Научно-образовательный материал «Учебно-методический комплекс дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления»

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный индустриальный университет
ГОУ ВПО МГИУ
Научно-образовательный материал
«Учебно-методический комплекс дисциплины «Интегрированные
системы проектирования и управления»
Состав научно-образовательного коллектива:
Крылова Е.В., к.п.н.
Курасов Ю.В., ведущий инженер
Москва 2010 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Интегрированные системы проектирования и
управления
УМК составлен на основании Государственного образовательного стандарта
высшего профессионального образования и типовой (примерной) программы
дисциплины "Интегрированные системы проектирования и управления ".
1. Цели и задачи дисциплины
1.1. Цели дисциплины
Основная цель дисциплины, входящей в состав дисциплин специализации, заключается в
изучении программно-технических средств для построения интегрированных систем
проектирования и управления, их математического, методического и организационного
обеспечения.
1.2. Задачи дисциплины
Овладение теоретическими знаниями для разработки интегрированных систем
проектирования и управления с ипользованием SCADA-систем, ознакомление с
основными методами разработки проекта автоматизации технологического процесса
2. Требования к уровню освоения дисциплины
2.1. Уровень освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
структуру и функции интегрированных систем;
взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления
производством;
программно-технические средства построения интегрированных систем проектирования и
управления;
SCADA системы применяемые в отрасли, их функции и использование при
проектировании АСУ
В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:
программировать
промышленные
контроллеры;
проектировать
автоматизированные
системы
контроля
и
управления;
разрабатывать прикладное программное обеспечение на основе SCADA-системы Citect
фирмы CiTechnology.
2.2. Связь с предшествующими дисциплинами
Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных при изучении курсов
Информатика, Графические компьютерные системы, Инженерная и компьютерная
графика, Микропроцессоры и интерфейсные средства, Вычислительные машины, системы
и сети, Информационное обеспечение СУ.
3. Виды учебных занятий по дисциплине и их объёмы (в часах)
Вид учебных занятий
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторная нагрузка
Лекции
Практические занятия (семинары)
Лабораторный практикум
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Вид промежуточной аттестации
Всего
150
85
51
17
17
65
-
Семестры
9
10
60
90
34
51
17
34
8
9
9
8
26
39
зачет экзамен
4. Содержание дисциплины
4.1. Тематическое содержание дисциплины
Тема 1. Диспетчерское управление. Компоненты систем контроля и управления.
АСУ ТП и диспетчерское управление. Компоненты систем контроля и управления и их
назначение. Разработка прикладного программного обеспечения СКУ. Открытость
систем. Технические, стоимостные и эксплуатационные характеристики.
Тема
2.
Использование
контроллеров
при
построении
САУ.
Назначение и функции программируемых логических контроллеров. Типы ПЛК.
Устройство и характеристики ПЛК. Программирование контроллеров.
Тема
3.
Организация
взаимодействия
с
контроллерами
Аппаратная реализация связи с устройствами ввода/вывода. Особенности построения
коммуникационного программного обеспечения. Серверы ввода/вывода в InTouch.
Коммуникационные возможности в Citect. Подключение узлов Citect. Сравнение
коммуникационных возможностей.
Тема
4.
Графический
интерфейс
SCАDA-систем
Графические средства SCАDA-систем. Инструментарий. Объекты и их свойства.
Сравнение графических средств.
Тема
5.
Алармы
и
события
в
SCАDA-системах
Типы алармов и событий. Приоритеты алармов. Группы алармов. Вывод информации об
алармах. Конфигурирование стандартной системы алармов.
Тема
6.
Тренды
в
SCАDA-системах
Тренды в SCADA. Архивирование (регистрация) значений переменной. Отображение
трендов. Отличия подсистем отображения и архивирования в InTouch и Citect.
Тема
7.
Встроенные
языки
программирования
Встроенные функции. Типы скриптов InTouch. Встроенный язык программирования
Cicode системы Citect. Команды, выражения и функции Cicode.
Тема
8.
Базы
данных
Критерии оценки БД. Клиент-серверные технологии. Базы данных в промышленной
автоматизации. Базы данных реального времени.
Тема
9.
Internet/Intranet-решения.
Стратегия
клиентских
приложений
Структура Windows DNA. Реализация клиентского приложения в режиме
сервер/терминал. Стратегия клиентских приложений от Wonderware. Internet/Intranet
решения от CiTechnologies. Общие тенденции и различие реализаций.
Тема 10. MES и ERP системы. Аспекты управленческой деятельности предприятий
Модели управления предприятий. Территориально-распределенная структура ERPсистем. Аппаратно-программные платформы и СУБД.
