Document 852908

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
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Управление процессами электролиза в расплавленных солях в металлургии»
Направление подготовки: 220700 Автоматизация технологических процессов и производств
Программа: Системы автоматизированного управления в металлургии
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составитель: Ассистент каф. АТПП П.А. Петров
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины – дать студентам знания по физико-химическим основам электролитических процессов в оборудовании металлургических процессов и системам управления такими процессами.
Познакомить их как с основными свойствами и параметрами расплавов солей. Дать
преставление об основных управляющих параметрах, оказывающих влияние на протекание процессов
Задачи дисциплины – изучение основных физико-химических свойств расплавов и
продуктов металлургии на их безопасность и освоить основные методы расчета безопасных условий проведения технологических процессов в оборудовании для получения металлов электролизом расплавленных солей.
Изучить методы анализа и расчета систем управления процессами электролиза и
систем автоматической защиты для предотвращения возникновения и развития аварийных
ситуаций.
2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная учебная дисциплина относится к
вариативной части профессионального цикла для подготовки по программе «Системы автоматизированного управления в металлургии», является дисциплиной по выбору.
Для успешного усвоения дисциплины приобретения необходимых знаний, умений
и компетенций к началу изучения дисциплины «Управление процессами электролиза в
расплавленных солях в металлургии» студент должен обладать соответствующими знаниями, умениями и компетенциями, полученными им при освоении Учебных дисциплин:
Математическое моделирование, Компьютерные технологии в области автоматизации и
управления, Современные проблемы автоматизации и управления, Проектирование систем автоматизации и управления, Интегрированные системы проектирования и управления автоматизированных и автоматических производств, Техническое и информационное
обеспечение систем управления, Прикладное программирование, Моделирование объектов и систем управления, Современные направления в развитии технологии производства
цветных металлов.
Учебная дисциплина «Управление процессами электролиза в расплавленных солях
в металлургии» является предшествующей для ряда учебных дисциплин по направлению
подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии» и на основе знаний, умений и компетенций, приобретенных студентом в процессе ее освоения
формируются соответствующие знания, умения и компетенции для последующих учебных дисциплин. К таким дисциплинам относятся: Методы и алгоритмы обработки сигналов и изображений.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у выпускника следующих компетенций:
– способен 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);
– способен обеспечивать необходимую жизнестойкость средств и систем автоматизации,
контроля, диагностики, испытаний и управления при изменении действий внешних фак-
торов, снижающих эффективность их функционирования и планирование мероприятий по
постоянному улучшению качества продукции (ПК-13);
– способен анализировать и адаптировать научно-техническую документацию к прогнозируемому усовершенствованию, модернизации, унификации выпускаемой продукции,
средств и систем автоматизации и управления (ПК-24);
–способен проводить математическое моделирование процессов, оборудования, средств и
систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления с использованием
современных технологий проведения научных исследований (ПК-39).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
– основные источники опасностей в металлургических технологических схемах;
– анализ процессов для определения условий устойчивости режимов работы электролизеров;
– критические параметры, определяющие условия безопасной эксплуатации оборудования
в производстве металлов из расплавленных солей;
– основные условия эксплуатации, требующие автоматического контроля и управления;
– технические средства, применяемые для построения систем автоматической защиты и
блокировок;
уметь:
– разрабатывать уравнения теплового и материального баланса оборудования электролитического получения металлов, использовать их для анализа путей развития процесса
при действии различного типа;
– синтезировать алгоритмы систем управления процессами электролиза в расплавленных
солях;
– использовать пакеты прикладных программ для моделирования процесса электролиза и
систем управления;
владеть:
– методами составления уравнения теплового и материального баланса в электролизерах
и использовать их для анализа путей развития процесса при действии различного типа;
– методами и навыками разработки математического и информационного обеспечения систем управления процессами электролиза;
– пакетами прикладных программ для моделирования процесса электролиза и систем
управления.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы.
Всего часов
Вид учебной работы
Семестры
С
Аудиторные занятия (всего)
64
64
В том числе:
-
-
Лекции
8
8
Практические занятия (ПЗ)
16
16
40
40
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
44
44
Курсовой проект (работа)
-
-
Расчетно-графические работы
20
20
Реферат
10
10
Другие виды самостоятельной работы
14
14
Домашнее задание
14
14
В том числе:
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
Экзамен
108
108
4
4
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование раздела
дисциплины
Введение. Способы получения алюминия
Свойства и строение
электролитов
Основы электролиза
расплавов
Содержание раздела
История развития алюминиевой промышленности. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов. Альтернативные способы получения алюминия.
Основные компоненты электролита, их свойства и строение. Строение криолитоглиноземных расплавов.
Термодинамика основных реакций. Катодный, анодный
процесс. Катодный выход по току. Требования, предъявляемые к глинозему. Влияние солевых добавок и поведение примесей при электролизе. Показатели процесса
электролиза.
Конструкция электролизеров, катодное, анодное устройство. Ошиновка электролизеров. Цеха и корпуса электролизного производства.
4.
Оборудование для
электролиза в расплавленных солях.
5.
Математическое моделирование процесса
электролиза расплавленных солей.
Управляемые и управляющие параметры
процесса электролиза.
Материальный и тепловой баланс электролизера. Расчет
ошиновки. Электрический баланс.
Управление процессом
электролитического
получения металла
поддержанием напряжения в пространстве
анод-катод
Системы автоматиче-
Стабилизация напряжения на электролизере. Межполюсное расстояние. Обратная ЭДС. Анодный эффект.
6.
7.
8.
Технологические параметры процесса электролитического получения алюминия. Измеряемые и неизмеряемые переменные процесса. Пространство состояний.
