«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОРНЫЙ ...»

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 Зав. кафедрой направлению 151000 Автоматизации технолодоцентКульчицкий А.А. гических процессов и производств доцентКульчицкий А.А.

ПРОГРАММА

ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

по направлению220700 Автоматизация технологических процессов и производств Профиль:

«Автоматизация технологических процессов и производствв металлургии»

Составители:

профессор Ю.В. Шариков, доцент А.А. Кульчицкий Санкт-Петербург Содержание Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ТЕМАТИКА ДИСЦИПЛИН, ВХОДЯЩИХ В ИТОГОВЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭКЗАМЕН

Дисциплины общенаучного цикла

1. Электроника

2. Теория автоматического управления

Профессиональный цикл

3. Проектирование автоматизированных систем

4. Интегрированные системы проектирования и управления

По профилю « Автоматизациятехнологических процессов и производств в нефтегазопереработке», «Автоматизациятехнологических процессов и производств в горном деле» и «Автоматизациятехнологических процессов и производств в металлургии»

5. Средства автоматизации и управления

6. Технические измерения и приборы

По профилю « Автоматизациятехнологических процессов и производств в металлургии» и «Автоматизациятехнологических процессов и производств в нефтегазопереработке»

7. Гидроаэромеханика и тепломассообмен

8. Технологические процессы автоматизированных производств в металлургии............ 9. Автоматизация технологических процессов в металлургии

6. Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления...Ошибка! Закладка не определена.

7. Программное управление

8. Технологические процессы автоматизированных производств в машиностроении Ошибка! Закладка не определена.

9. Автоматизация технологических процессов на машиностроительных предприятия Ошибка! Закладка не определена.

Схемотехника систем управления

10.

Приложение 1

ПРИМЕРНЫЕ ВАРИАНТЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СДАЧЕ

ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

ВВЕДЕНИЕ

Государственный экзамен является составной частью итоговой государственной аттестации по направлению по направлению220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» и определяет уровень усвоения студентом материала, охватывающего содержание общепрофессиональных и специальных дисциплин, содержащихся в учебном плане специализированной программы подготовки бакалавра.

Программа итогового государственного экзамена по профилю «Автоматизация технологических процессов и производств в металлургии»

разработана в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки бакалавров по направлению220700 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Программы содержат список дисциплин, включенных в итоговый государственный экзамен, с раскрытием тематики каждого курса согласно ГОС ВПО и рабочим программам, разработанным на кафедрах Горного университета. По каждой дисциплине приводится список источников, необходимых для подготовки к экзамену.

Дисциплины разделены на два блока.

Первый блок включает в себя вопросы общенаучного цикла дисциплин, затрагивая общие вопросы методологиипознания и раскрывающих проблемные вопросы современных систем автоматизации.

В первый блок включены дисциплины «Электроника», «Теория автоматического управления», единые для всех магистерских программ.

Второй блок включает в себя вопросы создания систем управления и выбора технических средствах автоматики и вычислительной техники для металлургическойотрасли.

Второй блок состоит из дисциплин профессионального цикла для магистерских программ и включает «Проектирование автоматизированных систем», «Интегрированные системы проектирования и управления», «Моделирование систем и процессов»,«Средства автоматизации и управления», «Технические измерения и приборы», «Автоматизация технологических процессов в металлургии», «Технологические процессы автоматизированных производств в металлургии», «Гидроаэромеханика и тепломассообмен».

ТЕМАТИКА ДИСЦИПЛИН, ВХОДЯЩИХ В ИТОГОВЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКЗАМЕН

Общая структура электронных устройств, преобразующих энергию и информацию на примере электропривода робототехнического автомата. Простейшие преобразователи энергии и информации, реализованные на пассивных делителях тока и напряжения.

Полупроводниковые приборы.

Полупроводники. Два типа проводимости. Выпрямительные диоды их типы и параметры. Простейший однофазный выпрямитель. Диоды Шоттки.

Стабилитроны и стабисторы. Тиристоры и простейшие управляемые выпрямители на их основе.

Оптоэлектронные приборы. Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, светоизлучающие диоды, оптроны.

Биполярные транзисторы, схемы их включения, принцип действия.

Статические и динамические характеристики транзисторов. Частотные свойства транзисторов. Типы и параметры транзисторов. Полевые транзисторы, их типы и параметры. Сравнительные характеристики биполярных и полевых транзисторов.

Интегральные микросхемы – методы и принципы их конструирования, типы, свойства.

Усилители.

Классификация усилителей. Структурная схема и основные характеристики усилителей. Усилители напряжения типа RC, схема с общим эмиттером. Обратные связи в усилителях. Каскад с общим коллектором, эмиттерный повторитель. Усилители напряжения типа RC на полевых транзисторах.

Усилители мощности звуковой частоты, классы усиления. Одно- и двухтактные усилители мощности. Бестрансформаторный усилитель мощности. Усилители постоянного тока.

Операционные усилители (ОУ). Основные параметры и характеристики ОУ. Основные схемы включения ОУ – инвертирующая и неинвертирующая.

Решающие схемы на основе ОУ.

Избирательные усилители. Генераторы гармонических колебаний. Автогенераторы – их типы и свойства.

Источники вторичного электропитания.

Структура источников вторичного электропитания (ИВЭП). Выпрямители. Классификация выпрямителей. Неуправляемые выпрямители – однофазные и трехфазные. Сглаживающие фильтры. Управляемые выпрямители – однофазные и трехфазные. Инверторы. Стабилизаторы напряжения и тока.

Параметрические стабилизаторы напряжения и тока. Компенсационные стабилизаторы напряжения. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения.

Импульсные устройства.

Параметры импульсных сигналов. Ключевой режим работы транзисторов. Логические элементы. Элементная база цифровых устройств – базовые ТТЛ-, КМОП- и ЭСЛ – элементы, их параметры и сравнительные характеристики. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Средства автоматизации схемотехнического проектирования электронных устройств.

Основные задачи и проблемы компьютерного моделирования. Программные средства моделирования электронных устройств. Основные характеристики программ схемотехнического моделирования. Принципы организации процесса моделирования на примере прикладных программных пакетов MathLAB Simulink и NIMultisim.

Основная:

1. Миловзоров, О.В., Электроника: учебник для вузов/ О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. – М.: Высш. шк., 2004, 2006, 2008.

2. Буранов, С.А. Электроника ч.1, 2: учеб. пособие/ С.А. Буранов. - Изд.4-е, перераб. и доп.– СПб.: СЗТУ, 2003.

3. Лачин, В.И. Электроника: учеб. пособие для вузов/ В.И. Лачин, Н.С. Савелов. – Ростов н\Д: Феникс, 2009.

4. Браммер, Ю.А. Цифровые устройства: учеб. пособие для вузов/ Ю.А.

Браммер, И.Н. Пащук. – М.: Высш. шк., 2004.

Дополнительная:

5. Гусев, В.Г. Электроника/ В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. – М.: Высш. шк., 1991.

6. Прянишников, В.А. Электроника: полный курс лекций/ В.А. Прянишников. – Изд.6-е, испр. и доп. – СПб.: Учитель и ученик: Корона-Век, 2009.

Основные понятия и определения Понятие управления. Понятие автоматического управления. Обобщенная структура систем автоматического управления. Основные элементы автоматических систем и их функциональное назначение. Управляющие и возмущающие воздействия. Принципы управления. Принципы классификации САУ. Задачи теории автоматического управления Математическое описание процессов и систем автоматического управления Описание динамики систем в форме нелинейных дифференциальных уравнений. Определение линейной системы. Линеаризация уравнений динамики, приведение их к форме в отклонениях. Предпосылки возможности и целесообразности линеаризации. Понятие стационарной и нестационарной систем. Понятие о линеаризации статических характеристик системы. Уравнения состояния. Переменные состояния, пространство состояния.

Типовые внешние воздействия и цель их использования. Единичная ступенчатая функция. Функция Дирака ( – функция). Гармоническое воздействие. Воздействие типа «белый шум». Реакция системы на типовые воздействия. Переходная и импульсная переходная функции.

Представление математической модели системы в форме «вход–выход».

Понятие передаточной функции. Свойства преобразования Лапласа. Типовые динамические звенья и их передаточные функции. Реакция типовых звеньев на типовые воздействия. Понятие о неминимально - фазовых звеньях. Передаточные функции при последовательном, параллельном и встречно-параллельном соединении звеньев. Понятие структурных схем. Преобразование структурных схем. Теорема Мейсона. Понятие передаточных функций разомкнутых и замкнутых систем. Связь между линеаризованными дифференциальными уравнениями и структурными схемами. Матричные передаточные функции. Переход от дифференциальных уравнений к структурным схемам. Переход от структурных схем к дифференциальным уравнениям Частотные характеристики САУ Понятие частотной характеристики. Физический смысл частотных характеристик. Экспериментальное определение частотных характеристик. Переход от передаточных функций к частотным характеристикам. Амплитуднофазовая частотная характеристика (АФЧХ). Изображение АФЧХ на координатной плоскости комплексной переменной. АФЧХ типовых звеньев. АФЧХ совокупности звеньев. Вещественные и мнимые частотные характеристики.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Фазовая частотная характеристика (ФЧХ). АЧХ и ФЧХ типовых звеньев. АЧХ и ФЧХ совокупности звеньев.

Понятие логарифмических частотных характеристик (ЛАХ). Логарифмические амплитудно-частотные (ЛАХ) и фазовые частотные (ФЧХ) характеристики типовых звеньев. ЛАХ и ЛФХ совокупности звеньев. Порядок построения ЛАХ для систем с произвольной структурой.

