ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

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
«МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ»
Направление подготовки:
220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программы:
«Системы автоматизированного управления в металлургии»,
«Системы автоматизированного управления в нефтегазопереработке»,
«Системы автоматизированного управления в горном деле»
«Системы автоматизированного управления в машиностроении»
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составителm: профессор каф. АТПП Ю.В. Шариков
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является освоение магистрантами вопросов математического моделирования
сложных технологических схем совместно с системой автоматического управления в металлургии,
которые формируют профессиональный уровень специалиста по данному направлению.
Задачи дисциплины - дать знания магистрантам о программных пакетах, применяемых для
этих целей, о необходимой структуре и составе таких пакетов, о методах построения технологических схем в таких пакетах, библиотеке математических моделей технологических аппаратов, о библиотеке компонентов и их свойств, о создании пользовательских моделей для дополнения библиотеки математических моделях технологических объектов и технологических схем, общих принципах их построения; о проведении вычислительного эксперимента и оценке адекватности моделей;
применении численных методов для анализа и расчета технологических схем и исследовании их
функционирования с целью выбора оптимальных систем управления, контуров регулирования и
определении параметров настроек регуляторов.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения содержания дисциплины магистранты должны знать:
• методы синтеза технологических схем в специализированных программных пакетах на
примере использования программного пакета Aspen Engineering (ПК-3);
• методы задания составов и свойств материальных и энергетических потоков технологических схем и при необходимости их модификации (ПК-3);
• задания условий функционирования технологических схем и необходимых расчетных методов, обеспечивающих определение оптимальных условий с использованием критериев оптимизации и математических методов оптимизации (ПК-5);
 Исследовать параметрическую чувствительность технологической схемы для выбора оптимальных управляющих воздействий (ПК-6).
В результате освоения содержания дисциплины магистранты должны уметь:
• применять основные положения методов анализа и синтеза сложных технологических схем
совместно с системами автоматического управления (ПК-9);
• правильно выбирать математические модели технологических объектов из библиотеки и
создавать при необходимости модели нестандартных технологических объектов (ПК-5);
• производить анализ модели технологической схемы с целью выделения переменных состояния для формулировки критерия оптимизации технологической схемы (ПК-8);
• применять математические методы для моделирования созданных технологических схем;
• создавать схемы управления технологических объектов и схем с учетом взаимного влияния
аппаратов и условий их функционирования на статику и динамику работы схемы ПК-7);
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
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
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
72
Семестры
10
72
19
19
19
19
34
34
21
Зачет
Зачет
Всего часов
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ
№ пп.
Раздел дисциплины
Лекции, час.
1
Раздел 1. Введение. Моделирование объектов и систем управления с использованием программного
комплекса Аспен Плюс.
Раздел 2. Размещение основных аппаратов в окне
технологической схемы и соединение их материальными и энергетическими потоками для создания
технологических схем.
Создание технологической схемы процесса: Размещение потоков и связанных блоков, использование
потоков тепла и работы, использование потоков
псевдокомпонентов, обзор схемы, проверка полноты
схемы, настройка метода моделирования, запуск,
проверка результатов моделирования и представления их в графической и табличной формах.
2
4
Исследование процесса с помощью математической
модели схемы: задание различных входных значений, проведение исследования параметрической
чувствительности, представления результатов в графической форме, выбор оптимальных условий.
4
5
6
Программный комплекс Аспен Динамикс.
2
3
7
8
9
4
Раб, час.
4
Моделирование технологических схем стационарного режима, в Аспен плюс в динамическом режиме
как первый этап создание математической модели
технологической схемы вместе с системой управления
Открытие схем динамического режима в программном комплексе Аспен Динамикс.
Библиотека модулей Динамики для создания, модификации схем управления и настройки контроллеров
Создание схемы динамики, введение дополнительного контура регулирования и исследования работы схемы при различных возмущениях в питании и
в задании выходных переменных
4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. Введение. Введение. Моделирование объектов и систем управления с использованием программного комплекса Аспен Плюс. Создание технологической схемы из
библиотеки моделей. Задание составов потоков и задание их свойств термодинамических
пакетов для определения свойств смесей. Задание условий работы отдельных аппаратов.
