«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 направлению 220700
доц. А.А. Кульчицкий
______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Интегрированные системы проектирования и
управления автоматизированных и
автоматических производств»
Направление подготовки:
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа:
Системы автоматизированного управления в металлургии (дневная форма
обучения)
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составители:
Доцент каф. АТПП А.Ю. Фирсов
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель преподавания данной дисциплины заключается в формировании у студентов,
обучающихся в магистратуре, знаний и навыков в области разработки
специализированного программного обеспечения АСУТП и интеграции с системами
верхнего уровня управления.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП:
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла основной
образовательной программы подготовки магистров по направлению 220700
“Автоматизация технологических процессов и производств”.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Теория автоматического
управления», «Математическое моделирование», «Техническое и информационное
обеспечение систем управления», «Моделирование объектов и систем управления»,
«Компьютерные технологии в области автоматизации и управления», «Базы и банки
данных», «Проектирование систем автоматизации и управления», «Компьютерные
технологии в области автоматизации и управления».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы для изучения
дисциплин «Прикладное программирование», «Специальные системы управления»
«Компьютерные методы проектирования систем управления», при выполнении научноисследовательской работы, а также при подготовке выпускной квалификационной работы
магистра.
3. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способность проектировать архитектурно-программные комплексы автоматизированных
и автоматических систем управления, контроля, диагностики и испытаний
общепромышленного и специального назначения для различных отраслей национального
хозяйства (ПК-4);
способность осуществлять модернизацию и автоматизацию действующих и
проектирование новых автоматизированных и автоматических производственных и
технологических процессов с использованием автоматизированных средств и систем
технологической подготовки производства (ПК-11);
способность организовывать в подразделении работы по совершенствованию,
модернизации, унификации выпускаемых изделий, действующих технологий их
элементов и технических средств автоматизированных производств и по разработке
проектов стандартов и сертификатов (ПК-28);
способность разрабатывать алгоритмическое и программное обеспечение средств и
систем автоматизации и управления (ПК-40);
В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:
 основные понятия интегрированной системы;
 функции и структуры интегрированных систем;
 взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления
производством;
 математическое, методическое и организационное обеспечение;
 программно-технические средства для построения интегрированных систем
проектирования и управления;
 SCADA системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления документирования, контроля и управления сложными
производствами отрасли;
 примеры применяемых в отрасли SCADA систем;
 методы и средства объектно-ориентированного программирования;
 интегрирование SCADA систем с реляционными базами данных.
Студент должен уметь:
 проектировать
автоматизированные
системы
контроля,
управления
и
документирования в среде SCADA системы;
 интегрировать диалоговую информационную систему на специализированном
языке для разработки СУБД со SCADA системой.
 интегрировать SCADA систему с программой имитационного моделирования
Simulink, для отладки алгоритмов управления SCADA системы на модели
управляемого объекта.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
и (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа, в том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
и (или) другие виды самостоятельной работы
Экзамен
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Всего часов
72
57
10
47
Семестры
10
72
57
10
47
15
15
15
15
Зачет
Зачет
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
1
2
3
4
5
Раздел дисциплины
Промышленные сети распределенных систем
управления.
SCADA системы-общий обзор.
Лекции, ч
Практич,ч
2
2
7
10
2
10
2
10
2
10
Программное обеспечение распределенных АСУ
ТП. Система супервизорного управления Vijeo
Citect.
Интеграция систем АСУТП и АСУП. Механизмы
взаимодействия программных средств.
Автоматизация проектирования систем
автоматического управления.
ЛР, ч
Раздел 1. Промышленные сети распределенных систем управления.
Компьютерные сети. Общие понятия. Топология. Типы ЛВС (временное и частотное
уплотнение).
Сетевая топология. Стандартизация структуры и протоколов сетей.
Объединение сетей. Требования к сетям связи различных уровней. Функции в иерархии
объединения открытых систем. Семиуровневая сетевая архитектура по стандарту ISO/OSI.
Характеристики различных носителей. Сетевой адаптер. Повторитель. Концентратор.