Понятие анализа САУ. Понятие устойчивости. Общая постановка задачи устойчивости по Ляпунову. Понятие характеристического уравнения.

Необходимые и достаточные условия устойчивости для линейных систем.

Критерии оценки устойчивости. Алгебраические критерии: Гурвица, схема Рауса. Частотные критерии: Найквиста, Михайлова. Оценка устойчивости по ЛЧХ. Запасы устойчивости. Устойчивость систем с запаздыванием. Устойчивость нестационарных систем. Структурная устойчивость.

Анализ качества процесса управления. Понятие критерия качества.

Требования, предъявляемые к критерию качества. Оценка качества системы по переходному процессу. Время переходного процесса(быстродействие), перерегулирование, колебательность. Теорема о предельных значениях. Использование теоремы о предельных значениях для анализа установившихся режимов. Точность управления. Коэффициенты ошибок. Использование интегральных оценок для оценки качества системы. Связь вида ЛАХ и качественных показателей системы. Приближенная оценка быстродействия, колебательности, точности системы по ЛАХ.

Синтез линейных САУ Понятие синтеза САУ. Закон управления. Понятие регулятора. Элементы регуляторов. Последовательная коррекция. Цель и способы введения интеграла в закон управления. Цель и способы введения производных в закон управления. Типовые законы управления. «Промышленные» регуляторы, ПИД, ПИ, П регуляторы. Параллельная коррекция. Жесткие, гибкие и смешанные обратные связи. Введение местных обратных связей и их влияние на динамические свойства охваченной части системы. Методы повышения точности статических САУ. Цель введения астатизма в САУ. Использование операционных усилителей дл технической реализации элементов коррекции.

Синтез корректирующих устройств. Связь между видом ЛЧХ и свойствами системы. Типовые ЛАХ. Использование метода ЛАХ для синтеза корректирующих устройств. Типовые ЛАХ. Понятие параметрического синтеза. Использование методов поиска экстремума для решения задачи параметрической оптимизации. Синтез систем по заданному расположению полюсов с помощью обратной связи по состоянию, модальное управление, модальный регулятор..

Нелинейные САУ и их особенности Определение нелинейных систем. Искусственные и естественные нелинейности. Математические модели нелинейных систем. Типовые нелинейные звенья. Системы нелинейных дифференциальных уравнений. Структурные схемы нелинейных систем. Особенности динамики нелинейных систем.

Устойчивость нелинейных систем. Автоколебания в нелинейных САУ и методы их исследования. Понятие линеаризации.

Принципы построения САУ ЭМС Типовые функциональные схемы промышленных ЭМС. Система тиристорный преобразователь-двигатель. Принципы построения современных промышленных приводов. Принцип подчиненного регулирования. и стандартные настройки простейших контуров. Ограничение промежуточных координат, цели и способы ограничения. Реализация регуляторов на операционных усилителях. Понятие идентификаторов состояния. Системы управления скоростью привода постоянного тока. Двухзонное регулирование. Принципы построения электроприводов переменного тока. Принципы построения преобразователей частоты. Особенности управления скоростью в системах с синхронным двигателем.

Системы управления скоростью при учете упругих свойств передачи Обобщенная структура силовой части ЭМС. Модели упругой механической передачей первого и второго родов в виде дифференциальных уравнений.

Структурные схемы двухмассовой и многомассовой системы двигательмеханизм. Расчет параметров передач и упругих колебаний.

Управление скоростью двухмассового упругого механизма в традиционной структуре с подчиненным токовым контуром. Влияние упругости на динамику контура скорости. Особенности настройки регулятора скорости в. Специфические средства коррекции, последовательная коррекция с использованием режекторных фильтров, параллельная коррекция. Идентификатор состояния в системе управления скоростью в двухмассовой системе двигатель-механизм.

Системы управления положением Принципы построения систем управления положением. Классификация систем управления положением.

Позиционные системы. Типовые схемы построения позиционных систем. Критерии оценки качества позиционных систем. Терминальные, квазитерминальные системы. Способы реализации требуемой траектории механизма. Параболический регулятор положения.

Следящие системы, назначение, принцип действия. Критерии оценки качества следящих систем. Ошибки, возникающие при отработке входных воздействий. Понятие «запретной зоны», принципы построения «запретной зоны». Типовые элементы следящих систем. Основы теории проектирования, обеспечение заданных статических и динамических характеристик следящей системы. Способы повышения точности следящих систем. Комбинированное управление.

Инвариантные системы.

Понятие инвариантности. Цели и принципы построения инвариантных систем. Методы и устройства измерения возмущающих воздействий. Абсолютная и частичная инвариантность к возмущающим воздействиям. Проблемы контроля возмущений. Двухконтурная инвариантная система управления скоростью тиристорного электропривода Оптимальные системы Понятие оптимальной системы. Критерии оптимизации систем. Однокритериальная и многокритериальная оптимизация. Методология выбора функционала, его предварительный выбор, итерационная коррекция. Традиционные формы функционалов. Виды ограничений, учет ограничений при решении задачи оптимизации.

Методы синтеза оптимальных САУ ЭМС. Структурная и параметрическая оптимизация. Применение методов поиска экстремума для параметрической оптимизации. Применение методов планирования эксперимента для параметрической оптимизации САУ ЭМС.

Аналитическое конструирование регуляторов. Критерий обобщенной работы. Принципы формирования функционала при синтезе САУ по критерию обобщенной работы. Построение структуры синтезируемой системы.

Решение задачи синтеза систем оптимальных по критерию обобщенной работы.

Понятие квазиоптимальных систем. Основные предпосылки построения квазиоптимальных систем. Алгоритмы модального управления. Модальное управление при полностью измеряемом векторе состояния. Модальное управление с идентификатором состояния. Пример синтеза модального регулятора.

Адаптивные системы Проблемы управления нестационарными объектами и объектами функционирующими в условиях возмущений, изменяющихся в широком диапазоне. Принципы построения адаптивных систем. Классификация адаптивных систем.

Поисковые адаптивные системы. Принципы организации поиска заданного режима функционирования в поисковой системе.

Беспоисковые адаптивные системы. Методы идентификации динамических характеристик в беспоисковых системах управления. Идентификаторы состояния в частотной и временной областях. Беспоисковые адаптивные системы. Системы с эталонной моделью. Системы с нелинейным регулятором.

Общие сведения о дискретных системах автоматического управления Тенденции развития современных систем управления технологическими процессами и техническими объектами. Понятие цифровой системы.

Предпосылки внедрения в практику цифровых систем. Функциональные схемы цифровых систем автоматического управления. Микропроцессор как звено системы автоматического управления. Задачи, решаемые ЦВМ в системах автоматического управления. Преимущества и недостатки цифровых систем управления. Иерархические системы автоматического управления (САУ) технологическими процессами и оборудованием.

Классификация дискретных систем. Виды и формы сигналов. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные. Механизм квантования. Квантование по уровню, квантование по времени. Математическое описание проесса квантования, комбинированные системы. Импульсный элемент, его параметры и свойства. Понятие решетчатой функции. Восстановление сигналов по дискретным выборкам, теорема Котельникова.Эффект поглощения частот.

Интерполятор нулевого, первого и высших порядков. Устройство выборки и хранения. Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование.

Математические основы исследования дискретных систем Математические модели дискретных сигналов. Виды модуляции. Конечные разности. Конечные суммы решетчатых функций. Разностные уравнения.

Понятие Z-преобразования. Основные теоремы Z-преобразования. Обратное Z-преобразование. Использование формул разложения для определения Z-преобразования. Понятие о модифицированном Z-преобразовании.

Расчетные схемы дискретных САУ (ДСАУ) и способы математического описания их типовых элементов. Модели типа вход-выход. Понятие передаточной функции в области Z. Связь между передаточными функциями W(z) и W(p). Полюса и нули. Передаточная функция интерполятора нулевого порядка. Передаточная функция системы с интерполятором нулевого порядка. Методы преобразования структурных схем в зависимости от положения импульсного элемента. Понятие о -преобразовании. Связь между Z и преобразованием. Характеристическое уравнение, собственные значения.

Логарифмические частотные характеристики дискретных систем (ЛЧХ). Точное и приближенное построение ЛАХ.

Уравнения состояния дискретных систем. Переходные уравнения состояния. Связь уравнения состояния и передаточной функции.

Анализ дискретных систем Анализ во временной области. Сравнение временных характеристик непрерывных и дискретных систем. Связь между временной характеристикой и положением корней на S и Z плоскостях. Анализ установившейся ошибки ЦСУ.

Устойчивость дискретных систем, необходимые и достаточные условия устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости. Критерий Джури.

Анализ в частотной области. Анализ устойчивости ДСАУ. Оценка устойчивости по характеристическому уравнению в области Z. Оценка устойчивости в области w-преобразования. Оценка устойчивости в области абсолютной псевдочастоты. Использование методов оценки устойчивости непрерывных систем для оценки устойчивости ДСАУ.

Анализ точности ДСАУ. Влияние периода дискретности на точность системы. Учет влияния квантования по уровню. Выбор шага квантования по времени и уровню. Определение требований к входным и выходным преобразователям.

Оценка управляемости, наблюдаемости, достижимости.

Особенности анализа дискретных систем методом моделирования.

.Синтез дискретных систем Общие сведения о синтезе систем управления. Критерии качества и методы синтеза. Цифровые регуляторы.

Выбор периода квантования. Влияние периода квантования на точность и динамические свойства дискретной системы.

