Требования для сдачи экзамена
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИнЭО
_______________ С.И. Качин
«____»_____________2014 г.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания
для студентов ИнЭО, обучающихся по специальности
220201 «Управление и информатика в технических системах»
Составители:
В.Н. Скороспешкин, М.В. Скороспешкин
| Семестр | 9 | 10 | 11 |
| Лекции, часов | 4 | 8 | |
| Лабораторные занятия, часов | 10 | ||
| Консультации по выполнению курсового проекта, часов | 2 | 6 | |
| Контрольная работа | № 1 | ||
| Самостоятельная работа, часов | 40 | 58 | |
| Формы контроля | экзамен | диф. зачет |
Издательство
Томского политехнического университета
2014
УДК 681.5
Автоматизированные информационно-управляющие системы: рабочая программа, метод. указ. и контр. задания для студентов ИнЭО, обучающихся по спец. 220201 «Управление и информатика
в технических системах» / сост. В.Н. Скороспешкин, М.В. Скороспешкин; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2014. – 34 с.
|
|
|
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры автоматики и компьютерных систем «____» ____________ 2014 года, протокол № ____.
Зав. кафедрой АиКС
профессор, доктор технических наук ___________________ Г.П. Цапко
Аннотация
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Автоматизированные информационно-управляющие системы» предназначены для студентов ИнЭО, обучающихся по специальности 220201 «Управление и информатика
в технических системах». Данная дисциплина изучается в двух
семестрах.
Приведено содержание основных тем дисциплины и указаны перечень лабораторных работ. Приведены варианты заданий для контрольной работы и для курсовой работы. Даны методические указания по выполнению контрольной и курсовой работы.
 |
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
|
|
|
Цель изучения дисциплины
Целью дисциплины «Автоматизированные информационно-управляющие системы» является формирование у студентов знаний по теории и технике автоматизированного управления, иерархии систем управления, принципах их построения, содержанию и взаимосвязи задач контроля и управления, знаний по техническим средствам, на базе которых строятся современные автоматизированные информационно-управляющие системы (ИУС).
Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины «Автоматизированные информационно-управляющие системы» студент должен знать особенности технических систем как объектов управления, идеологию построения современных автоматизированных информационно-управляющих систем, их состав и структуру.
Знать содержание отдельных видов обеспечения ИУС, их взаимосвязь. Знать состав и структуру технического, алгоритмического и программного обеспечений.
Уметь синтезировать функциональную и алгоритмическую структуру автоматизированных систем управления технологическими процессами. Знать современные технические средства, на базе которых строятся АСУ, уметь с ними работать и производить выбор.
Знать функциональные возможности специализированных программных (SCADA) пакетов, уметь ими пользоваться. Владеть методами исследования сложных систем.
|
|
|
Иметь представление о тенденциях развития средств и систем автоматизации.
Согласно учебному плану на изучение дисциплины с преподавателем отводится 24 часа, в том числе:
· установочные лекции – 4 часа;
· обзорные лекции – 8 часов;
· лабораторные работы – 10 часов.
· консультации по выполнению курсового проекта – 8 часов.
В процессе изучения дисциплины студенты ИнЭО должны выполнить контрольную работу. Форма отчетности – дифференциальный зачет и экзамен.
Рабочая программа по содержанию соответствует требованиям «Основной образовательной программы Томского политехнического университета» по специальности 220201 «Управление и информатика
в технических системах».
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА
ДИСЦИПЛИНЫ
Тема 1. Классификация, состав и функции
автоматизированных информационно-управляющих систем
Общие сведения об автоматизированном управлении, особенности технических систем как объектов управления и автоматизированных систем управления ими.
Классификация технических систем как объектов управления. Основные особенности централизованных, децентрализованных и иерархических систем управления, декомпозиция системы управления
на подсистемы, приоритет подсистем в принятии решений, самоуправление и координация, агрегирование информации, передаваемой
на верхние уровни.
|
|
|
Функции отдельных уровней иерархической системы управления. Оперативно-календарное планирование, координация работы отдельных подсистем, оптимальное распределение ресурсов, Оперативное управление, контроль, цифровое управление.
Гибкие производственные системы (ГПС). Примеры ГПС. Иерархическая система взаимодействия гибких производственных систем
с автоматизированными системами управления технологическими процессами и автоматизированной системой подготовки производства.
Особенности технологических процессов как объектов управления. Управляющие, возмущающие и выходные параметры. Примеры простейших технологических процессов как объектов управления. История развития управления технологическими процессами. Автоматизированные системы управления технологическими процессами, основные понятия и определения.
Признаки классификации АСУТП. Классификация по режиму работы УВК (информационный, пассивного и активного советчика, супервизорный режим, непосредственное цифровое управление), функциональной развитости, информационной мощности, характеру протекания управляемого процесса по времени.
Структура и особенности централизованных, децентрализованных и иерархических автоматизированных систем управления.
Функции АСУТП и их содержание. Информационно-вычислительные и управляющие функции. Прямое измерение, косвенное измерение, контроль отклонений параметров, анализ срабатывания блокировок и защит, диагностики, прогнозирование. Регулирование отдельных параметров, многосвязное и каскадное регулирование, логическое управление, программное управление, оптимальное управление процессами в установившемся и переходном режимах с адаптацией
и без нее.
