Тверской Ю.С. (ред.) Управление в технических системах

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина

Управление

в технических системах

Учебное пособие

по подготовке квалификационных работ специалистов

по направлению 220200 «Автоматизация и управление»

Под редакцией доктора технических наук,

профессора Ю.С. Тверского

Иваново 2008

УДК 681.5

У 66

Управление в технических системах.: Учеб. пособие / Под

ред. Ю.С. Тверского; ГОУВПО «Ивановский государственный

энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново,

2008. – 148 с. – ISBN

Учебное пособие содержит сведения, необходимые для

качественного выполнения дипломных проектов (работ) по

специальности «Управление и информатика в технических

системах» и практико-ориентированных магистерских

диссертаций по направлению «Автоматизация и управление».

Материалы пособия могут быть полезны для студентов,

выполняющих соответствующие разделы магистерских

диссертаций и дипломных проектов (работ) по смежным

специальностям, включающие вопросы автоматизации и

управления технологическими процессами и производствами

(энергетика).

Табл. 1. Ил. 6. Библиогр. 204 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

Рецензенты: кафедра систем управления ГОУВПО «Иванов-

ский государственный энергетический университет имени В.И.

Ленина»; канд. техн. наук, доц. Н.А. Агафонова,

д-р техн. наук, проф. А.Я. Копсов

 Ю.С Тверской, 2008

 Авторы, 2008

ISBN

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Глава первая. Общие требования к выпускным

квалификационным работам по специальности

«Управление и информатика в технических системах»

и направлению «Автоматизация и управление»

1.1 Основные положения итоговой государственной

аттестации выпускников 10

1.2 Постановка и организация выполнения

квалификационной работы 11

1.3 Общие требования к содержанию квалификационной

работы

1.4 Требования к оформлению квалификационной работы 17

Библиографический список к главе 1 19

Глава вторая. Методические основы начальной стадии

технологии сквозного проектирования АСУТП 20

2.1 Предварительные замечания 20

2.2 Подготовка к дипломному проектированию 22

2.3 Рекомендации по разработке концепции АСУТП 22

2.4 Рекомендации по разработке технического задания на

АСУТП автоматизируемого объекта 24

2.4.1. Характеристика содержания технического

задания

2.4.2. Рекомендации по разработке PI-диаграмм 25

2.4.3. Рекомендации по определению требований

к системе 26

2.4.4. Требования к метрологическому обеспечению

информационно-измерительных каналов 29

2.5 Рекомендации по выбору базового ПТК АСУТП 30

2.6 Вопросы для дополнительной проработки 32

Библиографический список к главе 2 34

Глава третья. Методические основы функционального

проектирования 36

3.1 Предварительные замечания 36

3.2 Алгоритмический синтез 36

3.2.1. Последовательность выполнения процедур

анализа и синтеза при алгоритмическом

синтезе САУ 36

3.2.2. Построение математической модели объекта

управления 39

3.2.3. Параметрический синтез систем

автоматического управления (регулирования) 41

3.2.4. Имитационное моделирование систем

автоматического управления (регулирования) 42

3.2.5. Расчет и моделирование регулирующих органов

АСР 43

3.2.6. Анализ результатов математического

моделирования (выводы и рекомендации) 46

3.3 Проектная компоновка ПТК системы управления 47

3.4 Разработка прикладного программного обеспечения

системы управления 49

3.4.1. Предварительные замечания 49

3.4.2. Администрирование проекта прикладного ПО и

заполнение БД 50

3.4.3. Разработка прикладного ПО контроллеров 50

3.4.4. Разработка прикладного ПО операторских

станций информационно-вычислительного

комплекса 52

3.5 К вопросу о защите интеллектуальной собственности 53

3.5.1. Предварительные замечания. Общие понятия о

проектировании на уровне изобретений 53

3.5.2. Условия патентоспособности изобретения 55

3.5.3. Условия патентоспособности полезной модели 55

3.5.4. Содержание заявки на изобретение 55

3.6 Вопросы для дополнительной проработки 59

Библиографический список к главе 3 62

Глава четвертая. Методические основы конструкторского

проектирования (технический синтез) 68

4.1 Предварительные замечания 68

4.2 Характеристика технологии автоматизированного

проектирования с использованием системы

AutomatiCS ADT 68

4.3 Создание проектной документации 70

4.4 Вопросы для дополнительной проработки 72

Библиографический список к главе 4 73

Глава пятая. Методические основы технологического

проектирования 75

5.1 Характеристика стадии технологического

проектирования АСУТП 75

5.2 Задачи организации монтажных работ на объекте 77

5.3 Задачи организации пусконаладочных и режимно- 77

наладочных работ на объекте

5.4 Методика проведения экспериментальных

исследований 79

5.5 Технология разработки и функционирования

демонстрационных версий АСУТП 82

5.6 Вопросы для дополнительной проработки 85

Библиографический список к главе 5 87

Глава шестая.

