Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой

промышленности»

Кафедра «Автоматизация производственных процессов и автоматизированные

системы управления» (АПП и АСУ)

Утверждено

Ректором КемТИПП

ПРОГРАММА

вступительных экзаменов для поступления в магистратуру по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Кемерово 2013

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА

(НАПРАВЛЕНИЕ МАГИСТРАТУРЫ 220700) Теория автоматического управления 1. Классификация систем управления и автоматизации Классификация систем управления. Примеры управляемых объектов и систем автоматического управления. Функциональные схемы.

Классификация систем по характеру протекания динамических процессов и виду уравнений движения.

2. Модели систем управления Виды математических моделей, объектов и систем управления.

Понятие о моделях систем автоматического управления. Виды моделей.

Математические модели в области действительного переменного: уравнения движения, формы их представления (классическая, форма Коши, векторноматричная). Типовые сигналы и их реакции. Модели систем в области комплексного переменного: а) преобразование Лапласа и его свойства, б) передаточная функция, в) векторно-матричная передаточная функция, г) частотная форма модели системы. Структурные модели системы. Подходы к получению структурных моделей. Графовые модели и их связь со структурной моделью (сигнальный граф).

3. Векторно-матричные модели систем управления Модели в терминах пространства состояний.

Векторно-матричные параметры состояний технологических систем.

Структуры "вход - состояние - выход", переменные состояния, формирование моделей скалярного и векторного типа; структурные схемы векторноматричных моделей. Определение матриц состояния, управления, матриц выхода по состоянию и управлению.

Выбор переменных состояния. Преобразования модели «вход – выход»

в модель «вход – состояние – выход» и наоборот. Управляемая каноническая форма. Матричное исчисление применительно к задачам управления, связанным с матричными преобразованиями. Алгоритмические скалярная и векторная схемы реализации уравнений состояния и выхода системы (объекта).

Математическое моделирование объектов и систем 1. Моделирование технологических систем Классификация моделей и виды моделирования; примеры моделей систем; основные положения теории подобия; этапы математического моделирования; принципы построения и основные требования к математическим моделям систем; цели и задачи исследования математических моделей систем; общая схема разработки математических моделей; формализация процесса функционирования системы; формы представления математических моделей; методы исследования математических моделей систем и процессов, имитационное моделирование;

методы упрощения математических моделей; технические и программные средства моделирования.

2. Формы моделей «вход-выход» и «вход-состояние-выход»

элемента и систем. Преобразования форм моделей Математические модели объектов управления и элементов автоматики.

Математические модели электромеханических элементов автоматики, механических объектов управления, гидравлических объектов управления.

Модели вход-состояние-выход; преобразования форм представления моделей. Линейные дискретные модели СУ. Нелинейные модели СУ.

3. Моделирование объектов и систем в математических и инструментальных компьютерных средах Моделирование систем в математических (универсальных) и инструментальных пакетах: Matematica, Maple, MathCad, MatLab; LastWave, Classic.

Метрология Классификация погрешностей. Метрологические характеристики СИ. Класс точности.

Классификация средств измерения (измерительный прибор, измерительный преобразователь, ИС, ИУ, ИИС, ИВК).

Датчики. Интегральные датчики. Интеллектуальные датчики. Классификация датчиков по принципу действия.

Передающие преобразователи и системы дистанционной передачи ГСП.

Нормирующие преобразователи.

Устройства связи с объектом (УСО).

Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическая служба, е структура. Система эталонов единиц ФВ. Поверка средств измерений.

Стандартизация. Цели и задачи стандартизации. Нормативно – технические документы по стандартизации.

Подтверждение соответствия. Обязательная и добровольная сертификация.

Системы сертификации, схемы сертификации, правила проведения сертификации.

Государственная система приборов (ГСП). Структура ГСП и основные принципы ее построения.

Измерение расхода жидкости, пара, газа.

Измерение температуры.

Измерение давления. Сравнительная характеристика методов и средств измерения давления.

Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Измерение влажности газов и сыпучих материалов Измерение состава газов и жидкостей методом хроматографии. Особенности использования газоанализаторов в пищевой промышленности.

Измерение рН - среды. Физико-химические основы метода. Приборы для потенциометрических измерений.

Структура, принцип работы и основные параметры биполярных транзисторов.

Схемы включения и сравнительные характеристики полевых транзисторов.

Температурная стабилизация транзисторных каскадов.

Дифференциальные симметричные и несимметричные усилители постоянного тока.

Основные схемные решения на операционных усилителях (сумматоры, компараторы, генераторы).