Виды обеспечений АСУТП. Назначение технического, алгоритмического, программного, информационного и организационного обеспечений. Схема взаимодействия отдельных обеспечений друг с другом.
Структура гибких автоматизированных производств. Функции гибких производственных систем, особенности алгоритмического и программного обеспечений.
Литература: [1, с. 3–23], [2, с. 3–49, с. 118–197].
Методические указания
В учебном пособии [1] кратко приведены основные сведения
по данной теме. В книге [2], рассчитанной больше на производственников, автор, долгое время работавший директором Центрального научно-исследовательского института комплексной автоматизации (ЦНИИКА, г. Москва), достаточно подробно дает классификацию АСУ, приводит многочисленные примеры реальных АСУТП. На примере отдельных систем рассматривает их функции, основные технические характеристики, анализируются результаты их эксплуатации.
При изучении данной темы следует обратить внимание на отличие АСУТП от АСУП и автоматизированных систем управления организационного типа. Знать каким образом выполняется та или иная функция АСУТП, и какие задачи при этом решаются.
Вопросы для самопроверки
1. В чем состоит косвенное отличие управления технологическим процессом от управления производством?
2. В чем отличие автоматизированной системы управления от автоматической?
3. Перечислите признаки классификации АСУТП.
4. Перечислите информационно-вычислительные и управляющие функции АСУТП.
5. Назовите виды обеспечений АСУТП и их назначение.
6. Какие задачи необходимо решить в системе управления, чтобы реализовать функцию регулирования параметра?
Тема 2. Алгоритмическое обеспечение
автоматизированных информационно-управляющих систем
Алгоритм. Основные понятия и определения. Способы записи алгоритмов.
Ввод непрерывных сигналов в микропроцессорные средства. Задача оценки интервалов дискретизации непрерывных технологических параметров.
Первичная обработка информации, введенной в микропроцессорные средства контроля и управления. Алгоритмы аналитической градуировки датчиков, экстра- и интерполяции дискретно-измеряемых величин. Алгоритмы фильтрации.
Разностные уравнения низкочастотных цифровых фильтров. Фильтры экспоненциального сглаживания и скользящего среднего. Робастные, высокочастотные, полосовые и режекторные фильтры.
Дискретное дифференцирование, интегрирование и усреднение измеряемых величин. Проверка достоверности информации. Методы повышения достоверности информации.
Алгоритмы контроля параметров технологического процесса и состояния оборудования. Общая и частные постановки задачи контроля. Составляющие погрешности оценки измеряемой величины. Вычислительные операции, уменьшающие погрешность оценки измеряемой величины. Алгоритмизация задачи косвенного измерения. Основные виды контроля. Контроль технологического процесса в нормальном режиме. Контроль процесса при выходе на номинальную мощность и в аварийных режимах. Контроль исправности оборудования. Алгоритмы диагностики состояния и обнаружения неисправностей. Обнаружение неисправностей по результатам текущих замеров, статистическим характеристикам. Аналитическое и вероятностное прогнозирование параметров технологического процесса и состояния оборудования.
Алгоритмы цифрового регулирования. Структура цифровой системы регулирования. Разностные уравнения параметрически оптимизируемых (П, ПИ, ПИД) регуляторов в нерекуррентной и рекуррентной формах. Структурно-оптимизируемые цифровые регуляторы. Апериодические регуляторы, регуляторы с прямой связью и предвидением (предикаты Ресвика, Смита). Регуляторы состояния, модальные регуляторы. Цифровые линейные, псевдолинейные и нелинейные цифровые корректирующие устройства. Алгоритмы безударного включения исполнительных механизмов.
Классификация и характеристика методов решения задач оптимального планирования и оптимального управления. Задача построения математической модели управляемого объекта. Аналитический
и экспериментальные подходы к ее решению. Алгоритмы идентификации. Применение метода наименьших квадратов для оценки параметров модели. Практические способы оптимального управления. Оптимальное управление по векторному критерию. Способы нормализации критериев, схемы компромисса.
Литература: [1, с. 23–50], [5].
Методические указания
При изучении этого раздела следует выделить задачи, которые необходимо решать на этапе проектирования АСУТП (например, определение интервала дискретизации, построение математической модели объекта управления) и задачи, которые решаются в АСУТП непосредственно при ее функционировании, т.е. в режиме реального времени. Для решения тех и других задач имеются многочисленные алгоритмы. Но если в первом случае алгоритм, реализованный в виде программы, выполняется компьютером на стадии проектирования и не требует очень высокого быстродействия компьютера и время выполнения алгоритма не очень существенно, то во втором случае алгоритм выполняется в режиме реального времени. Поскольку в этом режиме выполняется большое число алгоритмов, реализующих отдельные функции АСУТП, то очень важным фактором, определяющим качество алгоритма, является его быстродействие его программной реализации.
Обратите внимание на алгоритмы аналитической градуировки датчиков (масштабирования), цифровой фильтрации проверки достоверности и цифрового регулирования, как наиболее распространенные. При изучении темы лучше пользоваться пособием [1].
Вопросы для самопроверки
1. По частотным свойствам фильтры делятся на низкочастотные, высокочастотные, полосовые и режекторные. К какому классу относится цифровой фильтр экспоненциального сглаживания?
2. Запишите разностное уравнение фильтра скользящего среднего. Каким образом осуществляется определение параметра настройки фильтра?
3. Каково назначение робастных фильтров?