Методические основы раздела «Экономика»

6.1 Общая характеристика раздела 90

6.2 Организация работы по выполнению раздела 90

6.3 Методические рекомендации 91

6.4 Вопросы для дополнительной проработки 92

Библиографический список к главе 6 94

Глава седьмая. Методические основы раздела

«Безопасность и экологичность проекта» 97

7.1 Общая характеристика раздела 97

7.2 Организация работы по выполнению раздела 98

7.3 Методические рекомендации 100

7.3.1. Введение и заключение 100

7.3.2 Анализ вредных и опасных факторов 100

7.3.3. Защита от вредных факторов. Обеспечение

комфортных условий труда 101

7.3.4. Обеспечение безопасности 104

7.3.5. Экологическая безопасность 105

7.3.6. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 106

7.4 Вопросы для дополнительной проработки 107

Библиографический список к главе 7 110

Приложения

115

Приложение 1. Типовая программа преддипломной

практики

115

Приложение 2. Пример задания на выполнение дипломного

проекта 122

Приложение 3. Правила оформления текстовых документов

и графических материалов 128

Приложение 4. Примеры описания формул изобретения

134

Приложение 5. Методика обработки экспериментальных

переходных характеристик (кривых разгона) 140

Приложение 6. Методика расчета экономической

эффективности введения второго контура АСР

регулирования температуры перегретого пара

прямоточного котла

145

Список сокращений

АСР – автоматическая система регулирования

АСУТП – автоматизированная система управления

технологическим процессом

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

АЭС

–

атомная электрическая станция

БЖД – безопасность жизнедеятельности

БЩУ – блочный щит управления

ГОС

–

государственный образовательный стандарт

ДЦП – дискретно-цифровой преобразователь

ЕМП – единая модель проекта

ЕСКД – единая система конструкторской документации

ИВС – информационно-вычислительная система

ИМ – исполнительный механизм

ИУ – исполнительное устройство

МЭО – механизм электрический однооборотный (постоянной

скорости)

НИР – научно-исследовательская работа

ОКР – опытно-конструкторская работа

ПСА – проектирование систем автоматизации

ПО – программное обеспечение

ПУЭ – правила устройства электроустановок

ПТК – программно-технический комплекс

РО – регулирующий орган

РХ – расходная характеристика

САПР – система автоматизированного проектирования

САУ – система автоматического управления

СКУ – система контроля и управления

СУ – система управления

ТЗ – техническое задание

ТОУ – технологический объект управления

ТЭО

–

теплоэнергетическое оборудование

ТЭП – технико-экономические показатели

ТЭС – тепловая электрическая станция

УСО – устройство связи с объектом

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь

ЦДП – цифродискретный преобразователь

ЦИП – цифроимпульсный преобразователь

Предисловие

Образовательные программы специальности

«Управление

и информатика в технических системах» и направления

«Автоматизация и управление» нацелены на подготовку

профессиональных специалистов (инженеров и практико-

ориентированных магистров), способных решать задачи

создания и эксплуатации систем управления сложными

техническими объектами. Поскольку подготовка специалистов

осуществляется в энергетическом университете, то это, прежде

всего, энергетические объекты и их комплексы, которые

относятся к классу наиболее наукоемких технических и

технологических систем.

Тепловые и атомные электрические станции обеспечивают

в настоящее время основную генерацию электрической и

тепловой энергии. Поэтому решение проблем автоматизации

энергетических объектов и управления ими является

неотъемлемым решающим фактором безопасной, надежной и

эффективной их эксплуатации. При этом своевременная

диагностика состояния технических систем и экономическая

эффективность управления предопределяется уровнем

достигнутой интеллектуализации выполняемых системой

управления функций. Решение этих задач возложено на

автоматизированные системы управления технологическими

процессами (АСУТП) энергоблоков, которые представляют

собой сложные многофункциональные системы.

При модернизации действующих или строительстве новых

энергетических объектов исключительно важную роль играет

технология создания АСУТП. За последние 10–15 лет

технология систем управления существенно изменилась, что

связано с революционными изменениями технических средств

автоматизации (ТСА).

Современные АСУТП строятся на базе программно-

технических комплексов (ПТК) сетевой иерархической

структуры, которые служат единым системообразующим

компонентом АСУТП энергоблока. ПТК заменяет широкую

номенклатуру ТСА как традиционных систем контроля и

управления (СКУ), так и автономных информационно-

Специальность 220201.65 (2007 г.)

Направление 220200 (2007 г.)

вычислительных систем (ИВС) и имеет практически

неограниченный вычислительный ресурс.

В основе новой технологии АСУТП лежит жизненный цикл

системы управления, включающий стадии ее создания и

эксплуатации, и идея «сквозного» (расширенного)

проектирования. При этом конечным результатом

проектирования считается введенная в эксплуатацию и готовая

к сдаче заказчику система управления гарантированной

технологической работоспособности.

Суть новой технологии заключается в последовательном

(итерационном) выполнении различных стадий формирования

описаний системы, необходимых и достаточных для создания

АСУТП, и обеспечении функционирования автоматизированного

объекта. Иными словами, новая технология обеспечивает

неразрывность процесса создания АСУТП на функциональном,

конструкторском и технологическом уровнях, включая ввод

системы в действие. Этот процесс должен поддерживаться

соответствующими инструментальными средствами

автоматизации на всех этапах производства работ и

последующей эксплуатации АСУТП. При этом содержание новой

технологии (как процесса «сквозного» проектирования

автоматизированного энергетического объекта) в полном

объеме определяется выделенными стадиями (этапами)

функционального, конструкторского и технологического

проектирования.