Основные параметры операционных усилителей.

Классификация основных логических элементов.

Классификация и принцип работы электронных счетчиков, электронных шифраторов и дешифраторов.

Основные параметры и типы интегральных микросхем.

Операции, выполняемые при аналого-цифровом преобразовании сигналов.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Микросхемы памяти.

Технические средства автоматизации Классификация, основные характеристики технических средств автоматизации.

Электрические коммутирующие устройства.

Регулирующие устройства.

Источники питания устройств автоматики.

Исполнительные устройства.

Регулирующие органы.

Пневматические устройства автоматики.

Микропроцессорные системы. Классификация и характеристика микропроцессорных контроллеров.

Моноблочные контроллеры. Моноблочный контроллер LOGO! фирмы Siemens.

Модульные контроллеры. Модульный контроллер Ремиконт Р-130. Модульный контроллер Simatic S7-300 фирмы Siemens.

Языки программирования стандарта IEC 61131-3 Международной электротехнической комиссии.

Топология промышленных сетей. Методы доступа к линиям связи.

Каналы передачи цифровых данных в АСУ ТП.

Активное оборудование промышленных сетей.

Протоколы обмена данными в промышленных сетях сенсорного уровня (ModBus).

Протоколы обмена данными в промышленных сетях контроллерного уровня (Profibus).

Протоколы обмена данными в универсальных промышленных сетях (Industrial Ethernet).

Надежность элементов и систем.

Резервирование модулей ввода контроллеров и датчиков.

Резервирование модулей вывода контроллеров.

Резервированные системы. Резервирование процессорного модуля контроллера.

Автоматизация технологических процессов и производств Классификация систем автоматизации технологических процессов. Структура и классификация одноконтурных систем автоматического регулирования (САР).

Методы расчета одноконтурных САР.

Комбинированные САУ. Каскадные САУ. САУ с предиктором Смита.

Системы управления многосвязными объектами.

Основные задачи первичной обработки информации в АСУ ТП. Выбор частоты опроса измерительных преобразователей.

Определение зоны возврата, формирование событий для аналоговых переменных. Масштабирование и линеаризация.

Алгоритмический контроль достоверности сигналов измерительной информации.

Фильтрация измерительной информации в АСУ ТП.

Вычисление значений измеряемых величин, учет динамических связей.

Информационное обеспечение АСУ ТП.

Структура современной АСУ ТП в составе интегрированной системы управления производством, функции и уровни АСУ ТП.

Диспетчерское управление сложными технологическими объектами.

Требования к диспетчерским системам. SCADA - система.

SCADA - система TRACE MODE 5.0.

Инструментальная часть SCADA - системы TRACE MODE 5.0.

Автоматизация пищевых производств Объекты управления. Идентификация технологических объектов управления (ТОУ). Математические модели ТОУ.

Построение математических моделей технологических объектов методами оптимального планирования эксперимента.

Теплообменники, испарители конденсаторы - регулирование их температурного режима.

Автоматизация котельных агрегатов.

Ректификационная установка - оптимальное управление.

Регулирование расхода жидкостей и газов. Способы изменения расхода.

Регулирование рН.

ВОПРОСЫ

к вступительному экзамену (направления 220700) Теория автоматического управления, математическое 1) Основные принципы управления. Классификация систем управления.

Основные понятия и определения курса теории автоматического управления:

задачи управления и регулирования; разомкнутые и замкнутые системы управления; основные принципы регулирования; блочная и графовая (сигнальный граф) структурные схемы; развернутая структурная схема САР по отклонению.

2) Модели «вход - выход», формы их представления и основные характеристики. Динамика элементов и систем управления : принципы операционного исчисления Лапласа – прямое и обратное преобразование Лапласа; запись изображения в стандартной форме – в виде рациональной функции; основные теоремы преобразования Лапласа; типовые входные и выходные воздействия (реакции); дифференциальное уравнение динамики линейной системы; передаточная функция (ПФ); связь между ПФ и выходными типовыми характеристиками; частотные характеристики звеньев/систем.

3) Классы типовых динамических звеньев автоматики: позиционных, дифференцирующих, интегрирующих, изодромных, ПИД, с наличием чистого запаздывания, форсирующих; минимально-фазовые и неминимально-фазовые звенья.

4) Основные положения теории сигнальных графов, топологический анализ систем.

5) Математическое описание элементов, скалярных и векторных систем управления в терминах пространства состояний. Векторно – матричные модели «вход — состояние — выход».

6) Анализ устойчивости систем управления. Основные методы оценки устойчивости: по полюсам системы; критериальные (алгебраические и частотные).

