Документ 678456

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. А.А. Кульчицкий
______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки:
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Профиль подготовки:
Автоматизация технологических процессов и производств в горном деле
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составители:
Доцент каф. АТПП А.Ю.Фирсов
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1.Цели и задачи дисциплины:
Дисциплина “ Интегрированные системы проектирования и управления” призвана
познакомить студента, обучающегося по направлению 220700 “Автоматизация
технологических процессов и производств”, с общими принципами построения
интегрированные системы проектирования и управления.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина “ Интегрированные системы проектирования и управления” относится к
вариативной части профессиональных дисциплин. Для изучения дисциплины студенты
должны знать принципы организации микро-ЭВМ, а также уметь программировать и
работать на персональном компьютере в объеме курса: "Программирование и основы
алгоритмизации" и “Вычислительные машины, системы и сети”. Дисциплина в свою
очередь является базой для последующего освоения курсов “Автоматизация
технологических процессов и производств”, а также для курсового проектирования и
выпускной бакалаврской работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способностью выбирать средства автоматизации технологических процессов и
производств (ПК-11);
способностью осваивать средства программного обеспечения автоматизации и
управления, их сертификации (ПК-26);
способностью изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные,
показатели и результаты работы, обобщать их и систематизировать, проводить
необходимые расчеты с использованием современных технических средств и
программного обеспечения (ПК-38);
способностью участвовать в разработке алгоритмического и программного обеспечения
средств и систем автоматизации и управления процессами (ПК-41);
участие в разработке алгоритмического и программного обеспечения средств и систем
автоматизации и управления;
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:









основные понятия интегрированной системы;
функции и структуры интегрированных систем;
взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления
производством;
математическое, методическое и организационное обеспечение;
программно-технические средства для построения интегрированных систем
проектирования и управления;
SCADA системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления документирования, контроля и управления сложными
производствами отрасли;
примеры применяемых в отрасли SCADA систем;
методы и средства объектно-ориентированного программирования;
интегрирование SCADA систем с реляционными базами данных.
Уметь:
2

проектировать
автоматизированные
системы
контроля,
управления
и
документирования в среде SCADA системы;
 программировать и работать на персональном компьютере в среде объектноориентированного языка MatLab и Visual Basic;
 интегрировать диалоговую информационную систему на специализированном языке
для разработки СУБД со SCADA системой.
 разрабатывать специализированную САПР на основе графического ядра AutoCAD с
применением встроенных языков Visual Basic for Application (VBA) и VisualLisp.
 разработать САПР на основе интеграции САПР на основе графического ядра
AutoCAD с диалоговой системой на специализированном языке для разработки СУБД.
 интегрировать
SCADA систему с программой имитационного моделирования
Simulink, для отладки алгоритмов управления SCADA системы на модели
управляемого объекта.
.
Владеть:


методами построения информационных моделей как основы решения задач
управления;
навыками работы
с
современными
аппаратными
и
программными
средствами исследования и проектирования систем управления.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _5.764__ зачетных единиц.
Всего
часов
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
95
В том числе:
Лекции
45
Практические занятия (ПЗ)
22
Семестры
7
8
41
54
-
-
-
-
-
-
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
28
Самостоятельная работа (всего)
81
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
3
зач
207.5
5.764
экз
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
Содержание раздела
1
Введение.
Основные понятия интегрированной системы.
Организация программных средств: информационные
системы, системы автоматизированного исследования и
проектирования, системы управления техническими
средствами, диалоговые системы. Стандарты на
разработку
прикладных
программных
средств.
Документирование, сопровождение и эксплуатация
программных средств. Этапы проектирования и
жизненный цикл программных продуктов.
2
Математическое,
информационное,
методическое и
организационное
обеспечение АСУТП.
Математическое, информационное, методическое и
организационное
обеспечение
АСУТП.
Особенности
3
Система MATLAB как
средство моделирования
систем.