Мост. Маршрутизатор. Шлюз. Коммутатор. Протоколы передачи данных TCP/IP и UDP.
IP-адреса. Доменная система имен (DNS). Служба имен WINS.
Промышленные сети: Asi,Seriplex, CANopen, Interbus, DeviceNet, FIPIO, CEGELEC,
Profibus-DP,. Modbus, FIPWAY, Modbus Plus, Profibus-FMS. Industrial Ethernet.
Раздел 2. SCADA системы-общий обзор.
Основные понятия интегрированной системы. 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. SCADA системы – общий обзор
(Factory Link, InTouch, Genesis, RealFlex, FIX, Trace Mode, Simplicity, Vijeo Citect).
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.
Раздел 3. Программное обеспечение
супервизорного управления Vijeo Citect.
распределенных
АСУ
ТП.
Система
Изучение основных возможностей системы супервизорного управления. Vijeo
Citect и освоение способов ее конфигурирования, программирования, настройки и
модификации. Архитектура контроллеров Modicon TSX: модули центральных
процессоров, организация памяти, модули ввода/вывода, адресация входов/выходов и
внутренних битов и слов. Принципы организации системы Vijeo Citect. Концепция
“клиент-сервер”, типы серверов. Обозреватель (Citect Explorer), составные части проекта.
Управление проектами: их сохранение и восстановление, включенные проекты. Мастер
настройки компьютера (Computer Setup Wizard) и формирование файла citect.ini. Общие
сведения о реализации системы горячего резервирования. Установление связи с
контроллерами. Теги, их типы и правила формирования их имен. Мастер коммуникаций
(Express Communications Wizard), виды устройств связи. Специализированные драйверы и
базовые возможности OFS (OPC Factory Server компании Schneider Electric).Тестирование
связи. Использование Excel#файлов для формирование тегов .Построитель (Graphic
Builder), меню и палитра инструментов. Виды анимации при работе с графикой. Ввод
данных – команды оператора. Управление на основе ActiveX. Импорт графических
изображений, создание пользовательских библиотек. Использование и создание
производных символов (genies). Всплывающие окна и производные супер#символы (super
genies). Шаблоны страниц. Редактор проекта (Project Editor), его система меню.
Устройства (devices) и файлы регистрации данных (device history files). События.
Формирование, регистрация и отображение аварийных сигналов (alarms).
Конфигурирование и отображение трендов. «Аналитик процессов» (Process Analyst) –
средство отображения трендов с расширенными возможностями. Конфигурирование и
отображение отчетов. Обеспечение прав доступа: пользователи, области и привилегии.
Раздел 4. Интеграция систем АСУТП и АСУП. Механизмы взаимодействия
программных средств.
Цели и задачи. Интеграция систем АСУТП и АСУП на базе сетевых механизмов
взаимодействия программных средств. Механизмы взаимодействия приложений в среде
сетевых операционных систем (ОС). Серверы и клиенты. Механизмы обмена между
приложениями. OPC-сервер. ODBC. ActiveX. SQL-сервер. Обзор технологии COM/DCOM
и ее применения при разработке САУ. Обзор группы стандартов OPC. Описание
стандарта OPC Data Access. Использование ОРС для взаимодействия с устройствами
систем автоматизации.Проблемы COM/DCOM и стандартов OPC. Организация OPCсервера на базе Festo Didactic EzOPC. Применение Matrikon OPC Tunneller.
Раздел 5. Автоматизация проектирования систем автоматического управления.
Принципы автоматизации проектирования систем автоматического управления.
Этапы и стадии проектирования. Уровни автоматизации проектирования. Принципы и
основы интеграции систем управления. ERP- и MES-системы верхнего уровня РСУ.
Компоненты обеспечения САПР. Общие принципы построения САПР. Генератор для
автоматизированной разработки систем управления компании Schneider Electric - Unity
Application Generator. Системы для разработки приложений MES уровня GE Trouble
Shooter и GE Cause +.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
1.
Специальные системы управления
+
+
+
2.
