2.2

2
3
При разработке рабочей программы учебной дисциплины в основу положены:
1. ФГОС ВПО по направлению подготовки 110800.62 - Агроинженерия , утвержденный
Министерством Образования и науки Российской Федерации 9 ноября 2009 г. Приказ
№552.
2. Учебный план профиля «Технический системы в агробизнесе» - одобрен Ученым советом
ФГОУ ВПО АЧГАА от « »
20 г., Протокол №
Рабочая программа учебной дисциплины одобрена на заседании кафедры информационных
технологий и управляющих систем от « »
20 г. Протокол №
Заведующий кафедрой
К.т.н., доцент
В.Н. Литвинов_________________
Рабочая программа учебной дисциплины рассмотрена и рекомендована к использованию в
учебном процессе на заседании методической комиссии по направлению подготовки
110800.62 «Агороинженерия» от « »
20
г. Протокол №
Председатель методической комиссии
к.т.н., доцент
Разработчик:
к.т.н., доцент
Ю.М. Черемисин_____________
С.Б. Панев__________________
4
Содержание
с.
1. Вводная часть………………………………………………………………………...
1.1 Цели и задачи освоения дисциплины…………………………………..................
1.2 Место дисциплины в структуре ООП ……………………………........................
1.3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины………………….
2.Основная часть………………………………………………………………..............
2.1 Объем учебной дисциплины и виды учебной работы…………………………...
2.2. Содержание учебной дисциплины………..……………………………...............
2.2.1.Разделы учебной дисциплины виды учебной деятельности
и формы контроля………………………………………………………………..
2.2.2. Практические занятия
2.2.3.Лабораторный практикум ……………………….………………………………
2.3. Самостоятельная работа студента………………………………………………..
3. Образовательные технологии……………………………………………………….
3.1. Интерактивные образовательные технологии…………………………………...
4. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и
результатов освоения учебной дисциплины………………………………………….
4.1. Виды контроля и аттестации, формы оценочных средств………………………
4.2. Примерные темы курсовых работ………………………...………………………
4.3. Примерные темы рефератов (эссе) ……………………….……………………...
4.4. Тесты текущего контроля…………………………………………………………
4.4.1. Ключи к тестам…………………………………………………………..............
4.5. Варианты контрольных и домашних заданий (работ)………………………….
4.6. Вопросы к экзамену………………………………………………………..............
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины………………………………….
5.1. Основная литература………………………………………………………………
5.2. Дополнительная литература………………………………………………………
5.3. Базы данных, информационно-справочные материалы, поисковые
системы и другие Интернет-ресурсы……………………………………………..
5.4. Требования к программному обеспечению учебного процесса………………...
6.Материально-техническое обеспечение дисциплины……………………...............
Лист переутверждения рабочей учебной программы……………………………….
4
4
4
5
6
6
7
12
13
14
15
11
12
12
13
13
13
18
20
21
22
22
22
23
23
24
25
5
1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
1.1.Цели освоения учебной дисциплины
Целями освоения учебной дисциплины «Автоматика» являются:
- формирование у студента базовых профессиональных навыков по разработке и,
анализу средств автоматизации электрооборудования и электротехнологий;
- формирование у студента базовых профессиональных навыков по наладке, и
эксплуатации средств автоматизации электрооборудования и электротехнологий.
1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП
1.2.1. Учебная дисциплина «Автоматика» относится к профессиональному циклу Б.3.Б.8.
1.2.2. Для изучения данной учебной дисциплины необходимы следующие знания, умения и
навыки, формируемые предшествующими дисциплинами:
- Математика
Знания: Основные понятия и методы математического анализа и линейной алгебры, теории
дифференциальных уравнений, элементов теории функций комплексных переменных.
Умения: Использовать математический аппарат для обработки технической информации и
обработки данных.
Навыки: Использования методов построения математических моделей типовых
профессиональных задач.
- Физика
Знания: Физические основы механики, электричество и магнетизм, оптика.
Умения: Использовать физические законы для овладения основами дисциплины.
