыванием.

Анализ возможности использования косвенных методов оценки контролируемых параметров и характеристик состава продуктов металлургического производства в реальных условиях.

Особенности синтеза контуров АСУТП при запаздывающем контроле. Применение управления с внутренней моделью процесса (IMC-регулятор).

Предиктор Смита. ПИР и ПИП регуляторы.

Раздел 5. Адаптивные системы с идентификацией параметров объекта управления.

Методы текущей идентификации (рекуррентный метод наименьших квадратов, метод стохастической аппроксимации). Идентификация в замкнутом контуре. Регуляторы с подстройкой параметров.

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.	Компьютерные методы проектирования систем управления			+	+	+
2.	Прикладное программирование					+	+
3.	Научно исследовательская работа	+	+	+	+	+	+
4	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	2				2	4
2	Раздел 2	2		10		14	26
3	Раздел 3	2		10		14	26
4	Раздел 4	2		10		14	26
5	Раздел 5.	2		11		13	26

6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

№ пп.	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	Раздел 2	Частотная декомпозиция задач управления.
2	Раздел 3	Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси.
3	Раздел 4	Синтез контуров АСУТП при запаздывающем контроле.
4	Раздел 5	Синтез самонастрающегося регулятора.

7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.

Не предусмотрены.

8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ)

Не предусмотрены.

9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:

а) основная литература:

1. Руководство по решениям в автоматизации. Практические аспекты систем управления технологическими процессами. М.: ЗАО “Шнейдер Электрик”, 2011, 320c.

2. Программные средства оптимизации настройки систем управления: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. , 2006.-244 с.

б) дополнительная литература:

3. , Алгоритмическое обеспечение оптимального управления металлургическими процессами. Л.: ЛГИ, 1986, 84 с.

4. Алгоритмическое обеспечение АСУТП производства глинозема. М.: Металлургия, 1977, 160 с.

5. Автоматизация пиро - и гидрометаллургических производств. Л.: ЛГИ, 1989, 89 с.

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:

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:

Доцент каф. АТПП, к. т.н.

Доцент каф. АТПП, к. т.н.