МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе

_ Л.А. Боков " " 2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине Автоматизация технологических процессов и производств Для специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (в приборостроении) Факультет Вычислительных систем (ФВС) Профилирующая кафедра электронных средств автоматизации и управления (ЭСАУ) Курс четвертый Семестр Учебный план 2008 года Распределение учебного времени Лекции - 45часа (ауд.) Практические занятия - 9 часов (ауд.) Лабораторные занятия - 18 часов (ауд.) Курсовая работа - 9 часов (ауд.) Всего аудиторных занятий 81 часов Самостоятельная (внеаудиторная) работа - 69 часов Общая трудоемкость 150 часов Экзамен 7 семестр Курсовая работа 7 семестр – дифзачёт Аннотация Рабочая программа определяет объем, содержание, порядок изучения и преподавания дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» по специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств (в приборостроении), а также способы контроля результатов ее усвоения. Рабочая программа составлена на основе Государственного образовательного стандарта ВПО, утвержденного 19 декабря 2005 г., рег. №746 тех/сп..

Предисловие Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО для специальности 220301 - Автоматизация технологических процессов и производств (в приборостроении), утвержденного 28.02.2001г., рег. №514-ТЕХ/ДС, РАССМОТРЕНА и УТВЕРЖДЕНА на заседании профилирующей кафедры ЭСАУ «» 2012 г., протокол №_.

Разработчик доцент каф. ЭСАУ В.С. Шидловский Зав. обеспечивающей кафедрой ЭСАУ А.Г. Гарганеев Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрами специальности 220301.

Декана ФВС, М.В. Черкашин доцент Зав. профилирующей выпускающей каф. ЭСАУ А.Г. Гарганеев Цели и задачи учебной дисциплины Цель преподавания дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» заключается в формировании у студентов знаний о методах и средствах автоматизации производственных процессов и производств отрасли (приборостроение) Задачи изучения дисциплины – освоение студентами принципов и методов построения систем автоматизации производственных процессов и производств на основе современных технических средств.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- основные схемы автоматизации типовых технологических объектов;

- структуры и функции автоматизированных систем управления;

- задачи и алгоритмы централизованной обработки информации в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП);

- задачи и алгоритмы прямого цифрового управления технологическими процессами с помощью ЭВМ;

- принципы организации и состав программного обеспечения АСУ ТП;

- методику проектирования, этапы разработки и внедрения АСУ ТП.

Должен уметь:

- проводить анализ технологического процесса как объекта управления;

- выбирать для данного технологического процесса функциональную схему автоматизации;

- разрабатывать алгоритмы централизованного контроля технологического объекта;

- рассчитывать одноконтурные и многоконтурные системы автоматического регулирования применительно к конкретному технологическому объекту.

Дисциплина относится к федеральной компоненте цикла СД Ф.6.

Изучение дисциплины базируется в основном на учебном материале общепрофессиональной дисциплины «Теория автоматического управления». В процессе изучения дисциплины предусматривается широкое применение персональных компьютеров при проведении практических и лабораторных занятий.

Материал изучаемый в дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств» тесно связан с изучением определенных разделов дисциплин:

«Теория автоматического управления», «Технические средства автоматизации», «Проектирование автоматизированных систем», «Моделирование систем».

Задачи изложения и изучения дисциплины Для достижения целей познавательной деятельности студентов в части овладения теоретическими знаниями и практическими умениями используется полный набор методического материала: лекции, методические разработки к проведению практических занятий, контрольные задания для проверки знаний студентов, методические указания к лабораторным работам, специальное программное обеспечение для персональных компьютеров.

Неотъемлемой частью дисциплины являются лабораторный практикум, при выполнении которых студентами приобретаются навыки самостоятельного исследования и анализа систем автоматического управления. Для закрепления теоретических знаний, полученных на лекциях, в дисциплине предусмотрено проведение практических занятий в совместной и индивидуальной (самостоятельной) формах.

Содержание теоретического раздела дисциплины Наименование темы 1:

Введение. Общие сведения об автоматизации производства.

Роль и значения автоматизации производства.

Состояние современного промышленного производства.

2. Модернизация и механизация оборудования, диспетчериза- Основные этапы развития автоматизации. Уровни автоматизации: частичная, комплексная, полная.