4.2. Разделы дисциплины и виды занятий
Количество часов
Раздел дисциплины
Всего
Аудиторные занятия
СамостояПракти- Лаборательная
торный
работа Лекции ческие
занятия практикум
Семестр 9
Тема 1.
Диспетчерское
управление.
Компоненты систем
контроля и
управления.
14
10
4
Тема 2.
Использование
контроллеров при
построении САУ.
20
6
6
4
4
Тема 3. Организация
взаимодействия с
контроллерами
14
6
3
2
3
Тема 4.
Графический
интерфейс SCАDAсистем
12
4
4
2
2
5
3
2
Семестр 10
Тема 5. Алармы и
события в SCАDAсистемах
14
4
Тема 6. Тренды в
SCАDA-системах
13
4
5
2
2
Тема 7. Встроенные
языки
программирования
19
8
6
3
2
Тема 8. Базы данных
12
4
6
1
1
Тема 9.
Internet/Intranetрешения. Стратегия
клиентских
приложений
14
8
5
Тема 10. MES и ERP
системы. Аспекты
управленческой
деятельности
предприятий
18
11
7
Итого
150
65
51
1
17
17
4.3. Содержание дисциплины по видам занятий
4.3.1. Лекции
Раздел
дисциплины
(тема)
Название лекции
Колво
часо
в
Семестр 9
Тема 1. Диспетчерское управление. Компоненты систем
контроля и управления.
4
Тема 2. Использование контроллеров при построении САУ.
6
Тема 3. Организация взаимодействия с контроллерами
3
Тема 4. Графический интерфейс SCАDA-систем
4
Итого
17
Семестр 10
Тема 5. Алармы и события в SCАDA-системах
5
Тема 6. Тренды в SCАDA-системах
5
Тема 7. Встроенные языки программирования
6
Тема 8. Базы данных
6
Тема 9. Internet/Intranet-решения. Стратегия клиентских
приложений
5
Тема 10. MES и ERP системы. Аспекты управленческой
деятельности предприятий
7
Итого
34
4.3.2. Практические занятия (семинары)
Раздел
дисциплины
(темы)
Содержание практического занятия (семинара)
Колво
часо
в
Семестр 9
Тема 2. Устройство и принцип действия контроллеров
4
Тема 3. Сетевая организация взаимодействия ПЛК
2
Тема 4. Объекты ГИ
2
Итого
8
Семестр 10
Тема 5. Настройка тревог
3
Тема 6. Создание трендов
2
Тема 7. Встроенный язык программиорвания
3
Тема 8. Базы данных в промышленной автоматизации
1
Итого
9
4.3.3. Лабораторный практикум
Раздел
дисциплины
(тема)
Название лабораторной работы
Колво
часо
в
Семестр 9
Тема 2. Разработка управляющих программ для ПЛК
4
Тема 3. Ввод, вывод и редактирование управляющих
программ
3
Тема 4. Изучение объектно-ориентированного графического
редактора
2
Итого
9
Семестр 10
Тема 5. Создание алармов и событий различных типов.
2
Тема 6. Формирование трендов реального времени и
исторических трендов
2
Тема 7. Разработка программ с использованием встроенного
2
языка Cicode
Тема 8. Изучение особенностей промышленных баз данных
1
Тема 9. Реализация клиентского приложения в режиме
сервер/терминал
1
Итого
8
4.4. Самостоятельная работа студентов
Номера Раздел дисципВид
недель
лины (тема)
самостоятельной
работы
Название
(содержание)
работы
Колво
часо
в
Семестр 9
1-12
Темы 1, 2, 3, 4
Реферат
Подготовка
самостаятельной
работы
26
Итого
26
Семестр 10
1-12
Темы 5, 6, 7, 8, 9 Реферат
Самостоятельная
разработка СКУ
технологическим
процессом
39
Итого
39
5. Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация
5.1. Текущий контроль успеваемости
5.1.1. Контроль самостоятельной работы студентов
5.1.2. Текущий контроль знаний студентов
Текущий контроль знаний (ТКЗ) студентов (в часы лекций)
Раздел дисциплины (тема)
Содержание ТКЗ
Колво
часо
в
Семестр 9
Темы 1,2,3,4
Итоговая контрольная
Семестр 10
1
Темы 5,6,7,8,9,10 Итоговая контрольная
1
Текущий контроль знаний (ТКЗ) студентов (в часы практических занятий)
Раздел дисциплины (тема)
Содержание ТКЗ
Колво
часо
в
Семестр 9
Текущий контроль знаний в 9 семестре
Темы 1,2,3,4
Итоговое тестирование
1
Семестр 10
Текущий контроль знаний в 10 семестре
Темы 5,6,7,8,9,10 Итоговое тестирование
2
Текущий контроль знаний (ТКЗ) студентов (в часы лабораторного практикума)
Раздел дисциплины (тема)
Содержание ТКЗ
Колво
часо
в
Семестр 9
Темы 1,2,3,4
Защита Л.р.
