Программа курса (силлабус) по дисциплине «Автоматизация систем управления в химико-технологических процессах»

Программа курса (силлабус) по дисциплине «Автоматизация систем управления в химико-технологических процессах» для студентов КазНТУ имени по специальности  050721- Химическая технология органических веществ составлена доцентом  и преподавателем кафедры АиУ.

Рассмотрена на заседании  кафедры «Автоматизация и управления»

«_8_» ____04______2011г.  Протокол №_9___

Заведующий кафедрой  д. т.н., проф.

Одобрена методическим Советом Института автоматики и телекоммуникации

«_11_» _____04_______ 2011г.  Протокол №__7__

Председатель 

Сведения о преподавателях:

ұлы, доцент кафедры АиУ, к. т.н.

В 1982 г. окончил КазПТИ по специальности автоматика и телемеханика. В 1991 году окончив аспирантуру в Московском государственном техническом университете им. защитил кандидатскую диссертацию по специальности 051301-Управление в технических системах. С 2010 г. работает доцентом кафедры АиУ КазНТУ имени .

, преподаватель кафедры АиУ.

В 2000 г окончила КазНТУ им. по специальности автоматика и управления. В 2001году защитала магистратуру по специальности  3602- «Автоматика и управления». С 2003 г работает  преподавателем на кафедре АиУ КазНТУ имени

Офис: кафедра «Автоматизации и управления»

Адрес: 480013, Алматы, , кааб. 402.

Тел. [phone]

  © КазНТУ имени , 2011

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели преподавания дисциплины

Цель дисциплины состоит в изучении основных понятий, целей и принципов управления, классификации и характеристик элементов систем автоматики: датчиков, задающих, переключающих и  исполнительных устройств, а также методов анализа  систем автоматического управления.

Задачами изучения дисциплины является усвоения теоретических основ методов  анализа устойчивости линейных систем, приобретение практических навыков в области создания систем управления  основных химических процессов.

Задачи изучения  дисциплины

Основной задачей является ознакомление студентов с основными методами  построения систем автоматического управления и средствами, необходимыми для их реализации.

При изучении дисциплины студент должен:

Знать:

характеристики и параметры элементов автоматики и измерительных систем;

типовые звенья и функциональную схему системы автоматического управления; основы анализа и синтеза автоматической системы.

Уметь:

выбирать типы переключающих устройств и регуляторов в зависимости от закона регулирования; разрабатывать функциональную и математическую модель системы управления; анализировать работу системы на основе качественных показателей регулирования.

1.3 Пререквизиты

  Материал дисциплины базируется на сведениях, излагаемых в дисциплинах: Физики – электричество, магнетизм; высшей математики - дифференцирование, интегрирование, ряды; электротехники - линейные и нелинейные цепи; процессы и аппараты химического производства.

  1.4 Постреквизиты

  Данная дисциплина является основой для изучения и проектирования измерительных приборов и систем,  систем автоматического управления технологическими процессами, математическое моделирование и расчеты на ЭВМ.

2.СИСТЕМА ОЦЕНКА ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Таблица 1 

  Распределение рейтинговых % по видам контроля

Вид итогового контроля	Вид контроля	%
Экзамен	Итоговый контроль	100
Рубежный контроль	100
Текущий контроль	100

Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определятся календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которые указывается в учебно-методическим комплексе дисциплины.

Таблица 2

  Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине

  «Автоматизация систем управления в химико-технологических процессах»

Недели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Виды контроля	С1	П1П2	С3	П3П4	С5	П5П6	РК	С8	П8П9	С10	П10П11	С12	П12П13	С14	РК
Недельное кол-во кон-ля	1	2	1	2	1	2	1	1	2	1	2	1	2	1	1
П – практические занятия;  С – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль.