Раздел 2. Размещение основных аппаратов в окне технологической схемы и соединение их материальными и энергетическими потоками для создания технологических схем.
Выбор аппаратов из библиотеки, размещение их на схеме или в таблице блоков, создание
таблицы всех входов и выходов для блоков, редактирование схемы из таблиц, подразделение схемы на блоки, перемещение типовых блоков в различные схемы, просмотр и редактирование схемы по блокам.
Раздел 3. Создание технологической схемы процесса: Размещение потоков и связанных блоков, использование потоков тепла и работы, использование потоков псевдокомпонентов, обзор схемы, проверка полноты схемы, настройка метода моделирования, запуск,
проверка результатов моделирования и представления их в графической и табличной формах. Формирование и печать отчета, дополнение отчета графиками и таблицами по результатм моделирования.
Раздел 4. Исследование процесса с помощью математической модели схемы: задание различных входных значений, проведение исследования параметрической чувствительности, представления результатов в графической форме, выбор оптимальных условий с помощью критерия оптимизации и математических методов оптимизации. Выбор методов
решения и оптимизации из библиотеки математических методов.
Раздел 5. Программный комплекс Аспен Динамикс. Основные функции, структура,
решаемые задачи, области применения.
Раздел 6. Моделирование технологических схем стационарного режима в Аспен
плюс в динамическом режиме как первый этап создания математической модели технологической схемы вместе с системой управления.
Раздел 7 Библиотека модулей Динамики для создания, модификации схем управления и настройки контроллеров. Разделы библиотеки, используемые для создания новых
контуров управления, содержащей библиотеку моделей управления, модели потоков, переменных состояния, управлений и всех дополнительных данных, включая проектирования
нестандартных блоков управления.
Раздел 8. Создание и моделирование схемы выделения метилциклогексана в динамическом режиме. Ввод сохраненной схемы и проверка выхода на стационарный режим
при воздействии различных возмущений по заданию и по входным потокам.
Раздел 9. Создание схемы динамики, введение дополнительного контура регулирования и исследования работы схемы при различных возмущениях в питании и в задании
выходных переменных. Задание новых контуров регулирования с использованием библиотеки регуляторов, датчиков, исполнительных механизмов и типов информационных потоков. Исследование динамических характеристик созданной схемы и оценка управляемости
процесса.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ раздела дисциплины
Наименования лабораторных работ
1
1
3
5
Работа №1. Базовые основы Аспен Плюс. Создание
технологической схемы и запуск моделирования
процесса
Работа №2. Выполнение анализа чувствительности в
процессе моделирования
4
3
5
4
6
5
7
6
8
7
9
8
10
9
Работа № 3. Задание спецификаций проектирования
процесса при моделировании его в Аспен Плюс
Работа №4. Анализ свойств компонентов при отсутствии их в банке компонентов.
Работа №5.Моделирование процессов с участием
электролитов.
Работа № 6. Моделирование процесса отгонки кислых примесей из кислых стоков.
Работа №7.Создание технологической схемы разделения смеси МСН с водой в Аспен плюс и исследование стационарного режима
Работа №8 Ввод схемы в Аспен Динамикс и модификация созданных контуров регулирования.
Работа №9. Исследование динамики процесса при
выбранных контурах регулирования и определение
условий, необходимых для компенсации заданных
возмущений.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
Литература
1. Документация к программному комплексу Аспен Плюс (AES Documentation, Aspen
Plus).
2. Документация к программному комплексу Аспен Динамикс (AES Documentation, Aspen
Dynamics).
3. И.Н. Белоглазов, Ю.В. Шариков, П.А. Петров и др. «МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ASPEN PLUS: Методические указания
Санкт-Петербургский горный институт (технический университет), 2011, 147с.
6.2. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Стенды и плакаты по дисциплине, расчетные компьютерные программы.
7. МАТЕРИАЛЬНО -ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Специализированный программный комплекс для построения математических моделей
технологических схем ASPEN ENGINEERING в компьютерной аудитории кафедры АТПП