Распределенные компьютерные автоматизированные

Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический
университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИК
______М. А. Сонькин
“____”_______2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННОУПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: Автоматизация технологических процессов и
производств (М).
ПРОФИЛЬ
ПОДГОТОВКИ:
Автоматизация
технологических
процессов и производств в нефтегазовой отрасли
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2012 г.
КУРС 1; СЕМЕСТР 2;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ:
КОРЕКВИЗИТЫ: «Программирование промышленных контроллеров»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
8 часа
Практические занятия
24 часа
Аудиторные занятия
32 часа
Самостоятельная (внеаудиторная) работа
48 часов
Итого
80 часа
Форма обучения
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: зачет во 2-ом семестре.
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ
КАФЕДРА:
«Интегрированные
компьютерные системы управления»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
2011
д.т.н., профессор А.М. Малышенко
к.т.н., доцент Е.И. Громаков
к.т.н., доцент Е.И. Громаков
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины студент приобретает
знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2, Ц3
и Ц5 основной образовательной программы «АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ».
Дисциплина нацелена на подготовку студентов к:
- разработке и исследованию средств и систем автоматизации и
управления различного назначения, в том числе жизненным циклом
продукции и ее качеством, применительно к конкретным условиям
производства на основе отечественных и международных
нормативных документов (Ц2);
- исследованию в области проектирования и совершенствования
структур и процессов промышленных предприятий в рамках единого
информационного пространства (Ц3);
- исследованию с целью обеспечения высокоэффективного
функционирования средств и систем автоматизации, управления,
контроля и испытаний заданным требованиям при соблюдении правил
эксплуатации и безопасности (Ц5).
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла и
рекомендована
ФГОС.
Кореквизитом
являются подготовка
«Программирование промышленных контроллеров».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины студенты должны:
Р1. Применять глубокие естественнонаучные и, математические
знания для решения научных и инженерных задач в области анализа,
синтеза, проектирования,
производства и эксплуатации систем
автоматизации технологических процессов и производств/
Р2. Воспринимать, обрабатывать, анализировать и обобщать научнотехническую информацию, передовой отечественный и зарубежный
опыт в области теории, проектирования, производства и эксплуатации
систем автоматизации технологических процессов и производств,
принимать участие в командах по разработке и эксплуатации таких
систем.
Р3. Применять полученные знания для решения инновационных
инженерных задач при разработке, производстве и эксплуатации
современных систем автоматизации технологических процессов и
производств (в том числе интеллектуальных) с использованием
передовых научно-технических знаний и достижений мирового
уровня, современных инструментальных и программных средств,
обеспечивающих конкурентные преимущества этих систем в условиях
жестких экономических, социальных и других ограничений..
Р5.
Демонстрировать
работодателям
свои
конкурентные
компетенции, связанные с современными методологиями и видами
инновационной инженерной деятельности в области автоматизации
технологических процессов и производств, а также готовность
следовать их корпоративной культуре. Р6. Использовать
международный опыт проектного, технологического менеджмента и
управления
бизнес-процессами для ведения
инновационной
инженерной деятельности в области автоматизации технологических
процессов и производств
Р7. Уметь выбирать и использовать подходящее программнотехническое оборудование, оснащение и инструменты для решения
задач автоматизации технологических процессов и производств.
Р8. Эффективно работать индивидуально в качестве члена и
руководителя группы с ответственностью за работу коллектива при
решении инновационных инженерных задач в области автоматизации
технологических процессов и производств, демонстрировать при этом
готовность следовать этике и нормам.
При изучении дисциплины студенты должны быть способны:
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);
способностью проектировать архитектурно-программные комплексы
автоматизированных и автоматических систем управления, контроля,
диагностики и испытаний общепромышленного и специального
назначения для различных отраслей национального хозяйства (ПК-4);
способностью 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);
способностью
выполнять
анализ
состояния
и
динамики
функционирования средств и систем автоматизации, контроля,
диагностики, испытаний и управления качеством продукции,
метрологического и нормативного обеспечения производства,
стандартизации и сертификации с применением надлежащих
современных методов и средств анализа (ПК-14);
способностью организовывать контроль работ по наладке, настройке,
регулировке, опытной проверке, регламенту, техническому,
эксплуатационному обслуживанию оборудования, средств и систем
автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления и
программного обеспечения (ПК-49).
Соответствие результатов освоения дисциплины формируемым
компетенциям ООП представлено в таблице
Формируемые
Результаты освоения дисциплины
компетенции
в
соответствии
с
ООП
ПК-1
ПК-7
ПК-14
ПК-49
Знать
понятия о распределенных компьютерно-управляющих
системах, их функции, области применения, структуры,
элементы, принципы действия;
SСADA системы, их функции, использование для
проектирования автоматизированных систем проектирования;
документирование, контроль и управление сложными
производствами различного назначения;
математическое,
методическое
и