4
Коммуникации в
промышленных сетях
Распределенные системы
на базе ПЛК
SCADA системы-общий
обзор.
5
6
7
SCADA системы
Intellution FIX.
математического описания непрерывных, дискретных и
дискретно-непрерывных по потокам материалов и
энергии процессов.
Пакет Simulink для решения задач имитационного
и событийного моделирования. Создание S-функции в
MATLAB. Динамический обмен данными (Dynamic Data
Exchange - DDE) как форма коммуникации между
приложениями. Набор функций для реализации DDE
интерфейса для использования MATLAB в качестве DDE
клиента. Создание связи MATLAB – FIX. Применение
DDE-связи для управления моделью объекта.
Коммуникации в промышленных сетях.
Расределенный ввод-вывод. Удаленный вводвывод. Связь ПЛК через промышленные сети.
SCADA системы – общий обзор (Factory Link,
InTouch, Genesis, RealFlex, FIX, Trace Mode, Simplicity,
Monitor
Pro).
Функциональные
возможности.
Характеристики SCADA – систем. О жестком реальном
времени для Windows NT. Технические характеристики.
Имеющиеся средства сетевой поддержки. Открытость
систем. Разработка собственных программных модулей.
Драйверы ввода-вывода. Встраиваемые ActiveX объекты.
Встроенные командные языки. Поддерживаемые базы
данных. Графические возможности. Эксплуатационные
характеристики. Удобство использования. Русификация.
Стоимость освоения системы. Стоимость сопровождения
или "стоимость владения". Стоимость разработки
прикладных систем. Время окупаемости SCADA –
систем.
Интеграция
многоуровневых
систем
автоматизации.
Пакет FIX32, пакет FIX Paradym-31, пакет FIX
OPC Toolkit, пакет FIX Dynamics. Примеры приложений
пакетов Intellution. Описание FIX Dynamics. Ядро пакета
FIX Dynamics. Основной протокол-OPC. Узел SCADAсервер, узлы-клиенты. Планировщик. Создание отчетов.
4
8
Система супервизорного
управления Vijeo Citect
7.0.
9
Структура АСУП
предприятия.
10
Основные принципы
разработки и порядок
разработки АСУП.
11
Системы управления
базами данных (СУБД).
Архивирование
данных.
Защита
от
несанкционированного доступа. Уровни зашиты тэгов.
Аварийно-предупредительная
сигнализация.
Резервирование. Интегрированные со SCADA-пакетами
системы управления производством. Таблица образа
драйвера (DIT). Модуль сканирования и сигнализации
(SAC). Конфигурирование обменов данными
с
контроллерами (утилита Config). Время поллинга и время
сканирования. Создание и редактирование базы данных
функциональных блоков с помощью утилиты Data
Builder. Понятие тэга. Создание тегов и изменение их
свойств. Первичные и вторичные блоки. Блок
аналогового ввода (AI). Блок дискретного ввода (DI).
Блок вычисления (СА). Блок аналогового вывода (AO).
Блок дискретного вывода (DO). Блок ПИД-регулятора
(PID).
Блок
булевой
алгебры
(BO).
Блок
двухпозиционного регулирования (BB). Создание
управляющей программы с помощью цепочки блоков
FIX. Разработка внешнего вида рабочей панели системы
управления и сигнализации с помощью FIX Draw.
Создание
и
анимация
графических
объектов.
Формирование и параметризация трендов. Отладка
программы управления с помощью драйвера SIM.
Создание новых графических страниц. Создание и
анимация графических объектов. Формирование и
параметризация
трендов.
Программирование
на
специализированных языках. Создание тегов и изменение
их свойств. Конфигурирование задач серверной части
приложения. Конфигурирование обменов данными с
контроллерами. Использование символьной базы данных
систем программирования контроллеров. Создание
прикладных объектов.
Характеристика металлургического предприятия
как
объекта
управления.