В настоящем учебном пособии сделана попытка

регламентировать требования к уровню знаний и умений на

завершающей стадии подготовки инженеров по специальности

«Управление и информатика в технических системах» и

практико-ориентированных магистров техники и технологии по

направлению «Автоматизация и управление» на основе новой

технологии создания сложных систем управления.

Рекомендуемая система подготовки квалификационных

работ апробирована многолетней практикой кафедры систем

управления и последующей успешной адаптацией выпускников

кафедры во многих научно-исследовательских, проектных и

наладочных организациях, на электростанциях в различных

сегментах научно-производственной деятельности.

В основу настоящей книги положена структура лекционного

курса д-ра техн. наук, профессора Ю.С. Тверского по

дисциплине «Технология систем управления».

Система текущих ссылок на литературу в настоящем

пособии не используется, но в конце каждой главы указаны

источники, дополнительное знакомство с которыми позволит

более профессионально разобраться в решаемых задачах.

Приведенный список литературных источников естественно

нельзя считать исчерпывающим, поскольку он ограничен как

рамками учебного пособия, так и субъективными

предпочтениями авторов.

Настоящее пособие может быть полезно для студентов

других энергетических специальностей, инженеров, магистров,

аспирантов и научных работников, желающих повысить свою

квалификацию.

В написании учебного пособия принимали участие д-р техн.

наук, проф. Ю.С. Тверской (проспект и содержательная часть

пособия, предисловие, гл.1 – 5, общее научное редактирование

книги), канд. техн. наук, доц. А.В. Голубев (разд. 3.3 – 3.5, прил.

4), канд. техн. наук, доц. В.В. Давыдов (разд.1.1, 1.4, 2.2, 2.4, 4.1,

4.3, 4.4; прил.1 – 3), канд. техн. наук, доц. Е.В. Захарова (разд.

3.1, 3.2.5), инженер Е.Д. Маршалов (разд. 3.2.5; 4.2), ассистент

А.Н. Никоноров (разд. 5.5), инженер А.Н. Русов (разд.3.3; 5.2),

д-р техн. наук, проф. А.К. Соколов (гл. 7), д-р техн. наук, проф.

кафедры СУ С.А. Таламанов (разд. 2.1, 2.3, 2.4.3, 2.5, 3.1, 3.2.1 –

3.2.4, 3.2.6, 5.1, 5.5, прил. 5), канд. экон. наук, доц. Л.И.

Хадеева (гл. 6, прил. 6), д-р техн. наук, проф. кафедры ИТ Е.С.

Целищев (разд.4.2).

Коллектив авторов выражает благодарность рецензентам –

председателю ГАК по кафедре систем управления

генеральному директору ОАО «ОГК-5» д-ру техн. наук, проф.

А.Я. Копсову и канд. техн. наук, доц. кафедры высшей

математики ИГЭУ Н.А. Агафоновой за конструктивный подход

при анализе содержания настоящей работы.

Подготовка и техническое редактирование пособия

выполнены сотрудниками кафедры систем управления

И.В. Алениной и О.В. Злыдарь, которым авторы также выражают

искреннюю признательность.

Замечания и пожелания по книге просим направлять по

адресу:

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ивановский

государственный энергетический университет (ИГЭУ),

кафедра систем управления.

Глава первая. Общие требования к выпускным

квалификационным работам по специальности

«Управление и информатика в технических системах»

и направлению «Автоматизация и управление»

1.1. Основные положения итоговой государственной

аттестации выпускников

В соответствии с Законом Российской Федерации «Об

образовании» освоение образовательных программ высшего

профессионального образования завершается государственной

аттестацией.

Целью итоговой государственной аттестации выпускников

вуза является установление соответствия уровня подготовки

выпускника кафедры требованиям государственного

образовательного стандарта (ГОС) высшего профессионального

образования, а также перспективным требованиям

энергетической отрасли к способности решения

профессиональных задач с применением последних достижений

в области новой техники и технологий.

В ИГЭУ введены следующие виды итоговой

государственной аттестации выпускников:

• государственный экзамен по специальности по завершении

теоретической части обучения;

• защита выпускной квалификационной работы.

Выпускная квалификационная работа выполняется для

получения соответствующей квалификации:

• степени «Бакалавр техники и технологии»; выполняется в

форме бакалаврской работы

;

• квалификации дипломированного специалиста «Инженер»;

выполняется в форме дипломного проекта (работы);

• степени «Магистр техники и технологии»; выполняется в

форме магистерской диссертации.

При условии успешного прохождения всех установленных

видов итоговых аттестационных испытаний выпускнику ИГЭУ

присваивается соответствующая квалификация и выдается

Требования к выпускным квалификационным работам бакалавров в

настоящем пособии не рассматриваются.