ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

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
«КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕТОДЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки:
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа подготовки:
Системы автоматизированного управления в нефтегазопереработке
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составители:
Ассистент каф. АТПП Н.В. Васильева
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1.Цели и задачи дисциплины:
Дисциплина “Компьютерные методы проектирования систем управления”
призвана познакомить студента, обучающегося по направлению 220700 “Автоматизация
технологических процессов и производств”, с основами и методами автоматизированного
проектирования, необходимым при проектировании, исследовании, производстве и
эксплуатации систем и средств автоматизации и управления. Дисциплина “Компьютерные
методы проектирования систем управления” направлена на ознакомление студентов с
основными принципами построения систем автоматизированного проектирования
(САПР), математических и методологических основ и технического обеспечения анализа
и оптимизации проектных решений, программных средств поддержки процесса
проектирования и подготовки проектной документации.
Задачами дисциплины являются:
– изучение структуры, классификации, принципов, методов проектирования и
разработки САПР;
– определение места САПР в интегрированных системах проектирования,
производства и эксплуатации;
– изучение этапов проектирования САПР;
– осуществление выбора инструментальных средств высокого уровня для
разработки подсистем автоматизированных средств (комплексов) проектирования
(производства) различного применения;
– изучение методики функционального и информационного моделирования
сложных систем;
– рассмотрение способов представления множества проектных решений.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла основной
образовательной программы подготовки магистров по направлению 220700
“Автоматизация технологических процессов и производств”.
Дисциплина
базируется
на
следующих
дисциплинах:
«Прикладное
программирование», «Компьютерные технологии в области автоматизации и
управления», «Современные проблемы автоматизации и управления», «Проектирование
систем автоматизации и управления», «Интегрированные системы проектирования и
управления в автоматизированных и автоматических производствах», «Техническое и
информационное обеспечение систем управления», «Моделирование объектов и систем
управления».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении
научно-исследовательской работы, а также при подготовке выпускной квалификационной
работы магистра.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Освоение курса способствует приобретению компетенций:
– способность к самостоятельному изучению новых методов исследования, к
изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной
деятельности (ОК-2);
– 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 (ПК-1);
– способность составлять описания принципов действия и устройств,
проектируемых технических средств и систем автоматизации, управления, контроля и
диагностики технологических процессов и производств (ПК-3);
–
способность
проектирвоать
архитектурно-программные
комплексы
автоматизированных и автоматических систем управления, контроля, диагностики и
испытанийй общепромышленного и специального назначения для различных отраслей
национального хозяйства (ПК-4);
– способность разрабатывать эскизные, технические и рабочие проекты
автоматизированных и автоматических производств, технических средств и систем
автоматизации, управления, контроля, диагностики и испытаний с использованием
современных средств автоматизации проектирования отечественного и зарубежного
опыта разработки конкурентоспособной продукции (ПК-5);
– способность 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);
– способность разрабатывать (на основе действующих стандартов) методические и
нормативные документы, техническую документацию, а также предложения и
мероприятия по реализации разработанных проектов (ПК-9);
– способность осуществлять модернизацию и автоматизацию действующих и
проектирование новых автоматизированных и автоматических производственных и
технологических процессов с использованием автоматизированных средств и систем
технологической подготовки производства (ПК-11);
– способность разрабатывать и практически реализовывать средства и системы
автоматизации контроля, диагностики и испытаний, автоматизированного управления
процессами (ПК-12);
– способность обеспечивать необходимую жизнестойкость средств и систем
автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления при изменении внешних
факторов, снижающих эффективность их функционирования и планирование
мероприятий по постоянному улучшению качества продукции (ПК-13);
– способность разрабатывать алгоритмическое и программное обеспечение средств
и систем автоматизации и управления (ПК-40).