Таблица 3

  Оценка знаний студентов

Оценка	Буквенный эквивалент	Рейтинговый балл (в процентах %)	В баллах
Отлично	А	95-100	4
А-	90-94	3,67
Хорошо	В+	85-89	3,33
В	80-84	3,0
В-	75-79	2,67
Удовлетворительно	С+	70-74	2,33
С	65-69	2,0
С-	60-64	1,67
D+	55-59	1,33
D	50-54	1,0
Неудовлетворительно	F	0-49	0

2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

  3.1  Распределение часов по видам занятий

Таблица 4

Наименование темы	Количество академических часов
лекции	практ. занятия	СРС	СРСП
1	2	3	4	5
1.Основные понятия, цели и принципы управления. 2.Характеристики и модели элементов и систем	2	3	3
3.Преобразования Лапласа. Передаточные функции. 4.Определение параметров передаточной функции.	2	2	3	3
5.Качество процессов управления. 6.Показатели качества регулирования.	2	4	3	3
7.Типы регуляторов 8. Средства автоматизации и управления.	2	2	3	3
9. Методы и приборы для измерения температуры. 10. Вторичные приборы.	2	3	3
11.Методы и приборы для измерения давления и разряжения. 12. Методы и приборы для измерения расхода.	2	3	3
13. Методы и приборы для измерения уровня 14.Исполнительные устройства	2	3	3
15.Функциональные схемы автоматизации. 16.Примеры схем контроля.	2	3	3	3
17Современные системы управления производством. 18Общие подходы к автоматизации ХТП.	2	3	3
19Автоматизация процесса перемешивания. 20Автоматизация процесса перемещения.	2	2	3	3
21Автоматизация центробежных насосов. 22 Автоматизация поршневых компрессоров.	2	3	3
23 Автоматизация кожухотрубных теплообменников. 24 Автоматизация парожидкостного теплообменника.	2	3	3
25 Автоматизация испарителя. 26 Автоматизация процесса выпаривания.	2	3	3
27 Автоматизация процесса кристаллизации. 28 Автоматизация процесса абсорбции.	2	3	3
29 Автоматизация процесса сушки. 30 Автоматизация процесса ректификации.	2	2	3	3
Всего часов	30	15	45	45