организационное
обеспечение интегрированных систем проектирования и
управления
автоматизированных
и
автоматических
производств; программно технические средства, используемые
для их построения;
.
Уметь:
использовать SСADA системы для проектирования
автоматизированных и автоматических систем управления,
документирования, контроля, и управления сложными
производствами;
использовать в своей профессиональной деятельности
распределенные компьютерно-информационные управляющие
системы;
разрабатывать и использовать системы описания и
управления производственными данными;
Владеть
использовать SСADA системы для проектирования
автоматизированных и автоматических систем управления,
документирования, контроля, и управления сложными
производствами;
использовать в своей профессиональной деятельности
распределенные компьютерно-информационные управляющие
системы;
разрабатывать и использовать системы описания и
управления производственными данными;
Структура и содержание дисциплины
4.
4.1.
№
Структура
дисциплины
по
организации и контроля обучения
Название
раздела/темы
Аудиторная работа (час)
Лек-и
1
2
3
4
5
Функции
автоматизированны
х
систем
управления
технологическими
процессами
Программное
и
информационное
обеспечение АСУ
ТП
Автоматизированн
ые
системы
диспетчерского
управления
Дистанционное
автоматизированно
е
управление
технологическими
процессами
2
Практ.
/ сем-р
6
2
СРС
разделам,
Итого
Формы
текущего
контроля и
аттестации
Лаб.
зан.
12
20
Реферат
Семинар
6
12
20
Контрольная
работа
2
6
12
20
Реферат
семинар
2
6
12
20
Реферат
семинар
Промежуточная
аттестация
Итого
формам
зачет
8
24
48
80
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное
собеседование.
4.2.
Содержание разделов дисциплины
Модуль
1.
Функции
автоматизированных
систем
управления технологическими процессами
Признаки классификации АСУ ТП. Классификация по режиму
работы, функциональной развитости, информационной мощности,
характеру протекания управляемого процесса по времени.
Функции АСУ ТП и их содержание. Информационновычислительные и управляющие функции. Прямое измерение,
косвенное измерение, контроль отклонений параметров, управление в
распределенных АС. Регулирование отдельных параметров,
многосвязное и каскадное регулирование, логическое управление,
программное управление, распределенное управление процессами в
установившемся и переходном режимах.
Особенности технологических процессов как объектов
управления. Управляющие, возмущающие и выходные параметры.
Примеры простейших технологических процессов как объектов
управления.
Автоматизированные
системы
управления
технологическими процессами, основные понятия распределенных
автоматизированных систем управления. Виды обеспечений
распределенных АС.
Модуль 2. Программное и информационное обеспечение
АСУ ТП
Состав и структура программного обеспечения. Общее
программное обеспечение и прикладное. Системы и языки
программирования
промышленных
микропроцессорных
контроллеров.
Первичная обработка информации, введенной в микропроцессорные
средства контроля и управления. Алгоритмы аналитической
градуировки датчиков, экстра- и интерполяции дискретноизмеряемых величин. Алгоритмы фильтрации. Разностные уравнения
низкочастотных цифровых фильтров. Фильтры экспоненциального
сглаживания и скользящего среднего. Робастные, высокочастотные,
полосовые и режекторные фильтры. Дискретное дифференцирование,
интегрирование и усреднение измеряемых величин. Проверка
достоверности информации. Методы повышения достоверности
информации. Алгоритмы контроля параметров технологического
процесса и состояния оборудования. Диаграммы функциональных
последовательностей: управление пуском - остановом, управление
периодическими процессами. Структурированный текст: циклические
операции, программы сложных расчетов, дополнения сложной
логики.
Модуль 3. Автоматизированные системы диспетчерского
управления. SCADA-системы. Назначение, структура и основные
функции. Общие сведения о системе Genesis 32 и 64 . Структура
проекта. Каналы прохождения информации в системе Genesis.. Типы
каналов. Значения на каналах и процедуры их обработки. Связь с
реальными каналами ввода - вывода информации.
Структура монитора реального времени (МРВ) и особенности
запуска в реальном времени. Приоритеты выполнения задач.
Временные характеристики системы и ее настройка. Контроль
текущего состояния и ошибок при работе операторских станций.
Автосохранение параметров при перезапуске. Защита операторских
станций от несанкционированного доступа.
Обмен данными с приложениями WINDOWS.
Архивирование и документирование. Система архивов Genesis. Работа
с архивами проекта. Просмотр архивных данных. Создание отчетов
Экспорт данных из архивов Genesis в приложения WINDOWS.
Модуль 4. Дистанционное автоматизированное управление
технологическими процессами.
АСДУ.
Иерархия
основных
компонентов
управления
технологическими процессами. Иерархия оперативно-диспетчерского
управления. Принципы построения АСДУ. Структура и состав
интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ)
ДУ. Типовые программно-технические средства.. Комплекс режимнотехнологических задач. Телемеханика. Телесигнализация. Основные
протоколы связи с диспетчерскими пунктами.
Формулировка проблем и их взаимосвязь. Оценка состояния
имеющихся решений.
.
№
1.
2.
3.
4.
Формируемые
компетенции
ПК-1
ПК-7
ПК-14
ПК-49
5.
1
х
Модули
2
3
х
х
х
х
х
4
х
х
х
Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания
видов учебной работы с методами и формами активизации
познавательной
деятельности
студентов
для
достижения
запланированных
компетенций.
Методы и формы
активизации
деятельности
IT-методы
Командная работа
Контрольные работы
Защита рефератов
Защита КП
Опережающая СРС
Индивидуальное
обучение
результатов
ЛК
х
х
обучения
и
формирования
Виды учебной деятельности
Семинар
ЛБ
КС
х
х
х
х
СРС
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Для
достижения
поставленных
целей
преподавания
дисциплины реализуются следующие средства, способы и
организационные мероприятия:

изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с
использованием компьютерных технологий;

самостоятельное
изучение
теоретического
материала
дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных
баз, методических разработок, специальной учебной и научной
литературы;
закрепление теоретического материала при проведении
практических работ с использованием проблемно-ориентированных,
поисковых, творческих заданий.
6.
Организация
и
учебно-методическое
самостоятельной работы студентов (CРC)
обеспечение
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений
заключается в:

работе студентов с лекционным материалом и раздаточными
материалами, поиске и анализе литературы и электронных источников
информации,

выполнении домашних заданий,

изучении теоретического материала к практическим занятиям и
подготовке ответов на контрольные вопросы по практическим
работам,

изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

подготовке к выполнению практическиыих работ,

подготовке к дифференцированному зачету.
6.2 Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
Изучение SCADA Trace Mode в сети Интернет.
Изучение LaView.
Изучение Genesis 32 в сети Интернет.
Изучение Genesis 64 в сети Интернет.
Изучение WinCC в сети Интернет.
Изучение Wondeware в сети Интернет/
Освоение программно-технического оборудования для выполнения
практических работ по курсу.
Подготовка рефератов с использованием информации в сети
Интернет.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная
работа
ТСР направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала магистрров и заключается в:

поиске, анализе, структурировании и презентации информации,
анализе научных публикаций по определенной теме исследований,

