УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по УР ИК
__________
«___»_____________2015 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Направление (специальность) ООП 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств
Профиль(и) подготовки Информационные технологии управления производственными процессами
Квалификация (степень) бакалавр
Базовый учебный план приема 2015 г.
Курс 3
Семестр 6
Количество кредитов 3
Код дисциплины Б1.ВМ5.2.3
Виды учебной деятельности | Временной ресурс по очной форме обучения |
Лекции, ч | 16 |
Практические занятия, ч | 16 |
Аудиторные занятия, ч | 32 |
Самостоятельная работа, ч | 76 |
ИТОГО, ч | 108 |
Вид промежуточной аттестации: зачет,
Обеспечивающее подразделение: кафедра АиКС
Заведующий кафедрой _____________
Руководитель ООП _____________
Преподаватель _____________
2015 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины:
- формирование комплексного подхода к вопросам программирования микропроцессорных управляющих устройств (логических и регулирующих контроллеров);
- изучение основных принципов и методов настройки промышленных систем регулирования;
- изучение основных принципов построения систем автоматического контроля, технической диагностики и защиты и технические средства их реализации.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Локальные системы управления» включена в вариативную часть междисциплинарного профессионального модуля направления 150304 «Информационные технологии управления производственными процессами».
Для её успешного усвоения необходимы знания о структуре систем автоматизированного управления, языках программирования и умения, приобретенные при изучении курсов «Программирование и основы алгоритмизации» и «Теория автоматического управления». Необходимо владеть навыками работы на персональном компьютере, с измерительными приборами и микропроцессорными контроллерами.
Дисциплине «Локальные системы управления» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ): «Программирование и основы алгоритмизации» (Б3.Б4), «Теория автоматического управления» (Б3.Б6),
Содержание разделов дисциплины «Локальные системы управления» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ): «Технические средства систем автоматики и управления» (Б3.В5).
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины
Результаты обучения (компетенции из ФГОС) | Составляющие результатов обучения | |||||
Код | Знания | Код | Умения | Код | Владение опытом | |
ФГОС 3+ ОК-2,4 ОПК-1 ПК-3,6,9 Р-1,2,4,5 | З.1.1 З.1.2 З.1.4 | Основные принципы аппаратно-программной организации современных АСУ ТП, подходы к проектированию систем данного класса и OPC-технологию разработки открытых систем, промышленные интерфейсы и протоколы передачи данных. знать современные технические средства, на базе которых строятся АСУ ТП, уметь с ними работать и производить выбор. Методы автоматизации проектных процедур анализа и синтеза технических систем управления; средства информационной поддержки процесса проектирования технических систем управления; | У.4.1 У.4.2 У.4.3 У.5.1 | Разрабатывать алгоритмическое обеспечение; разрабатывать программное обеспечение; обеспечивать комплексное функционирование программного обеспечения верхнего и среднего уровня; осуществлять выбор эффективных подходов к построению систем промышленной автоматизации и применять на практике современные технологии их проектирования, находить и использовать научно-техническую информацию в исследуемой области из различных ресурсов, включая информацию на английском языке | В.1.1 В.4.1 В.40.2 | Принципами и методами анализа, синтеза и оптимизации систем и средств автоматизации; средствами разработки программного обеспечения; различными способами построения автоматизированных систем управления; |
В результате освоения дисциплины «Локальные системы управления» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п | Результат |
РД1 | Применять глубокие естественнонаучные и математические знания для решения научных и инженерных задач в области анализа, синтеза, проектирования, производства и эксплуатации средств автоматизации и систем управления техническими объектами. |
РД2 | Ставить и решать инновационные задачи инженерного анализа, связанные с разработкой технических систем управления с использованием аналитических методов и сложных моделей. |
4. Структура и содержание дисциплины
Тема 1. Технические средства локальных систем
управления и контроля
Классификация технических средств, на базе которых строятся локальные системы автоматического управления. Достоинства и недостатки микропроцессорных и аналоговых средств автоматического контроля и управления. Агрегатные комплексы, на базе которых строятся локальные системы автоматического управления.