2
Семестр 10
Темы 5,6,7,8,9,10 Защита Л.р.
2
5.1.3. График текущего контроля успеваемости студентов
Семестр 9
Недели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Контр
Контр
КТ
КТ
ЗЛР
ЗЛР
Семестр 10
Недели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
ЗЛР
ЗЛР
КТ
КТ
Контр
Контр
Виды текущего контроля
ЗКурсПр - Защита курсового проекта ; ЗКурсР - Защита курсовой
работы; ЗЛР - Защита лабораторной работы; КТ - Компьютерное
тестирование; Контр - Контрольная работа; ПТ - Письменное
тестирование; ЗР - Представление и защита реферата; ПрЛР - Проверка
и прием лабораторных работ; ПДЗ - Проверка и приём домашнего
задания; ПрРГР - Проверка и приём расчётно-графической работы; ПГ Проверка уровня готовности студента; ПрКТ - Промежуточное
компьютерное тестирование; Опрос - Устный опрос
5.1.4. График самостоятельной работы студента
Семестр 9
Недели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Реферат
Реферат
Семестр 10
Недели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Реферат
Реферат
Формы самостоятельной работы
РГР - Выполнение расчётно-графической работы; ДЗ - Домашнее
задание; КурсР - Курсовая работа; КурсПр - Курсовое проектирование;
ПЛР - Написание отчета и подготовка к защите лабораторной работы;
ПТ - Подготовка к тестированию; Реферат - Реферат; СИ Самостоятельное изучение
5.2. Промежуточная аттестация
Промежуточная аттестация студентов в каждом семестре проводится на основе
"Положения о курсовых экзаменах и зачётах", утвержденного решением Учёного совета
МГИУ 21.04.2004
9 семестр - зачет
10 семестр - экзамен
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Основная литература
1. Семенов А.С. Интегрированные системы проектирования и управления :учеб. пособие
для вузов. / Палагута К.А. - М.: МГИУ, 2008 Гриф УМО
2. Проектирование автоматизированных участков и цехов :учеб. для вузов. / Вороненко
В.П., Егоров В.А., Косов М.Г. и др.; под ред. Ю.М. Соломенцева - М.: Высш. шк., 2000
Гриф МО
6.2. Дополнительная литература
3. Матвейкин В.Г., Фролов С.В., Шехтман М.Б. Применение SCADA-систем при
автоматизации технологических процессов. М: Машиностроение, 2000 - 176c.
4. Рождественский Д. А. Автоматизированные комплексы распределенного управления:
Учебное пособие. Б.м., ТМЦДО, 2002 - 124c.
5. Семенов А. С., Палагута К. А. Интегрированные системы проектирования и
управления: Учебное пособие. М.:МГИУ, 2007 - 150c.
- литература, не имеющаяся в библиотечном фонде МГИУ и рекомендованная
студентам и преподавателям как внешний источник
- литература, которую необходимо приобрести в библиотечный фонд МГИУ
- литература, планируемая к изданию в РИЦ МГИУ
6.3. Периодические издания
1. Современные технологии автоматизации. () СТА-Пресс,
2. Промышленные АСУ и контроллеры. () Научтехмаш,
3. Автоматизация в промышленности. ()
6.4. Ресурсы интернет
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
7. Средства обеспечения освоения дисциплины
Программы
1. SCADA-система TRACE MODE 6.0
Приложения
Приложение 1
Методические рекомендации для преподавателя
Тема
занятий
Виды
учебных
занятий
Средства
обучения
Методы
обучения
Формы
текущего
контроля
Рекомендуемая
литература
Тема 1
Лекции
Презентация
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
[3] c.5-10
Тема 2
Лекции
Презентация
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
[1] c.40-47
[3] c.10-20
Тема 2
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 2
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.10-20
занятие
с ПО
м/о
тестирование. [4] c.10-20
Тема 3
Лекции
Тема 3
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 3
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.20-30
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 4
Лекции
Тема 4
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 4
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.30-40
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 5
Лекции
Тема 5
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 5
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.40-50
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 6
Лекции
Тема 6
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 6
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.50-60
Презентация
Презентация
Презентация
Презентация
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
[3] c.30-40
[3] c.20-30
[5] c.30-50
[3] c.40-50
[3] c.30-40
[3] c.50-60
[3] c.40-50
[3] c.60-70
[3] c.50-60
[3] c.70-80
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 7
Лекции
Презентация
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Тема 7
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 7
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.60-70
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 8
Лекции
Тема 8
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Тема 8
Практическое Компьютеры Практические Компьютерное [3] c.70-80
занятие
с ПО
м/о
тестирование.