3.2 Темы лекционных занятий и их содержание

Таблица 4а

№ пп	Наименование тем
1	1.Основные понятия, цели и принципы управления. Физические величины определяющие ход ТП; Примеры схемы САР; Классификация САР и элементов. 2.Характеристики и модели элементов и систем Основные модели; Статические и динамические характеристикиж; Дифференциальные уравнения; Линеаризация.
2	3.Преобразования Лапласа. Передаточные функции. Формула преобразования Лапласа и обратное преобразование;  ределение ПФ; Простейшие типовые звенья; Соединение звеньев. 4.Определение параметров передаточной функции. Переходные характеристики САР; Частотные характеристики САР;  Логарифмические характеристики.
3	5.Качество процессов управления. Устойчивость САР; Критерии устойчивости : корневой, Гурвица, Михайлова и Найквиста. 6.Показатели качества регулирования. Прямые,  корневые и частотные показатели качества; Связи между показателями качества.
4	7.Типы регуляторов. Используемые типовые регуляторы;  регуляторов; определение оптимальных настроек регуляторов. 8. Средства автоматизации и управления. Измерение технологических  параметров; Точность преобразования информации; Классификация КИП; Виды первичных преобразователей
5	9. Методы и приборы для измерения температуры. Классификация термометров; Термометры расширения, газовые и конденционные монометрические,  электрические, сопротивления; Пирометры излучения и цветовые. 10. Вторичные приборы. Пирометрические милливольтметры; Потенциометры; Методы измерения сопротивления
6	11.Методы и приборы для измерения давления и разряжения. Классификация приборов для измерения давления; Жидкостные манометры; Дифманометры; Микроманометры; Пружинные и электрические манометры. 12. Методы и приборы для измерения расхода. Классификация. Метод переменного перепада давления; Расходомеры постоянного перепада давления, переменного уровня, скоростного напора.
7	13. Методы и приборы для измерения уровня. Поплавковый и электрические методы измерения уровня; Буйковые и гидростатические уровномеры. 14.Исполнительные устройства. Классификация ИУ; ИУ насосного, реологического  дроссельного типа; Исполнительные механизмы.
8	15.Функциональные схемы автоматизации. Условные обозначения; Условные обозначения приборов и средств автоматизации. 16.Примеры схем контроля. Примеры схем контроля температуры, давления, уровня и расхода.
9	17Современные системы управления производством. Структура АСУ ТП; УСО; Аппаратная и программная платформа контроллеров; Операционная система PC - контроллеров; Пример реализации контроллеров; Средства программирования. 18Общие подходы к автоматизации ХТП. Определение ТОУ; Требование к ТОУ; Классификация ХТП; Методика анализа ХТП как ТОУ.
10	19Автоматизация процесса перемешивания. Общая характеристика процесса перемешивания; Основные схемы перемешивания; Схема объекта управления; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации процесса перемешивания. 20Автоматизация процесса перемещения. Типовая схема перемещения;  Схема трубопровода как объекта управления; Информационная схема объекта; Математическое описание динамики объекта.
11	21Автоматизация центробежных насосов. Основные показатели работы насосов; Схема центробежного насоса; Схема регулирования на основе стабилизации;  Типовая схема автоматизации процесса перемещения. 22 Автоматизация поршневых компрессоров. Схема регулирования подачи поршневого компрессора; Cхема трехступенчатого компрессора; Типовая схема автоматизации установки.
12	23 Автоматизация кожухотрубных теплообменников. Схема кожухотрубного теплообменника; Информационная схема объекта; Анализ динамических характеристик объекта; Типовая схема автоматизации процесса; Типовое решение автоматизации. 24 Автоматизация парожидкостного теплообменника. Схема парожидкостного теплообменника; Математическое описание процесса; Информационная схема объекта.
13	25 Автоматизация испарителя. Математическое описание на основе физики процесса; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации испарителя. 26 Автоматизация процесса выпаривания. Движущая сила процесса выпаривания; Схема выпарной установки; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации.
14	27 Автоматизация процесса кристаллизации. Кинетика процесса кристаллизации; Схема объекта управления; Тепловой баланс процесса кристаллизации; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации. 28 Автоматизация процесса абсорбции. Схема насадочного абсорбера; Схема объекта управления; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации.
15	29 Автоматизация процесса сушки. Основные параметры сушильного агента и материалы, как влагоносителей; Кинетика процесса сушки; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации. 30 Автоматизация процесса ректификации. Схема колонны ректификации; Построение рабочих линий процесса ректификации; Схема объекта управления; Информационная схема объекта; Типовая схема автоматизации.