Навыки: Использования методов проведения физических измерений.
- Информатика
Знания: Основные прикладные программные средства.
Умения: Пользоваться персональным компьютером и глобальными информационными
ресурсами.
Навыки: Использования персонального компьютера для работы с файлами, текстовыми
документами и обработки табличных данных.
1.2.3. Перечень последующих учебных дисциплин, для которых необходимы знания, умения и
навыки, формируемые данной учебной дисциплиной:
 Моделирование и основы проектирования процессов сельскохозяйственных машин
6
1.3. Требования к результатам освоения учебной дисциплины
Изучение данной учебной дисциплины направлено на формирование у обучающихся следующих общекультурных (ОК) и
профессиональных (ПК) компетенций:
№ п\п
1
Номер/
индекс
компетенц
ии
2
ПК-1
2
ПК-2
1
ПК-23
3
ПК-5
4
ПК-9
Содержание компетенции (или ее части)
В результате изучения учебной дисциплины обучающиеся
должны:
Знать
Уметь
Владеть
3
Применение методов математического
анализа и моделирования
4
Основы структурного
моделирования
технических систем
5
Составлять
структурные схемы
систем управления
6
Методами анализа
систем
автоматического
регулирования.
Способность разрабатывать и
использовать графическую техническую
документацию
Готовность к участию в проектировании
технических средств автоматизации
сельскохозяйственных объектов
Способность проводить и оценивать
результаты измерений
Виды схем
автоматзациии
Составлять
функциональные
схемы
автоматизированны
х систем
управления
Выбирать и
применять датчики
физических
величин
Навыками чтения и
составления схем
автоматизации
Готовность использовать технические
средства автоматики и систем
автоматизации технологических процессов
Основные сведения о
системах и элементах
автоматики и
автоматизации
технологических
процессов
Виды первичных
преобразователей
(датчиков)
Применять
средства измерения
для контроля
технологических
процессов.
Применять
средства
автоматики и
автоматизации
технологических
Методами
проведения
экспериментов и и
обработки их
результатов
Методами на
стройки
регуляторов,
программных и ре
лейных систем
управления.
7
процессов
1
5
2
ПК-13
3
Способность использовать современные
методы поддержания режимов работы
автоматизированных технологических
процессов
6
ПК-16
Способность анализировать
технологический процесс как объект
контроля и управления
4
Принципы
автоматического
управления
Принципы
декомпозиции задач
управления, свойства
объектов управления
5
Применять
технические
средства
автоматики и
автоматизации
Составлять
структурные схемы
объектов контроля
и управления
6
Навыками
использования и
настройки
технических
средств автоматики
и автоматизации
Методами анализа
систем
автоматизации
8
2. Основная часть
2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы
Самостоятельная работа студента(СРС) (всего)
Проектные задания
Оформление отчетов по лабораторным работам
Подготовка к зачету
СРС в период промежуточной аттестации
Зачет
ИТОГО:
часов
Общая
трудоемкость
зач. единиц
Всего часов/
зач. единиц
54
Семестр
№
7
54
18
18
18
54
36
9
7
18
18
18
54
36
9
7
2
108
2
108
3
3
По учебной дисциплине изучаемой в течение семестра итоговой оценкой в приложении к
диплому указывается оценка зачет за семестр № 7.
9
2.2. Содержание учебной дисциплины
2.2.1. Содержание разделов учебной дисциплины
№
№ семестра
1
1
2
7
Наименование раздела
учебной дисциплины
3
Раздел 1. Теория автоматического
управления
Содержание раздела в дидактических единицах
4
1.1. Основные понятия управления технологическими объектами
Принципы построения систем управления. Структурные и
функциональные
схемы
САУ.
Автоматическое
управление
теплоэнергетическими процессами
1.2. Характеристики и модели элементов и систем автоматики
Основные модели. Статические характеристики. Динамические
характеристики. Частотные характеристики. Свойства объектов
управления
1.3. Структурные схемы систем управления
Типовые динамические звенья. Соединения звеньев. Структурная
схема объекта управления
1.4. Анализ автоматических систем регулирования
Методы анализа устойчивости АСР. Показатели качества
1.5. Настройка регуляторов
Одноконтурные
автоматические
регуляторы.