7) Оценка качества регулирования.

8) Нелинейные системы управления (НСАУ). Особенности анализа и синтеза НСАУ.

9) Дискретные системы управления. Анализ и синтез импульсных САУ.

Математический аппарат. Z-преобразование, W-преобразование.

10) Особенности исследования САУ при случайных воздействиях – статические и динамические характеристики оценки стохастического процесса (математическое ожидание, дисперсия, автокорреляционная функция, спектральная плотность сигнала).

11) Оптимальные системы управления. Постановка задачи управления и характеристика методов оптимизации.

12)Робастные и адаптивные системы управления.

13)Методы искусственного интеллекта в системах управления. Фаззи системы, основные понятия и структура.

14) Классификация погрешностей. Систематическая погрешность.

Исключение систематических погрешностей. Случайная погрешность.

Интервальные оценки результатов измерений. Грубая погрешность.

Метрологические характеристики СИ. Нормирование метрологических характеристик. Класс точности.

15) Классификация средств измерения (измерительный прибор, измерительный преобразователь, ИС, ИУ, ИИС, ИВК). Измерительные приборы, структурные схемы. Цифровые измерительные приборы.

16) Датчики. Интегральные датчики. Интеллектуальные датчики.

Классификация датчиков по принципу действия. Измерительные схемы, используемые для преобразования сигналов.

17) Передающие преобразователи и системы дистанционной передачи ГСП.

Дифференциально — трансформаторные, электросиловые, пневмосиловые преобразователи. Межсистемные (электропневматические и пневмоэлектрические) и нормирующие преобразователи.

18) УСО. Функции, выполняемые УСО. Типы модулей УСО.

19) Государственная система обеспечения единства измерений.

Метрологическая служба, е структура. Система эталонов единиц ФВ.

Поверка средств измерений.

20) Стандартизация. Основные понятия и определения. Цели и задачи стандартизации. Нормативно – технические документы по стандартизации.

Технический регламент. Виды стандартов. Объекты стандартизации. Методы стандартизации.

21) Подтверждение соответствия. Цели подтверждения соответствия. Формы подтверждения соответствия. Обязательная и добровольная сертификация.

Системы сертификации, схемы сертификации, правила проведения сертификации.

22) Государственная система приборов. Структура ГСП и основные принципы построения. Характеристика функциональных групп, ветвей, агрегатных ГСП.

23) Измерение расхода жидкости, пара, газа. Методы и средства измерения расхода.

24) Измерение температуры. Сравнительная характеристика методов и средств измерения температуры.

25) Измерение давления. Сравнительная характеристика методов и средств измерения давления. Приборы давления с упругими чувствительными элементами. Перспективные средства измерения давления (тензометрические, емкостные).

26) Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов. Характеристика поплавковых, мембранных, электрических и гидростатических уровнемеров.

27) Измерение влажности газов и сыпучих материалов, основные понятия. Психрометрический метод и метод «точки росы». Влагомеры сорбционные, электрометрические.

28) Измерение состава газов и жидкостей методом хроматографии. Газовые и жидкостные хроматографы. Термомагнитные и термокондуктометрические газоанализаторы. Особенности использования газоанализаторов в пищевой промышленности.

29) Измерение рН - среды. Физико-химические основы метода. Приборы для потенциометрических измерений.

30) Структура, принцип работы и основные параметры биполярных транзисторов, их вольтамперные характеристики.

31) Схемы включения и сравнительные характеристики полевых транзисторов.

32) Температурная стабилизация транзисторных каскадов.

33) Дифференциальные симметричные и несимметричные усилители постоянного тока. Понятие дрейфа нуля.

34) Основные схемные решения на операционных усилителях (сумматоры, компараторы, генераторы).

35) Основные параметры операционных усилителей: положительные и отрицательные ОС, передаточные характеристики.

36) Классификация основных логических элементов. И, ИЛИ, НЕ и их реализация.

37) Классификация электронных счетчиков. Принцип работы электронных шифраторов и дешифраторов.

38) Основные параметры и типы интегральных микросхем.

39) Операции, выполняемые при аналого-цифровом преобразовании сигналов.

Классификация аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Принцип работы АЦП прямого преобразования и следящего преобразования.

40) Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Принцип работы ЦАП последовательного суммирования и параллельного суммирования (с весовыми сопротивлениями, R-2R).

41) Микросхемы памяти. Классификация и характеристика.

42) Классификация, основные характеристики технических средств автоматизации.

43) Электрические коммутирующие устройства, классификация и основные характеристики.