4. Запишите дискретную передаточную функцию цифрового параметрически оптимизируемого фильтра n-го порядка
5. Запишите разностное уравнение ПИД-регулятора.
6. Перечислите алгоритмы, применяемые для повышения точности определения параметров технологического процесса.
7. Для каких целей используются цифровые корректирующие устройства?
8. Дайте определение идентификации.
Тема 3. Технические средства
автоматизированных информационно-управляющих систем
Состав, структура и классификация технических средств автоматизированных систем управления. Тенденции развития средств измерения (полевого оборудования и вторичных приборов). Интеллектуальные устройства измерения.
Программируемые микропроцессорные контроллеры (ПМК), особенности ПМК по отношению к микро-ЭВМ. Классификация ПМК
по назначению и области применения. Программируемые контроллеры регулирующего, логического и координирующего типа. Технические характеристики и функциональные возможности отечественных микропроцессорных контроллеров Ремиконт Р-130isa, MFC, ТСМ-51, Р, Кросс-500, Трасса-500, Квинт, ПТК Контар, Эмикон, Элси-Т, Униконт. Организация, состав и технические характеристики контроллеров семейства Simatic S7 (S7-200, S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500).
Сетевая структура современных автоматизированных систем управления. Средства и способы ввода технологической информации
в операторские станции.
Сетевая структура современных автоматизированных систем управления. Средства и способы ввода технологической информации
в операторские станции.
Литература: [3, 4, 6, 7,].
Методические указания
Все технические средства, используемые в автоматизированных системах управления, можно разделить на средства получения информации, воздействия на технологический процесс, средства локального
и централизованного контроля и регулирования и средства вычислительной техники.
Для изучения средств получения информации и воздействия
на технологический процесс рекомендуется воспользоваться [3].
Основная трудность изучения данной темы состоит в том, что
за последние десять лет коренным образом изменился состав средств вычислительной техники. В число управляющих вычислительных комплексов, построенных на базе мини- и микро-ЭВМ, используемых
в 70-х–80-х годах, в настоящее время АСУТП строятся на базе микропроцессорных контроллеров и персональных компьютеров, совместимых с IBM PC.
По УВК, построенных на базе мини- и микро-ЭВМ, литературы достаточно, а по логическим и регулирующим микропроцессорным контроллерам и программно-техническим комплексам полной и хорошо систематизированной информации, к сожалению, на сегодняшний день нет.
В таких условиях рекомендуется воспользоваться [3, 4, 6], в которых дается описание отдельных контроллеров и комплексов и прослушать лекцию по данной тематике.
При изучении темы следует обратить внимание на число каналов ввода-вывода контроллеров, быстродействие, систему программирования и функциональные возможности.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите средства измерения давления.
2. Какой принцип положен в основу работы манометрического термометра?
3. Какие вторичные приборы работают совместно с термометрами сопротивления?
4. Как работают расходомеры переменного перепада давления?
5. Назовите время цикла микропроцессорного контроллера Ремиконт Р-130, РК-131.
6. Какие интерфейсы и в каком количестве может иметь контроллер Кросс-500?
Тема 4. Программное и информационное обеспечение
автоматизированных информационно-управляющих систем
Состав и структура программного обеспечения. Общее программное обеспечение и прикладное. Операционные системы реального времени. Системы и языки программирования промышленных микропроцессорных контроллеров. Технологическое программирование, языки Микрол, Микрол +, Системы программирования OpenPCS, IsaGraf. Языки программирования стандарта IEC 61131-3, LD, FBD, ST, CFC, IL.
SCADA-пакеты, используемые для решения задач верхнего уровня автоматизированных систем. Функциональные возможности и особенности пакетов VTC, VNS, RALFLEX, TRACE MODE, MASTER SCADA, FIX, GENESIS, WinCC, INTOUCH.
Программные пакеты, используемые для решения задач оптимального управления. Применение метода имитационного моделирования для анализа сложных систем. Информационное обеспечение автоматизированных систем.
Основные тенденции развития и совершенствования автоматизированного управления в технических системах.
Литература: [1, 4, 6].
Методические указания
С целью ускорения сроков разработки программного обеспечения автоматизированных систем управления в настоящее время используются программные SCADA-пакеты, предназначенные для сбора, обработки данных и управления.
Учебным планом по данной дисциплине предусмотрено выполнение лабораторной работы по изучению SCADA-пакетов и работы с ними.
Знаний, полученных после посещения лекций по данной теме
и выполнения лабораторной работы, достаточно для правильного выбора пакета и его использования.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение операционной системе реального времени.
2. Для каких целей при создании автоматизированных систем используются SCADA-пакеты?
3. В чем состоит сущность технологического программирования логических и регулирующих микропроцессорных контроллеров?
4. Под управлением каких операционных систем работают программные пакеты REALFLEX, TRACE MODE, VNS, MasterScada?
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА
ДИСЦИПЛИНЫ
Перечень лабораторных работ
1. Алгоритмы первичной обработки информации при оценке параметров и показателей технологических объектов (2 часа).
2. Цифровые регуляторы (2 часа).
3. Система автоматического регулирования на базе контроллера КРОСС (2 часа).
4. Создание программы визуализации процесса управления установкой «Гидравлический объект» (2 часа).
5. Создание информационно-управляющих программ на языке «FBD» для контроллера Simatic S7-300 (2 часа).