Технологические
и
экономические критерии управления. Характеристика
основных функциональных подсистем АСУП.
Основные стадии разработки. Принцип системного
подхода. Принцип новых задач. Принцип непрерывности
развития. Принцип единой информационной базы.
Принцип минимизации ввода-вывода информации.
Методы принятия управленческих решений. Применение
сетевых графиков. Экономико-математические модели в
АСУП
металлургических
предприятий.
Задача
управления предприятием как задача оптимизации.
Модели
данных
(сетевые,
иерархические,
реляционные), реляционные базы данных, операции над
отношениями, типы функциональных зависимостей,
нормальные формы, нормализация базы данных и
поддержание целостности. .СУБД Microsoft Access 2000.
Логическая структура реляционной базы данных Access.
Одно-многозначные (1:М) или одно-однозначные (1:1)
связи. Типы объектов. Таблицы. Запросы. Формы.
5
Страницы. Отчеты. Макросы. Модули. Средства программирования на языке Visual Basic for Application
(VBA). Распределенные базы данных.
12
Механизмы
взаимодействия
программных средств.
Механизмы взаимодействия приложений в среде
сетевых операционных систем (ОС). ОС Windows сервер. ОС Linux. ОС QNX. API -интерфейс приложений.
Серверы и клиенты. Механизмы обмена между
приложениями. ActiveX. COM. DCOM. OPC-сервер.
ODBC. SQL-сервер.
13
Интеграция систем
АСУТП и АСУП.
14
Автоматизация
проектирования систем
автоматического
управления.
15
Поисковые методы
автоматизации
проектирования.
16
Изучение основных
методов работы в системе
САПР AutoCAD.
17
VisualLISP.
18
Разработка систем
автоматизированного
проектирования (САПР)
на основе графического
ядра САПР AutoCAD.
Цели и задачи. Интеграция систем АСУТП и
АСУП на базе сетевых механизмов взаимодействия
программных средств.
Принципы автоматизации проектирования систем
автоматического
управления.
Этапы
и
стадии
проектирования. Уровни автоматизации проектирования.
Компоненты обеспечения САПР. Общие принципы
построения САПР. Способы построения САПР.
Постановка задачи автоматизации процесса
проектирования САУ. Структура поискового алгоритма
оптимизации. Алгоритм локального параметрического
поиска. Учет ограничений в процессах случайного
поиска. Глобальный поиск. Оптимизация в обстановке
случайных помех. Структурная оптимизация.
Основные возможности AutoCAD 2002. Рабочая
графическая зона. Системное меню и панели
инструментов. Командная строка. Строка состояния.
Контекстные меню. Модель объекта и лист чертежа.
Шаговая привязка (SNAP). Объектная привязка (OSNAP).
Настройка рабочей среды. Абсолютные и относительные
координаты. Основная (WCS) и пользовательская (UCS)
система координат. Создание слайдов элементов.
Мозаичные меню. Связь с информационными базами
данных для автоматического заполнения информации о
чертежах. VisualLISP-встроенный язык AutoCAD.
Создание переменных. Доступ к командам
AutoCAD. Создание функций. Работа с системными
переменными. Работа со списками. Условные выражения.
Цикл WHILE. Получение информации об объектах
чертежей и модификация объектов. Ввод данных
пользователем. Локальные и глобальные переменные.
Работа с элементами Active X в VisualLisp. Функции
доступа и модификации VisualLISP.
Использование средств ActiveX для обеспечения
связи AutoCAD c другими приложениями. Использование
в AutoCAD языка VisualBasic для приложений (VBA).
Связь с информационными базами данных для
автоматического заполнения информации о чертежах.
6
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
Программное
обеспечение систем
управления
+
CASE средства при
проектировании
систем управления
3. Автоматизация
технологических
процессов в
металлургии
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
2.
№
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
+
Семин
СРС
+
+
Наименование раздела дисциплины
+
+
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
п/п
1
2
+
9
Введение.