Синтез цифровых регуляторов методом ЛАХ.

Методы построения алгоритмов цифрового управления. Понятие рекурсивных и нерекурсивных цифровых фильтров. Понятие аппроксимации аналоговых регуляторов, методы аппроксимации.

Синтез регуляторов, алгебраический подход. Модификация модального регулятора для дискретных систем.

Проектирование следящих систем по частотным характеристикам.

Обеспечение требуемой точности при известных предельных характеристиках входного сигнала. Запретные области в статических и системах с астатизмом первого и второго порядков.

Общие принципы построения систем с заданным запасом устойчивости, учет малых постоянных времени. Системы с астатизмом первого и второго порядков. Система с колебательным звеном в низкочастотной области.

Типовые передаточные функции дискретных систем. Комбинированное управление. Влияние комбинированного управления на ЛАХ системы.

Основная литература:

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. – Теория систем автоматического управления. Изд. Профессия, 2003.

2. Первозванский А. А. Курс теории автоматического управления. Изд. Лань, 2010.

3. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами/ А.В. Башарин, А.В., Новиков, Г.Г. Соколовский Л.:Энергоатомиздат, 1982.

4. Егоров В.Н., Кожевников Е.А., Корженевский-Яковлев О.В. Исследование сложных электроприводов/В.Н. Егоров, Е.А.Кожевников, О.В.Корженевский-Яковлев.-Л.:СЗПИ, 1982.

5. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М.: Гос. изд. физ-мат литературы, 1963.

6. Поляков К.Ю. Основы теории цифровых систем управления: Учебное пособие; СПбГМТУ. – СПб,: 2006.

Дополнительная литература:

1. Башарин, А.В., Новиков, Г.Г. Соколовский Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учебное пособие для вузов Энергоатомиздат, 1990 г.

2. Мирошник И.В. - Теория автоматического управления: Линейные системы: Учебное пособие для вузов, Изд. Питер 2005.

3. Федотов А.В. Основытеорииавтоматическогоуправления: Учебное пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012.

4. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. – М.:

Лаборатория базовых знаний, 2002.

5. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. С англ. - М.: Машиностроение, 1986.

6. Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. С англ. - М.:

Мир, 1987.

3. Проектирование автоматизированных систем Состав и содержание работ по созданию АСУТП.

Стадии и этапы создания АСУТП. Состав и содержание работ по созданию АСУТП. Состав работ и ответственность при подготовке к вводу АСУТП в действие. Монтаж и пуско-наладка технических средств АСУТП.

Ввод АСУТП в действие.

Стадии проектирования и состав проектов автоматизации технологических процессов.

Общие положения. Задание на проектирование, исходные данные и материалы. Стадии проектирования и состав проектной документации. Задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией технологических процессов.

Структурные схемы систем измерения, автоматизации и сигнализации.

Структурная схема управления. Структурные схемы измерения и управления. Структурные схемы технических средств автоматизации. Структурные схемы организационного управления объектом автоматизации.

Функциональные схемы систем измерения, автоматизации и сигнализации.

Назначение функциональных схем. Методика и общие принципы их выполнения. Изображение технологического оборудования и коммуникаций.

Изображение средств измерения и автоматизации. Буквенные обозначения технических средств автоматизации. Позиционные обозначения средств автоматизации. Требования к выполнению функциональных схем.

Принципиальные электрические схемы измерения, автоматизации и сигнализации.

Общие требования. Правила оформления схем. Условные графические обозначения элементов схем. Обозначение цепей. Условные буквенноцифровые обозначения элементов схем.

Принципиальные электрические схемы питания средств автоматизации.

Назначение и общие требования. Выбор напряжения и требования к источникам питания. Выбор схемы электропитания. Аппаратура управления и защиты схем электропитания. Выбор сечений проводов и жил кабелей. Выбор аппаратов управления и защиты. Места установки аппаратов управления и защиты.

Принципиальные пневматические схемы автоматизации и питания.

Общие сведения о пневматических системах измерения и автоматизации. Основные требования к пневматическим средствам автоматизации и линиям связи. Условные графические обозначения и маркировка. Основные требования к оформлению. Требования к качеству сжатого воздуха. Источники питания. Выбор схемы питания пневмоавтоматики. Методика оформления схем питания.

Щиты, пульты систем автоматизации.

Назначение и конструкция щитов и пультов. Расположение аппаратуры, арматуры и проводок в щитах и пультах. Размещение и установка щитов и пультов в щитовых помещениях. Требования к разработке чертежей. Чертежей общих видов щитов и пультов. Таблицы соединений и подключения.

Спецификация щитов и пультов. Эргономика щитов, пультов и пунктов управления.

Электрические и трубные проводки систем автоматизации.

Общие положения по электрическим проводкам. Выбор способа выполнения электропроводок. Выбор проводов и кабелей. Условия совместной прокладки электрических цепей различного назначения. Назначение и характеристики трубных проводок. Основные требования к трубным проводкам.

Типовые схемы импульсных трубных проводок. Способы выполнения трубных проводок. Выбор труб и пневмокабелей для трубных проводок. Условия совместной прокладки трубных проводок различного назначения.

Проектирование внешних электрических и трубных проводок.

Общие положения. Схемы соединений внешних проводок. Схемы подключения внешних проводок. Таблицы соединений внешних проводок. Таблицы подключения внешних проводок. Чертежи расположения оборудования и проводок. Обозначение на чертежах приборов, щитов и пультов. Внешние электрические и трубные проводки.

Зануление и заземление в электроустановках систем автоматизации.

Общие положения. Элементы электроустановок, подлежащие занулению или заземлению. Выбор нулевых и заземляющих проводников. Требования к выполнению заземления и зануления.

Требования к выполнению электрической части систем автоматизации во взрыво- и пожароопасных зонах.

Классификация взрывоопасных и пожароопасных зон. Классификация и маркировка взрывозащищенного электрооборудования. Выбор средств измерения и автоматизации для взрывоопасных зон. Системы электропитания во взрывоопасных зонах. Электрические проводки во взрывоопасных зонах.

Особенности проектирования электропроводок в пожароопасных зонах.

Текстовые материалы проекта.

Пояснительная записка. Ведомость проекта. Описание автоматизируемых функций. Описание постановки задач. Общее описание системы. Программа и методика испытаний. Паспорт АСУТП. Формуляр системы. Проектная оценка надежности системы.

Основная литература:

1. Федоров Ю.Н.. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств В 2-х томах. Т. 1 «Методология». М.: СИНТЕГ, 2006, 720 с., ил. (Серия «Автоматизация технологических процессов»).

2. Федоров Ю.Н.. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств В 2-х томах. Т. 2 «Проектирование». М.: СИНТЕГ, 2006, 632 с., ил. (Серия «Автоматизация технологических процессов»).

3. Глушаков С.В. AutoCAD 2008. Самоучитель (Учебный курс)/Лобяк А.В.

изд.2-е доп. и перераб. - М.: «АСТ МОСКВА:ХРАНИТЕЛЬ», 2008, 4. Федоров Ю.Н.. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка. Учебно-практическое пособие. М.:Инфра-Инженерия, 2008, 928., ил.

Дополнительная:

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов:

Спроавочное пособие/Под ред. Клюева А.С. – 2-е изд., перераб. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с., ил.

4. Интегрированные системы проектирования и управления 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.

Математическое, информационное, методическое и организационное обеспечение АСУТП.

Математическое, информационное, методическое и организационное обеспечение АСУТП. Особенности 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 Коммуникации в промышленных сетях.

Распределенные системы на базе ПЛК Расределенный ввод-вывод. Удаленный ввод-вывод. Связь ПЛК через промышленные сети.

SCADA системы-общийобзор.

SCADA системы – общийобзор (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 SCADA-сервер, узлы-клиенты. Планировщик. Создание отчетов. Архивирование данных.

Защита от несанкционированного доступа. Уровни зашиты тэгов. Аварийнопредупредительная 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.

Структура АСУП предприятия.

Характеристика металлургического предприятия как объекта управления. Технологические и экономические критерии управления. Характеристика основных функциональных подсистем АСУП.

Основные принципы разработки и порядок разработки 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.

Системы управления базами данных (СУБД).

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. Страницы. Отчеты. Макросы.

Модули. Средства программирования на языке Visual Basic for Application (VBA). Распределенные базы данных.

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.

Интеграция систем АСУТП и АСУП.

Цели и задачи. Интеграция систем АСУТП и АСУП на базе сетевых механизмов взаимодействия программных средств.

Автоматизация проектирования систем автоматического управления.

Принципы автоматизации проектирования систем автоматического управления. Этапы и стадии проектирования. Уровни автоматизации проектирования. Компоненты обеспечения САПР. Общие принципы построения САПР. Способы построения САПР.

Поисковые методы автоматизации проектирования.

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.

Изучение основных методов работы в системе САПР AutoCAD.

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.

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., 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.:СОЛОН- Пресс, 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.— 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.

6. AutoCAD 2006: подроб. иллюстрир. рук.: (учебное пособие)/ под ред.

А.Г.Жадаева. – М.: Лучшие книги, 2006. – 240с.

7. SolidWorks. Компьютерноемоделированиевинженернойпрактике / АлямовскийА. А., СобачкинА. А., ОдинцовЕ. В. и др. —СПб.: БХВПетербург, 2005. — 800с.

Общие сведения о моделировании. Моделирование как метод познания. Изоморфизм и гомоморфизм моделируемых систем. Пространство состояния.

Физическое и математическое моделирование Физическое моделирование. Основные положения теории подобия.

