10 - Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ
Директор Института кибернетики
________________ Сонькин М.А.
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Локальные системы управления
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
производств
220700 автоматизация технологических процессов и
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ Автоматизация технологических процессов и производств
(в нефтегазовой отрасли)
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС 4 СЕМЕСТР 7
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр
2011 г.
3 кредита ECTS
В2.1,Б13,В10
В2.2, В2.5
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
18 час.
Лабораторные занятия
27 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
45 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
45 час.
ИТОГО
90 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
зачет
кафедра АиКС
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
____________ Цапко Г.П., профессор
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
____________Громаков Е.И.., доцент
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
____________ Суходоев М.С., доцент
2011 г.
1 ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины является формирование у обучаемых знаний
принципов построения современных локальных систем автоматики и управления, знаний
промышленных регуляторов, на базе которых строятся такие системы, а также умения
осуществлять расчет параметров настройки регуляторов.
Поставленные цели соответствуют целям Ц1 – Ц3 ООП.
2 МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Локальные системы управления» (.В.2.3) является дисциплиной
профессионального цикла направления 15.03.04 «автоматизация технологических
процессов и производств».
Пререквизиты:. «Математика»,
«Спецглавы математики»
«Математические основы теории систем»
«Программирование и основы алгоритмизации»
«Метрология и измерительная техника»
«Электроника»
«Теория автоматического управления»
«Элементы и устройства систем управления»
«Технические средства систем автоматики и управления»
Кореквизиты: «Моделирование систем управления»
«Проектирование систем управления»
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
 принципы построения современных локальных систем автоматики и управления;
 технические характеристики и особенности современных промышленных
регуляторов;
 языки
программирования
микропроцессорных
управляющих
устройств
(логических и регулирующих контроллеров);
 принципы построения систем технической диагностики и защиты;
 структурные схемы управления типовыми технологическими процессами.
Уметь:
 разрабатывать алгоритмические схемы для программирования промышленных
микропроцессорных контроллеров;
 проектировать схемы внешних соединений управляющих, исполнительных
устройств и измерительных средств;
 рассчитывать параметры настройки регуляторов;
 проектировать схемы управления различными технологическими процессами.
Владеть:
 навыками использования современных программных средств при проектировании
технических систем и разработке алгоритмических схем для управления
технологическими процессами;
 навыками проектирования структурных, функциональных и принципиальных схем
систем управления различными технологическими процессами.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
1.Универсальные (общекультурные):
 способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
 способность владеть основными методами, способами и средствами получения,
хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как
средством управления информацией (ОК-12).
2. Профессиональные:
 готовность учитывать современные тенденции развития вычислительной техники
и информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
 способностью владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных (ПК-5).
4 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 содержание разделов дисциплины:
Основы локальных систем автоматики
Общие сведения о локальных системах автоматики и управления (ЛСАУ).
Назначение локальных систем и их классификация. Место ЛСАУ в автоматизированных
системах управления технологическими процессами.
Состав и структура систем автоматического контроля, регулирования, программного
и логического управления, автоматической защиты и диагностики состояния объекта
управления и технических средств ЛСАУ.
Факторы, определяющие экономическую эффективность ЛСАУ.
Технические средства локальных систем управления и контроля
Классификация технических средств, на базе которых строятся ЛСАУ. Достоинства
и недостатки микропроцессорных и аналоговых средств автоматического контроля и
управления. Агрегатные комплексы, на базе которых строятся ЛСАУ.
Структура микропроцессорных средств управления и контроля. Современные
промышленные регулирующие и логические контроллеры, используемые для построения
ЛСАУ. Особенности контроллеров серий Ремиконт, Протар, Минитерм, ОВЕН и
агрегатных комплексов АКЭСР, Каскад, Контур, Старт.
Измерительные и исполнительные устройства систем автоматического
регулирования
Средства измерения технологических параметров. Классификация и принципы
работы средств измерения температуры, давления, уровня, расхода, концентрации,
вязкости и плотности.
Исполнительные устройства САУ. Классификация исполнительных устройств (ИУ).
Принципы работы и области применения, плунжерных, бесплунжерных и поворотных
ИУ.
Методы настройки регуляторов
Анализ объектов управления. Классификация промышленных объектов управления,
объекты с самовыравниванием и без самовыравнивания, виды переменных,
характеризующих состояние объекта управления. Показатели качества системы
автоматического управления. Выбор и обоснование показателя управления для различных
объектов управления. Аналитические и экспериментальные методы получения
математического описания объектов управления.
Классификация регуляторов. Типовая структурная схема регулятора. Выбор канала
регулирования и типа регулятора.
Методы настройки регуляторов. 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.
Автоматизации типовых технологических процессов
Последовательность выбора структуры САР. Структуры систем регулирование
расхода, соотношения расходов, уровня и давления. Регулирование параметров состава и
качества. Регулирование тепловых процессов на базе теплообменников смешения и
кожехотрубных теплообменников. Регулирование печей.
4.2 Структура модуля по разделам и формам организации обучения приведена в
таблице 1
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Общие сведения об ЛСАУ. Назначение локальных
систем и их классификация. Место ЛСАУ в
автоматизированных системах управления
технологическими процессами.
2. Состав и структура систем автоматического
контроля, регулирования, программного и логического
управления, автоматической защиты и диагностики
состояния объекта управления и технических средств
ЛСАУ. Факторы, определяющие экономическую
эффективность ЛСАУ.
3. Классификация технических средств, на базе которых
строятся ЛСАУ. Достоинства и недостатки
микропроцессорных и аналоговых средств
автоматического контроля и управления. Агрегатные
комплексы, на базе которых строятся ЛСАУ.
Структура микропроцессорных средств управления и
контроля.