Степень автоматизации производственных и технологических Состояние и перспектива автоматизации производственных и технологических процессов отрасли.

Основные понятия и определения. Содержание, цели и задачи дисциплины, ее взаимосвязь с другими дисциплины.

Наименование темы 2:

Особенности современных технологических процессов их классификация и структура.

9. Технологические процессы как объекты управления. Идентификация объектов управления по их переходным характеристикам.

Наименование темы 3:

Автоматизация технологических процессов на базе локальных средств.

Выбор, разработка и внедрение локальных автоматических Наименование темы 4:

Общие характеристики систем автоматизированного управления технологическими процессами их функции и структу- Структурные элементы систем автоматизируемых с помощью 16. ЭВМ. Автоматизация управления на базе программно- технических комплексов.

Обоснование и разработка функций систем управления, информационного, математического и программного обеспече- Общие вопросы построений регуляторов систем автоматического управления.

Разработка алгоритмов управления технологическими процессами. Прямое цифровое регулирование. Управляющие Наименование темы 5:

Интегрированные системы автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.

*Микропроцессор как основа нового поколения автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Этапы разработки и внедрения автоматизированных систем управления технологических процессов и производств.

Разделы помеченные знаком «*», изучаются студентами самостоятельно

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

1. Первичная обработка информации в УВМ. Определение разрядности представления информации (3 часа).

2. Определение частоты опроса измерительных преобразователей (2 часа).

3. Непосредственное цифровое управление (4 часа).

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Идентификация объектов управления по их переходным характеристикам (6 часов).

2. Алгоритмы управления исполнительными механизмами (4 часа).

3. Цифровые системы управления. Непосредственное цифровое управление в одноконтурных АСР (8 часа).

ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

«Система автоматического регулирования технологическим процессом».

Содержание работы Расчетно-пояснительная записка 1. Идентификация объекта управления по его переходной характеристике.

2. Анализ полученной модели объекта управления.

3. Выбор реального технологического объекта описывающийся полученной моделью.

4. Разработка устройства управления в соответствии с техническим заданием.

5. Сравнительная оценка показателей качества переходных процессов системы с разработанным устройством управления и системы с традиционным ПИДрегулятором.

Аудиторные часы курсовой работы:

Получение задания – 1 час;

Консультации – 6 часов;

Защита – 2 часа.

ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к практическим занятиям и лабораторным работам.

Разделы рабочей программы, изучаемые самостоятельно отмечено знаком «*». Общий объем самостоятельной работы составляет 69 часов и включает следующие пункты:

1) проработка курса лекций (11 часов) 2) подготовка к практическим занятиям (3 часа) 3) подготовки к лабораторным занятиям (3 часов) 4) выполнение домашних заданий (6 часов) 3 расчетных работы х 2 часа;

5) выполнение курсовой работы (6 часов);

6) самостоятельное изучение следующих разделов рабочей программы:

Категории систем автоматизации. (3 часа);

Микропроцессор как основа нового поколения автоматизированных систем управления технологическими процессами. (3 часа);

7) Подготовка к экзамену ( 34 часа).

1. Первичная обработка информации в УВМ. Определение разрядности представления информации.

2. Определение частоты опроса измерительных преобразователей.

3. Непосредственное цифровое управление.

ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ

Темы:

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным объектом первого порядка.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным объектом первого порядка, обладающим транспортным запаздыванием.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным объектом второго порядка.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным объектом второго порядка, обладающим транспортным запаздыванием.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с интегральным объектом первого порядка.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с интегральным объектом первого порядка, обладающим транспортным запаздыванием.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным интегральным объектом первого порядка.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с инерционным интегральным объектом первого порядка, обладающим транспортным запаздыванием.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с интегральным объектом второго порядка.

— Система автоматического регулирования технологическим процессом с интегральным объектом первого второго, обладающим транспортным запаздыванием.

ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

При изучении дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» используется рейтинговая система оценка знаний студентов. В течение 7-го семестра студент может получит рейтинг за элементы контроля включающие в себя:

1) рейтинг лабораторных работ (РЛР) – 45 баллов;

2) рейтинг индивидуальных заданий (РИДЗ) – 35 баллов;

3) рейтинг лекционных контрольных точек (РЛКТ) – 10 баллов;

4) рейтинг экзамена (РТЭ) – 30 баллов;

( 3 вопроса в экзаменационном билете х 10 балов) Текущий рейтинг дисциплины (Rт) складывается из Rт = РЛР + РИДЗ + РЛКТ + РТЭ = 120 баллов.

Рейтинг по курсовой работе состоит из:

1) рейтинга собеседования 1 (РС1) – 10 баллов;

2) рейтинга собеседования 2 (РС2) – 10 баллов;

3) рейтинга содержания пояснительной записки (РСПЗ) – 30 баллов;

4) рейтинга оформления пояснительной записки (РОПЗ) – 10 баллов;

5) рейтинга доклада (РД) – 10 баллов;

6) рейтинга защиты (РЗ) – 30 баллов;

7) рейтинга творческих моментов (РТМ) – 20 баллов;

Текущий рейтинг курсовой работы (Rт.к):

Rт.к = РС1 + РС2 + РСПЗ + РОПЗ + РД +РЗ + РТМ = 120 баллов.

Элементы учебной деятельно- балл на 1-ую КТ балл за период балл за период Выполнение и защита результатов практических занятиях Выполнение и защита результатов лабораторных работ Элементы учебной деятельно- балл на 1-ую КТ балл за период балл за период Получение задания на курсовой проект/работу дования) Идентификация объектов управления по их переходным Цифровые системы управления. Непосредственное цифровое управление в одноконтурных АСР Раскладка рейтинга по индивидуальным заданиям Первичная обработка информации в УВМ. Определение разрядности представления информации 2 Определение частоты опроса измерительных преобразо- Студент допускается к сдаче экзамена (зачета), если он полностью выполнил учебный план (выполнены практические и лабораторные работы, курсовая работа, пропущенные занятия отработаны) и если его текущий рейтинг (Rт) более 59 баллов.

Формирование пятибалльной оценки (Оц) за каждую контрольную точку осуществляется на основании формулы где Rт – текущий рейтинг обучаемого, Qp=Qв/Qmax, Qв – количество выполненных работ обучаемым, Qmax – количество работ, которое необходимо выполнить к текущей контрольной точке; Rmax – максимальный рейтинг, который можно набрать к текущей контрольной точке, Цел[] – функция округления, если дробная часть меньше 0.5, то округление до меньшего целого, в противном случае до большого целого.

Текущий контроль качества усвоения студентами теоретической части дисциплины осуществляется в ходе индивидуальных собеседований при выполнении лабораторных работ, при проведении консультаций и ежемесячных контрольных точек (рубежный контроль).

При выполнении практических и лабораторных работ осуществляется контроль и проверка отчетов по выполненным работам.

В качестве средств машинного контроля качества при проведении лабораторных и практических занятий используется специальное программное обеспечение.

Методика формирования внутрисеместровой оценки (контрольная точка) и итоговой оценки 85 % и выше от максимально возможного рейтинга на данный момент времени 70-84% от максимально возможного рейтинга на данный момент времени 55-69% от максимально возможного рейтинга на данный момент времени Пересчет итоговой суммы баллов в традиционную и международную оценку 4 (хорошо/зачтено) (неудовлетворительно), Ниже 72 баллов Преобразование суммы баллов в традиционную оценку и в международную буквенную оценку происходит один раз в конце семестра только после подведения итогов изучения дисциплины, т. е. после успешной сдачи экзамена.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Гарганеев А.Г. Технические средства автоматизации и управления / А.Г. Гарганеев.- Томск : ТУСУР, 2007. - 394 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 95 экз.).

2. Гарганеев А.Г. Элементы и устройства систем управления : учебное методическое пособие / А. Г. Гарганеев.- Томск : ТМЦДО, 2007. - 39 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 8 экз.).

3. ШидловскийС.В. Автоматическое управление. Реконфигурируемые системы:

учебное пособие / С. В. Шидловский. - Томск : Издательство Томского университета, 2010. - 168 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – Дополнительная литература 1. Шидловский С.В. Автоматизация технологических процессов и производств:

Учебное пособие. – Томск: Изд-во НТЛ, 2005. – 100 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 18 экз.).