Нелинейные
позиционные автоматические регуляторы. АСР с дополнительными
сигналами
1.6. Логическое управление
Понятие логического управления. Дискретный логический автомат.
Автоматные таблицы и направленные графы
10
Продолжение таблицы 2.2.1
1
2
3
2
7
Раздел 2. Технические средства
автоматизации
3
7
Раздел 3. Автоматизированные
системы управления
технологическими процессами
4
1.7. Оптимальное и адаптивное управление
Оптимальное управление. Адаптивное управление
2.1. Датчики автоматики
Датчики температуры. Датчики давления и разряжения. Методы и
приборы для измерения расхода пара, газа и жидкости. Методы и
приборы для измерения уровня
2.2. Исполнительные устройства
Понятие
исполнительных устройств. Регулирующие органы.
Исполнительные механизмы
2.3. Микропроцессорные регуляторы
Особенности цифровых ПИД-регуляторов. Структурная схема
цифрового регулятора. Выбор шага дискретизации
2.4. Логические управляющие модули
Назначение, способы прогрпммирования логических управляющих
модулей
2.5.
Измерители количества теплоты (теплосчетчики)
Назначение и принцип действия теплосчетчиков
3.1. Основные понятия.
Понятия АСУ ТП. Виды обеспечений АСУ ТП. Информационные
модели АСУ ТП
3.2. Типы структурных решений АСУ ТП
3.3. Техническое обеспечение АСУ ТП
Типовая организация АСУ ТП. Управляющие вычислительные
машины. Программируемые контроллеры. Встраиваемые системы.
Промышленные компьютеры. Локальные сети на основе «полевых
шин»
3.4. Ввод и вывод сигналов в УВМ
Ввод/вывод дискретных сигналов. Ввод/вывод аналоговых сигналов
.
11
2.2.2. Разделы учебной дисциплины , виды учебной деятельности и формы контроля
№
№
семестра
Наименование раздела
учебной дисциплины
1
1
7
2
1. Теория автоматического управления
Виды учебной деятельности,
включая самостоятельную работу
студентов (в часах)
Л
ЛР
ПЗ
СРС всего
3
4
5
6
7
10
6
10
42
68
2
7
2. Технические средства автоматизации
4
12
4
2
22
3
7
3. Автоматизированные системы управления
технологическими процессами
4
0
4
10
18
ИТОГО:
18
18
18
54
108
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
8
Устный опрос,
оформление отчетов,
проектное задание
Нед. 1-5
Устный опрос,
оформление отчетов,
проектное задание
Нед. 2-16
Проектное задание
Нед 6-18
Зачет
12
2.2.3. Лабораторный практикум
№
семестра
7
7
Наименование раздела учебной
дисциплины
Раздел 2. Технические средства
автоматизации
Раздел 1. Теория автоматического
управления
Наименование лабораторных работ
1. Исполнительные механизмы
Всего
часов
2
2. Индуктивные, трансформаторные и индукционные датчики.
2
3. Программные устройства.
2
4. Датчики температуры
2
5. Микропроцессорные регуляторы
2
6. Электромагнитные реле
7. Экспериментальное определение динамических характеристик
2
2
Исследование автоколебательных режимов и настройка релейных
САР
9. Исследование характеристик цифрового ПИД-регулятора
ИТОГО
2
8.