Нахождение критериев физического подобия. Идентификация параметров физической модели. Типовые задачи физического моделирования.

Математическое моделирование. Понятие математической модели, алгоритмического, программного и инструментального обеспечения моделирования. Типовые задачи математического моделирования.

Блочный метод построения моделей объектов управления. Модели гидродинамики потоков Структурная схема сложных технологических объектов. Гидродинамические модели. Модели идеального смешения, идеального вытеснения, ячеечная модель, комбинированные модели. Передаточные функции моделей. Методы определения параметров моделей структуры потоков Моделирование процессов химического превращения в технологических объектах.

Основные закономерности химической кинетики для моделирования процессов химического превращения сырья в конечные продукты. Методы определения кинетических констант математических моделей с использованием программного комплекса ReacOp. Синтез моделей объектов на основе моделей гидродинамики и кинетики.

Методы численной реализации математических моделей сложных технологических объектов Численные методы решения стационарных и нестационарных моделей объектов. Методы стационирования для решения моделей объектов со сложной гидродинамикой. Синтез математических моделей объектов с использованием программного комплекса ReactOp. Статистический анализ и оценка адекватности моделей.

Моделирование объектов с распределенными параметрами Выdод уравнений материального и теплового баланса для моделей с распределенными параметрами. Сеточные меды решения моделей для объектов с распределенными параметрами. Применение специализированных программных комплексов Thermex, Convex и BST для моделирования объектов с распределенными параметрами при отклонениях параметров управления от номинальных значений.

Методы оптимального управления.

Общая постановка задач оптимального управления. Формулировка критерия качества функционирования систем, учет ограничений в форме равенств и в форме неравенств на переменные состояния и управления объектов и систем.

Математические методы определения оптимального управления. Метод нелинейного программирования. Определение оптимального управления для объекта с распределенными параметрами с помощью программного комплекса ReactOp.

Моделирование объектов при протекании многофазных процессов.

Понятия о гетерогенных процессах. Основные стадии гетерогенных процессов. Лимитирующие стадии гетерогенных процессов. Математические модели процессов в кинетической, диффузионной и смешанной областях контроля. Роль интерфейса, его геометрии и состояния при моделировании процессов. Математические модели процессов выщелачивания и кристаллизации гидроокиси алюминия в каскадах реакторов. Определение оптимального управления этими процессами с использованием программного комплекcа ReactOp.

Моделирование сложных схем и САУ.

Программный комплекс Аспен плюс для моделирования сложных технологических схем. Создание модели стационарных режимов. Задание технологических блоков и перерабатываемых потоков. Моделирование работы схем и определение значений определяющих параметров. Создание динамических моделей схем с учетом контуров регулирования в среде Аспен Динамика.

Моделирование динамических режимов и определение структуры оптимального управления отдельными узлами схемы.

Основная литература:

1. Ю.В. Шариков, И.Н. Белоглазов, А.Ю. Фирсов Моделирование процессов объектов в металлургии. Уч. пособие. - СПбГГИ, РИЦ СПбГГИ, СПб., 2. Я.А. Хетагуров Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ): Учебник, М.: Высш. шк., 2006.

3. В. М. Перельмутер. Пакеты расширения Matlab. Control System Toolbox и Robust Control Toolbox. Издательство: Солон-Пресс, 2008 г.,- 224 с.

4. В.П.Дъяконов. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения.М.:СОЛОН- Пресс, 2005.-800с.

5. Моделирование процессов объектов в металлургии. Составители:

Ю.В.Шариков, Н.В.Данилова, В.С. Зуев Методические указания к лабораторным работам. СПбГГИ, РИЦ СПбГГИ, СПб., 2007 г.

Дополнительная литература:

1. Е.Б. Андреев, В.Е. Попадько. Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности:

Учебное пособие. — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005. - 268 с.

2. А.С. Гринин, Н.А Орехов, В.Н.Новиков Математическое моделирование в экологии: Учеб. пособие для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.

3. А.В. Беспалов, Н.И Харитонов Задачник по системам управления химикотехнологическими процессами: Учебное пособие для вузов. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2005.

4. Е.А. Дубовик, А.Е. Дубовик Численные методы и алгоритмы диспетчеризации вычислений с динамически изменяющимися приоритетами. - М.:

СИНТЕГ, 2006. -120 с. (Серия «Информационные технологии»).

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации.

Общие принципы построения государственной системы приборов (ГСП). Классификация приборов и устройств ГСП. Типовые конструкции и унифицированные сигналы ГСП.

Устройства получения информации о состоянии процесса.

Общие сведения об устройствах получения информации. Основные характеристики устройств для получения информации. Чувствительные элементы или датчики. Дискретные и непрерывные датчики. Датчики сопротивления, электромагнитные, емкостные, напряжения, тока, струнные, Холла и магнитосопротивления, ультразвуковые. Системы передачи измерительной информации. Измерительные (нормирующие) преобразователи. Преобразователи вида энергии.

Технические средства приема, преобразования и передачи информации по каналам связи.

Общие сведения. Устройства связи УВМ с объектом управления. Общие характеристики стандартных интерфейсов. Структуры каналов устройств связи с объектом. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Коммутаторы каналов устройств связи с объектом.

Электронные устройства средств автоматизации.

Общие сведения. Микросхемы малой степени интеграции. Микросхемы средней степени интеграции. Микросхемы большой степени интеграции (БИС). Микропроцессорные системы. Однокристальные микропроцессорные БИС. Интерфейсные БИС. Микроконтроллеры.

Электрические устройства средств автоматизации.

Электрические регуляторы. Классификация регуляторов. Аналоговые регуляторы со стандартными линейными законами регулирования. Дискретные регуляторы. Двухпозиционные, трехпозиционные регуляторы. Регуляторы постоянной скорости, с переменной структурой. Импульсные, цифровые, экстремальные и адаптивные регуляторы. Электрические многооборотные и однооборотные исполнительные механизмы. Электроприводы.

Пневматические устройства средств автоматизации.

Общие сведения о пневматических средствах автоматизации. Простые элементы пневматических средств автоматизации. Сложные элементы и устройства пневматических средств автоматизации. Пневматические регуляторы. Дискретная пневмоавтоматика. Пневматические управляющие устройства и исполнительные механизмы.

Гидравлические устройства средств автоматизации.

Общие сведения о гидравлических средствах автоматизации. Дискретная гидравлика. Гидравлические исполнительные механизмы.

Регулирующие органы систем автоматизации.

Основные понятия. Классификация регулирующих органов. Регулирующие органы для сыпучих материалов, для жидких и газообразных сред, для потоков электроэнергии, для твердых тел.

Устройства отображения информации.

Общие сведения. Видеотерминальные средства отображения информации. Электромеханические устройства отображения информации. Печатающие устройства.

Основная литература:

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

2. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.

Учебное пособие. М.: Форум-инфра-М, 2002, 383 с.

3. А.С. Анашкин. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления./ Кадыров Э.Д. Хазаров В.Г./под ред. Хазарова В.Г Санкт-Петербург, 2004, 366 с.

4. Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реализация. М.: Техносфера, 2005, 5. Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов. М.: РАСХН, 2003, 320 с.

6. Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Перевод с нем. яз. М.:

«Мир» 1989, 7. Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.

Дополнительная литература:

1. Технические средства автоматизации химических производств. Спр.

Изд. /В.С. Балакирев, Л.А. Барский, А.В. Бугров и др. М.: Химия, 1991, 2. Наладка средств измерений и систем автоматического контроля. Справочное пособие/ Под ред. А.С. Клюева. М., Энергоиздат, 1990, 400 с.

Основные сведения о средствах измерений Классификация средств измерений. Структурные схемы, статические и динамические характеристики измерительных устройств. Погрешности измерительных устройств. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств. Надежность средств измерений. Сведения о средствах измерений государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации. Методы повышения точности средств измерений.

Измерение электрических величин Общие сведения об аналоговых электроизмерительных приборах.

Электроизмерительные приборы прямого и уравновешенного преобразования. Основные функциональные части и виды приборов прямого преобразования. Приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической систем. Милливольтметры и логометры. Основные функциональные части и виды приборов уравновешенного преобразования. Потенциометры и мосты.

Измерение давлений Основные понятия. Единицы измерения давлений. Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием. Чувствительные элементы и приборы деформационных средств измерений давления.

Тензометрические преобразователи давлений.

Измерение температуры Общие сведения. Температурные шкалы. Классификация средств измерений температуры. Манометрические термометры. Термоэлектрические термометры. Средства измерений сигналов термоэлектрических термометров. Термопреобразователи сопротивления. Средства измерений, работающие в комплекте с термопреобразователями сопротивления. Теоретические основы измерения температуры бесконтактными методами. Квазимонохроматические пирометры. Пирометры спектрального отношения. Пирометры полного излучения.

Измерение расхода жидкости, пара и газа Общие сведения. Объемные и скоростные счетчики. Расходомеры переменного перепада давления. Стандартные сужающие устройства. Расходомеры обтекания. Расходомеры переменного уровня. Электромагнитные, ультразвуковые, ионизационные и тепловые расходомеры.

Измерение уровня Основные понятия. Классификация средств измерения уровня. Визуальные, поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, радиоизотопные и акустические средства измерений уровня.

Измерение массы Основные понятия. Классификация средств измерения массы. Весовые устройства. Датчики расхода сыпучих материалов. Автоматические весы и весовые дозаторы непрерывного действия. Статические и динамические характеристики весоизмерителей непрерывного действия.