2. Шидловский В.С. Автоматизация технологических процессов: Руководство для организации самостоятельной работы. – Томск: ТУСУР, 2012. – 16 с.

(Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 5 экз.).

3. Чернявский Е.А. Измерительно-вычислительные средства автоматизации производственных процессов. – Л.: Энергоиздат, 1989. – 271. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 32 экз.).

4. С т е ф а н и Е. П. Основы построения АСУ ТП. –М.: Энергоиздат, 1982. – 352с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 9 экз.).

5. К о р и к о в А. М. Основы теории управления. -Томск: "Изд-во НТЛ", 2002.

-392с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 141 экз.).

6. Б е с е к е р с к и й В. А., П о п о в Е. П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975. - 767с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 21 экз.).

7. Е м е л ь я н о в С. В. Системы автоматического управления с переменной структурой. -М.: Наука, 1967. -336с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 1 экз.).

8. В е р ш и н и н О. Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. -Л.: Энергоатомиздат, 1986. -208с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 10 экз.).

9. М е т о д ы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник /Под ред. Н.Д. Егупова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -744с.

(Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 10 экз.).

10. Б е с е к е р с к и й В. А. Цифровые автоматические системы. -М.: Наука, 1976. -576с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 2 экз.).

11. Ф р и т ч В. Применение микропроцессоров в системах управления /Пер. с нем. -М.: Мир, 1984, -464с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 28 экз.).

Перечень методических указаний по выполнению практических и лабораторных занятий, курсовой работы Учебно-методическое обеспечение дисциплины состоит из специального программного обеспечения для ПЭВМ, а также из учебных пособий и методических указаний по выполнению практических занятий, лабораторных работ, курсовой работы:

1. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебнометодическое пособие к лабораторным работам. / В.С. Шидловский. – Томск.:

ТУСУР, 2012. – 16 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 5 экз.).

2. Шидловский С.В. Автоматизация технологических процессов и производств. – Томск: Изд-во НТЛ, 2005. – 100 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 18 экз.). (Учебное пособие к курсовой работе).

3. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебнометодическое пособие к практическим работам. / В.С. Шидловский. – Томск.:

ТУСУР, 2012. – 28 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 5 экз.).

4. Автоматизация технологических процессов и производств: Руководство для организации самостоятельной работы / В.С. Шидловский. – Томск.:

ТУСУР, 2012. – 16 с. (Количество экземпляров в библиотеке ТУСУРа – 5 экз.).

Комплект описаний к лабораторным работам на период их выполнения выдается на руки каждому студенту. Лабораторные работы выполняются на компьютерах.

Варианты индивидуальных заданий студенты получают из руководства к организации самостоятельной работы, которое выдается каждому студенту в начале семестра. В руководстве помещены также примеры решения вариантов контрольных работ.

Перечень специального программного обеспечения Каталог компьютерных программ кафедры ЭСАУ, ФВС по обеспечению учебной дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов специальности 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств»

1 ID1 Идентификация статического объекта Параметры объекта управуправления по его переходной характе- ления, таблица и график 2 ID2 Идентификация статического объекта Параметры объекта управуправления по его переходной характе- ления, таблица и график 3 ID3 Идентификация статического объекта Параметры объекта управуправления по его переходной характе- ления, таблица и график 4 ID4 Идентификация астатического объекта Параметры объекта управуправления по его переходной характе- ления, таблица и график 5 NCU Алгоритмы управления исполнитель- Структурные схемы НЦУ 6 RAFC1S Расчет цифрового ПИ-регулятора в од- Область заданного запаса 7 ASR Моделирование цифровой одноконтур- Графика структурной схеной системы регулирования с учетом мы, статических характеристатических характеристик АЦП и стик АЦП и ЦАП, таблицы ЦАП, звена задержки выдачи управ- и графики переходных проляющего воздействия. Демодулятор цессов по двум каналам представлен в виде фиксатора нулевого воздействий (задающему и порядка. Вычислительное устройство возмущающему со стороны задается дискретной передаточной регулирующего органа) функцией, а объект системой дифференциальных уравнений первого поряд-