Учебное пособие (к диплому)

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина"

Кафедра систем управления

Управление в технических системах

Квалификационная работа

Учебное пособие

Под редакцией д.т.н. профессора Ю.С. Тверского

Иваново 2008

Управление в технических системах. Квалификационная работа: Учебное пособие / Под ред. Ю.С. Тверского; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2008. – 150 с.

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, включающих вопросы автоматизации и управления технологическими процессами и производствами (энергетика).

Рецензенты кафедра систем управления

Ивановского государственного энергетического университета Агафонова Н.А., к.т.н., доцент Копсов А.Я., д.т.н., профессор

Тверской, Юрий Семенович. Управление и информатика в технических системах. Квалификационная работа: учеб. пособие / Ю.С. Тверской, А.В. Голубев, В.В. Давыдов, Е.В. Захарова, Е.Д. Маршалов, А.Н. Никоноров, А.Н. Русов, А.К. Соколов, С.А. Таламанов, Л.И. Хадеева, Е.С. Целищев. Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО <Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина>.

– Иваново, 2008. – 150 с.

© Тверской Ю.С., 2008

© ИГЭУ, 2008

© Авторы, 2008

2

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие …………………………………………………………..8

Глава первая. Общие требования к выпускным квалификационным работам по специальности "Управление и информатика в технических системах" и направлению «Автоматизация и управление» …………………………......11

1.1.Основные положения итоговой государственной аттестации выпускников ……....…………………………………………… 11

1.2.Постановка и организация выполнения квалификационной работы ………………………………………………………. ...12

1.3.Общие требования к содержанию квалификационной работы……………………. ……………………………………….14

1.4.Требования к оформлению квалификационной работы ….18 Библиографический список к главе 1 .……………………….20

Глава вторая. Методические основы начальной стадии технологии сквозного проектирования АСУТП.…………… .21

2.1.Предварительные замечания ………………………………….21

2.2.Подготовка к дипломному проектированию ……………….. 23

2.3.Рекомендации по разработке концепции АСУТП ………… 23

2.4.Рекомендации по разработке технического задания на АСУТП автоматизируемого объекта ……………………….. 25

2.4.1.Характеристика состава и содержания технического задания ………….. ……………………………………… 25

2.4.2.Рекомендации по разработке PI-диаграмм ………… 26

2.4.3.Рекомендации по определению требований

к системе ……………………………………………… 27

2.4.4.Требования к метрологическому обеспечению информационно-измерительных каналов ………… 30

2.5.Рекомендации по выбору базового ПТК ………...………….. 31

2.6.Вопросы для дополнительной проработки ………………… 33 Библиографический список к главе 2…………………….. 35

Глава третья. Методические основы функционального проектирования АСУТП……………………………………… ..37

3.1.Предварительные замечания ………………………………… 37

3.2.Алгоритмический синтез ……………………………………… 37

3.2.1.Последовательность выполнения процедур анализа и синтеза при алгоритмическом синтезе САУ ………37

3.2.2.Построение математической модели объекта управления ……………………………………………… 40

3

3.2.3.Параметрический синтез систем автоматического управления (регулирования) …………………………. 42

3.2.4.Имитационное моделирование систем автоматического управления (регулирования) …… 43

3.2.5.Расчет и моделирование регулирующих органов АСР ……………………………………………. 44

3.2.6.Анализ результатов математического моделирования (выводы и рекомендации) ……………………………. 48

3.3.Проектная компоновка ПТК системы управления ……… . 48

3.4.Разработка прикладного программного обеспечения системы управления …………….……………………………. 50

3.4.1.Предварительные замечания ………………………….50

3.4.2.Администрирование проекта прикладного ПО и заполнение БД …………………………………………. 51

3.4.3.Разработка прикладного ПО контроллеров ………. 51

3.4.4.Разработка прикладного ПО операторских станций информационно-вычислительного комплекса ……. 53

3.5.К вопросу о защите интеллектуальной собственности…. 55

3.5.1.Предварительные замечания. Общие понятия о проектировании на уровне изобретений …………… 55