Измерение плотности Основные понятия. Классификация средств измерения плотности. Весовые, поплавковые, гидро- и аэростатические, гидро- газодинамические, вибрационные и радиоизотопные средства измерений плотности.

Измерение влажности сыпучих материалов Общие сведения. Классификация средств измерения влажности. Весовые, электрические и радиоизотопные средства измерений влажности сыпучих материалов.

Измерение физико-химических свойств жидкостей Общие сведения. Измерение вязкости жидкостей. Измерение электропроводности жидкостей. Электрокондуктометрические анализаторы. Измерение электродного потенциала. Потенциометрические анализаторы. Полярографы.

Измерение состава и запыленности газов Основные понятия. Методика отбора, подготовка и доставка газовой пробы к газоанализатору. Классификация средств измерения состава газа. Газоанализаторы, основанные на физических методах анализа (термокондуктометрические, диффузионные, магнитные, сорбционные, оптические, ультрафиолетовые, инфракрасные, ионизационные). Газоанализаторы, основанные на физико-химических методах анализа (термохимические, пламенные, ионизационные и фотометрические, хемилюминесцентные). Измерение влажности газов. Диэлькометрические, испарительные и конденсационные анализаторы влажности газов.

Опробование материалов и продуктов технологического процесса Общие сведения по опробованию. Теоретические основы опробования.

Отбор первой пробы. Обработка проб. Анализ проб. Определение характеристик материалов и продуктов.

Измерение состава продуктов технологического процесса Общие сведения о химических и физических методах анализа. Спектральный анализ по оптическим спектрам испускания и поглощения. Рентгеноспектральный анализ.

Автоматизированные системы контроля параметров Общие сведения. Информационно-измерительные системы. Агрегатные средства измерения. Применение средств цифровой вычислительной техники в измерительных устройствах и системах. Автоматизированная система аналитического контроля (АСАК).

Основная литература:

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

2. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.

Учебное пособие. М.: Форум-инфра-М, 2002, 383 с.

3. Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические измерения. Учебник для вузов./Ястребов А.С. М.: Высшая школа, 2001, 205с.

4. Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике./Под ред. Калиниченко А.В.,М.: «Инфра-Инженерия», Дополнительная литература:

1. Измерение в промышленности: Справочник в 3 книгах./Под ред. Профоса П., М.: Металлургия, 1990, 491 с.

2. Бишард Е.Г. Аналоговые электроизмерительные приборы./Киселева Е.А., Лебедев Г.П. и др. М.: Высшая школа, 1991, 415 с.

3. Наладка средств измерений и систем автоматического контроля. Справочное пособие/ Под ред. А.С. Клюева. М., Энергоиздат, 1990, 400 с.

7. Гидроаэромеханика и тепломассообмен Элементы технической термодинамики Строение жидкостей и газов с позиций современной физики. Сжимаемые и несжимаемые (капельные) жидкости. Законы объемного сжатия и теплового расширения жидкостей и газов. Плотность, удельный вес, удельный объем. Идеальные и реальные жидкости. Закон внутреннего трения Ньютона.

Вязкость жидкостей и газов. Газовые законы. Уравнение газового состояния.

Параметры газовой смеси. Основные уравнения первого начала термодинамики. Теплоемкость системы. Изохорная и изобарная, истинная и средняя теплоемкости газов. Политропный газовый процесс и его частные случаи.

Уравнения политропы. Теплота, работа, изменение внутренней энергия и энтальпии в газовых процессах. Диаграммы р-V и Т-S газовых процессов. Водяной пар и влажный газ, их основные характеристики. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Термический к.п.д. системы. Реальные циклы.

Цикл работы двигателя внутреннего сгорания.

Статика жидкостей и газов Гидростатическое давление в точке и его свойства. Основные уравнения статики жидкостей и газов. Сообщающиеся сосуды и равновесия в них жидкостей и газов. Статика дымовой трубы. Измерение давления сообщающимися сосудами. Избыточное давление, разрежение, вакуум. Единицы измерения давления. Закон Паскаля. Сила давления жидкости на плоскую и криволинейную стенки. Закон Архимеда и плавание тел. Относительное равновесие жидкостей. Удельная энергия жидкостей. Напоры покоящейся жидкости.

Основные законы гидроаэродинамики Основные понятия гидродинамики. Уравнения: неразрывности, движения идеальной жидкости Эйлера, Бернулли, движения вязкой жидкости НавьеСтокса, изменения количества движения. Использование уравнений в инженерных задачах.Элементы газовой динамики. Течение газа в сужающемся канале. Течение газа в расширяющемся канале. Сопло Лаваля. Прямой скачок уплотнения. Косой скачок уплотнения. Связь между скоростями течения газа и скоростью звука, число Маха. Потенциальное и вихревое течение жидкости. Циркуляция скорости. Подъемная сила. Теорема Н. Е. Жуковского.Источники и стоки. Комплексный потенциал. Вихревое течение.

Энергия потоков Напоры движущейся жидкости. Общее уравнение энергии для потока сплошной жидкости. Уравнение энергии для потока несжимаемой жидкости.

Уравнение Бернулли для потока несжимаемой жидкости. Уравнение энергии для напорного и безнапорного течения жидкости. Диаграммы напоров. Полный напор насосной установки. Уравнение энергии для потока газа в общем виде, в механической (уравнение Бернулли для газа) и термической (уравнение энтальпий) формах. Располагаемая работа газового потока. Изотермическое и адиабатическое течение потоков газа. Полная работа сжатия воздухоподающих машин.

Гидравлические сопротивления Виды гидравлических сопротивлений. Потери напора на трение; формула Дарси-Вейсбаха. Режимы движения жидкости. Структура ламинарного и турбулентного потоков. Закон распределения касательных напряжений по поперечному сечению потока. Параметры потока и потери напора на трение при ламинарном течении в трубах. Потери напора на трение при турбулентном режиме течения. Потери на трение при движении газов. Расчет газопроводов и газоходов. Расчет безнапорных каналов. Местные гидравлические сопротивления и их расчет.

Гидравлический расчет трубопроводов Классификация трубопроводов. Обобщенные параметры трубопроводов. Соединение трубопроводов. Расчет простых трубопроводов. Расчет длинных трубопроводов в квадратичной и неквадратичной области сопротивления. Основы расчета сложных трубопроводов. Расчет коротких трубопроводов. Расчет трубопроводов для газов при малых и больших перепадах давления. Расчет газоходов печей. Напорная характеристика трубопровода.

Истечение жидкостей и газов Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке. Коэффициенты истечения. Истечение под уровень. Истечение жидкости через насадки. Особые случаи истечения жидкости. Истечение газов при малых и больших перепадах давления. Критические параметры истечения газов. Истечение газов через сопла.

Основные положения теплообмена. Теплопроводность Виды теплообмена. Температурное поле, градиент температуры. Стационарные и нестационарные процессы теплообмена. Основные характеристики теплопередачи.Теплопроводность. Постулат Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье. Решение дифференциального уравнения теплопроводности для одномерного стационарного теплового потока. Решение задач теплопроводности для многослойной плоской стенки с учетом температурной зависимости коэффициента теплопроводности. Теплопередача от газа к газу (жидкости к жидкости) через стенку. Коэффициенты теплообмена. Лимитирующие стадии теплопередачи. Теплопроводность и теплопередача в цилиндрической стенке. Критический диаметр теплоизоляции. Общий вид решения уравнения Фурье для нестационарной теплопроводности. Краевые и граничные условия. Критерии Био и Фурье, безразмерная температура. Решение задач нестационарной теплопроводности для тел простой формы. Регулярный тепловой режим.

Конвективный теплообмен Механизм конвективного теплообмена. Связь тепловых и гидродинамических явлений при конвективном теплообмене. Коэффициент конвективного теплообмена; факторы, его определяющие. Принципы теоретического описания конвекции. Понятие о теории подобия и моделировании. Критерии гидромеханического и теплового подобия. Общий вид критериальных уравнений конвективного теплообмена. Критериальные уравнения для наиболее общих случаев естественной и вынужденной конвекции. Процесс кипения жидкости, его механизм, температурные характеристики. Процесс кипения и структура парожидкостного потока в парогенерирующей трубе. Коэффициент теплоотдачи при кипении. Пузырьковое и пленочное кипение. Кризисы теплообмена 1-го и 2-го рода.

Лучистый теплообмен Общие данные об электромагнитном излучении. Излучательная, отражательная, поглощающая, пропускательная способности тел. Законы Планка, Стефана—Больцмана, Вина, Кирхгофа, Ламберта, Кеплера. Приведенный коэффициент излучения. Излучение газов. Лучистый теплообмен в газовом пространстве пламенных печей. Сложный теплообмен.

Массообмен Общие сведения о массообмене. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии. Коэффициент массоотдачи. Второй закон Фика. Критерии подобия массообменных процессов и критериальные уравнения.

Основная литература:

1 Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 416 стр.

2 Ламб Г. Гидродинамика. Том I. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 452 стр.

3 Ламб Г. Гидродинамика. Том П. - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003, 482 стр.

4 Гальнбек А.А. Гидроаэромеханика в металлургическом производстве. Л.;

РИО ЛГИ, 1991. 131 с.

5 В.С. Швыдкий, М. Г. Ладыгичев, В. С. Шаврин. Математические методы теплофизики: Учебник для вузов. — М.: "Машиностроение", 2001. — 6 Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Белоусов В.В. и др Теплотехника металлургического производства. Т. 1т. Теоретические основы: Учебное пособие для вузов М.: «МИСИС, 2002. - 608 с.

