МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Казахский национальный исследовательский технический

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный исследовательский технический
университет имени К. И. Сатпаева
Институт Высоких технологий и устойчивого развития
Кафедра Эксплуатация космических средств
«УТВЕРЖДАЮ»
Директор института ВТиУР
_____________ Кумеков С. Е.
«____» _________ 2015 г.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
По дисциплине «Компьютерное управление техническими системами»
Специальность 5В074600 – «Космическая техника и технологии»
Форма обучения – дневная
Всего – 3 кредита
Курс – 4
Семестр – 7
Лекции – 30 часов
Лабораторные занятия – 15 часов
Рубежный контроль (количество) – 2
СРС – 45 часов
СРСП ауд. – 45 часов
СРСП офис. – 45 часов
Всего аудиторных – 45 часов
Всего внеаудиторных – 45 часов
Трудоемкость – 90 часов
Экзамен – 7 семестр
Алматы 2015
Программа курса составлена старшим преподавателем кафедры
«Эксплуатация космических средств» Института Высоких технологий и
устойчивого развития КазНТУ имени К.И. Сатпаева, Ермолдиной Г.Т. на
основании ГОСО по специальности «5В074600 - Космическая техника и
технологии» и ТУП дисциплины «Компьютерное управление техническими
системами».
Рассмотрена на заседании кафедры «Эксплуатация космических
средств»
« 26 » августа 2015 г. Протокол № 1
Зав. кафедрой,
доктор техн. наук,
профессор
Одобрена научно-методическим Советом
технологий и устойчивого развития
« __ » ________ 2015 г. Протокол № ___
Председатель
научно-методического Совета,
доктор физ-мат. наук,
профессор
Суйменбаев Б.Т.
института
Высоких
Кумеков С.Е.
Сведения о преподавателе:
Ермолдина Гульназ Тлеубаевна – старший преподаватель кафедры
«Эксплуатация космических средств» КазНТУ имени К.И.Сатпаева;
окончила КазГНУ по специальности «Биология», магистерская диссертация
по специальности 6М074600 – Космическая техника и технологии;
преподавательский стаж с 2015 года.
Офис: кафедра «Эксплуатация космических средств»
Адрес: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, КазНИТУ, ауд. № 808 ГУК.
Тел.: 8-727-255-83-78, 292-90-14
Факс:
E-mail: gulerm@mail.ru
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель преподавания дисциплины «Компьютерное управление
техническими
системами»
состоит
в
вооружении
бакалавров
теоретическими основами компьютерного управления технических систем,
перспектив и основных направлений их практического применения.
Задачи изучения дисциплины
Основной задачей курса является обучение студентов технологиям
копьютерного управления, применению технологий компьютерного
управления технических систем.
Студент должен знать:
- современные технические системы, их свойства и характеристики;
- виды и структуру технических систем;
- основы построения ТС;
- аппаратное и программное обеспечение;
- виды программных комплексов для работы с техническими
устройствами;
- автоматизированные системы управления технических процессов и
принципы их построения;
- техническое обеспечение компьютерных сетей;
- современные система управления;
- теоретические основы построения и состава технических устройств в
промышленной отрасли;
- основные структуры и иерархии технических устройств управляемых
посредством компьютера, в частности SCADA-системы и принципы
разработки АСУТП.
Знание этих вопросов позволит студентам применять их в выполнении
научно-исследовательской и диссертационной работы.
Описание курса: данный курс посвящен современным техническим
системам, их свойствам и характеристикам. Описываются виды и структура
технических систем, компьютерное управление техническими устройствами
в нефтегазовой отрасли. Основы построения ТС. Аппаратное и программное
обеспечение. Виды программных комплексов для работы с техническими
устройствами. Автоматизированные системы управления технических
процессов и принципы их построения. Техническое обеспечение
компьютерных сетей. Рассматриваются современные система управления.
Компетенции: иметь представление о современных технических
системах, их свойствах и характеристиках, законах управления техническими
системами,
построению
систем
автоматического
управления
и
регулирования,
законах
устойчивости
систем
автоматического
регулирования. Студенты должны уметь формулировать цель управления и
разработать
техническое
задание
на
проектируемую
систему
автоматического управления; применять методы теории управления при
исследовании и проектировании системы автоматического управления с
использованием
современных
вычислительных
средств;
выбирать
технические средства для реализации конкретной системы управления и
использовать знания дисциплины «Компьютерное управление техническими
системами» в процессе освоения специальности «Космическая техника и
технологии».