3.3 Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах

Таблица 4б

№	Наименование тем практических занятий	Кол-во  часов
1	Преобразования форм математического описания системы автоматики. Рассмотреть используемые в теории автоматического управления формы записи линейных дифференциальных уравнений. Использовать символическую, стандартную формы записи линейных дифференциальных уравнений. Дать определение передаточной функции и записать ее как в операторной форме, так в форме изображений по Лапласу.	1
2	Соединение звеньев  и передаточные функции САР.    Типовые соединение звеньев.  Структурное преобразование схем. Передаточная функция разомкнутой и замкнутой САР. Обратить внимание на отличие разомкнутой и замкнутой систем, назначение обратной связи достоинства и недостатки разомкнутых и замкнутых систем.	2
3	Качество процессов управления Алгебраические критерии устойчивости САУ.   Устойчивость систем автоматики. Критерии устойчивости. Алгебраические  и частотные критерии устойчивости систем автоматики. Обратить внимание на определение устойчивости, ее назначение, достоинства критериев и недостатки. Область применение определенных критериев.	2
4	Частотные критерии  устойчивости САУ. Частотные критерии устойчивости Михайлова и Найквиста. Построение кривой Михайлова и Найквиста. Обратить внимание на отличия этих критериев,  достоинства критериев и недостатки.	2
5	Настройки регуляторов. Типы регуляторов. Определение оптимальных настроек регуляторов. Ознакомиться с основными типами регуляторов и их передаточными функциями. Назначения определенного типа регулятора. Назначение оптимальных настроек регулятора. Принципы настройки оптимальных регуляторов.	2
6	Средства автоматизации и управления. Измерение технологических Измерение технологических параметров. ГСП. Точность преобразования информации. Классификация КИП. Виды первичных преобразователей. Характерная особенность ГСП. Унифицированные сигналы. Погрешности при измерения сигналов. Признаки классификации КИП.	1
7	Функциональные схемы автоматизации. Условные обозначения. Обозначение приборов на функциональных схемах автоматизации. Буквенные обозначения средств автоматизации. Изображения приборов на технологическом объекте, на схемах автоматизации. Обозначение функций и функциональных приборов и устройств.  Построение буквенных обозначений средств автоматизации.	1
8	Построение схем контроля температуры, давления, уровня и расхода. Буквенные обозначения температуры, давления, уровня и расхода.  Места расположения отборных устройств и точек измерения. Основные задачи автоматизации. Обозначения функции и функциональных признаков приборов. Изучить буквенные обозначения температуры, давления, уровня и расхода. С помощью каких линий указываются устройства. Схемы контроля, сигнализации и регулирования.	2
9	А  Автоматизация технологических процессов ХП. Основные процессы химического производства. Разработка математического описания процесса как ТОУ. Построение информационной схемы ТОУ. Выбор параметров контроля, сигнализации и регулирования. Общая характеристика процесса. Основные схемы объекта управления. Теоретические аспекты процесса. Анализ уравнения динамики. Типовые решения автоматизации. Регулирование. Контроль. Сигнализация. Система защиты.	2
Всего (часов)	15

3.4Самостоятельная работа студента

Перечень тем для самостоятельных работ под руководством преподавателя (СРСП)

1.Характеристики и модели элементов и систем.

2. Преобразования Лапласа.

3. Реле времени и тепловые реле.        

4. Элементы контакторного управления и защиты.

5. Магнитные усилители.

6. Гидравлические элементы.

7. Пневматические элементы.

8. Исполнительные электромашинные устройства.

9. Исполнительные электромагнитные устройства.

10. Электромагнитные муфты.

11. Двигатели постоянного тока.

12. Асинхронные двигатели переменного тока.

13. Синхронные двигатели переменного тока.

14. Шаговые двигатели.

15. Моментные двигатели.

  Перечень тем занятий в рамках самостоятельной работы студента (СРС)

Основные виды автоматического управления. Математическая модель САУ. Соединение звеньев  и синтез САУ. Многомерные стационарные линейные системы. Нестационарные линейные системы. Устойчивость линейных САУ. Анализ устойчивости САУ. Качество систем управления: Формирование структур САУ. Методы оптимального управления: Синтез регуляторов САУ. Цифровые САУ.

13.Случайные процессы в линейных САУ.

14.Нелинейные САУ.

15.Нелинейные САУ.