В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны
демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
– основные принципы проектирования систем автоматизации и управления
объектами различного служебного назначения в режиме реального времени с
использованием процедурного объектно-ориентированного моделирования способов
проектирования;
– методические и функциональные основы построения проекта, разработку систем
проектирования и управления на базе единых стандартов;
– инвариантные методы моделирования процессов управления и методы
программно-аппаратной реализации проектных процедур;
– основные понятия интегрированной системы проектирования и управления
автоматизированного и автоматического производств различного назначения, ее функции
и структуру;
– взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления
ими;
– математическое, методическое и организационное обеспечение интегрированных
систем проектирвоания и управления автоматизированных и автоматических производств;
программно-технические средства, используемые для их построения;
– SCADA-системы, их функции, использование для проектирвоания
автоматизированных систем проектирования; документирование, контроль и управление
сложными производствами различного назначения.
Уметь:
– разрабатывать техническое задание и техническое предложение на разработку
автоматизированных систем;
– строить последовательность этапов эскизного и рабочего проектов систем
автоматизации и управления, модели и алгоритмы, и их функционирование;
– применять методику объектно-ориентированного подхода при проектировании
систем автоматизации и управления;
– разрабатывать прикладной программный модуль для нижнего уровня реализации
системы автоматизации и управления;
– разрабатывать интегрированную систему проектирования и управления
автоматизированного и автоматического производств различного назначения, ее
отдельные элементы;
– использовать SCADA-системы для проектирования автоматизированных и
автоматических систем управления, документирования, контроля и управления сложными
производствами.
Владеть:
– навыками и методами проектирования систем автоматизации и управления;
– навыками моделирования процессов управления объектов;
– навыками построения интегрированных систем проектирования и управления
автоматизированными и автоматическими производствами, использования SCADAсистем.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
2
зачетных единицы.
Всего
часов
51
11
51
Семестры
12
-
7
7
44
21
44
21
10
11
10
11
зачет
72
2
зачет
72
2
-
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
1
Структура и
классификация систем
автоматизированного
проектирования
2
Основы проектирования
систем управления
3
Средства обеспечения
систем
автоматизированного
проектирования
Проектирование систем
диспетчерского
управления и сбора
данных (SCADAсистемы)
Интегрированные
системы проектирования
и управления
производством
4
5
6
Обзор современных
систем
автоматизированного
проектирования
Содержание раздела
Предмет, цели и задачи дисциплины. Структура и
классификация САПР. Системный подход к
проектированию. Разновидности САПР. Место САПР в
интегрированных системах проектирования, управления и
производства. Иерархическая структура уровней
проектирования и проектных спецификаций.
Стадии проектирования систем управления по ГОСТ.
Типовые проектные процедуры и этапы САПР. Структура
процесса проектирования сложной системы. Основной
комплект рабочих чертежей систем управления.
Техническое, программное, математическое,
методическое, информационное и организационное
обеспечения САПР.
SCADA-системы, их функции и использование для
проектирования автоматизированных систем управления.
Применение SCADA-систем. Базы данных в SCADAсистемах.
Общая характеристика ИСУ с сетевой архитектурой.
Пирамида иерархии систем управления. Особенности
построения ИСУ. Архитектурные решения и структурная
организация ИСУ. Концепция управления производством.
Планирование ресурсов предприятия (ERP-системы).
Системы управления производством (MES-системы ).
Системы управления производственными фондами
предприятия (EAM-системы). Автоматизированные
системы оперативного диспетчерского управления.
Современные подходы к управлению предприятием на
основе использования корпоративных информационноуправляющих (КИУС), которые комплектуются из
различных приложений. Классификация КИУС (CPM,
BPM, ERP, MES, АСУТП). Функции, достоинства и
недостатки.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
1.
Научно исследовательская работа
+
+
+
+
+
+
2.
Выпускная магистерская работа
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
5
6
Наименование раздела дисциплины
Структура и классификация систем
автоматизированного
проектирования
Основы проектирования систем
управления
Средства обеспечения систем
автоматизированного
проектирования
Проектирование систем
диспетчерского управления и сбора
данных (SCADA-системы)
Интегрированные системы
проектирования и управления
производством
Обзор современных систем
автоматизированного
проектирования
СРС
Всего
час.