Пререквизиты дисциплины: информатика, алгоритмизация и
программирование, системное программирование.
Постреквизиты
дисциплины:
профильные
и
специальные
дисциплины по направлению эксплуатации космических средств.
2 СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
Рейтинг по дисциплине оценивается по 100-процентной шкале.
Распределение рейтинговых процентов по видам контроля. Таблица 1
Вид итогового
Проценты
Вид контроля
контроля
Итоговый контроль
100
Экзамен
Рубежный контроль
100
Текущий контроль
100
Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определяться
календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 2).
Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее
объемом.
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Компьютерное управление техническими системами»
Таблица 2
Недели
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
Виды
С П С П С П РК П С П С П С П РК
Контроля
1 1 2
2 3 3
1 4
4 5 5 6 6 7
2
Недельное
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
количество
контроля
Виды контроля: П – практические занятия, С - самостоятельные работы
студента, РК – рубежный контроль.
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Буквенный эквивалент
А
АВ+
В
Таблица 3
В процентах, (%)
95 - 100
90 - 94
85 - 89
80 - 84
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
ВС
С
СD
D
F
75 - 79
70 - 74
65 - 69
60 - 64
55 - 59
50 - 54
0 - 49
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
Критерии оценки знаний и компетенций, баллы в %
Таблица 4
Количество
Виды занятий и работ студента
баллов, %
Посещение и активность в лекционных занятиях (1-7 недель)
11
Посещение и активность в лекционных занятиях (8-15 недель)
11
Посещение и активность в семинарских занятиях (1-7 недель)
49,0
Посещение и активность в семинарских занятиях (8-15 недель)
49,0
СРС № 1-7
20,0
СРС № 8-15
20,0
Рубежный контроль № 1
20,0
Рубежный контроль № 2
20,0
Итого по одному РК
100
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Распределение часов по видам занятий
Таблица 5
Количество академических часов
Наименование темы
Лек Лабора Практи СРСП СРС
1
1. Технические системы
2.
Автоматизированные
системы
управления техническими процессами
3. Технические системы и программные
инструменты
в
нефтегазовой
промышленности.
4. Основные требования к SCADAсистемам и их возможности. Аппаратные
и программные средства SCADA-систем
5.
SCADA-продукты
на
рынке.
FactorySuite. In Touch.
6. SCADA-система SIMATIC WinCC
7. Создание программ с помощью
двоичной логики
8. Стандартные языки программирования
ции
торные
ческие
2
2
2
3
1
1
4
-
5
3
3
6
3
3
2
1
-
3
3
2
1
-
3
3
2
1
-
3
3
2
2
1
1
-
3
3
3
3
2
1
-
3
3
9. Данные и переменные в МЭК
программах
10. Компоненты организации программ
(POU)
11. Язык ST (Structured text) –
Структурированный текст
12. Счетчики. Операции со счетчиками
13. Форматы данных. Области памяти и
их функции.
14. Регистр аккумулятор. Скобочный стек.
Регистр состояния
15. Адресация. Виды адресаций
Всего (часов)
2
1
-
3
3
2
1
-
3
3
2
1
-
3
3
2
2
1
1
-
3
3
3
3
2
1
-
3
3
2
30
1
15
-
3
45
3
45
3.1 Наименования тем лекционных занятий, их содержание и объем
в часах
Таблица 6
№
Темы лекций и их содержание
Кол-во
часов
1
2
3
4
5
6
7
Технические системы. Общее определение ТС. Структура
технической системы. Свойства функциональности ТС.
Иерархия функций ТС. Признаки технических систем.
Автоматизированные системы управления техническими
процессами. Принципы построения структур ТС. Формы ТС.
Элементы структуры ТС.
Технические системы и программные инструменты в
нефтегазовой
промышленности.
Особенности
ТП
в
нефтегазовой отрасли. SCADA-системы. Структура SCADAсистем.
Функциональная
структура
SCADA-систем.
Особенности SCADA-систем.
Основные требования к SCADA-системам и их возможности.
Аппаратные и программные средства SCADA-систем
Требования к SCADA-системам. Функции и возможности
SCADA-систем. Аппаратные и программные средства SCADAсистем. Прикладное программное обеспечение.
SCADA-продукты на рынке. FactorySuite. In Touch.
Архитектура системы и базы данных реального времени.
Интегрированный
пакет
комплексной
автоматизации
FactorySuite. Пользовательский интерфейс SCADA-систем.