Структура микропроцессорных средства управления и контроля. Современные промышленные регулирующие и логические контроллеры, используемые для построения локальные системы автоматического управления. Особенности контроллеров серий Ремиконт, Протар, Минитерм.
Рекомендуемая литература: [1, 3, 7]
Методические указания
Необходимо изучить:
· классификацию технических средств локальных систем автоматики;
· виды программируемых микропроцессорных контроллеров (ПМК);
· особенности ПМК;
· функциональный состав, возможности и программирование контроллеров серий Ремиконт, Протар, Минитерм.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Перечислите функции, выполняемые контроллером Р-130.
2. Что показывает код комплектности контроллера Р-130?
3. Перечислите состав Р-130.
4. Перечислите основные технические характеристики Р-130.
5. Какие группы алгоритмов входят в состав библиотеки Р-130?
6. Охарактеризуйте термины «алгоблок», «алгоритм», «модификатор», «масштаб времени».
7. Опишите систему программирования Р-130.
8. Назовите время цикла Р-130.
9. Перечислите технические характеристики промышленного микропроцессорного контроллера Ремиконт Р-240.
10. Перечислите технические характеристики промышленных микропроцессорных контроллеров серии Протар.
11. Назовите область применения промышленных микропроцессорных контроллеров «Минитерм-300» и «Минитерм-400».
12. Охарактеризуйте систему программирования промышленных микропроцессорных контроллеров серии «Ломиконт».
13. Укажите состав агрегатного комплекса «АКЭСР-2».
Тема 2. Измерительные и исполнительные устройства САУ
Классификация и принципы работы средств измерения температуры, давления, уровня, расхода, концентрации, вязкости и плотности.
Классификация исполнительных устройств (ИУ). Принципы работы и области применения, плунжерных, бесплунжерных и поворотных ИУ.
Рекомендуемая литература: [1, 4, 5]
Методические указания
Необходимо изучить:
· виды и принципы работы средств измерения температуры, давления, уровня, расхода, концентрации, вязкости и плотности;
· достоинства и недостатки различных видов средств измерения технологических параметров;
· виды и принципы работы ИУ.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Назовите классификацию средств измерения температуры.
2. Перечислите модели измерительных преобразователей «Метран-100».
3. Назовите измерительные преобразователи температуры, имеющие унифицированный токовый выходной сигнал.
4. Какие виды исполнительных устройств вы знаете?
5. Объясните принцип действия электромагнитного управляющего устройства.
Тема 3. Методы настройки регуляторов
Классификация промышленных объектов управления, объекты с самовыравниванием и без самовыравнивания, виды переменных, характеризующих состояние объекта управления. Показатели качества САР. Выбор и обоснование показателя управления для различных объектов управления. Аналитические и экспериментальные методы получения математического описания объектов управления.
Типовая структурная схема регулятора. Выбор канала регулирования, типа регулятора.
Формульный метод определения настроек регулятора, оптимальная настройка регуляторов по номограммам, расчет настроек по частотным характеристикам объекта. Методы незатухающих и затухающих колебаний. Методы настройки каскадных и связных систем. САР с дополнительным импульсом по производной от переменной состояния. Регулирование при наличии шумов. Регулирование объектов с запаздыванием, регулирование нестационарных объектов.
Рекомендуемая литература: [2, 6, 7].
Методические указания
Необходимо изучить:
· виды промышленных объектов управления;
· показательные качества САР: прямые, корневые, частотные, интегральные;
· определение математической модели объекта управления аналитическими и экспериментальными методами;
· методы параметрической настройки регуляторов различных типов: формульный метод, настройка по номограммам, настройка по частотным характеристикам объекта управления, корневой метод, методы незатухающих и затухающих колебаний, методы настройки двухсвязных систем регулирования.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Перечислите прямые показатели качества САР.
2. Перечислите корневые показатели качества САР.
3. Перечислите частотные показатели качества САР.
4. Перечислите косвенные показатели качества САР.
5. Существует ли связь между прямыми и корневыми показателями качества?
6. Изложите сущность метода незатухающих колебаний, используемого для настройки регуляторов.