2
18
13
2.2.4. Практические занятия
№
№
п\п семестра
Наименование раздела учебной
дисциплины
Всего
часов
Составление структурных функциональных схем
4
2
3
Определение передаточной функции по дифференциальному уравнению и
составление структурной схемы САР
Преобразование структурных схем САР
4
Построение АФЧХ элемента САР
2
5
Исследование устойчивости САР по критерию Гурвица и Михайлова
2
6
Математическое моделирование отдельных элементов САР
2
7
Моделирование линейной САР
2
8
Параметрическая оптимизация САР
2
9
Коррекция САР
2
1
2
7
Раздел 1. Теория автоматического
управления
Наименование семинарских занятий
ИТОГО
2
18
14
2.3. Самостоятельная работа студента
Виды СРС:
№
семестра
1
7
Наименование раздела учебной дисциплины
2
Раздел 1. Теория автоматического управления
Раздел 2. Технические средства автоматики
Раздел 3. Автоматизированные системы управления
технологическими процессами
ИТОГО часов в семестре:
Виды СРС
3
Проектное задание: Анализ системы
автоматического регулирования
Всего
часов
4
26
Оформление отчетов по лабораторным
работам
Оформление отчетов по лабораторным
работам
5
Проектное задание: Разработка внешнего
алгоритма АСУ ТП
5
Проектное задание: Выбор технических
средств АСУ ТП
5
Оформление отчетов по лабораторным
работам
Зачет
2
2
9
54
15
3. Образовательные технологии
№
п\п
№
семест
ра
Раздел 1: Теория
автомати-ческого
управления
7
Раздел 2:
Технические
средства
автоматики
Раздел 3:
Автоматизированные
системы
управления
технологическими
процессами
Виды
учебной
работы
Лекция № 1-5
Мультимедийные лекции
Практические
занятия № 1-13
7
7
Особенности
проведения
занятий
(индивидуальн
ые/
групповые)
групповые
«Мозговой штурм»,
программированное
обучение
Лабораторные
Физическая и
работы № 7-9
компьютерная симуляция,
программированное
обучение
Лекция № 6, 7
Мультимедийные лекции
Практическое
«Мозговой штурм»,
занятие № 14, 15 программированное
обучение
Лабораторные
Активный эксперимент,
работы № 1-6
программированное
обучение
Лекция № 8, 9
Мультимедийные лекции,
проблемная лекция
групповые
Практическое
«Мозговой штурм»,
занятие № 16, 17 программированное
обучение
групповые
Занятия в интерактивной форме в объеме:


Образовательные
технологии
лекции – 12 часов;
практические занятия – 6 часов;
групповые
групповые
групповые
групповые
групповые
16
4. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости
и результатов освоения учебной дисциплины
4.1.Виды контроля и аттестации, формы оценочных средств
№
№
Виды контроля и
Наименование
п\п
семестра
аттестации (ВК,
раздела учебной
Тат, ПрАт*)
дисциплины
Оценочные
средства
Форма
1
7
Тат
Теория автоматического
управления
2
7
Тат
Технические средства
автоматики
3
7
Тат
Автоматизированные
системы управления
технологическими
процессами
ПрАт
Защита
расчетной
работы
Защита
проектного
задания
Защита
проектного
задания.
Экзамен
Количество
вопросов
и заданий
25
Кол-во
независимых
вариантов
20*25=500
25
25
25
25
30
-
17
4.2. Примерные темы проектных заданий
Раздел 1: Теория автоматического управления





Разработайте функциональную и структурную схемы системы автоматического регулирования (САР) согласно заданному варианту.
Проведите анализ устойчивости САР. Выявите границы устойчивости и статическую ошибку системы регулирования.
Проведите математическое моделирование на ПЭВМ САР, выявите показатели качества.
Проведите параметрическую оптимизацию САР.
Проведите математическое моделирование на ПЭВМ нелинейной (релейной) САР.
Пример проектного задания раздела 1
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ГИДРОТУРБИНЫ
Рисунок 1– Схема САР угловой скорости гидротурбины: 1 – гидротурбина; 2 – генератор; 3 – заслонка; 4 – тахогенератор; 5 – усилитель; 6 –
электромагнитный механизм
На электрических станциях при производстве электроэнергии предъявляются определенные требования к стабильности частоты f
генерируемой ЭДС. Частота f однозначно определяется угловой скоростью  рабочего колеса гидротурбины. В связи с этим гидротурбины
на электростанциях оснащаются САР угловой скорости. На рисунке 1 показана схема одного из вариантов такой САР.