Компьютерные методы
проектирования систем управления
Прикладное программирование
+
+
+
3
+
+
4
Распределенные компьютерные
информационно-управляющие
системы
+
+
+
+
+
5.
Научно исследовательская работа
+
+
+
+
+
6.
Выпускная магистерская работа
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
п/п
1
2
3
4
5
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
Раздел 4
Раздел 5.
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
2
2
2
2
2
7
10
10
10
10
Семин
СРС
3
3
3
3
3
Всего
час.
12
15
15
15
15
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрен.
7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий
1
1
Конфигурирование системы удаленного доступа
(RIO) и системы распределенного ввода-вывода (DIO) для
контроллеров TSX Quantum в среде Unity Pro.
2
3
2
4
3
5
4
6
5
5
Трудоемкость
(час.)
Изучение основных возможностей системы
супервизорного управления. Vijeo Citect и освоение
способов ее конфигурирования, программирования,
настройки и модификации
Обозреватель (Citect Explorer), составные части
проекта. События. Формирование, регистрация и
отображение аварийных сигналов (alarms).
Конфигурирование и отображение трендов.
Установление связи с контроллерами. Мастер
коммуникаций (Express Communications Wizard), виды
устройств связи. Специализированные драйверы и
базовые возможности OFS (OPC Factory Server
компании Schneider Electric). Тестирование связи.
Генератор для автоматизированной разработки
систем управления компании Schneider Electric - Unity
Application Generator.
Системы для разработки приложений MES
уровня GE Trouble Shooter и GE Cause +.
7
10
10
10
4
6
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ)
не предусмотрено учебным процессом и основной образовательной программой
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ:
а) основная литература:
1.Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами.
СПб.: «Профессия», 2009. -592 с.
2. Кадыров Э.Д., Кравченко А.Н., Фирсов А.Ю. Программируемые логические
контроллеры. Программирование и конфигурирование. Учебное пособие/ СанктПетербург, изд. СПГГИ (ТУ), 2007, -119с.
3. Деменков Н.П. Программные средства оптимизации настройки систем управления:
Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.-244 с.
б) дополнительная литература:
1. Деменков Н.П. Языки программирования промышленных контроллеров:] Учебное пособие М.: Изд-во МГГЯ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 172 с.
в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
сайт Schneider Electric http://www.schneider-electric.com/site/home/index.cfm/ru/, сайт
National Instruments, сайт MathWorks.
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:
Используемое оборудование и программные средства:
Контроллеры
Modicon
TSX
Quantum
и
инструментальная
система
программирования Unity, работающая на IBM-совместимом компьютере под управлением
операционной системы MS Windows, программный имитатор контроллера Quantum.
Специализированная лаборатория c компьютерами, на которых установлено
специальное программное обеспечение SQL Server, SCADA Fix Dynamics, Schneider
Electric SCADA Citect, Schneider Electric Unity Pro, Schneider Electric Unity Application
Generator, GE Trouble Shooter и GE Cause +.
Для выполнения практических работ и оформления отчетов используются
компьютеры кафедры(ауд. 3333) и Межфакультетская лаборатория АСУТП (ауд 6503,
6406), cо специальным программным обеспечением. Лекции по дисциплине проводятся в
аудиториях, оснащённых мультимедийным оборудованием.
11. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ:
Лекционные занятия проводятся с применением раздаточных материалов, с
использованием основных разделов конспекта лекций в электронном виде.
Практические и лабораторные занятия проводятся в аудиториях, снабженными
компьютерами со специальным программным обеспечением, а также программными
средствами для проведения компьютерных телеконференций (средствами удаленного
доступа к рабочим столам).
Самостоятельная работа включает решение рекомендованных задач, подготовку к
лекционным и практическим занятиям, устным опросам, а также подготовку к зачету.
Разработчик:
Доцент каф. АТПП, к.т.н.
Фирсов А.Ю.
Эксперты:
Доцент каф. АТПП, к.т.н.
Иванов В.А.
Доцент каф. АТПП, к.т.н.
Симаков А.С.