Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Металлургический институт

УТВЕРЖДАЮ

Директор

Чупров В.Б.

«» _ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Автоматизация технологических процессов Направление подготовки: 150400.62 «Металлургия»

Профиль подготовки: «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей»

« Металлургия чёрных металлов»

«Металлургия сварочного производства»

«Технология литейных процессов»

«Металловедение и термическая обработка металлов»

«Обработка металлов давлением»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2011 г.

1. Цели освоения дисциплины Целью освоения дисциплины «Автоматизация технологических процессов» является обеспечение студентов необходимыми знаниями о работе, устройстве и правилах построения и эксплуатации современных систем автоматизации, оснащении металлургических процессов и объектов аппаратурой контроля, а также для решения технологических вопросов автоматизации производства.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Изучение дисциплины «Автоматизация технологических процессов» призвано помочь студентам овладеть необходимыми знаниями в области автоматизации технологических процессов в металлургии.

Данная учебная дисциплина входит в раздел «Б.3. Профессиональный цикл. Вариативная часть» ФГОС ВПО по направлению подготовки 150400.62 «Металлургия» (квалификация (степень) «бакалавр»), профили подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей», «Металлургия чёрных металлов», «Металлургия сварочного производства», «Технология литейных процессов», «Металловедение и термическая обработка металлов», «Обработка металлов давлением».

Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированными при изучении дисциплин «Электротехника и электроника» «Метрология, стандартизация и сертификация», «Спецглавы информатики. Информационные технологии», «Спецглавы информатики. Компьютерное обеспечение моделирования и проектирования».

Изучение дисциплины «Автоматизация технологических процессов» необходимо как предшествующее для изучения дисциплины «Автоматизация промышленных печей», а также других дисциплин профессионального цикла, предусмотренных учебным планом по соответствующему профилю подготовки.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

уметь критически осмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (ПК-2);

уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

уметь выбирать средства измерений в соответствии с требуемой точностью и условиями эксплуатации (ПК-7);

уметь следовать метрологическим нормам и правилам, выполнять требования национальных и международных стандартов в области профессиональной деятельности (ПК-8);

уметь осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

уметь оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов (ПК-13);

иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18);

уметь выполнять элементы проектов (ПК-23).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

современное состояние, проблемы и перспективы развития автоматизации металлургической отрасли;

назначение, принципы действия и особенности элементов систем контроля и автоматического управления;

основы теории автоматического регулирования;

структуру и функциональные возможности современных средств автоматизации и управляющей вычислительной техники;

типовые решения по автоматизации агрегатов металлургического производства.

Уметь:

осуществлять выбор технических средств для создания систем контроля и регулирования основных технологических параметров;

составлять структурные и функциональные схемы автоматизации металлургических процессов и объектов.

Владеть:

методами синтеза и анализа автоматических систем.

4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часов.

Распределение часов по учебному плану Трудоёмкость Виды контроля Курс Семестр Зачётные Лаб. Практ. Промеж.

Всего Лекции Инд. СРС Экзамен Зачет Задание единицы раб. зан. контроль 4 7 4 144 34 17 17 17 40 22 1 - Структура дисциплины Виды учебной работы, включая самостоятельную Формы 2 Основные понятия автоматики зации 4 Автоматизация металлургического производства 1 Методы и средства контро- Измерение, автоматический контроль и средства измерений ля металлургических про- — основные понятия и определения. Погрешности измерецессов ний, метрологические характеристики средств измерений.

Структурная схема и классификация средств измерений. Основные понятия о принципах построения ГСП. Стандарты информационных сигналов (2 часа). Температурные измерения. Характеристики, особенности и области применения промышленных методов и средств контактных температурных измерений (2 часа). Характеристики, особенности и области применения промышленных методов и средств бесконтактных температурных измерений (2 часа). Измерение давлений, основные понятия. Классификация средств измерения элементами. Измерительные преобразователи давления и перепада давления. Манометры и дифференциальные манометры с электросиловой компенсацией. Основные правила установки приборов давления (2 часа). Измерение расхода и количества жидкостей, газов и пара — основные понятия. Метод сужения потока, расходомеры постоянного и переменного перепада давления. Тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые расходомеры. Правила монтажа средств измерения расхода (2 часа). Газовый анализ. Методы газового анализа. Принципы действия, характеристики и области применения тепловых, оптических, магнитных газоанализаторов Основные понятия автома- Термины, определения и общие понятия о системах управлетики и общие положения ния. Функции систем управления. Автоматическое регулироавтоматизации вание. Принципы управления (2 часа). Функциональная схема системы автоматического регулирования. Функции и техническая структура АСУ ТП. Классификация систем управления (2 часа). Равновесное состояние, возмущения и переходные процессы в системах. Понятие устойчивости систем. Показатели качества переходных процессов. Типовые переходные процессы (2 часа). Понятие передаточной функции. Элементарные динамические звенья. Соединение звеньев (2 часа). Устойчивость систем. Алгебраические и частотные критерии устойчивости (2 часа). Стандартные законы регулирования. Инженерная методика определения статических и динамических свойств объектов регулирования, их математическое описание и расчёт настроек регулирующих устройств на Технические средства ав- Аналоговая ветвь средств регулирования ГСП. Классификатоматизации. Средства ре- ция регулирующих устройств. Структурная схема промышгулирования ленных регулирующих блоков (2 часа). Средства воздействия на технологический процесс. Регулирующие органы, исполнительные механизмы, пускатели, усилители, преобразователи, регуляторы. Аппаратура ручного управления. Дистанционные указатели положения регулирующего органа (2 часа).