18
В данной системе объектом регулирования является
гидротурбина 1, регулируемая величина которого – угловая скорость
. Она при постоянном расходе воды изменяется в зависимости от нагрузки на валу турбины, то есть от мощности Р, которая потребляется
от генератора 2 (с увеличением мощности угловая скорость снижается, а с уменьшением – возрастает). Таким образом мощность Р является
внешним возмущающим воздействием на объекте регулирования. Для регулирования угловой скорости имеется заслонка 3, с помощью
которой изменяется расход воды через турбину. Он однозначно зависит от вертикального перемещения Х заслонки. Следовательно,
перемещение Х заслонки можно рассматривать как регулирующее воздействие объекта регулирования. Угловая скорость  контролируется
посредством тахогенератора 4, ЭДС Е которого сравнивается с задающим напряжением U0. Сигнал рассогласования U через усилитель 5
управляет посредством длинноходового электромагнитного исполнительного механизма 6 заслонкой 3.
Динамические свойства САР описываются следующей системой уравнений:
d
Т0
   k0 X  k1 P – уравнение гидротурбины;
dt
E = kт  – уравнение тахогенератора;
U = kу  U – уравнение электронного усилителя;
d2X
dX
Т 1Т 2
 T1  T2 
 X  k эU – уравнение электромагнитного исполнительного механизма совместно с заслонкой.
2
dt
dt
Физический смысл переменных, входящих в уравнения, отражен в описании схемы САР. Параметры Т0, Т1, Т2 и k0, k1, kт, kу, kэ –
соответственно постоянные времени и передаточные коэффициенты (ky – варьируемый параметр). Их размерности и значения по вариантам
приведены в таблице 1.
Заданное значение угловой скорости  = 300,3 рад/с.
Таблица 1 – Исходные данные
Вариан
ты
T0, c
T1, c
T2, c
1
1
2
3
4
5
6
7
2
0,1
0,15
0,11
0,12
0,15
0,2
0,1
3
0,0012
0,0013
0,0011
0,001
0,0015
0,0012
0,0010
4
0,01
0,011
0,012
0,013
0,014
0,01
0,009
Параметры
k0,
k1,
kт, Вс/рад kэ, м/В
рад
рад
с*см
с*кВт
5
6
7
8
8
0,01
1,0
0,05
7
0,015
1,0
0,05
6
0,016
1,0
0,05
5
0,01
1,0
0,05
9
0,01
1,0
0,05
4
0,011
1,0
0,05
7
0,015
1,0
0,05
kу
Р, кВт
9
80
100
90
85
100
110
120
10
–100
80
–70
90
–95
85
–75
19
5. Учебно-методическое и
информационное обеспечение учебной дисциплины
5. 1. Основная литература
№
п\п
Наименование
1
1
2
Автоматизация технологических процессов
3
Лабораторный практикум по автоматике, 2
часть. Моделирование и эксперимент в
автоматике.
Практикум по автоматике «Примеры и задачи
по системам автоматического регулирования».
В двух частях
Автоматизированные системы управления
технологическими процессами: Учебное
пособие
Автоматизация управления технологическими
процессами
4
5
6
Авторы
Год
и
место
издания
3
Бородин И.Ф.
Судник Ю.А.
Карташов Б.А.,
Панев С.Б. и др
4
www.allbect.ru,
Используется Семестр
при
изучении
разделов
Количество
экземпляров
В
На
библиотеке кафедре
7
8
100
5
1, 2, 3
6
4
АЧГАА,
2008
1
4
30
5
Карташов Б.А.
и др.
АЧГАА,
2008
1
4
100
20
Лебедев К.Н.
АЧГАА, 2008
2, 3
4
30
15
Лебедев К.Н.
АЧГАА, 2011
2, 3
4
10
20
5.2. Дополнительная литература
№
п\п
1
1
Наименование
2
Практикум по автоматике
«математическое
моделирование на ПК».