Тема 9
Лекции
Тема 9
SCADAЛабораторная система
работа
TRACE
MODE 6
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
[2] c.100-110
Тема
10
Лекции
Чтение
лекций
[3] c.90-100
Презентация
Презентация
Презентация
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Защита
Практические
лабораторной
м/о
работы.
Чтение
лекций
Контрольная
работа.
Контрольная
работа.
[3] c.60-70
[3] c.80-90
[3] c.70-80
[3] c.90-100
[3] c.80-90
Приложение 2
Методические указания студентам для самостоятельной работы
Раздел
дисциплины
(тема)
Вид
самостоятельной
работы
Форма Необходимая Рекомендуема
текущего литература
я
контроля
литература
Семестр 9
Темы 1, Реферат
2, 3, 4
Подготовка
самостаятельной
работы
Устный
опрос
[2] с.10-68
Семестр 10
Темы 5, Реферат
6, 7, 8, Самостоятельная
9
разработка СКУ
технологическим
процессом
Устный
опрос
[2] с.75-115
Приложение 3
Дополнительные учебно-методические материалы по дисциплине
Список экзаменационных вопросов (вопросов для зачёта) по дисциплине
Вопросы для подготовки к ээкзамену
1. 1. Контроллер в структуре ИСПУ. Обобщенная структура контроллера. 2. Задачи,
решаемые контроллером. Концентраторы. 3. Языки программирования,
используемые при работе с PLC-контроллерами. 4. Промышленная локальная сеть.
Назначение, особенности. Типы промышленных сетей. 5. Уровень серверов
(управляющих ЭВМ). Задачи уровня серверов. Архитектуры, используемые на
уровне серверов. 6. Понятие открытой системы. Особенности открытых систем. 7.
Концепция "клиент-сервер". Распределенное приложение. 8. Технологии COM и
DCOM. 9. Этапы развития АСУТП. Концепция SCADA. 10. Структурные
компоненты SCADA-системы. 11. Функции SCADA-систем. Функции оператора.
12. Основные возможности и средства, присущие всем SCADA-системам. 13.
Технические характеристики SCADA. 14. Стоимостные и эксплуатационные
характеристики SCADA. 15. Понятие АРМ. Особенности АРМ. 16. Протокол DDE.
Особенности. Достоинства. Недостатки. 17. Технология OLE. Особенности.
Достоинства. Недостатки. 18. Технология OPC. Особенности. Достоинства.
Недостатки. 19. Технология OPC. Понятие OPC-сервера и OPC-клиента. 20.
Тренды в SCADA-системах. Назначение. Типы трендов. 21. Алармы. Назначение.
Типы алармов. Группы и приоритеты алармов. 22. Языки программирования в
SCADA-системах. Основные типы языков программирования. 23. Базы данных
(БД) в SCADA-системах. История развития БД. Особенности современных БД. 24.
Промышленные БД. Особенности работы. Пути создания. 25. Основные
характеристики MS SQL Server. 26. Продукт Plant2SQL. Основные особенности. 27.
Понятие резервирования. Типы резервов. 28. Обоснование причин написания
собственного ПО либо приобретения SCADA-системы. Параметры, влияющие на
выбор SCADA-системы. 29. Иерархия свойств SCADA-систем по степени
важности. Этапы выбора SCADA-системы. 30. Особенности лицензионной
политики системы Citect.
Тема 1. Диспетчерское управление. Компоненты систем контроля и управления.
Вопросы для самоконтроля:
1. 1. Контроллер в структуре ИСПУ. Обобщенная структура контроллера. 2. Задачи,
решаемые контроллером. Концентраторы. 3. Языки программирования,
используемые при работе с PLC-контроллерами.
Тема 2. Использование контроллеров при построении САУ.
Вопросы для самоконтроля:
1. 4. Промышленная локальная сеть. Назначение, особенности. Типы промышленных
сетей. 5. Уровень серверов (управляющих ЭВМ). Задачи уровня серверов.
Архитектуры, используемые на уровне серверов.
Тема 3. Организация взаимодействия с контроллерами
Вопросы для самоконтроля:
1. 6. Понятие открытой системы. Особенности открытых систем. 7. Концепция
"клиент-сервер". Распределенное приложение. 8. Технологии COM и DCOM.