Математическое, информационное,
методическое и организационное
обеспечение АСУТП.
Система MATLAB как средство
моделирования систем.
Коммуникации в промышленных сетях
Распределенные системы на базе ПЛК
SCADA системы-общий обзор.
SCADA системы Intellution FIX.
Система супервизорного управления
Vijeo Citect 7.0.
Структура АСУП предприятия.
Основные принципы разработки и
порядок разработки АСУП.
Системы управления базами данных
(СУБД).
Механизмы взаимодействия
программных средств.
Интеграция систем АСУТП и АСУП.
Автоматизация проектирования систем
автоматического управления.
Поисковые методы автоматизации
проектирования.
Изучение основных методов работы в
системе САПР AutoCAD.
VisualLISP.
Разработка систем автоматизированного
проектирования (САПР) на основе
графического ядра САПР AutoCAD.
1
1
2
2
3
2
6
Всего
час.
3
6
2
5
2
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
0
4
2
6
6
4
6
6
2
2
2
2
4
4
4
4
2
6
12
15
12
8
16
10
6
10
16
4
4
2
4
2
4
0
4
4
2
4
2
4
2
2
4
4
10
12
6
2
8
2
2
2
2
10
8
8
7
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
1
3
2
6
3
4
7
7
5
6
7
8
7
11
8
11
9
10
12
13
11
16
12
16
13
14
17
18
Динамический обмен данными между Windowsприложениями Simulink , Excel и FIX с целью отладки
управляющей программы SCADA FIX на модели объекта.
Основные принципы работы со SCADA-системой
Cimplicity.
Основные принципы работы со SCADA-системой FIX.
Создание дискретной модели одномерного объекта типа
апериодического звена в SCADA FIX с помощью драйвера
SIM.
Реализация системы управления на SCADA пакете FIX.
Основные принципы работы со SCADA-системой Vijeo
Citect.
Разработка схемы базы данных в системе управления
базами данных (СУБД).
Разработка программы управления данными в системе
управления базами данных (СУБД).
Использование элементов ActiveX.
Интеграция систем АСУТП и АСУП на базе сетевых
механизмов взаимодействия программных средств.
Изучение основных методов работы в системе САПР
AutoCAD.
Создать мозаичное меню для упрощения вычерчивания
элементов функциональных схем.
Работа в VisualLisp.
Разработка системы автоматизированного проектирования
(САПР) на основе графического ядра САПР AutoCAD.
Трудоемкость
(час.)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
1.
2
2.
3
Особенности математического описания непрерывных,
дискретных и дискретно-непрерывных по потокам
материалов и энергии процессов на языке MATLAB.
Разработка собственных алгоритмов на языке MATLAB и
включение их в визуальную среду моделирования Simulink
с помощью создания S-функции.
Решение задачи квадратичного программирования при
наличии ограничений на диапазоны изменений переменных
с помощью прикладного пакета Optimization Toolbox
системы MATLAB.
Решение задачи достижения цели с помощью прикладного
пакета Optimization Toolbox системы MATLAB.
Ознакомление с общими принципами построения
нейронных сетей и их использование для аппроксимации
функций в пакете Neural Net Toolbox системы MATLAB.
Решение задачи автоматического выявления центров
кластеров входов для двумерного случая с использованием
3
4
4
4
5
5
6
5
8
Трудоемкость
(час.)
2
2
2
2
2
2
7
5
8
10
9
10
10
15
11
11
слоя «соревнующихся нейронов» с помощью прикладного
пакета Neural Net Toolbox системы MATLAB.
Построение нечеткой системы управления в пакете Fuzzy
Logic Toolbox системы MATLAB с использованием
результатов кластеризации экспериментальных данных для
определения функций принадлежности.
Решение задачи оптимального состава шихты с помощью
прикладного пакета Optimization Toolbox системы
MATLAB.
Адаптивный линейный прогноз.