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Общие методические указания
Целью выполнения задания является закрепление знаний по основным разделам курса. Задание состоит из трех пунктов.
1. Построить график значений сигнала, получаемого на выходе одного из цифровых фильтров. На этом же графике изобразить исходный сигнал. В качестве входных данных использовать значения, представленные в табл. 1. Тип и параметры фильтра приведены в табл. 2. Номер варианта равен последней цифре шифра студента.
2. В зависимости от варианта получить разностное уравнение цифрового регулятора с прямой связью или регулятора Ресвика. Вид регулятора и модель объекта управления представлены в табл. 3. Номер варианта равен разности между максимальной цифрой шифра и минимальной.
3. Задана выборка значений сигнала, снятых с интервалом дискретизации (периодом опроса датчика) Т0 = 1с (табл. 4). Построить график зависимости среднеквадратической ошибки от величины периода опроса в диапазоне Т0 = (1 ? 3) с шагом – 1с.
Таблица 1
| Вариант Номер точки | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | 4 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 5 |
| 2 | 6 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 5 | 5 | 6 |
| 3 | 5 | 3 | 1 | 3 | 4 | 4 | 5 | 8 | 10 | 7 |
| 4 | 5 | 5 | 10 | 30 | 4 | 10 | 15 | 30 | 30 | 10 |
| 5 | 7 | 10 | 1 | 5 | 20 | 0 | 20 | 25 | 11 | 21 |
| 6 | 5 | 6 | 2 | 5 | 5 | 10 | 15 | 6 | 7 | 14 |
| 7 | 4 | 2 | 2 | 5 | 5 | 11 | 10 | 7 | 9 | 16 |
| 8 | 0 | 0 | 1 | 6 | 6 | 11 | 12 | 9 | 12 | 20 |
| 9 | 4 | 1 | 1 | 6 | 6 | 12 | 15 | 4 | 30 | 25 |
| 10 | 9 | 2 | 0 | 20 | 6 | 13 | 20 | 3 | 13 | 20 |
| 11 | 20 | 3 | 1 | 7 | 5 | 14 | 15 | 2 | 8 | 15 |
| 12 | 9 | 4 | 3 | 7 | 5 | 15 | 10 | 1 | 6 | 14 |
| 13 | 8 | 5 | 5 | 8 | 5 | 0 | 5 | 0 | 5 | 13 |
| 14 | 7 | 20 | 0 | 9 | 4 | 15 | 6 | 5 | 4 | 0 |
| 15 | 6 | 6 | 0 | 10 | 4 | 16 | 7 | 7 | 3 | 12 |
| 16 | 8 | 0 | 1 | 10 | 3 | 17 | 8 | 8 | 2 | 11 |
| 17 | 9 | 6 | 2 | 10 | 2 | 18 | 6 | 25 | 0 | 10 |
| 18 | 10 | 0 | 3 | 12 | 1 | 20 | 2 | 9 | 1 | 9 |
| 19 | 8 | 6 | 4 | 12 | 0 | 20 | 0 | 6 | 6 | 9 |
| 20 | 6 | 7 | 4 | 14 | 1 | 20 | 2 | 4 | 10 | 8 |
Таблица 2
| Номер варианта | Тип и параметры фильтра |
| 0 | Медианный фильтр по 5 точкам |
| 1 | Фильтр релейно-экспоненциального сглаживания a = 0,7; b = 5 (Обозначения даны по [1]). |
| 2 | Медианный фильтр по 4 точкам |
| 3 | Фильтр релейно-экспоненциального сглаживания a = 0,8; b = 10 |
| 4 | Фильтр экспоненциального сглаживания хф [ K ] = g • у [ K ] + (1 - g) хф [ K - 1 ], g = 0,75 хф – выход фильтра; у – вход фильтра. |
| 5 | Фильтр скользящего среднего по 4 точкам |
| 6 | Медианный фильтр по 3 точкам |
| 7 | Фильтр экспоненциального сглаживания, g = 0,6 |
| 8 | Фильтр релейно-экспоненциального сглаживания, a = 0,5; b = 6. |
| 9 | Фильтр скользящего среднего по 5 точкам. |
Таблица 3
| Вариант | Регулятор | Передаточная функция по управляющему воздействию | Передаточная функция по возмущающему воздействию |
| 0 | С прямой связью | 
| 
|
| 1 | Ресвика | 
| |
| 2 | Ресвика | 
| |
| 3 | Ресвика | 
| |
| 4 | Ресвика |  
| |
| 5 | Ресвика | 
| |
| 6 | С прямой связью | 
| 
|
| 7 | С прямой связью | 
| 
|
| 8 | С прямой связью | 
| 
|
| 9 | С прямой связью | 
| 
|
Таблица 4
| Вариант Номер точки | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 8 | 2 | 8 | 4 | 5 |
| 2 | 20 | 2 | 1 | 2 | 1 | 8 | 3 | 8 | 5 | 6 |
| 3 | 1 | 3 | 1 | 2 | 1 | 8 | 5 | 8 | 10 | 7 |
| 4 | 8 | 4 | 2 | 3 | 1 | 7 | 15 | 7 | 30 | 7 |
| 5 | 7 | 10 | 2 | 3 | 4 | 7 | 15 | 7 | 11 | 6 |
| 6 | 3 | 10 | 2 | 5 | 4 | 7 | 15 | 7 | 7 | 5 |
| 7 | 4 | 10 | 3 | 5 | 4 | 8 | 10 | 6 | 9 | 21 |