44) Классификация регулирующих устройств. Регуляторы прямого и косвенного действия.

45) Источники питания устройств автоматики. Структура и основные характеристики.

46) Исполнительные устройства. Классификация и технические характеристики электрических и пневматических исполнительных механизмов. Регулирующие органы.

47) Пневматические устройства автоматики. Регулятор ПРЗ.31.

48) Микропроцессорные системы. Классификация и характеристика микропроцессорных контроллеров (моноблочные, модульные, PC-base).

Методика выбора микропроцессорного контроллера.

49) Характеристика моноблочных контроллеров. Моноблочный контроллер LOGO! фирмы Siemens: устройство, модификации, программирование.

50) Характеристика модульных контроллеров. Описание и назначение основных модулей (процессорный модуль, модули ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов, коммуникационные модули, модули специального назначения).

51) Модульный контроллер Ремиконт Р-130. Физическая структура. Виртуальная структура. Последовательность и основные процедуры программирования контроллера.

52) Модульный контроллер Simatic S7-300 фирмы Siemens. Размещение и адресация модулей. Последовательность конфигурирования и программирования контроллера в среде STEP 7.

53) Языки программирования стандарта IEC 61131-3 Международной электротехнической комиссии.

54) Топология промышленных сетей. Методы доступа к линиям связи.

55) Физическая реализация каналов передачи цифровых данных в АСУ ТП.

56) Активное оборудование промышленных сетей.

57) Характеристика протоколов обмена данными в промышленных сетях сенсорного уровня (ModBus).

58) Характеристика протоколов обмена данными в промышленных сетях контроллерного уровня (Profibus).

59) Характеристика протоколов обмена данными в универсальных промышленных сетях (Industrial Ethernet).

60) Функциональные показатели надежности элементов и систем. Резервирование модулей ввода контроллеров и датчиков.

61) Числовые показатели надежности элементов и систем. Резервирование модулей вывода контроллеров.

62) Классификация резервированных систем. Резервирование процессорного модуля контроллера.

Автоматизация технологических процессов и производств 63) Классификация систем автоматизации технологических процессов.

Структура и классификация одноконтурных САР.

64) Характеристика методов расчета одноконтурных САР.

65) Комбинированные САУ.

66) Каскадные САУ.

67) САУ с предиктором Смита.

68) Системы управления многосвязными объектами.

69) Основные задачи первичной обработки информации в АСУ ТП.

Выбор частоты опроса измерительных преобразователей.

70) Определение зоны возврата для исключения «дребезга» и формирование событий для аналоговых переменных. Масштабирование и линеаризация.

71) Алгоритмический контроль достоверности сигналов измерительной информации.

72) Фильтрация измерительной информации. Основные алгоритмы фильтрации, используемые в АСУ ТП.

73) Вычисление интегральных и средних значений измеряемых величин.

Учет динамических связей между измеряемыми величинами.

74) Информационное обеспечение АСУ ТП 75) Структура современной АСУ ТП в составе интегрированной системы управления производством. Функции и взаимодействие уровней АСУ ТП.

76) Диспетчерское управление сложными технологическими объектами.

Общая характеристика SCADA - систем.

77) Требования к диспетчерским системам и критерии их оценки. Общая характеристика SCADA - систем.

78) Структура и характеристика SCADA - системы TRACE MODE 5.0.

79) Основные понятия инструментальной части SCADA - системы TRACE MODE 5.0. Структура и преобразование данных в канале.

80) Классификация и свойства объектов управления. Идентификация технологических объектов управления. Функции невязки.

81) Построение математических моделей технологических объектов методами оптимального планирования эксперимента. Полный факторный эксперимент.

82) Регулирование температурного режима теплообменников, испарителей и конденсаторов.

83) Автоматизация котельных агрегатов.

84) Оптимальное управление ректификационной установкой.

85) Особенности регулирования расхода жидкостей и газов. Способы изменения расхода.

86) Особенности регулирования рН.

1.. Теория автоматического управления: учебник для студ. вузов, обуч. по направл. подготовки бакалавров и магистров «Автоматизация и управление» и напр. подг. диплом. спец.

«Автоматизация и управление» / под ред. В.Б.Яковлева. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 2005. – 567 с.

2. Мирошник, И.В.. Теория автоматического управления.

Нелинейные системы и оптимальные системы: учебник для студ.

вузов, обуч. по направл. подготовки бакалавров и магистров «Технические науки» и напр. подг. диплом. спец. 65000 «Техника и технологии» в дисциплине «Теория автоматического управления» / И.В. Мирошник. – СПб.: Питер, 2006. – 272 с.