Решение задачи автоматизации процесса проектирования
САУ с помощью поискового алгоритма оптимизации в
прикладном пакете Optimization Toolbox системы MATLAB.
Синтаксис и семантика алгоритмического языка
программирования Visual Basic.
2
2
2
2
2
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)_______________________________
_____________________________________________________________________________
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Харазов В. Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами (+
CD-ROM), Издательство: Профессия, 2009 г., - 592 с.
2. Джон Парк, Стив Маккей, Эдвин Райт. Передача данных в системах контроля и
управления. Издательство: Группа ИДТ, 2007 г.,-472с.
3. Э. Парр. Программируемые контроллеры. Руководство для инженера. Издательство:
Бином. Лаборатория знаний, 2007 г.,- 520 с.
4. А. Г. Схиртладзе, Т. Я. Лазарева, Ю. Ф. Мартемьянов. Интегрированные системы
проектирования и управления. Издательство: Академия, 2010 г., - 352 стр.
5. Кадыров Э.Д., Симаков А.С., Фирсов А.Ю. Сетевые_интерфейсы микропроцессорных
систем. Учебное пособие/ Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ)., 2011г., - 117с.
6. В.П.Дъяконов. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения.-М.:СОЛОНПресс, 2005.-800с.
7. Андреев Е.Б., Кутлуяров Г.Х. Проектирование систем управления в SCADA – пакете In
Touch 9.5: лабораторный практикум по курсу "Проектирование автоматизированных
систем". – Уфа: ООО «Монография», 2007. – 99с.
8. Андреев Е., Куцевич Н., Синенко О. SCADA-системы: взгляд изнутри. М.:РТСофт,
2004, - 176с.
9. Потапова Т.Б. Большая автоматизация. Информационно-управляющие системы (ИУС)
в непрерывных производствах.— Тула: Гриф и К, 2006.— 294 с.
б) дополнительная литература
1. Шапиро Д.Р., Бойс Д. Windows 2000 Server. Библия пользователя. М.:Компьютерное
издательство “Диалектика”, 2001.
2 Мартынов Н.Н. Введение в MatLab 6.-М.:КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002.
3. Деменков Н.П. Программные средства оптимизации и настройки систем управления.
М.:Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. -242с.
4. Анашкин А. С, Кадыров Э. Д., Харазов В. Г. Техническое и программное обеспечение
распределенных систем управления. — С. Петербург: «П-2», 2004. — 368 с.
5. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.:Питер, 2004. -560с.
9
6. AutoCAD 2006: подроб. иллюстрир. рук.: (учебное пособие)/ под ред. А.Г.Жадаева. –
М.: Лучшие книги, 2006. – 240с.
7. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / Алямовский А. А.,
Собачкин А. А., Одинцов Е. В. и др. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 800с.
в) программное обеспечение
Matlab, AutoCAD, CATIA, MS Visual Basic, MS Access, SQL Server, MS Office,
SCADA iFix, Schneider Electric SCADA Vijeo Citect, SCADA Trace Mode, Schneider Electric
Concept, Schneider Electric UNITY.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
сайт Schneider Electric, сайт National Instruments, сайт MathWorks.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для выполнения лабораторных работ, и оформления отчетов используются компьютеры
кафедрального вычислительного центра и специализированной лаборатории
“Моделирования систем управления” кафедры АТПП, а также межфакультетской
лаборатории “Современных средств автоматизации” c специальным программным
обеспечением. Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащённых
мультимедийным оборудованием.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Практические
занятия проводятся в аудиториях, снабженными компьютерами с
специальным программным обеспечением, а также программными средствами для
проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного доступа к рабочим
столам). Примерами средств для текущего контроля являются тестовые контрольные
работы на усвоение синтаксических конструкция языков программирования и знание
важнейших библиотечных функций SCADA систем.
Разработчик:
Каф. АТПП
доцент
А.Ю. Фирсов
Эксперты:
_____________
_____________________
________________
_____________
_____________________
________________
10