2
4
34
4
38
6
2
10
10
2
12
2
10
12
1
1
2
Практ. Лаб.
Лекц.
зан.
зан.
Семин
2
2
6. Лабораторный практикум
Трудоемкость
(час.)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
2
Проектирование функциональной схемы системы
автоматизации
6
2
2
Разработка структурной схемы системы автоматизации
4
3
2
4
2
5
2
6
2
Основы автоматизированного проектирования в EPLAN
6
7
3
Проектирование систем управления средствами
SIMULINK пакета Matlab
6
8
4
Разработка SCADA-систем (Cimplicity, iFIX, LabVIEW)
10
Тематика лабораторной работы
Разработка принципиальной электрической схемы
системы автоматизации
Проектирование внешних электрических и трубных
проводок
Разработка плана расположения оборудования и
проводок
7. Практические занятия (семинары).
не предусмотрено учебным процессом и основной образовательной программой
8
4
6
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) и рефератов
Выполнение курсового проекта не предусмотрено учебным процессом и основной
образовательной программой
Тематика рефератов
1. SCADA-системы на Российском рынке автоматизации
2. История развития САПР.
3. Интегрированные САПР.
4. Системный подход к проектированию.
5. Иерархия систем управления и проектирования
6. Обзор продуктов CAD/CAM-систем
7. Необходимость использования САПР в производстве
8. Критерии эффективности САПР
9. Системный подход к задаче автоматизированного проектирования
технологического процесса.
10. Высокопроизводительные технические средства САПР и их комплексирование.
11. Периферийное оборудование САПР. Состав и назначение.
12. Лингвистическое обеспечение САПР.
13. Прикладное программное обеспечение САПР.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
1. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования
металлургических процессов. Учеб. Пособие для вузов / Глинков Г.М., Маковский В.А.,
Лотман С.Л., Шапировский М.Р. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 352с.
2. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации: учеб. пособие для студ.
высш. учеб. заведений. Под ред. В.А. Новикова, Л.М. Чернигова. – М.: Издательский
центр «Академия», 2006. – 368 с.
б) дополнительная литература:
1. Федоров Ю.Н. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств. В 2-х
томах.
2. Проектирование и расчет систем автоматики: Учеб. пособие / В.И. Маларев;
Санкт-Петербургский горный институт (технический университет). СПб, 2003.
3. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное
пособие / Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х.; Под ред. А.С. Клюева. – М.:
Энергия, 1980.
в) программное обеспечение
Освоение дисциплины осуществляется с помощью специальных компьютерных
математических пакетов AutoCAD, EPLAN, Matlab, Cimplicity, iFIX, LabVIEW.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для выполнения лабораторных работ и оформления отчетов используются
компьютеры кафедрального вычислительного центра (ауд. 6502) и Межфакультетская
лаборатория АСУТП (ауд 6503, 6406), cо специальным программным обеспечением.
Лекции по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащённых мультимедийным
оборудованием.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Лекционные занятия проводятся с применением раздаточных материалов, с
использованием основных разделов конспекта лекций в электронном виде.
Лабораторные работы проводятся в аудиториях, снабженными компьютерами со
специальным программным обеспечением, а также программными средствами для
проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного доступа к рабочим
столам).
Самостоятельная работа включает решение рекомендованных задач, подготовку к
лекционным занятиям и лабораторным работам, устным опросам, а также подготовку к
зачету.
Работа над рефератом включает выбор студентом темы и согласование ее с
преподавателем, поиск и отбор соответствующей литературы по теме, выполнение и
оформление работы, защита основных положений выполненной работы.
Разработчик:
Ассистент каф. АТПП, к.т.н.
Эксперты:
Васильева Н.В.