SCADA-система SIMATIC WinCC. Служба сообщений.
Администратор пользователя. Генератор отчетов
Создание программ с помощью двоичной логики. Аппаратное и
программное обеспечение STEP7. Структура построения
STEP7. Особенности построения многоуровневых программ в
2
2
2
2
2
2
2
STEP7.
8 Стандартные
языки
программирования.
Контроллеры.
Возникновение стандарта МЭК-61131-3. Логика ПЛК.
Особенности комплекса проектирования CoDeSys.
9 Данные и переменные в МЭК программах. Базовые типы
данных. Переменные. Пользовательсик типы данных.
Стандарты МЭК. Элементарные типы данных.
10 Компоненты организации программ (POU). Определение
компонент. Программа в CoDeSys. Функциональный блок и их
вызовы.
11 Язык ST (Structured text) – Структурированный текст. Операция
прерывания и их виды. Циклы и их конструкция. Конструкция
множественного выбора. Язык ST и его операторы.
12 Счетчики. Операции со счетчиками. Счетчики в STEP 7.
Прямой и обратный счет. Установка счетчика. Сброс счетчика.
Разблокировка счетчика.
13 Форматы данных. Области памяти и их функции. Виды
формата данных. Типы функции. Виды области памяти и их
функции. Адрес байта. Абсолютные операнды.
14 14. Регистр аккумулятор. Скобочный стек. Регистр состояния.
Стековый механизм для управления аккумулятором.
Скобочный стек.
15 Адресация. Виды адресаций. Таблица символов. Типы данных
в STEP7. Структура абсолютного адреса.
Всего:
2
2
2
2
2
2
2
2
30
3.2 Наименования тем лабораторных занятий, их содержание и
объем в часах
Таблица 7
Кол-во
Темы
лабораторных
занятий
и
их
содержание
№
часов
1
2
3
4
5
6
Программирование с помощью символов. Изучение способов
адресации.
Создание программы в OB1. Изучение стандартных языков
STEP7 и их назначений.
Создание программы с функциональными блоками и блоками
данных. Изучение иерархии блоков в программе.
Программирование параллельной цепи в контактном плане.
Изучение возможных вариантов программирования в
контактном плане.
Программирование ОВ1 в виде списка операторов. Изучение
списка операторов STL.
Программирование функции памяти в функциональном плане.
Изучение разницы между абсолютной и символической
адресацией.
2
2
2
2
2
2
Программирование включения и выключения двигателя.
Изучение
технических
средств
и
информационнопрограммного обеспечения системы управления, а также
создание и открытие функциональных блоков (FB).
Всего:
7
3
15
3.3 Наименования тем самостоятельных работ студентов под
руководством преподавателя (СРСП), их содержание и объем в часах
Таблица 8
Кол-во
Темы
СРСП
и
их
содержание
№
часов
Создание и открытие функциональных блоков (FB).
Программирование FB в виде контактного плана. Изучение
программирования на языке LD
3 Работа с системами моделирования процессов. Изучение
программы Lab VIEW. Установка Lab VIEW. Запускающие
процессы установки.
4 Вызов функции в OB. Определение адреса для выходных блокодвигателей. Изучение способов запуска программ. Изучение
символических имен. Таблица символов. Значения типа BOOL.
5 Программирование функции таймера в списке операторов.
Изучение команды «A #Engine_On». Назначение команды «L
s5T#4s»
6 Анализ диагностического буфера. Способы переключения
режимов. Изучение начальной точки определения CPU
перешедшего в режим STOP, где отображаются все доступные
CPU.
7 Тестирование программы с помощью таблицы переменных.
8 Изучение модулей ввода – вывода промышленного контроллера
Siemens. Принципы соединений различных модулей ввода –
вывода с управляемыми устройствами.
9 Изучение управления переключением светофора. Разработка
алгоритма для системы управления светофором.
10 Изучение управления процессом смешивания.
11 Изучение управления прессом.
12 Изучение управления лифтом.
13 Изучение способов программирования РТК.
14 Изучение модели реализации участка склеивания.
15 Изучение модели управления железной дорогой.
Всего:
1
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
45
3.4 Наименования тем самостоятельных работ студента (СРС), их
содержание и объем в часах
Таблица 9
Кол-во
Темы
СРС
и
их
содержание
№
часов
Иерархия технических систем.
Автоматизированные системы управления техническими
процессами.
3 Архитектура SCADA-систем.
4 SCADA-системы.
5 CASE-технологии.
6 InTOUCH.
7 Программный продукт Siemens S7.