Авторы
3
Карташов Б.А
Год
и место
издания
4
АЧГАА,
2003
Используется
при
изучении
разделов
Семестр
5
1
6
4
Количество
экземпляров
В
библиотеке
На
кафедре
7
8
50
21
5.3. Базы данных, информационно
справочные, поисковые системы и другие Интернет-ресурсы
Ресурс
Описание
http://www.owen.com.ru/
Сайт компании ОВЕН, производителя датчиков и приборов для нижнего уровня АСУ ТП. Журнал
“Автоматизация и производство”.
http://www.metran.ru/
Промышленная Группа "Метран" - ведущая российская компания по разработке, производству и
сервисному обслуживанию интеллектуальных средств автоматизации
http://www.rtsoft.ru/
ЗАО “РТСофт” – дилер средств промышленной автоматизации ведущих мировых производителей.
http://www.prosoft.ru/
Одна из крупнейших компаний – дилеров технических и программных средств промышленной
автоматизации ведущих мировых производителей.
http://www.asutp.ru/
Портал, посвященный АСУ ТП, включая аннотированный каталог технических средств с ссылками на
производителей.
http://www.cta.ru/
Журнал "Современные технологии автоматизации" ("СТА").
http://www.mka.ru/
Научно-технический журнал "Мир компьютерной автоматизации"
http://www.avtprom.ru/
Журнал "Автоматизация в промышленности".
22
5.4. Требования к программному обеспечению учебного
процесса:
Автор
Наименование
раздела
учебной
дисциплины
1
Раздел 1: Теория
автомати-ческого
управления
Раздел 2:
Технические
средства автоматики
Наименование
программы
2
Windows
MS Office
Год
Тип программы
разработки
Расчетная
Обучающая
Контролирующая
3
4
5
6
Microsoft
7
2000 и позже
2008 и позже
Owen Process Menedger
(OPM), конфигуратор
ТРМ-151
Компания
ОВЕН
Программный комплекс
“Моделирование в
технических устройствах”
(“МВТУ”)
Windows
MS Office
МГТУ им.
Н.Э.Баумана
2004 и позже
Microsoft
2000 и позже
23
6. Материально-техническое обеспечение учебной дисциплины
6.1. Аудитории
Стандартно оборудованные лекционные аудитории для проведения интерактивных
лекций: видеопроектор, экран настенный.
Стандартно оборудованные аудитории для проведения практических занятий.
Аудитория 5-206, укомплектованная ПЭВМ.
Лабораторные работы проводятся в специальной лаборатории 5-218, оборудованной
лабораторными стендами, что позволяет работать бригадами по 2 человека на одном
рабочем месте.
6.2. Оборудование рабочих мест преподавателя и обучающихся:
Видеопроектор, экран, стационарный компьютер преподавателя, компьютерный
класс для студентов с установленными ОС MS Windows, MS Оffice, МВТУ.
6.3. Специализированное оборудование:
Специализированные лабораторные стенды.
24
Лист переутверждения рабочей программы учебной дисциплины
Рабочая программа:
одобрена на 20………./20………. учебный год. Протокол № …………заседания кафедры от
«………….» ……… ……….20………. г.
Ведущий преподаватель……………………………………………………………….
Зав. кафедрой……………………………………………………………………………
одобрена на 20………/20……….. учебный год. Протокол № ………..заседания кафедры
от «………» …………………20……… г.
Ведущий преподаватель………………………………………………………………..
Зав. кафедрой……………………………………………………………………………
одобрена на 20………/20……….. учебный год. Протокол № ………..заседания кафедры
от «………» …………………20……… г.
Ведущий преподаватель………………………………………………………………..
Зав. кафедрой……………………………………………………………………………
одобрена на 20………/20……….. учебный год. Протокол № ………..заседания кафедры
от «………» …………………20……… г.
Ведущий преподаватель………………………………………………………………..
Зав. кафедрой……………………………………………………………………………