3. Теория автоматического управления: учебник для студ. вузов, обуч. по направл. подготовки бакалавров и магистров «Автоматизация и управление» и напр. подг. диплом. спец.

«Автоматизация и управление» / С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев;

ред В.Б.Яковлев. – М.: Высшая школа, 2003. – 567 с.

4. Мирошник, И.В.. Теория автоматического управления. Линейные системы: учебник для студ. вузов, обуч. по направл. подготовки бакалавров и магистров 550000 «Технические науки» и напр. подг.

диплом. спец. 65000 «Техника и технологии» в дисциплине «Теория автоматического управления» / И.В. Мирошник. – СПб.: Питер, 2005.

– 336 с.

5. Федосенков Б.А. Теория автоматического управления. Линейные системы: конспект лекций для студ. спец. 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» / Б.А. Федосенков, А.В.

Шебуков; КемТИПП. – Кемерово: КемТИПП, 2005. – 155 с.

6. Бунько Е.Б., Меша К.И., Мурачев Е.Г., Харитонов В.И.

Управление техническими системами. Учеб. пособие для студентов вузов (ГРИФ) // Под ред. В.И. Харитонова. — М.: Форум, 2010. — 384 с., ISBN 978-5-91134-278- 7.Теория машиностроительных спец. вузов /под. ред. Ю. М. Соломенцева/ - 2е издание. – М.: Высшая школа, 1999. – 265 с 8. Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование: Учебное пособие.

– М.: Машиностроение, 9. Попов Е. П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие для вузов. – М.:

Наука, 1989. – 301 с.

10. Лукас В. А. Теория автоматического управления: Учебное пособие для вузов. 2-е издание – М.: Недра, 1990. – 416 с.

11. Зацепина С. А. И др. Теория управления: Учебное пособие – Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1989. – 197 с.

12. Моделирование систем : Учебное пособие. Под ред. В.Я. Советова – М.: Высшая школа, 1998. 319 с.

13. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум:

Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 2003. 295 с.

14. Бунько Е.Б., Меша К.И., Мурачев Е.Г., Харитонов В.И.

Управление техническими системами. Учеб. пособие для студентов вузов (ГРИФ) // Под ред. В.И. Харитонова. — М.: Форум, 2010. — 384 с., ISBN 978-5-91134-278- 15. Иванов А.А. Автоматизация технологических процессов и производств. Учеб. пособие для студентов технических вузов (ГРИФ) // М.: Форум, 2011. — 224 с.: ISBN 978-5-91134-511- 16. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов. – М.:Колос, 2004.-344 с.

17. Благовещенская М. М., Злобин Л. А. Информационные технологии систем управления технологическими процессами. М.:

В.Ш., 2005. – 728 с.

18. Чупин А. В., Пачкин С. Г. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине "Автоматизация пищевых производств" для студентов специальности 220301. – Кемерово, 2011. – 105c.

19. Пронько В. В. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности: М., Агропромиздат, 1990, - 270 с.

20. Фарзане Н. Е., Азим-заде Л. В. Технологические измерения и приборы. М., Высшая школа, 1989 г., - 420 с.

21. Балакирев В. С. Надежность систем автоматизации. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».

Саратов: СГТУ, 2006. – 149 с.

22. А. В. Чупин, А. А. Ямпольский. Надежность систем управления.

Учебно-методический комплекс для студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».

Кемерово: КемТИПП, 2004. - 102 с.

23. Ястребенецкий М. А., Иванова Г. М. Надежность АСУТП:

Учебное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1989. 264 с.

24. Малофеев С.И., Копейкин А.И. Надежность технических систем.

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. М.:

«Лань» 978-58114-1268-6ISBN: 2012.- 320 с..

25. Технические средства автоматизации химических производств.:

Справочное издание / [В. С. Балакирев и др.] – М.: Химия, 1991. – 26. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации.

СПб.: Питер, 2003. – 688 с.

27. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные машины, системы и сети:

Учебник – М: Финансы и статистика, 2003.- 512 с.

28 Чупин А.В., Котляров Р.В. Микропроцессорные средства автоматизации. Конспект лекций. Кемерово, КемТИПП, 2008.- 104 с.

29. Интегрированные системы управления технологическими процессами/ В.Г. Харазов. СПб.: Профессия, 2009.-592 с.

30. Гальперин М.В. Электротехника и электроника. Учебник (Гриф УМО) – М.: Инфра-М, 2010, 480 с.