8 Изучение функции записи и чтения данных аналоговых и
цифровых модулей ввода - вывода промышленного контроллера
Siemens
9 Изучение функции работы промышленного контроллера Siemens
с модемом.
10 Изучение способов использования оперативной памяти
пользователя и работу в реальном масштабе времени.
11 Изучение способов работы с модулем ввода – вывода Siemens.
12 Изучение функции работы с таймером промышленного
контроллера Siemens
13 Изучение способов корректировки SRAM промышленного
контроллера Siemens
14 Изучение функции взаимодействия в сети промышленных
контроллеров Siemens
15 Разработка
программы
управления
железной
дороги,
включающую в себя символьный интерфейс оператора.
Всего:
1
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
45
3.5 График проведения занятий
Таблица 10
№ Дата
Время
Наименования тем
Лекции
1 27.08 13.25-15.20 Технические системы. Общее определение ТС.
Структура технической системы. Свойства
функциональности ТС. Иерархия функций ТС.
Признаки технических систем.
2 03.10 13.25-15.20 Автоматизированные
системы
управления
техническими процессами. Принципы построения
структур ТС. Формы ТС. Элементы структуры ТС.
3 10.10 13.25-15.20 Технические
системы
и
программные
инструменты в нефтегазовой промышленности.
Особенности ТП в нефтегазовой отрасли. SCADA-
4
17.10 13.25-15.20
5
24.10 13.25-15.20
6
01.11 13.25-15.20
7
08.11 13.25-15.20
1
27.08 15.25-17.20
2
03.10 15.25-17.20
3
10.10 15.25-17.20
4
17.10 15.25-17.20
5
24.10 15.25-17.20
6
01.11 15.25-17.20
7
08.11 15.25-17.20
системы.
Структура
SCADA-систем.
Функциональная
структура
SCADA-систем.
Особенности SCADA-систем.
Основные требования к SCADA-системам и их
возможности. Аппаратные и программные
средства SCADA-систем Требования к SCADAсистемам. Функции и возможности SCADAсистем. Аппаратные и программные средства
SCADA-систем.
Прикладное
программное
обеспечение.
SCADA-продукты на рынке. FactorySuite. In Touch.
Архитектура системы и базы данных реального
времени. Интегрированный пакет комплексной
автоматизации FactorySuite. Пользовательский
интерфейс SCADA-систем.
SCADA-система SIMATIC WinCC. Служба
сообщений.
Администратор
пользователя.
Генератор отчетов
Создание программ с помощью двоичной логики.
Аппаратное и программное обеспечение STEP7.
Структура построения STEP7. Особенности
построения многоуровневых программ в STEP7.
Лабораторные занятия
Программирование
с
помощью
символов.
Изучение способов адресации.
Создание
программы
в
OB1.
Изучение
стандартных языков STEP7 и их назначений.
Создание программы с функциональными блоками
и блоками данных. Изучение иерархии блоков в
программе.
Программирование
параллельной
цепи
в
контактном
плане.
Изучение
возможных
вариантов программирования в контактном плане.
Программирование ОВ1 в виде списка операторов.
Изучение списка операторов STL.
Программирование
функции
памяти
в
функциональном плане. Изучение разницы между
абсолютной и символической адресацией.
Программирование включения и выключения
двигателя. Изучение технических средств и
информационно-программного
обеспечения
системы управления, а также создание и открытие
функциональных блоков (FB).
Таблица 10
№ Дата
Время
8
15.11 13.25-15.20
9
22.11 13.25-15.20
10 29.11 13.25-15.20
11 05.12 13.25-15.20
12 05.12 13.25-15.20
13 12.12 13.25-15.20
14 19.12 13.25-15.20
15 26.12 13.25-15.20
Наименования тем
Лекции
Стандартные
языки
программирования.
Контроллеры. Возникновение стандарта МЭК61131-3. Логика ПЛК. Особенности комплекса
проектирования CoDeSys.
Данные и переменные в МЭК программах.
Базовые
типы
данных.
Переменные.
Пользовательсик типы данных. Стандарты МЭК.
Элементарные типы данных.
Компоненты организации программ (POU).
Определение компонент. Программа в CoDeSys.
Функциональный блок и их вызовы.
Язык ST (Structured text) – Структурированный
текст. Операция прерывания и их виды. Циклы и
их конструкция. Конструкция множественного
выбора. Язык ST и его операторы.