3.5 График проведения занятий

Таблица 5

№	Дата	Время	Наименование тем
1	2	3	4
Лекции
1	1.Основные понятия, цели и принципы управления. 2.Характеристики и модели элементов и систем
2	3/Преобразования Лапласа. Передаточные функции. 4.Определение параметров передаточной функции.
3	5.Качество процессов управления. 6.Показатели качества регулирования.
4	7.Типы регуляторов 8. Средства автоматизации и управления.
5	9. Методы и приборы для измерения температуры. 10. Вторичные приборы.
6	11.Методы и приборы для измерения давления и разряжения. 12. Методы и приборы для измерения расхода.
7	13. Методы и приборы для измерения уровня 14.Исполнительные устройства
8	15.Функциональные схемы автоматизации. 16.Примеры схем контроля.
9	17Современные системы управления производством. 18Общие подходы к автоматизации ХТП.
10	19Автоматизация процесса перемешивания. 20Автоматизация процесса перемещения.
11	21Автоматизация центробежных насосов. 22 Автоматизация поршневых компрессоров.
12	23 Автоматизация кожухотрубных теплообменников. 24 Автоматизация парожидкостного теплообменника.
13	25 Автоматизация испарителя. 26 Автоматизация процесса выпаривания.
14	27 Автоматизация процесса кристаллизации. 28 Автоматизация процесса абсорбции.
15	29 Автоматизация процесса сушки. 30 Автоматизация процесса ректификации.
Практические занятия
1	Преобразования форм математического описания системы автоматики.
2	Соединение звеньев  и передаточные функции САР.
3	Качество процессов управления Алгебраические критерии устойчивости САУ.
4	Частотные критерии  устойчивости САУ.
5	Настройки регуляторов.
6	Средства автоматизации и управления. Измерение технологических
7	Функциональные схемы автоматизации.
8	Построение схем контроля температуры, давления, уровня и расхода.
9	А  Автоматизация технологических процессов ХП.

  4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Основная  литература

1., Теория автоматического регулирования. - М.: Наука, 1966.

2. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления:Учеб. пособие для втузов.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.: Наука. ГЛ. Ред. Физ.-мат. Лит., 1989.-304с.

3. Управление техническими системами: курс лекций.- Уфа: Изд-во УГНТУ. 2003.-80с.

4. Автоматизация технологических процессов основных химических производств: Методические пособие. Часть1/СПбГТИ(ТУ).-СПб.,2003.-70с.

5. Автоматизация технологических процессов основных химических производств: Методические пособие. Часть2/СПбГТИ(ТУ).-СПб.,2003.-70с.

6. Технические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. - 424 с.

Дополнительная литература

1. Автоматизация технологических процессов: методические указания к курсовому и дипломному проектированию. - Уфа.: Изд-во УНИ, 1985. - 225 с.

2. Основы построения АСУТП: Учеб. пособ. - М.: Энергоиздат, 1982. -352 с.

3.Теория автоматического управления: Учебник. В 2-х частях / Под ред. . - М.: Высш. шк., 1986. - Ч.1. - 367 с. - Ч.2. -504 с.

4., Технические средства автоматизации. Исполнительные устройства: Учеб. пособ. - Уфа.: Изд-во УНИ, 1996. -95 с.

5. ГОСТ 21.404-85. Обозначения условные приборов и средств автоматизации.

6. ГОСТ 21.408-93. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов.

7. SCADA-системы: программистом можешь ты не быть.// СТА. -1996. -№ 1. –С. 32 – 35.

8. SCADA-пакет InTouch в отечественных проектах.// Мир компьютерной автоматизации. -1997. -№ 2. – С. 88 – 90.

9. накомство со стандартом на языки программирования PLC IEC 1131-3.// Мир компьютерной автоматизации. -1997. -№ 2. – С. 24 – 25.

СОДЕРЖАНИЕ

1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель преподавания дисциплины………………………………………………3 Задачи изучения дисциплины………………………………………………….3 Пререквизиты……………………………………………………………  …….3 Постреквизиты…………………………………………………………… ……3

2СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ………..……………………………………..…3

3СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ………..………………………………….…..4

3.1Распределение часов по видам занятий…………..……………………….…..4

3.2Содержание лекционных занятий…………………..…………………………5

3.3 Содержание  практических занятий………………..…………………………7

3.4Самостоятельная работа студента……………………………………… …….8

3.5График проведения занятий…………………………………………..………..9

4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ….….……11