| 8 | 5 | 9 | 3 | 4 | 4 | 8 | 10 | 6 | 12 | 20 |
| 9 | 6 | 9 | 3 | 4 | 5 | 8 | 10 | 6 | 30 | 25 |
| 10 | 7 | 9 | 4 | 5 | 5 | 7 | 9 | 7 | 13 | 15 |
| 11 | 10 | 6 | 4 | 5 | 5 | 7 | 9 | 7 | 14 | 15 |
| 12 | 9 | 6 | 4 | 4 | 5 | 6 | 9 | 7 | 14 | 15 |
| 13 | 8 | 5 | 3 | 4 | 6 | 10 | 5 | 8 | 14 | 10 |
| 14 | 7 | 5 | 3 | 7 | 6 | 2 | 5 | 8 | 12 | 10 |
| 15 | 7 | 4 | 3 | 7 | 6 | 9 | 5 | 8 | 12 | 11 |
| 16 | 7 | 4 | 10 | 7 | 6 | 3 | 4 | 20 | 12 | 11 |
| 17 | 8 | 4 | 15 | 7 | 5 | 3 | 5 | 15 | 10 | 7 |
| 18 | 8 | 3 | 15 | 6 | 5 | 3 | 4 | 10 | 10 | 6 |
| 19 | 8 | 3 | 2 | 6 | 5 | 20 | 5 | 3 | 10 | 5 |
| 20 | 8 | 2 | 7 | 6 | 5 | 20 | 4 | 3 | 10 | 4 |
| 21 | 4 | 8 | 4 | 14 | 2 | 20 | 7 | 3 | 8 | 10 |
| 22 | 6 | 9 | 3 | 14 | 3 | 20 | 10 | 2 | 10 | 10 |
| 23 | 8 | 10 | 2 | 13 | 10 | 18 | 10 | 1 | 8 | 11 |
| 24 | 10 | 10 | 1 | 10 | 10 | 18 | 8 | 0 | 11 | 11 |
| 25 | 12 | 10 | 1 | 10 | 10 | 18 | 6 | 7 | 9 | 11 |
| 26 | 10 | 9 | 0 | 10 | 5 | 16 | 5 | 7 | 12 | 14 |
| 27 | 10 | 8 | 2 | 10 | 5 | 16 | 5 | 8 | 10 | 15 |
| 28 | 10 | 6 | 3 | 8 | 5 | 16 | 8 | 8 | 13 | 14 |
| 29 | 0 | 5 | 4 | 8 | 2 | 14 | 8 | 8 | 11 | 14 |
| 30 | 10 | 4 | 4 | 5 | 2 | 14 | 10 | 9 | 14 | 20 |
| 31 | 12 | 3 | 5 | 5 | 1 | 10 | 11 | 9 | 12 | 20 |
| 32 | 13 | 1 | 5 | 5 | 0 | 10 | 10 | 9 | 12 | 21 |
| 33 | 12 | 2 | 4 | 4 | 1 | 10 | 11 | 10 | 10 | 22 |
| 34 | 11 | 3 | 4 | 4 | 1 | 5 | 8 | 11 | 10 | 21 |
| 35 | 10 | 5 | 3 | 0 | 2 | 5 | 8 | 10 | 8 | 21 |
| 36 | 9 | 7 | 3 | 2 | 2 | 5 | 8 | 11 | 10 | 21 |
4.2. Методические указания
по выполнению контрольного задания
Результат выполнения пункта 1 задания должен быть представлен
в табличном и графическом виде. Пример графика приведен в [1, с. 30].
Методика выполнения пункта 2 задания следующая. Необходимо изобразить структурную схему системы регулирования с заданным регулятором. Затем получить передаточную функцию регулятора. Далее можно пойти двумя путями. Либо получить дифференциальное уравнение регулятора, а на основе его дискретизации получить дифференциальное уравнение, принять Т0 = 1. Либо перейти к дискретной передаточной функции, а далее основываясь на теории о смещении (запаздывании) перейти к разностному уравнению.
Методика выполнения пункта 3 задания приведена в [1, с. 24, 25].
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Задание на курсовой проект
1. Изучить промышленные микропроцессорные контроллеры Кросс-500, Трасса-500, согласно варианту, указанному в таблице 5,
и типовые структуры систем автоматизации, выполненные на базе данных контроллеров.
2. Изучить программный пакет ISaGRAF и языки программирования стандарта МЭК 11131-3.
3. Изучить пакет MasterScada, предназначенный для визуализации процесса управления [13].
4. Изучить параметры настройки ОРС – сервера контроллеров.
5. Составить программу для микропроцессорного контроллера, обеспечивающую выполнение функций, указанных в таблице 5, на языке программирования, также указанного в данной таблице по вариантам.
6. Составить программу на базе MasterScada для операторской станции, обеспечивающую визуализацию процесса контроля, регулирования и сигнализации. Выполняемые операторской станцией функции указаны в таблице 5.
7. Произвести настройку OPC-сервера и осуществить проверку работоспособности разработанных программ на учебном стенде. Модель объекта управления набирается на аналогово-вычислительном комплексе АВК–6. Объект управления моделируется с помощью звена второго порядка.
Номер варианта курсового проекта определяется по последней цифре номера зачетной книжки.Например, если номер зачетной книжки З-8А10/12, то номер варианта КП равен 2. Если номер зачетной книжки З-8А10/20, то номер варианта КП равен 0.