7 Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. Теплотехника металлургического производства. Т. 2. Конструкция и работа печей: Учебное пособие для вузов М.: МИСИС, 2001. - 736 с.

Дополнительная литература:

1 Стернин Л.Е. Основы газовой динамики. М. : изд. МАИ, 1995. 332 с.

2 Телегин А.С. Тепло–массоперенос. / А.С. Телегин, В.С. Швыдкий, Ю.Г.

Ярошенко. М.:Металлургия, 1995. 400 с.

3 Кунтыш В. Б., Бессонный А. Н., Дрейцер Г. А., Егоров И. Ф. Примеры расчетов нестандартизованных эффективных теплообменников./Под ред. В.

Б. Кунтыша и А. Н. Бессонного. — СПб.: Недра, 2000. — 300 с, 4 Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление.

Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. 366 с.

8. Технологические процессы автоматизированных производств в Подготовка сырья тяжелых и благородных металлов к металлургической переработке.

Типы руд и концентратов тяжелых цветных металлов. Виды обжига и основные задачи, решаемые обжигом в металлургии меди, никеля, цинка и свинца.

Окислительный обжиг медно-никелевых, никелевых и цинковых сульфидных концентратов на "порошок" в печах кипящего слоя. Агломерационный обжиг медно-никелевых, свинцовых и никелевых шихт.

Восстановительный обжиг никелевых руд и промпродуктов в трубчатых вращающихся, многоподовых и печах кипящего слоя.

Основные технико-экономические показатели работы обжигового оборудования.

Плавка на штейн и черновые металлы.

Составы и особенности штейнов – медных, никелевых, медноникелевых и полиметаллических. Составы и общие требования к свойствам шлаков.

Восстановительная сульфидирующая плавка брикетов и агломерата окисленных никелевых руд в шахтных печах. Плавка медно-никелевых шихт в электропечах.

Автогенные штейновые плавки в металлургии меди и никеля (во взвешенном состоянии – ПВП, в "факеле" – КФП, в "жидкой" ванне – ПЖВ, ААП) и условия оптимизации автогенности (состав шихты кислород дутья, температура дутья и др.).

Восстановительные плавки:

окисленных никелевых руд на ферроникель в электрических печах;

восстановленной технической закиси никеля на металл;

свинцового агломерата в шахтных печах.

Контроль основных параметров плавильных переделов и их автоматизация. Технико-экономические показатели.

Конвертирование медных, никелевых, медно-никелевых и полиметаллических штейнов.

Конвертирование чернового ферроникеля.

Контроль главных параметров конвертерного передела. Техникоэкономические показатели. Комплексная переработка шлаков медного, медно-никелевого и никелевого производств.

Возгонка и конденсация при переработке цинковых концентратов и полупродуктов.

Дистилляция цинка в вертикальных ретортах, в шахтных печах с электрообогревом, в шахтных печах (процесс империал-смелтинг). Переработка цинковых кеков и промпродуктов в трубчатых печах вельц-процессом. Переработка шлаков свинцовой восстановительной плавки фьюминг-процессом.

Рафинирование черновых металлов пирометаллургическими методами.

Огневое рафинирование меди. Периодическое и непрерывное рафинирование чернового цинка (ликвация, дистилляция, ректификация и химическое рафинирование). Рафинирование чернового свинца в периодическом и непрерывном режимах. Контроль главных параметров рафинировочных процессов. Технико-экономические показатели.

Гидрометаллургия тяжелых цветных металлов.

Подготовка руд, концентратов и промпродуктов к выщелачиванию.

Выщелачивание цинковых огарков. Выщелачивание меди из окисленных руд, концентратов и забалансового сырья (перколяция и агитация). Автоклавное выщелачивание сульфидных материалов и окисленных никелевых руд. Аммиачное карбонатное выщелачивание восстановленных никелевых руд. Переработка медно-никелевых файнштейнов с использованием хлора (технология фирмы "Фолконбридж"). Переработка файнштейнов с использованием сернокислотного выщелачивания (технология фирмы "Оутокумпу").

Выделение металлов из растворов с использованием: цементации, сорбции, экстракции, а также в автоклавах водородом или сероводородом.

Электрохимия тяжелых цветных металлов.

Электрохимическое рафинирование черновой меди. Регенерация электролита. Переработка шламов.

Электрохимическое выделение меди с нерастворимым анодом.

Электрохимическое рафинирование чернового никеля.

Электрохимическое выделение цинка с нерастворимым анодом.

Принципиальные технологические схемы переработки руд, концентратов и полупродуктов тяжелых цветных металлов. Схемы переработки медных сульфидных и окисленных руд, концентратов и полупродуктов.

Схемы переработки медно-никелевых руд, концентратов и полупродуктов.

Схемы переработки окисленных никелевых руд.

Схемы переработки цинковых концентратов.

Схемы переработки свинцовых концентратов.

Металлургия легких металлов.

Введение. Значение легких металлов в современной технике и технологии, их роль в развитии важнейших отраслей народного хозяйства. Особенности производства легких металлов.

Производство глинозема.

Нахождение алюминия в природе. Минералы алюминия, используемые в производстве глинозема. Алюминиевые руды, их месторождения. Технологические требования к бокситам и другим типам руд.

Обзор основных способов производства глинозема и их роль в современной промышленности. Глинозем как исходное сырье для производства алюминия. Другие области применения продуктов глиноземного производства.

Принципиальная технологическая схема способа Байера. Равновесие в системе Al2O3 – Na2O-H2O и растворимость гидроксидов алюминия в щелочных алюминатных растворах. Цикл Байера в системе Al2O3 – Na2O-H2O. Аппаратурно-технологическая схема производства и ее показатели.

Физико-химические основы способа спекания. Принципиальная технологическая схема. Требования к качеству сырья и шихтовой смеси. Стадийность термической обработки шихты и работа печей спекания. Выщелачивание спека и особенности его аппаратурного оформления. Двухстадийное обескремнивание алюминатных растворов. Теория и практика разложения алюминатных растворов карбонизацией.

Отличительные особенности нефелинового сырья. Принципиальная технологическая схема комплексной переработки кольских нефелиновых концентратов и ее технологические режимы. Получение соды, поташа, цемента и металлического галлия.

Основные технико-экономические показатели производства глинозема.

Техника безопасности и охрана окружающей среды в производстве глинозема.

Производство фтористых солей.

Требования, предъявляемые к криолиту и другим фтористым солям.

Исходное сырье для производства фтористых солей. Технологическая схема и аппаратурное оформление производства фтористых солей.

Углерод в электрометаллургии легких металлов.

Основные виды углеграфитовых изделий, используемых в электрометаллургии легких металлов. Разрушение углеродистых материалов при взаимодействии с другими веществами. Исходные углеродистые материалы и основы технологии их переработки. Аппараты и печи электродного производства.

Электролитическое получение алюминия.

Физико-химические свойства электролита на основе фтористых солей.

Растворимость глинозема в электролите. Напряжение разложения компонентов электролита. Процессы на аноде алюминиевой ванны и их влияние на напряжение разложения окиси алюминия. Анодный эффект и критическая плотность тока. Процессы на катоде алюминиевой ванны. Выход по току и по энергии при электролизе, зависимость от технологических факторов.

Конструкции алюминиевых электролизеров. Особенности анодного и катодного устройства и их влияние на продолжительность и условия работы электролизера. Технология электролиза алюминия. Монтаж и демонтаж ванн.

Пуск ванн и работа в период нормальной эксплуатации. Основные неполадки в работе электролизера. Рафинирование и переплавка первичного алюминия.

Производство лигатур и сплавов. Технико-экономические показатели.

Металлургия магния.

Свойства магния, области его применения. Сырье и его подготовка для получения магния электролизом. Титано-магниевая схема. Физикохимические свойства электролита магниевых электролизеров, состав электролита. Влияние различных факторов на выход по току и по энергии. Технология и аппаратурное оформление электролиза магния, рафинирование, производство лигатур, сплавов и порошков. Термические способы производства магния.

Металлургия титана.

Свойства титана и области применения. Общие контуры металлургии титана. Получение тетрахлорида титана в шахтных хлораторах и путем хлорирования в расплаве. Улавливание и очистка тетрахлорида титана, металлотермическое восстановление. Отделение титановой губки от хлорида и избытка восстановителя. Пути переработки титановой губки.

Основная:

1. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т.1,2,3. М., ООО "Наука и технология", 2001.

Дополнительная:

1. Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. М., Металлургия, 1988.

2. Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. М., Металлургия, 1985.

3. Баймаков Ю.В., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. 2 изд. М., Металлургия, 1977.

4. Синев Л.А., Борбат В.Ф., Козырева А.И. Плавка сульфидных концентратов во взвешенном состоянии. М., Металлургия, 1979.

5. Ванюков А.В. и др. Плавка в жидкой ванне. М., Металлургия, 1988.

6. Смирнов Ю.М., Бумажнов Ф.Т. Металлургия меди и никеля. Лаб.работы.

СПГГИ, 1993.

7. Орлов А.К., Никитин М.В. Металлургия цинка. Лаб. работы, СПГГИ, 1993.

8. Ветюков М.М., Цыплаков А.Л., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. М., Металлургия, 1987, 385 с.

9. Еремин Н.И., Наумчик А.Н., Казаков В.Г. процессы и аппараты глиноземного производства. М., Металлургия, 1980, 359 с.

10. Троицкий И.А., Железнов В.А.. Металлургия алюминия. М., Металлургия, 1984, 400с.