7. Изложите сущность частотных методов настройки ПИД-регуляторов.
Тема 4. Автоматизация типовых технологических процессов
Последовательность выбора структуры системы автоматического регулирования (САР). Структуры систем регулирование расхода, соотношения расходов, уровня и давления. Регулирование параметров состава и качества. Регулирование тепловых процессов на базе теплообменников смешения и кожухотрубных теплообменников. Регулирование печей.
Рекомендуемая литература: [2, 6, 7].
Методические указания
Необходимо изучить:
· последовательность выбора структуры САР;
· описание вариантов автоматизации типовых технологических процессов (САР расхода, соотношения расхода, уровня, состава, качества вещества, тепловых процессов на базе теплообменников смешения и кожухотрубных теплообменников, печей);
· особенности вариантов автоматизации типовых технологических процессов, их достоинства и недостатки.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Изложите сущность методов дросселирования и байпасирования, применяемых для стабилизации расхода.
2. Приведите функциональные схемы стабилизации уровня.
3. Приведите функциональные схемы стабилизации соотношения уровня.
4. Приведите функциональные схемы стабилизации расхода.
5. Приведите функциональные схемы стабилизации состава вещества.
6. Приведите функциональные схемы стабилизации качества вещества.
7. Приведите функциональные схемы стабилизации тепловых процессов на базе теплообменников смешения.
8. Приведите функциональные схемы стабилизации тепловых процессов на базе кожухотрубных теплообменников.
9. Приведите функциональные схемы стабилизации тепловых процессов на базе печей.
10. Назовите определение каскадной системы регулирования.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
● подготовка к лекционным занятиям;
● подготовка к лабораторным работам;
● работа с технической литературой по темам курса.
Творческая самостоятельная работа включает:
● поиск, анализ, структурирование и презентация информации;
● выполнение курсового проекта.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль проводится с использованием списка вопросов, предлагаемых для подготовки к экзамену.
Рубежный контроль в виде тестов по теоретической части.
По результатам текущего и рубежного контроля формируется допуск студента к экзамену. Экзамен проводится в письменной форме и оценивается преподавателем.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
- Выполнение и защита лабораторных работ;
- выполнение и защита практических заданий;
- защита курсового проекта;
- экзамен.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 01.01.2001 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
- текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
- промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
В соответствии с «Календарным планом выполнения курсового проекта (работы)»:
- текущая аттестация (оценка качества выполнения разделов и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 22 баллов);
- промежуточная аттестация (защита проекта (работы)) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), по результатам защиты студент должен набрать не менее 33 баллов).
Итоговый рейтинг выполнения курсового проекта (работы) определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
(при наличии курсового проекта)
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Суходоев автоматизации производственных процессов: учебное пособие/ , , . – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 95с.
2. Контроллер малоканальный многофункциональный регулирующий микропроцессорный «РЕМИКОНТ Р-130»: комплект документации. – Чебоксары, 2009. – 340 с.
3. Ротач автоматического управления: учебник для вузов. – М. Издательский дом МЭИ, 2008. –396 с.
4. Соснин автоматизации технологических процессов и производств. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.– 240 с.
Дополнительная литература:
5. Кулаков и синтез систем автоматического регулирования. – Минск: УП «Технопринт», 2003. – 135 с.
6. Малафеев автоматики и системы автоматического управления: учебник/ , . – М., Академия, 2010.– 384 с.
7. Системы образовательных стандартов. Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые. Структура и правила оформления. – Томск, 2006. – 62с.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Дисциплина обеспечена лабораторной базой, расположенной в аудитории № 000а 10–го учебного корпуса НИ ТПУ. Для выполнения лабораторных работ используются оригинальные стенды, на которых реализованы:
- Локальная система автоматического регулирования температуры электрической печи на базе промышленного регулятора РП4-ТМ1;
- промышленный микропроцессорный контроллер РЕМИКОНТ Р-130.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 15.03.04 «Информационные технологии управления производственными процессами»
Программа одобрена на заседании кафедры АиКС ИК
(протокол № 1 от «01» сентября 2015 г.).