Таблица 5
Варианты заданий на курсовой проект
| Вариант | Тип контроллера | Перечень функций, выполняемых контроллером | Язык программирования | Перечень функций, выполняемых операторской станцией |
| 0 | КРОСС-500 | Аналоговое регулирование по ПИД закону, сигнализация по верхнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной помехи для исследования работы регулятора. | FBD | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета выбранной формы. 5. Изменение значений задания и параметров настройки регулятора. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 1 | КРОСС-500 | Аналоговое регулирование по ПИ закону, сигнализация по нижнему предельному значению, первичная обработка данных, введение импульсной помехи для исследования работы регулятора. | ST | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в виде таблицы. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета выбранной формы. 5. Изменение значений задания и параметров настройки регулятора, используя команды. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 2 | КРОСС-500 | Аналоговое регулирование по П закону, сигнализация по нижнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной и импульсной помехи для исследования работы регулятора. | FBD | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в виде стрелочных приборов. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Реализация ручного режима управления регулятором. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 3 | КРОСС-500 | Аналоговое регулирование по ПД закону, сигнализация по верхнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной помехи для исследования работы регулятора. | ST | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Наличие архива данных по основным переменным. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 4 | КРОСС-500 | Аналоговое регулирование по ПИД закону, сигнализация по верхнему и нижнему предельному значению, первичная обработка данных. | ST | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета и мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Наличие архива данных по основным переменным. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем, а также должно быть осуществлено закрытие одной из мнемосхем. |
| 5 | ТРАССА-500 | Аналоговое регулирование по ПИД закону, сигнализация по нижнему предельному значению, первичная обработка данных, введение импульсной помехи для исследования работы регулятора. | ST | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета выбранной формы. 5. Изменение значений задания и параметров настройки регулятора. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 6 | ТРАССА-500 | Аналоговое регулирование по ПИ закону, сигнализация по нижнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной помехи для исследования работы регулятора. | FBD | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в виде таблицы. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета выбранной формы. 5. Изменение значений задания и параметров настройки регулятора, используя команды. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 7 | ТРАССА-500 | Аналоговое регулирование по П закону, сигнализация по верхнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной и импульсной помехи для исследования работы регулятора. | ST | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в виде стрелочных приборов. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Реализация ручного режима управления регулятором. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 8 | ТРАССА-500 | Аналоговое регулирование по ПД закону, сигнализация по верхнему предельному значению, первичная обработка данных, введение синусоидальной помехи для исследования работы регулятора. | FBD | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Наличие архива данных по основным переменным. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними. |
| 9 | ТРАССА- 500 | Аналоговое регулирование по ПИД закону, сигнализация по верхнему предельному значению, первичная обработка данных, введение импульсной помехи для исследования работы регулятора. | FBD | 1. Отображение значения регулируемого параметра, ошибки и задания в цифровом виде. 2. Отображение в графическом виде значения регулируемого параметра, ошибки и задания. 3. Тренд реального времени регулируемого параметра. 4. Сигнализация о выходе за допустимые пределы регулируемого параметра путем изменения цвета и мигания выбранной формы. 5. Возможность задания значений уставки и параметров настройки регулятора, используя задатчики. 6. Наличие индикаторов, характеризующих достоверность информации. 7. Наличие архива данных по основным переменным. Данная информация должна быть представлена в виде двух мнемосхем, а также должно быть осуществлено закрытие одной из мнемосхем. |
Содержание проекта должно включать следующие разделы:
Введение.
1. Описание микропроцессорного контроллера.
1.1. Назначение и область применения контроллера.
1.2. Состав контроллера.
1.3. Основные технические характеристики контроллера.
1.4. Программирование контроллера.
1.5. Назначение, состав и структурная схема лабораторного стенда.
1.6. Типовые структуры АСУ ТП.
1.6.1. Процессорная структура.
1.6.2. Микроконтроллерная структура.
2. Программный пакет Isagraf.
2.1. Описание программного пакета.
2.2. Методика составления программ регулирования и их отладка.
3. Программный пакет MasterScada.
3.1. Назначение, состав и функции Scada-пакетов.
3.2. Описание программного пакета.
3.3. Методика разработки программ визуализации процессов контроля, регулирования и сигнализации.
4. Назначение ОРС – сервера и его настройка.
5. Программа регулирования и сигнализации.
6. Программа визуализации процессов контроля, регулирования
и сигнализации.
7. Проверка работоспособности разработанных программ.
Заключение.
Литература.
5.2. Методические указания
по оформлению пояснительной записки и альбому схем
Объем пояснительной записки должен составлять 30÷40 страниц печатного текста. Она должна содержать краткое описание используемых технических средств автоматизации и используемых информационных технологий и программных продуктов, а также расчеты с необходимыми пояснениями.
Структурными элементами пояснительной записки являются:
· текстовый документ;
· графический материал.
Текстовый документ должен включать структурные элементы
в указанной ниже последовательности:
· титульный лист;
· задание;
· реферат;
· содержание;
· глоссарий;
· обозначения и сокращения;
· введение;
· основную часть;
· заключение;
· список использованных источников.
Титульный лист. Форма титульного листа приведена в приложении А.