Автоматическое питание глиноземом. Принципы и ме-
9.
10.
ского питания электролизеров.
тоды питания электролизных ванн. Поддержание криолитового отношения. Корректировка электролита.
Автоматизированные
системы управления
технологическим процессом электролиза
расплавленных солей.
Пути развития систем
управления процессами
электролиза
История развития систем управления электролизом расплавленных солей. АСУТП «Алюминий», «Электролиз».
Современные
системы
автоматизации
«Тролль»,
«НЕВА», «СААТ», «Электра».
Точечные системы питания. Магнитогидродинамика
расплава солей.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
Наименование обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Методы и алгоритмы обработки сигналов и изоб- ражений
-
-
-
+
-
-
-
-
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
п/п
1.
Введение. Способы получения алюминия
2.
Свойства и строение электролитов
3.
Основы электролиза расплавов
4.
Оборудование для электролиза в расплавленных солях.
Математическое моделирование процесса электролиза расплавленных солей.
Управляемые и управляющие параметры процесса электролиза.
5.
6.
7.
Управление процессом электролитического получения металла поддержанием напряжения в пространстве
анод-катод
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
СРС
Всего
час.
2
4
2
2
4
4
4
10
10
6
2
18
2
6
2
12
4
4
8
8
2
10
2
2
2
Семин
8.
Системы автоматического питания
электролизеров.
9.
Автоматизированные системы управления технологическим процессом
электролиза расплавленных солей.
10.
Пути развития систем управления
процессами электролиза
6
2
Итого: 8
4
10
4
6
4
4
4
12
16
40
44
108
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика лабораторных работ
1.
4
2.
2-4
3.
5
4.
5.
4-6
5-7
6.
7
7.
8, 10
Конструктивный расчет электролизера расплавленных
солей.
Расчет материального баланса электролизера расплавленных солей в системе Delphi
Тепловой баланс электролизера. Расчет тепловых потерь через элементы конструкции.
Электрический баланс электролизера.
Разработка математической модели процессов электролиза расплавленных солей в пакете MATLAB.
Разработка алгоритма поддержания напряжения в
межполюсном зазоре электролизной ванны.
Математическая модель системы питания глиноземом
Итого:
Трудоемкость
(час.)
6
4
6
4
8
6
6
40
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
1.
4
2.
5,10
Геометрическое моделирование электролизера расплавленных солей в пакете Solid Edge
Построение трехмерного теплового поля электролизера
Итого:
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрены.
Трудоемкость
(час.)
10
6
16
Примерные темы рефератов:
1. История развития алюминиевой промышленности России.
2. АСУТП «Тролль»: назначение, характеристики, особенности.
3. АСУТП «Алюминий»: назначение, характеристики, особенности.
4. АСУТП «Электролиз»: назначение, характеристики, особенности.
5. АСУТП «Нева»: назначение, характеристики, особенности.
6. АСУТП «СААТ»: назначение, характеристики, особенности.
7. АСУТП «Электра»: назначение, характеристики, особенности.
8. Зарубежные системы управления процессами электролиза расплавленных солей.
9. Крупнейшие алюминиевые заводы России.
10. Экология и безопасность производства алюминия электролизом расплавленных солей.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: учеб пособие для вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. – М.: ИКЦ «Академкнига»,
2006. – 416 с.
2. Медведев, А. Е. Автоматизация производственных процессов : учеб. пособие / А. Е.
Медведев, А. В. Чупин. – Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2009. – 325 с.
3. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами /
В.Г. Харазов. – СПб.: Профессия, 2009. – 592 с.
б) дополнительная литература
1. Борисоглебский Ю.В. Металлургия алюминия. / Ю.В. Борисоглебский, Г.В. Галевский,
Н.М. Кулагин. – Новосибирск: Наука, 1999. – 438 с.
2. Ветюков М. М. Электрометаллургия алюминия и магния: учебник для вузов. /
М.М. Ветюков, А.М. Цыплаков, С.Н. Школьников – М.: Металлургия, 1987. – 320 с.
3. Уткин Н.И. Металлургия цветных металлов/ Н.И. Уткин. – М.: Металлургия, 1985. –
440 с.
в) программное обеспечение:
1. Windows XP/7/8.
2. Microsoft Office.
3. Программный пакет MATLAB.
4. Система программирования DELPHI.
5. CAD пакет SolidEdge.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Занятия по дисциплине проводятся в специально оборудованных аудиториях и с
применением персональных компьютеров.
Компьютерный класс – ауд. 6502. В компьютерном классе установлено 12 компьютеров, лазерный принтер. На стенах вывешены наглядные пособия с основными программами по специальным дисциплинам. В классе проводятся занятия в соответствии с расписанием, а также выполняются курсовые и дипломные проекты по направлению подготовки 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», программы подготовки «Системы автоматизированного управления в металлургии». В классе одновре-
менно могут заниматься до 18 человек, из них 12 человек непосредственно за компьютерами.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Для успешного изучения дисциплины студент должен посещать все занятия. Лекции читаются с использованием интерактивных средств обучения, практические и лабораторные работы выполняются на персональных компьютерах. В случае возникновения недопонимания материала, студент может воспользоваться методическими пособиями, как
по лекционному материалу, так и по практическим занятиям, а также посещать консультации преподавателей.
Задания студент выполняет самостоятельно на практических и лабораторных занятиях или дома. Следующее задание выдается только после защиты предыдущего. С целью
промежуточной проверки знаний проводится контрольная работа. Студенты, пропускающие занятия, получают дополнительные домашние задания и пишут реферат.
Разработчик:
Горный университет
ассистент каф. АТПП
П.А. Петров
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
Эксперты:
Горный университет
зав. каф.АТПП
А.А. Кульчицкий
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)