Микропроцессорные средства регулирования. Основные типы, назначение и технические характеристики микропроцессорных средств локальной автоматики (2 часа).

Автоматизация металлур- Типовые схемы автоматизации агломерационного и доменногического производства го производств (2 часа). Типовые схемы автоматизации сталеплавильного и листопрокатного производств. (2 часа).

1 Основные понятия автоматики и Синтез замкнутой САР в ПК МВТУ (2 часа).

общие положения автоматиза- Анализ устойчивости САР по критерию Найквиста в ПК 2 Технические средства автомати- Технология программирования промышленного контролзации. Средства регулирования лера (4 часа).

3 Автоматизация металлургиче- Разработка схемы автоматизации производств:

ского производства агломерационного, доменного, сталеплавильного и листопрокатного 1 Методы и средства контроля ме- Поверка пирометрического милливольтметра (1 час).

таллургических процессов Поверка автоматического моста (2 часа).

2 Основные понятия автоматики и Определение передаточной функции объекта регулироваобщие положения автоматиза- ния по кривой разгона (2 часа).

3 Технические средства автомати- Позиционное регулирование (2 часа).

зации. Средства регулирования Программное регулирование (2 часа).

В соответствии с требованиями ФГОС ВПО при изучении дисциплины «Автоматизация технологических процессов» предусматривается использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий. При проведении лабораторных работ и самостоятельной работе студентов используются семинары в диалоговом режиме, средства контроля и автоматизации, пакеты прикладных программ.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины «Автоматизация технологических процессов».

При изучении дисциплины по разделам лекций согласно таблице «Структура дисциплины»

проводятся семинары в диалоговом режиме с использование пакетов прикладных программ.

Темы семинаров:

1. Методы и средства контроля металлургических процессов.

2. Основные понятия автоматики.

3. Автоматизация металлургического производства.

Разработка функциональной схемы контроля и регулирования металлургических объектов:

а) доменной печи;

б) блока доменных воздухонагревателей;

в) кислородного конвертора;

г) нагревательной печи 3) Промежуточный контроль Промежуточный контроль представляет собой экзамен, проводимый по вопросам тем дисциплины.

Вопросы к экзамену 1. Понятие об измерении. Средства измерений. Понятие погрешности и действительного значения измеряемой величины. Способы численного выражения погрешностей.

2. Классификация погрешностей по происхождению: систематические и случайные и грубые погрешности. Определение действительных значений измеряемых величин при наличии погрешностей.

3. Основные свойства средств измерений. Надежность средств измерений и основные показатели надежности. Надежность сложных систем. Точность средств измерений.

4. Структура измерительных систем. Основные типы информационных сигналов в промышленных измерительных системах.

5. Температурные измерения. Понятие температуры, классификация методов температурных измерений. Термоэлектрические эффекты. Термоэлектрические температурные преобразователи.

6. Термоэлектрические температурные преобразователи, их конструкция. Принцип построения термоэлектрических цепей. Способы введения поправки на температуру свободных концов термоэлектрических преобразователей.

7. Измерительные приборы и преобразователи для работы в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Магнитоэлектрические милливольтметры, методика их поверки (по материалам лаб. работы №1).

8. Измерительные приборы и преобразователи для работы в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Автоматические потенциометры, методика их поверки (по материалам лаб. работы №2).

9. Принцип работы и основные типы температурных преобразователей сопротивления. Работа вторичных средств измерения для термопреобразователей сопротивления.

10. Приборы и преобразователи для работы в комплекте с термопреобразователями сопротивления. Равновесные и неравновесные мосты. Автоматические мосты следящего уравновешивания (по материалам работы №3).

11. Физические основы неконтактных температурных измерений. Принцип работы пирометров полного и частичного излучения, пирометров спектрального отношения.

12. Принцип работы и конструкция радиационного пирометра.

13. Принцип работы и конструкция яркостного пирометра.

14. Принцип работы и конструкция цветового пирометра.

15. Погрешности контактных и неконтактных температурных измерений. Способы их уменьшения.

16. Измерение давления. Классификация средств измерения давления. Деформационные (пружинные) манометры – основные типы чувствительных элементов.

17. Колокольные дифференциальные манометры. Дистанционная передача показаний с помощью ферродинамических преобразователей.

18. Измерение расхода газов, жидкостей и пара. Метод сужения потока. Расходомеры переменного перепада давления.

19. Измерение расхода газов, жидкостей и пара. Метод сужения потока. Расходомеры постоянного перепада давления (расходомеры обтекания). Ротаметры РЭ. Дифференциальнотрансформаторная система передача показаний (по материалам работы №8).