анализе теоретических и фактических материалов по заданной
теме, составлении моделей и документированных процедур на основе
бизнес процессов нефтегазового производства.
Тематика НИР.
Разработка проекта «Виртуальный промысел» по индивидуальному
заданию.
.
6.3
6.4 Примерный перечень рефератов:
1. Сравнительный анализ SCADA систем для управления ТП в
НГО..
2. Сравнительный анализ систем DCS и АСУТП.
3. Сравнительный анализ протоколов МЭК 870, Ethernet и
ModeBus.
6.5 Практические занятия:
№1. Разработка лабораторной работы установкой ТП НГО на
стендах к. Элеси.
№2 Разработка дистанционного управления ТП по сети
Internet.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины (фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости магистров осуществляется по результатам:
- самостоятельного (под контролем преподавателя) выполнения
практической работы,
- оценки контрольных работ,
- оценки подготовленных студентами рефератов,
- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий,
защите отчетов по практическим работам и во время зачета (для
выявления знания и понимания теоретического материала
дисциплины),
- экзаменационной оценки по дисциплине.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Контроль выполняется после завершения определенной темы курса.
Понятия АСУ: АСУП, АСДУ, DCS?, АСУ ТП и их особенности.
Функции АСУ ТП. Структура АСУ ТП.
Стандарт МЭК 870. Основные части стандарта..
SCADA- системы. Состав. Основные модули. Теги.
Средства отладки. Средства управления проектом.
Телемеханика и телесигнализация.
Отличие систем телемеханики от систем диспетчерского управленияна основе
ПЛК.
АСДУ ТП в нефтегазовой отрасли.
Алгоритмы автоматического и автоматизированного управления.
7.1. Требования к содержанию вопросов дифференцированного
зачета
Вопросы зачета включают в себя теоретическую часть по
управлению АСДУ и практическую по разработке программноалгоритмических структур расределенных компьютеных систем
управления..
Итоговый контроль полученных знаний выполняется после
завершения лекционного курса и выполнения лабораторных работ. Из
нижеперечисленных вопросов формируются билеты, ответ на которые
служит основанием для получения зачета по дисциплине. Количество
вопросов в билете определяется преподавателем.
Вопросы итогового контроля.
1. Понятия АСУ: АСУП, ИАСУ, АСУ ТП и их особенности.
2. Функции АСУ ТП. Структура АСУ ТП.
3. Как можно определить понятия автоматизированная систем,
технологический процесс.
4. Как можно определить основные составные части АС.
5. Чем отличается Объект управления с сосредоточенными
параметрами от ОУ с распределенными параметрами.
6. Чем характеризуются объекты управления в НГО.
7. Как определяется критерий управления ТП НГО.
8. Какие функции управления реализуются АС.
9. Чем отличается архитектура АС от ее структуры.
10.Как можно определить понятия ОРС и ODBC.
11.Какие виды программного обеспечения используются в АС.
12.Чем отличается двух уровневая структура АС от трех уровневой.
13.Как проектируется состав УСО ПЛК для АС.
14.Почему любой модуль ввода аналоговых сигналов вносит
погрешность в канал измерения.
15.Для чего в цифровом канале измерения используют протокол
связи.
16.Как можно определить комбинированное управление уровнем
жидкости в резервуаре.
17.Какие поля может содержать информационная запись канала
измерения в БД.
18.Какие проектные требования предъявляются к SCАDA-системе.
19.Какие структурные элементы экранной формы управления АС
проектируются.
20.Каким образом осуществляется последовательность проекных
действий при программировании SCADA.
21.Какие системные требования лежат в основе проектирования
экранных форм АС.
7.2. Примеры тестов
Выберите один ответ.
a. Информационные и управляющие действия
диспетчеров
b. Автоматическое регулирование неопределенности
состояния технологического процесса
c. Совокупность действий АС, направленных на
достижение целей управления
Выберите один ответ.
a. Комплекс программных и технических средств,
предназначенный для автоматизации управления
технологическим оборудованием на предприятиях
b. Комплекс автоматических средств управления
технологическим процессом
c. Возможность наиболее эффективного участия
человека в отдельных операциях управления
ОРС стандарт предоставляет разработчикам промышленных
программ
Выберите, по крайней мере, один ответ:
a. Универсальный фиксированный интерфейс обмена
данными с любыми устройствами АС
b. Единые драйвер взаимодействия внешней среды с
компьютером
c. Возможность быстрой настройки устройств АС для
работы со SCADA системой
d.
Разработчикам
промышленных
программ
рекомендации по проектированию драйверов устройств
АС
Программные инструментальные средства АС обеспечивают
Выберите один ответ.
a. Разработку, отладку и исполнение программ
контроллерами
b. Разработку экранных форм SCADA
c. Настройку и наладку программных драйверов и OPC
модулей
Основная литература
1. Андреев Е.Б. Попадько В.Е. Программные средства систем
управления технологическими процессами в нефтяной и газовой
промышленности: учебное пособие, М: Нефть и газ, 2005. – 268 с.
2. Стефани Е.П. Основы построения АСУТП. - М.: Энергоиздат,
1982.
3. Яковлев
В.Б.
Автоматизированное
управление
технологическими процессами: Учебное пособие.– Л.: ЛГУ, 1988.
4. Беспалов А.В., Харитонов Н. И.. Системы управления химикотехнологическими процессами : учебник для вузов. — М. :
Академкнига, 2007. — 690 с
5. Беспалов А.В., Харитонов Н. И. Задачник по системам
управления химико-технологическими процессами : учебное
пособие.— М. : Академкнига, 2005. — 307 с.
6. Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю.
Технологические измерения и приборы. – М: Высш. шк., 1989. – 456с.
.
Дополнительная литература
1. Аристова
2.
3.
4.
5.
Н.И., Корнеева А.И. Промышленные программноаппаратные средства на отечественном рынке АСУ ТП. – М:
Научтехлитиздат, 2001.
Олссон Г. Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и
управления.- СПб: Невский Диалект, 2001.
Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. – М.: Мир,
1984.
Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. – М.:
Энергоатомиздат, 1986.
Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных
процессов в химической промышленности.—М.: Химия, 1988.—
288с., ил
Интернет- источники
www.elemer.ru
www.wika.ru
www.krohne.ru
www.manometr.com
www.oavt.ru
www.info.sp.ru
www.termex.lab.ru
www.teplopribor.ru
www.omsketalon.ru
www.jumo.ru
www.zeim.ru
www.elesy.ru
www.emerson.ru
www.siemens.ru/ad
http://www.rtsoft-training.ru
http://ab.rockwellautomation.com
http://www2.emersonprocess.com
http://www.siemens.com
http://www.iconics.com
http://www.wonderware.ru
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При изучении основных разделов дисциплины, выполнении
практических работ магистры используют персональные компьютеры.
Автор: Громаков Е.И.
Программа одобрена на заседании кафедры ИКСУ ИК
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).