4. Современные промышленные регулирующие и
логические контроллеры, используемые для построения
ЛСАУ. Особенности контроллеров серий Ремиконт,
Протар, Минитерм, ОВЕН и агрегатных комплексов
АКЭСР, Каскад, Контур, Старт.
5. Средства измерения технологических параметров.
Классификация и принципы работы средств измерения
температуры, давления, уровня, расхода, концентрации,
вязкости и плотности.
6. Исполнительные устройства САУ. Классификация
исполнительных устройств (ИУ). Принципы работы и
области применения, плунжерных, бесплунжерных и
поворотных ИУ.
Аудиторная работа
(час)
Лекции
Лаб. зан.
4
СРС
(час)
Колл,
Контр.
р.
Итого
12
16
12
24
12
16
12
24
2
6
8
2
6
8
4
8
4
4
8
7. Анализ объектов управления. Классификация
промышленных объектов управления, объекты с
самовыравниванием и без самовыравнивания, виды
переменных, характеризующих состояние объекта
управления.
Показатели
качества
системы
автоматического управления. Выбор и обоснование
показателя управления для различных объектов
управления. Аналитические и экспериментальные
методы получения математического описания объектов
управления.
8. Классификация регуляторов. Типовая структурная
схема регулятора. Выбор канала регулирования и типа
регулятора.
Методы настройки регуляторов. 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.
9. Последовательность выбора структуры САР.
Структуры систем регулирование расхода, соотношения
расходов,
уровня
и
давления.
Регулирование
параметров состава и качества. Регулирование тепловых
процессов на базе теплообменников смешения и
кожехотрубных
теплообменников.
Регулирование
печей.
Контр.
р.
4
8
12
24
6
8
18
32
6
4
18
28
18
27
45
45
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
приведено в таблице 2. Разделы дисциплины соответствуют п.4.1.
Таблица 2.
№
1.
2.
3.
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
Формируемые
Разделы дисциплины
компетенции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
З.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
У.
+
+
+
+
+
+
В.
+
+
+
+
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В таблице 2 приведено описание образовательных технологий, используемых в
данном модуле.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Лаб. раб.
Пр. зан./
Сем.
Тренинг,
Мастер-
СРС
К. пр.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
класс
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1 Самостоятельная работа студентов (СРС) состоит из текущей СРС.
Текущая СРС – работа с лекционным материалом, подготовка к лабораторным
работам и практическим занятиям; опережающая самостоятельная работа; изучение тем,
вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к экзамену.
6.2 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.
6.3 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы студентов используются образовательные ресурсы,
размещенные в сети Интернет.
7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Текущий контроль полученных студентами знаний осуществляется проведением
контрольных работ и защитой лабораторных работ.
7.1 Список вопросов текущего и рубежного контроля
1. Изложите область применения и сущность метода незатухающих колебаний,
используемого для настройки регуляторов;
2. Изложите область применения и сущность метода незатухающих колебаний,
используемого для настройки регуляторов;
3. Опишите метод определения параметров настройки регуляторов, основанный на
минимизации интегрального квадратичного критерия;
4. Изложите сущность частотных методов настройки ПИД-регуляторов;
5. Изобразите функциональные схемы стабилизации давления;
6. Изобразите функциональные схемы стабилизации давления;
7. Изобразите функциональные схемы стабилизации расхода;
8. Изобразите функциональные схемы стабилизации соотношения расходов;
9. Изобразите функциональные схемы стабилизации давления;
10. Приведите функциональные схемы автоматизации теплообменников смешения;
11. Приведите функциональные схемы автоматизации кожухотрубных теплообменников.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. – М.
Издательский дом МЭИ, 2008. –396 с., ил.
2. Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств. –
М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 240 с.
3. Малафеев С.И., Малафеева А.А. Основы автоматики и системы автоматического
управления: Учебник. – М., Академия, 2010. - 384 с.
Дополнительная литература:
1. Вещественный интерполяционный метод в задач автоматического управления
[Электронный ресурс] : учебное пособие / А. С. Алексеев [и др.]; Томский
политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютерный файл (pdf; 3.16 MB). —
Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — Заглавие с титульного экрана.
2. Скороспешкин, В. Н. Локальные системы автоматики и управления: учебнометодическое пособие / В. Н. Скороспешкин, М. В. Скороспешкин; Томский
политехнический университет (ТПУ), Институт дистанционного образования (ИДО).
— Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 131 с.: ил.
3. Гайдухина, М. В.Локальные системы управления : учебное пособие к курсовому
проектированию / М. В. Гайдухина; Южно-Уральский государственный университет
(ЮУрГУ), Кафедра "Радиотехника". — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. — 48 с.: ил.
4.Кулаков Г.Т. Анализ и синтез систем автоматического регулирования. – Минск: УП
«Технопринт», 2003. – 135 с.
Используемое программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Базовые: операционные системы MS Windows;
2. Офисные среды MS Office: текстовые процессоры, электронные таблицы, персональные
информационные системы, программы презентационной графики, браузеры, редакторы
электронных страниц, почтовые клиенты, редакторы растровой графики, редакторы векторной
графики, настольные издательские системы, средства разработки;
3. Пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB;
4. Графическая среда имитационного моделирования Simulink
5. Система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного
проектирования MathCad.
6. http://ya.ru
7. http://www.wikibooks.org
8. http://ru.wikipedia.org
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лабораторные работы проводятся в специализированном классе, оснащенном
стендами с промышленными контроллерами Ремиконт Р-130, РП-4.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 220400 «Управление в технических системах».
Программа одобрена на заседании кафедры автоматики и компьютерных систем
(протокол № 6 от 02.06.2014 г.)
Автор
Суходоев М.С.
Рецензент
Аврамчук В.С.