20. Измерение расхода газов, жидкостей и пара. Электромагнитные и ультразвуковые расходомеры. Их принцип действия, конструкции. Достоинства и недостатки, области применения.

21. Измерение количества вещества. Скоростные и объёмные счётчики.

22. Влажность газов, физические основы психрометрического метода измерения влажности газов.

Автоматический психрометр ПЭ.

23. Газовый анализ, методы анализа газовых смесей. Термомагнитные газоанализаторы, принцип работы и устройство.

24. Газовый анализ, методы анализа газовых смесей. Оптико-акустические газоанализаторы – физические основы действия, конструкция и работа.

25. Классификация систем автоматического управления.

26. Функции систем управления. Принципы управления.

27. Функциональная схема системы автоматического регулирования.

28. Равновесное состояние, возмущения и переходные процессы в системах.

29. Показатели качества переходных процессов в САР.

30. Динамические характеристики систем. Понятие передаточной функции.

31. Частотные характеристики.

32. Понятие устойчивости систем. Критерии устойчивости.

33. Алгебраические критерии устойчивости систем.

34. Частотные критерии устойчивости.

35. Уравнение движения замкнутой системы при наличии возмущения.

36. Декомпозиция систем управления. Элементарные динамические звенья.

37. Апериодическое звено.

38. Усилительное звено.

39. Звено чистого запаздывания.

40. Интегрирующее звено.

41. Дифференцирующее звено.

42. Колебательное звено.

43. Инерционное звено второго порядка.

44. Интегродифференцирующее звено.

45. Соединение звеньев.

46. Стандартные законы регулирования.

47. Параметры настройки промышленных регуляторов.

48. Системы контроля и управления в доменном производстве.

49. Системы контроля и управления в сталеплавильном производстве.

50. Системы контроля и управления нагревательными печами Самостоятельная работа студентов в объеме 40 часов включает подготовку к практическим и семинарским занятиям, лабораторным работам с использованием материалов лекций, основной и дополнительной литературы.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение а) Основная литература:

1. Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1985.

2. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. Под ред. Глинкова Г.М.: Пособие по курсовому и дипломному проектированию. М.:

Металлургия, 1986 г.

3. Раннев Г.Г. Методы и средства измерений: учебное пособие – 2-е издание – М.: Академия, 4. Глинков Г.М., Косырев А.И., Шевцов Е.К. Контроль и автоматизация металлургических процессов: Учебник для вузов по спец. «Металлургия черных металлов» / Под научн ред. Г.М.

Глинкова.– М.: Металлургия, 1989. – 351 с.

5. Каганов В.Ю., Глинков Г.М., Климовицкий, М.Д., Климушкин А.К. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования: Учебник для вузов — М.: Металлургия, 1987.

6. Блинов О.М., Беленький А.М., Бердышев В.Ф. Теплотехнические измерения и приборы. Т.1. — М.: Металлургия, 1993. —267 с.

б) Дополнительная литература:

7. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков С.Ф. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов – М.: Энергоатомиздат, 1984 – 232 с., ил.

8. Глинков Г.М., Маковский В.А. АСУ технологическими процессами в агломерационных и сталеплавильных цехах: Учебник для студентов вузов.– М.: Металлургия, 1981. – 360 с.

9. Баранов В.Я., Безновская Т.Х., Бек и др. Промышленные приборы и средства автоматизации:

Справочник / Под общ. ред. И.И.Черенкова. – Л.: Машиностроение, 1987. – 847 с., ил.

10. Родионов В.Д., и др. Технические средства АСУТП, М., Высшая школа, 1989 г.

в) Программное обеспечение и интернет-ресурсы 1. http://sensor.ru/ 2. http://www.aldis.ru/techno/nets/ 3. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/index.htm 4. http://www.asutp.ru/?p= 5. http://www.mka.ru/?p= 6. http://www.datamicro.ru/ 7. http://www.kipservis.ru/knt_logic.htm 8. http://www.asucontrol.ru 9. http://www.can-cia.org 10. http://www.RealLab.ru 11. http://www.ncsystems.ru 12. ПК МВТУ - современная среда интеллектуального САПР 13. САПР Альфа для проектирования электрики, автоматики и систем автоматизации.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для успешного проведения занятий по дисциплине «Автоматизация технологических процессов» вуз располагает необходимой материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов занятий, предусмотренных данной программой, и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам:

специализированными аудиториями для проведения лабораторных работ;

специализированным компьютерным классом для проведения практических занятий и семинаров с использованием расчетных и имитационных компьютерных моделей;

необходимым программным обеспечением и выходом в Интернет;

научно-технической и методической литературой.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 150400.62 «Металлургия» (квалификация (степень) «бакалавр»), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей», « Металлургия чёрных металлов», «Металлургия сварочного производства», «Технология литейных процессов», «Металловедение и термическая обработка металлов», «Обработка металлов давлением».

Программа одобрена на заседании кафедры теплофизики «_» _ 2011 г., протокол № _.