11. Конспект лекций по дисциплине "Технологические процессы и производства" для спец. АПМ, СПГГИ, 2001, составители Смирнов Ю.М., Бричкин 9. Автоматизация технологических процессов в металлургии Автоматизированные системы управления технологическими процессами, их функции и структуры.

Функции и структуры автоматизированных систем управления. Разделение агрегатов по режиму их работы на периодические и непрерывные. Математическое описание непрерывных и дискретных процессов. Характеристики стационарных случайных процессов. Частотная декомпозиция на основе иерархического управления режимом технологических процессов. Методика синтеза многоконтурных систем управления методом спектральных плотностей при возмущениях типа цветного шума и дискретном запаздывающем контроле.

Математическое и алгоритмическое обеспечение нижнего уровня АСУТП в металлургии.

Дискретные системы управления дискретными процессами. Защита и блокировки. Аварийно-предупредительная сигнализация (АПС). Дискретные системы управления непрерывными процессами. Теорема о квантовании непрерывных сигналов. Поглощение частоты. Практические аспекты выбора периода квантования. Фильтрация внешних возмущений. Математические модели, ориентированные на непосредственное цифровое управление. Построение дискретных моделей на основе непрерывных моделей. Анализ дискретных систем на устойчивость, управляемость, наблюдаемость. Алгоритмы фильтрации, оценивания и прогноза сигналов в АСУТП. Идентификация математических моделей в АСУТП. Типовые законы управления. Инвариантный регулятор. Постановка задач идентификации. Структурная и параметрическая идентификация.

Автоматизация технологических процессов на базе локальных средств, выбор, разработка и внедрение локальных автоматических систем.

Составные части локальной системы регулирования. Датчики. Измерительные преобразователи. Типы исполнительных механизмов и регулирующих органов. Аналоговые регуляторы. Многоканальные регуляторы. Интеллектуальные реле. Микроконтроллеры. Стандарты МЭК на системы программирования микроконтроллеров. Программирование микроконтроллеров на языке SFC. Представление информации обслуживающему персоналу с помощью жидкокристаллических и плазменных панелей. Использование панелей для АПС. Локальные системы на основе устройств удаленного сбора данных и управления. Промышленные сети контроллеров. Выбор, разработка и внедрение локальных автоматических систем.

Регулирование основных технологических параметров и простых типовых процессов в цветной металлургии.

Регулирование расхода.

Схемы регулирования расхода после центробежного и поршневого насосов. Дросселирование потока вещества через регулирующий орган, устанавливаемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка). Изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии. Байпасирование. Регулирование расхода сыпучих веществ. Регулирование соотношения расходов двух веществ.

Регулирование уровня.

Позиционное регулирование и непрерывное регулирование. Регулирование уровня при отсутствии фазовых превращений в аппарате (регулирование «на притоке», регулирование «на стоке», регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню). Регулирование уровня, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями.

Регулирование перепада давления.

Типовые схемы регулирования.

Регулирование температуры.

Уменьшение инерционности датчиков. Динамические характеристики термометра в защитном чехле.

Регулирование рН.

Системы регулирования рН с двумя регулирующими клапанами.

Структурная схема системы регулирования рН с двумя регуляторами. Кусочно-линейная аппроксимация статической характеристики. Регуляторы с переменной структурой.

Регулирование параметров состава и качества.

Механизированный анализ проб. Дискретность измерения. Регулирование по косвенному вычисляемому показателю с уточнением алгоритма его расчета по данным прямых анализов.

Регулирование теплообменников смешения и кожухотрубных тепообменников.

Математические модели и схемы регулирования. Представление нелинейной системы в виде последовательно соединенных нелинейного статического и линейного динамического звеньев.

Регулирование простых массообменных процессов.

Особенности автоматизации испарителей и конденсаторов. Автоматизация ректификационных установок. Автоматизация абсорбционных установок. Автоматизация выпарных установок. Стабилизация концентрации упаренного раствора на выходе из последнего выпарного аппарата в многокорпусной установке.

Управление топливными процессами.

Регулирование на основе одноконтурных АСР. С использованием комбинированной АСР температуры. Использование каскадной АСР температуры (регулирование соотношения расходов топлива и нагреваемого вещества с коррекцией по выходной температуре) или комбинированной АСР температуры для уменьшения влияние возмущений по расходу нагреваемого вещества. Использование каскадной АСР температуры, в которой температуру дымовых газов в печи используют как промежуточную координату, для уменьшения влияния инерции и запаздывания объекта управления. Регулирование котлов для получения пара.

Управление химико-металлургическими реакторами.

Гомогенные реакции и гетерогенные реакции. Некаталитическими и каталитическими реакции. Порядок реакции. Тип механизма (необратимые, обратимые, последовательные, параллельные). Условия проведения (изотермические, неизотермические, при постоянном давлении, адиабатические, неадиабатические). Два крайних режима работы реакторов: идеальное (полное) смешение и идеальное вытеснение (поршневой режим). Учет неидеальности перемешивания. Уравнения материального и теплового балансов. Построение математической модели реактора. Нелинейность концентрационных режимов. Схемы регулирования тепловым и концентрационным режимом при экзотермических реакциях.

Регулирование электропривода с помощью частотного преобразователя.

Общие концепции. Настройка в зависимости от характера нагрузки.

Автоматизация управления на базе программно-технических комплексов.

Промышленные компьютеры. Промышленные сети ВМ. SCADA системы. Использование базы технологических переменных локальных контроллеров в SCADA-системе. Обоснование и разработка функций системы управления, информационного, математического и программного обеспечения. Разработка человеко-машинного интерфейса (HMI) на базе SCADA системы. Распределение функций системы управления по уровням иерархии и отдельным SCADA-узлам. Структурные схемы систем управления на базе программно-технических комплексов. Интегрированные системы автоматизации и управления технологическими процессами, производствами и предприятиями, этапы разработки и внедрения.

Разработка математического обеспечения среднего уровня АСУТП.

Общие сведения об оптимальном управлении.

Общая характеристика, классификация и примеры задач оптимального управления. Критерии оптимальности, ограничения.

Оптимальные регуляторы состояния при случайных возмущениях.

Квантование стохастического дифференциального уравнения. Стохастические модели возмущений. Теорема разделения. Оптимальные алгоритмы оценивания состояния. Оптимальные регуляторы состояния при случайных возмущениях. ЛКГ-регуляторы.

Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси.

Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси вектора состояния объекта управления.

Синтез ЛКГ-регулятора.

Понятие и синтез ЛКГ-регулятора.

Адаптивные системы с идентификацией параметров объекта управления.

Методы текущей идентификации (рекуррентный метод наименьших квадратов, метод стохастической аппроксимации). Идентификация в замкнутом контуре. Регуляторы с подстройкой параметров.

Самонастраивающиеся системы.

Виды самонастраивающихся систем. Системы с разомкнутой цепью самонастройки. Самонастраивающиеся системы с моделью. Системы с анализом процесса управления. Экстремальные системы.

Оптимизация в динамических режимах.

Методы оптимального управления динамическими режимами объектов. Принцип максимума Понтрягина, метод динамического программирования Белмана, их взаимосвязь и особенности применения при синтезе оптимальных систем управления.

Управление процессами и аппаратами цветной металлургии.

Управление процессами в реакторах с перемешиванием.

Выщелачивание и осаждение в чанах с перемешиванием. Автоклавное выщелачивание. Схема автоматического регулирования процесса очистки электролита от меди при электролизе никеля. Управление печами с кипящим слоем.

Управление поточно-транспортными металлургическими системами.

Хранение и подготовка шихты Особенности регулирования трубчатых реакторов.

Объекты с распределенными и объекты с сосредоточенными параметрами.

Особенности математического описания объектов с распределенными параметрами. Модель трубчатого реактора с продольным перемешиванием.

Схема замещения объекта с распределенными параметрами последовательно соединенными звеньями с сосредоточенными параметрами. Применение преобразования Лапласа по времени к дифференциальному уравнению в частных производных. Схема автоматического регулирования теплового режима барабанной сушилки. Регулирование обжига во вращающихся трубчатых печах.

Управление процессами с продувкой расплава.

Плавка в печи Ванюкова. Плавка в конвертерах. Схема автоматического регулирования процесса фьюмингования шлаков.

Управление электрическими печами.

Рудная плавка в электрических печах. Плавка в дуговых печах. Плавка в индукционных печах.

Управление электролизными ваннами.

Электролиз в водных расплавах. Электролиз в расплавленных солях.

Управление электролизерами для получения алюминия. Управление электролизерами для получения магния.

Основная литература:

1. Бобровски Д. Введение в теорию динамических систем с дискретным временем.

2006 г., -360 с.

2. В. М. Перельмутер. Пакетырасширения Matlab. Control System Toolbox и Robust Control Toolbox. Издательство: Солон-Пресс, 2008 г.,- 224 с.

3. Деменков Н.П. Программные средства оптимизации и настройки систем управления. М.:Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. -242с.

4. Дворецкий Д.С., Ермаков А.А., Пешкова Е.В. Расчет и оптимизация процессов и аппаратов химических и пищевых производств в среде MatLab:

Учеб. пособие / Под ред. д-ра техн. наук, проф. С.И. Дворецкого. Тамбов:

Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005, 80с.

5. Лапшин И. В. Автоматизация дуговых печей/ Лапшин И. В.- М.: [Изд-во МГУ], 2004.- 165с.

6. Елизаров И.А., Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г., Фролов G.B. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры: Учебное пособие. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004. 180с.