Задание. Проект должен выполняться на основе индивидуального задания, которое содержит требуемые для решения поставленных задач исходные данные и соответствует ГОСТ 34.602–89.
Реферат. Должен быть представлен на отдельном листе. Рекомендуемый средний объем реферата 850 печатных знаков. Объем реферата не должен превышать одной страницы.
Реферат должен содержать:
· сведения об объеме ТД, количестве иллюстраций, таблиц, приложений, количестве частей ТД, использованных источников, листов графического материала;
· перечень ключевых слов;
· текст реферата.
Перечень ключевых слов должен включать от 5 до 15 слов или словосочетаний из текста ТД, которые в наибольшей мере характеризуют его содержание и обеспечивают возможность информационного поиска.
Ключевые слова приводятся в именительном падеже и записываются строчными буквами в строку через запятые.
Текст реферата должен отражать оформленные в виде структурных частей:
· объект исследования или разработки;
· цель работы;
· метод или методологию проведения работы и применяемые технические средства;
· полученные результаты и их новизну;
· основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики;
· степень внедрения;
· рекомендации или итоги внедрения результатов работы;
· область применения;
· прогнозные предположения о развитии объекта исследования (разработки);
Если в пояснительной записке нет сведений по какой-либо из перечисленных структурных частей реферата, то в тексте реферата она опускается, при этом последовательность изложения сохраняется. Изложение материала в реферате должно быть кратким и точным и соответствовать положениям ГОСТ 7.9. Пример составления реферата приведен в СТ ТПУ 2.5.01-2006.
Содержание. Включает введение, заголовки всех разделов, подразделов, пунктов заключение, список использованных источников и наименования приложений с указанием номеров страниц, с которых начинаются эти элементы.
Материалы, представляемые на технических носителях данных ЭВМ(CD), должны быть перечислены в содержании с указанием вида носителя, обозначения и наименования документов, имен и форматов соответствующих файлов, а также места расположения носителя в ПЗ.
Обозначения и сокращения. Если в пояснительной записке используется значительное количество (более пяти) обозначений и (или) сокращений, то оформляется структурный элемент «Обозначения и сокращения» содержащий перечень обозначений и сокращений, применяемых для данного проекта. Этот раздел должен следовать сразу за глоссарием. Запись обозначений и сокращений в этом элементе приводят в порядке их появления в тексте с необходимой расшифровкой и пояснениями. При этом:
· сокращения в виде аббревиатур приводят после термина и отделяют от него точкой с запятой;
· сокращения в виде краткой формы термина приводят после термина в скобках;
· условные обозначения приводят после термина, при этом, после условных обозначений величин приводят обозначения единиц величин, которые отделяют запятой.
В тексте документа допускается приводить без расшифровки обще-принятые сокращения, установленные в национальных стандартах
и правилами русской орфографии: ЭВМ, НИИ, АСУ, с. – страница,
т. е. – то есть, т. д. – так далее; т. п. – тому подобное; и др. – и другие;
в т. ч. – в том числе; пр. – прочие; т. к. – так как; с. – страница; г. – год; гг. – годы; мин. – минимальный; макс. – максимальный; шт. – штуки; св.– свыше; см. – смотри; включ. – включительно и др.
В тексте документа не допускается:
· применять сокращения слов, кроме установленных правилами русской орфографии, соответствующими государственными стандартами, а также в данном документе;
· сокращать обозначения единиц физических величин, если они употребляются без цифр, за исключением единиц физических величин в головках и боковиках таблиц и в расшифровках буквенных обозначений, входящих в формулы и рисунки.
В тексте следует избегать необоснованных (излишних) сокращений, которые могут затруднить пользование данным документом.
Сокращение русских слов и словосочетаний – по ГОСТ 7.12.
Перечень допускаемых сокращений, используемых в текстовой конструкторской документации, приведен в ГОСТ 2.316.
Введение. В элементе «Введение» указывают цель работы, область применения разрабатываемой проблемы, ее научное, техническое
и практическое значение, экономическую целесообразность. Во введении следует:
· раскрыть актуальность вопросов темы;
· охарактеризовать проблему, к которой относится тема, изложить историю вопроса, дать оценку современного состояния теории и практики;
· привести характеристику отрасли промышленности, предприятия, технологического процесса, для которых разрабатывается проект;
· изложить задачи в области разработки проблемы, т. е. сформулировать задачи темы работы;
· перечислить методы и средства, с помощью которых будут решаться поставленные задачи;
· кратко изложить ожидаемые результаты, в том числе технико-экономическую целесообразность выполнения данной темы, либо экономическую эффективность;
· указать цель курсового проекта.
Рекомендуемый объем введения – 2–3 с.
Основная часть. Содержание основной части работы должно отвечать заданию. Наименования разделов основной части отражают выполнение задания. Содержание и объем основной части студент и руководитель формируют совместно и должно соответствовать уровню технического предложения (эскизного проекта) в соответствии с ГОСТ 7.32. В основной части необходимо представить следующие разделы.
Промышленный микропроцессорный контроллер. В этом разделенеобходимо дать описание назначения, состава, технических и функциональных характеристик необходимого промышленного микропроцессорного контроллера, определенного заданием на курсовое проектирование, и типовых структур систем автоматизации, выполненные на базе данного контроллера (объем раздела должен быть не более 8–10 с.).