Счетчики. Операции со счетчиками. Счетчики в
STEP 7. Прямой и обратный счет. Установка
счетчика.
Сброс
счетчика.
Разблокировка
счетчика.
Форматы данных. Области памяти и их функции.
Виды формата данных. Типы функции. Виды
области памяти и их функции. Адрес байта.
Абсолютные операнды.
14. Регистр аккумулятор. Скобочный стек. Регистр
состояния. Стековый механизм для управления
аккумулятором. Скобочный стек.
Адресация. Виды адресаций. Таблица символов.
Типы данных в STEP7. Структура абсолютного
адреса.
4
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ
ДИСЦИПЛИНЕ
МАТЕРИАЛЫ
ПО
4.1. Основная литература
1. Система законов развития техники (основы теории развития
технических систем) Издание 2-е исправленное и дополненное Ю. П.
Саламатов, 1991-1996 г.г.
2. Управление техническими системами. Кузнецов Е.С. – 1997г.
3. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки
нефти и газа. Под.ред. С.А. Ахметова. Москва-Химия. 2005 г.-735стр.
4. Тенденции усовершенствования системы управления процессом
первичной переработки нефти. Копысицкий Т.И. -1992.
5. Проектирование систем управления в SCADA – пакете In Touch.
Андреев Е.Б. – 2005 г.
6. Программируемые контроллеры. Петров.И.В.-Москва, Солон-Пресс,
2004 г. - 246 стр.
4.2. Дополнительная:
1. Численный анализ пожарной опасности магистральных
газопроводов. В. Е. Селезнев, В. Алешин, Г. С. Клишин, С. В. Фотин –
Едиториал УРСС – 2004 – 328стр.
2. Введение в STEP 7. Официальное руководство SimaticS7.
Политика академического поведения и этики
Будьте дисциплинированны, доброжелательны, честны, ответственны,
толерантны, уважайте чужое мнение. Возражения формулируйте в
корректной форме. Плагиат и другие формы нечестной работы недопустимы.
Недопустимы подсказывание и списывание во время сдачи СРМ,
промежуточного контроля и экзамена, копирование решенных задач другими
лицами, сдача экзамена за другого студента. Студент, уличенный в
фальсификации любой информации курса, получит итоговую оценку «F».
Конфликтные ситуации должны открыто обсуждаться в учебных группах с
преподавателем, эдвайзером, а при неразрешимости конфликта доводиться
до сотрудников деканата.
Экзаменационные вопросы
1. Определение технической системы.
2. Виды ТС.
3. Архитектура ТС
4. Виды иерархий ТС и принципы их построения.
5. Элементы технической системы.
6. Структура ТС.
7. SCADA-системы.
8. Функциональность SCADA-систем.
9. Классификация SCADA-систем.
10.CASE-технологии.
11.Виды SCADA-систем.
12.Программные инструменты в нефтегазовой промышленности.
13.Структура SCADA-систем.
14.Принципы построения АСУТП.
15.Системы жесткого реального времени.
16.Определение SCADA-систем.
17.Основные требования к SCADA-системам.
18.Основные возможности современных SCADA-пакетов.
19. Дайте определение RTU, MTU и CS?
20. Какие основные направления существуют для RTU?
21. Приведите пример PLC для удалённых терминалов?
22. Виды и параметры CS?
23. Опишите технологию Data Management.
24. Роль службы реального времени в SCADA-системах.
25. Прикладное программное обеспечение в SCADA-системах.
26. SCADA-продукты на рынке.
27. Интегрированный пакет комплексной автоматизации FactorySuite.
28. InTouch.
29. SCADA-система SIMATIC WinCC.
30. Создание программ с помощью двоичной логики.
31. Объединение аппаратного и программного обеспечения.
32. Основная последовательность действий при использовании STEP 7.
33. Что такое абсолютная адресация?
34. Что называется символическим программированием?
35. Что такое глобальные переменные?
36. Как назначаются символические имена абсолютным адресам
входов?
37. Что представляет собой таблица символов?
38. Какие типы данных поддерживаются STEP7?
39. Как добавляется тип данных к таблице символов?
40. Объясните структуру абсолютного адреса?
41. Какое программирование используется при малом количестве
входов и выходов? Почему?
42. Назначение стандартного языка – контактный план (LAD)?
43. Список операторов (STL).
44. Функциональный план (FBD).
45. Как производят копирование таблицы символов и открытие OB1 ?
46. Что такое «буксировка»?
47. Как обрабатывается OB1 в STEP7 при помощи CPU?