Дополнительная литература:

1 Густав Олссон, Дж. Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.:Невский Диалект, 2001. -557с.

2.Туманов М.П.Технические средства автоматизации и управления: Цифровые средства обработки информации и программное обеспечение, под ред.

А.Ф. Каперко: Учебное пособие. – МГИЭМ. М., 2005, 71 с.

3. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH.

–СПб.:БЧВ-Петербург, 2005. -736с.

4. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. Красовского А.А. М.:Наука, 1987.

5. Дъяконов В., Круглов В.MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. СПб.: Питер,2002.

6. Гостев В. И. Проектирование нечетких регуляторов для систем автоматического управления. Издательство: БХВ-Петербург, 2011 г., - 416 с.

7. Чебурахин И. Ф. Синтез дискретных управляющих систем и математическое моделирование. Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2004 г., - 248 с.

8 Курбатова Е. А. MATLAB 7. Самоучитель. Издательство: Вильямс, г., -256 с.

9. Анашкин А. С, Кадыров Э. Д., Харазов В. Г. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления. — С. Петербург: «П-2», 10. Кадыров Э.Д., Симаков А.С., Фирсов А.Ю. Сетевые_интерфейсы микропроцессорных систем. Учебное пособие/ Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ)., 2011г., - 117с.

11.Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры: практическое руководство для начинающего инженера. – Ставрополь: АРГУС, 2009г., с.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ОТВЕТОВ ВЫПУСКНИКОВ НА ИТОГОВОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ЭКЗАМЕНЕ

Согласно Положению о тестовой форме контроля знаний студентов и качества обучения Горного университета государственный экзамен проводится в форме тестирования и включает в себя 200 вопросов. Из базовой и вариативной (определяемой вузом) части учебного плана формируется вопросов итогового теста (примерные тестовые задания приведены в Приложении 1). Остальные 100 вопросов формируются из дисциплин по выбору обучающихся.

Экзаменационные тесты разрабатываются преподавателями, ведущими соответствующую учебную дисциплину, и сдаются за месяц до проведения итогового государственного экзамена председателю государственной экзаменационной комиссии, подписанные автором, заведующим кафедрой, экспертом из числа ведущих преподавателей кафедры. Председатель государственной экзаменационной комиссии формирует итоговый вариант теста и, после утверждения проректором по учебной работе передает его в отдел тестирования.

Тестирование проводится в соответствии с Положением о тестовой форме контроля знаний студентов и качества обучения Результаты итогового государственного экзамена (распечатка результатов экзамена) выдаются председателю государственной экзаменационной комиссии в отделе тестирования в день экзамена и передаются на рассмотрение государственной экзаменационной комиссии.

На основании выписки из протокола заседания государственной экзаменационной комиссии по рейтинговой оценке результатов тестирования (шкалы) председатель проставляет полученные оценки в опросные карты, в экзаменационную ведомость и в зачетные книжки студентов.

Ответ выпускника на итоговом государственном экзамене определяется оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно» в соответствии со шкалой, утверждаемой протоколом заседания государственной экзаменационной комиссии.

ПРИМЕРНЫЕ ВАРИАНТЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СДАЧЕ ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

каде с ОБ имеет вид:

Коэффициент усиления по напряже- 1. КU= Коэффициент усиления по напряжеRK напряжение на базе транзистора равно Напряжение на выходе А равно -7 В.

Коэффициент усиления транзистора Передаточная функция идеального будет иметь передаточная функция С какой передаточной функцией 1. /(Tp+1) В каком виде ищется общее решеn Какое выражение соответствует Какие свойства преобразования 1. Свойство линейности и теорема свертки 11.

Лапласа используются при интег- 2. Свойство линейности и теорема о конечрировании линейных дифференци- ном значении альных уравнений? 3. Теорема о конечном значении и теорема Какому выражению соответствует Найти правильное определение 1. W ( p) - это отношение входной величины 13.

Определите неправильную запись рактеристики Какая передаточная функция соотK Найти передаточную функцию по структурная схема которой имеет Какой косвенный метод дает об- Корневых годографов щую оценку качества процесса Анализа АФЧХ разомкнутой системы управления как по скорости зату- Анализа АЧХ замкнутой системы хания переходного процесса так и Интегральных оценок Как формулируется условие ус- Если все корни характеристического тойчивости системы по Ляпунову уравнения линеаризованной системы Определите правильную форму- 1. Для того, чтобы АСУ была устойчивой, 19.

необходимо и достаточно, чтобы все определители Гурвица были положительны, и при этом коэффициент характеристического уравнения a0 0.

необходимо и достаточно, чтобы все определители Гурвица были положительны, и при этом коэффициент характеристического уравнения a0 0.

Какое из выражений, связываюu(t ) K (t ) K (t )dt u (t ) соответствует пропорциональu (t ) K (t ) лирования?

Определить правильную форму- 1. Для того, чтобы замкнутая система была 21.

лировку частотного критерия ус- устойчива, необходимо и достаточно, тойчивости Найквиста. чтобы вектор характеристического полинома n -ной степени D( p) | p j при изменении частоты от до повернулся Укажите определение фазовой 1. Гиперпространство, по осям которого 22.

Укажите определение автоколеба- 1. Колебания, возникающие в автономной 24.

Какая задача решается при приме- 1. Установить факт наличия или 25.

нении метода гармонической ли- отсутствия автоколебаний.

неаризации нелинейностей. 2. Предполагается, что линейная часть Какое из выражений представляет Найдите определение дискретной 1. Процесс преобразования непрерывного 27.

Какое определение соответствует 1. Система, в которой структура и параметпонятию оптимальной системы? ры остаются неизменными в процессе ее Какие исходные данные необхо- 1. Математическое описание объекта 29.

димы для синтеза оптимальной управления и формализация цели управсистемы управления? ления управления, включая ограничения, налагаемые на координаты системы, и формализованное выражение цели управления 4. Корреляционная функция полезного сигнала и помехи, а также желаемый оператор преобразования полезного сигнала Какое из приведенных математиmax H (, y, u ) Какая из приведенных формули- 1. Оптимальная стратегия управления не 32.

ровок соответствует принципу оп- зависит от предыстории системы, сотимальности Беллмана? стояния ее в настоящий момент и цели 33.

нейной системы Какое определение соответствует 1. Система, осуществляющая минимизацию 34.

понятию адаптивной системы? влияния случайных возмущений на ее Укажите, при каком условии 1. Y 35.

происходит смена направления xi движения при поиске экстремума 2. Y = функции Y(x) по методу ГауссаgradY= Что такое функция принадлежно- 1. Двузначное множество 0,1, опредести четкого множества? ляющее множество A в полном пространстве X 5. Суждение, значение истинности которого зависит только от его содержания, если оно ложно, ему присваивается символ Какая из приведенных операций Какое определение соответствует 1. Звено, содержащее правила нечеткой 38.

блоку фаззификации в системе импликации типа «ЕСЛИ … ТО …», кофаззи-управления (СФУ) торые формулируются после тщательного изучения объекта управления Какое из приведенных правил явR ( x, y ) max min A ( x), B ( x), [1 ( x)] Какое определение соответствует 1. Звено, содержащее правила нечеткой 40.

блоку базы правил системы фаз- импликации типа «ЕСЛИ … ТО …», кози-управления? торые формулируются после тщательного изучения объекта управления тротехнических агрегатов, концен- 12 – 150 Гц жидких и расплавленных средах.

срабатывания регулирующих органов.

Укажите основное свойство мате- 1. входной сигнал описывается известной 43.

матической модели объекта с за- зависимостью от времени;

паздыванием в рамках известного 2. передаточная функция выражения звепонятия состояния объекта. ном первого порядка с запаздыванием;

Укажите основное свойство мате- 1. выходной сигнал описывается известной 44.

матической модели объекта с за- зависимостью от времени в последуюпаздыванием в рамках известного щий момент времени t и однозначно оппонятия состояния объекта. ределяется входными сигналами U(t, to) Техническая система описывается 1. математическое описание динамической 45.

X[(k+1) t]=g2(X[(k- kl) t], U[(kматематическое описание закона управyr) t]), укажите название объекта, который она описывает.

Укажите, что определяет выраже- 1. максимальное изменение показателя в 46.

аналитическое выражение для ности работы агрегата hjo(Xjo, jo), (средних) значений параметров сопогрешность контроля показателя от местояния Xjo={xj1,xj2,..., хjr }, а велитодической погрешности контроля парачина хjr - есть размах колебаний технологического параметра.

если известно аналитическое выра- 3. среднее квадратичное значение отклонежение для обобщенного показателя ние оценки показателя от истинного его hjo(Xjo, jo), как функции устано- 4. максимальное значение погрешности вившихся (средних) значений па- оценивания показателя по результатам раметров состояния Xjo={xj1,xj2,...,хjr} и величины ji оценки показателя от неточности расчета есть оценки погрешности контроля технологических параметров.

если известно аналитическое выра- ванием;

жение для обобщенного показателя 3. среднее квадратичное значение отклонение оценки показателя от истинного его эффективности работы агрегата hjo(Xjo, jo), как функции средних значений параметров состояния нат jo={ j1, j2,..., jq}, определяемых дискретным запаздывающим конпоказателя по численным значениям котролем, а величины ji - есть оценординат процесса, определяемым запазки погрешности контроля технолодывающим контролем.

гических параметров.

ражение для обобщенного показазначения;

теля эффективности работы агресреднее квадратическое значение погата hjo(Xjo, jo), как функции средгрешности оценивания показателя по них значений параметров состояпредложенной расчетной формуле;