Программный пакет ISaGRAF и языкы программирования стандарта МЭК 11131-3. В этом разделе необходимо привести назначение и состав программного пакета IsaGRAF, перечислить и охарактеризовать языки программирования промышленных контроллеров, привести основные возможности пакета, последовательность составления, отладки и загрузки программы пользователя в контроллер (объем раздела должен быть не более 5–8 с.)
SCADA-пакет. В данном разделе необходимо дать пояснение понятию SCADA-пакета, привести назначение отдельных подсистем, перечислить функции, выполняемые этим инструментальным средством и указать наиболее популярные отечественные и зарубежные SCADA-пакета. А также привести описание применяемого SCADA-пакета, его особенности и порядок разработки программ с применением используемого программного пакета (объем раздела должен быть не более 5–8 с.).
Параметры настройки ОРС – сервера контроллера. В данном разделе необходимо указать назначение ОРС-сервера, способ настройки с описанием отдельных секций, а также привести рисунок, раскрывающий содержание файла CROSSOPC.INI(объем раздела должен быть не более 2–3 с.).
Выбор языка программирования и разработка программы для микропроцессорного контроллера. В данномразделе необходимо обосновать выбор языка программирования, привести последовательность составления программы с иллюстрациями объявленных переменных и содержания словаря, описанием используемых функций и функциональных блоков, привести листинг программы, указать опции компилятора, вид канала связи с контроллером и его параметры. А также привести рисунок с указанием окна программы контроллера, находящегося в состоянии «работа» (объем раздела должен быть не более 6–7 с.).
Разработка программы на базе SCADA-пакета для операторской станции. В данном разделе необходимо проиллюстрировать процесс разработки программы, привести рисунки, содержащие экранные формы отображения информации и управления, описать процедуры динамизации экранных форм. При использовании пакета MasterScada привести дерево системы после добавления ОРС переменных и дерево объектов. В данном разделе также должна быть описана процедура создания тренда.
Минимальный состав выполняемых функций: цифровые значения регулируемого параметра, задания, ошибки регулирования, графики
и тренд реального времени регулируемого параметра, задания и ошибки, изменение цвета выбранной формы при выходе параметра за установленные пределы, команды по изменению задания и параметров настройки регулятора. Информация должна быть представлена как минимум в виде двух мнемосхем с реализацией переходов между ними (объем раздела должен быть не более 6–8 с.).
Настройка OPC-сервера и проверка работоспособности разработанных программ. В данном разделе необходимо привести параметры настройки ОРС-сервера, структурную схему лабораторного стенда, используемого для проверки работоспособности программ и методику проверки работоспособности. Работоспособность должна бать проиллюстрирована экранными формами, содержащими графики, тренды, световые и цифровые индикаторы, органы управления (объем раздела должен быть не более 5–6 с.).
Заключение должно содержать краткие выводы по результатам выполненной работы, оценку полноты решения поставленных задач, рекомендации по конкретному использованию результатов работы, ее научную и практическую значимость, а также указать полученные в результате выполнения курсового проекта знания и умения.
Список использованных источников. В список включают все источники, на которые имеются ссылки в КП. Источники в списке располагают и нумеруют в порядке их упоминания в тексте КП арабскими цифрами без точки. Сведения об источниках приводят в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1 и ГОСТ 7.82. Примеры библиографических описаний источников приведены в СТО ТПУ 2.5.01-2006.
Альбом схем. Он должен включать в себя следующий перечень графических документов:
1. Дерево экранных форм.
2. SCADA-формы экранов мониторинга и управления операторской станции.
Графический материал должен быть органически увязан с содержанием работы, в наглядной форме иллюстрировать основные положения анализа, проектирования и использования информационных технологий.
Презентация проекта. Для защиты пояснительная записка должна быть представлена в формате *.pdf или .doc. Презентация КП должна быть подготовлена в виде слайдов формата MS Power Point, так как предусмотрена публичная защита проектных решений.
При подготовке проекта и написании пояснительной записки рекомендуется ознакомиться с материалом, представленным в [6, 7] основной литературы и [8, 9, 10, 11] дополнительной литературы, а также интернет-ресурсами [13, 14, 15].
ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ
Требования для сдачи экзамена
Формой итогового контроля знаний по дисциплине служит экзамен (лабораторно-экзаменационная сессия 10-го семестра) и защита курсового проекта (сессия 11-го семестра).
Студент допускается к экзамену при успешном выполнении контрольной работы и лабораторных работ. Вопросы, на которые необходимо обратить внимание в первую очередь при подготовке к экзамену, приведены в разделе 6.2.
Вопросы к экзамену
1. Классификация, состав и функции автоматизированных
систем
1.1. Признаки классификации АСУ ТП. Классификация по функциям, выполняемым УВК.
1.2. Классификация АСУ ТП по условной информационной мощности.
1.3. Структура, достоинства и недостатки АСУ ТП с вычислительным комплексом, работающим информационном режиме и в режиме «советчика».
1.4. Особенности АСУ ТП с УВК, выполняющим функции центрального управляющего устройства (супервизорное управление).
1.5. Достоинства и недостатки АСУ ТП с вычислительным комплексом, работающим в режиме непосредственного цифрового управления.
1.6. Отличительные признаки АСУ ТП от автоматизированных систем управления другого вида.
1.7. Состав управляющих функций АСУ ТП.
1.8. Состав информационно-вычислительных функций АСУ ТП.
1.9. Виды обеспечений АСУ ТП, их взаимосвязь.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!