3.5.2.Условия патентоспособности изобретения ………. 56

3.5.3.Условия патентоспособности полезной модели…. 56

3.5.4.Содержание заявки на изобретение ………………. 57

3.6.Вопросы для дополнительной проработки ……………….. 61 Библиографический список к главе 3 ……………………… 63

Глава четвертая. Методические основы конструкторского проектирования (технический синтез) ....…..………………. 70

4.1.Предварительные замечания ………………………………. 70

4.2.Характеристика технологии автоматизированного проектирования с использованием системы

AutomatiCS ADT ………………………………………………. 70

4.3.Создание проектной документации ……………………….. 72

4.4.Вопросы для дополнительной проработки ….…………….. 74 Библиографический список к главе 4 ……………………… 53

Глава пятая. Методические основы технологического проектирования АСУТП (ввод в действие)………………… 77

5.1.Характеристика стадии технологического проектирования АСУТП ………………………….………………………………. 77

5.2.Задачи организация монтажных работ на объекте ……… 79

4

5.3.Задачи организации пуско-наладочных и режимноналадочных работ на объекте….…………………………….. 79

5.4.Методики проведения экспериментальных исследований 81

5.5.Технология разработки и функционирования демонстрационной версии АСУТП …………………………. 84

5.6.Вопросы для дополнительной проработки .……………… 87 Библиографический список к главе 5 ………………….. … 89

Глава шестая. Методические основы раздела «Экономика» 92

6.1.Общая характеристика раздела …………………………….. 92

6.2.Организация работ по выполнению раздела ……………… 92

6.3.Методические рекомендации по оценке экономической эффективности технических решений ……………………. 93

6.4Вопросы для дополнительной проработки ….…………….. 41 Библиографический список к главе 6 ………………………. 96

Глава седьмая. Методические основы раздела «Безопасность

иэкологичность проекта»……………………………………….. 99

7.1.Общая характеристика раздела……………………………… 99

7.2.Организация работы по выполнению раздела……………..100

7.3.Методические рекомендации………………………………….102

7.4Вопросы для дополнительной проработки ….…………… 110 Библиографический список к главе 7 ……………. ………. 112

Приложение П1. Типовая программа преддипломной практики ………………………………………………………… 117

Приложение П2. Пример задания на выполнение дипломного проекта ……………………………….. ……………………… 124

Приложение П3. Правила оформления текстовых документов и графических материалов …………………….……………. 130 Приложение П4. Примеры описания формул изобретения…136

Приложение П5. Методика обработки экспериментальных переходных характеристик (кривых разгона)……………. 142

Приложение П6. Методика расчета экономической эффективности введения второго контура АСР регулирования температуры перегретого пара прямоточного котла …………………………………………. 147

5

6

7

Предисловие

Образовательные программы специальности1 "Управление и информатика в технических системах" и направления2 "Автоматизация и управление" нацелены на подготовку профессиональных специалистов (инженеров и практикоориентированных 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 и управления энергетических объектов 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 программнотехнических 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-

1 Специальность 220201.65 (2007г.)

2 Направление 220200 (2007г.)

8

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.

Внастоящем 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.

Воснову настоящей книги положена структура лекционного курса д.т.н., профессора Ю.С.Тверского по дисциплине «Технология систем управления».

9

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.т.н., профессор Ю.С. Тверской (проспект и содержательная часть пособия, предисловие, гл.1,2,3,4,5, общее научное редактирование книги), к.т.н., доцент А.В. Голубев (п.п.3.3-3.5),

к.т.н., доцент В.В. Давыдов (п.п.1.1,1.4, п.п.2.2,2.4, п.п.4.1,4.3,4.4;

прил.1,2), к.т.н., доцент Е.В. Захарова (п.п.3.1, 3.2.5), инженер Е.Д. Маршалов (п.3.2.5; п.4.2), ассистент А.Н. Никоноров (п.п. 3.2.2-3.2.4), инженер А.Н. Русов (п.3.3; п.5.2), д.т.н., профессор А.К. Соколов (гл.7), д.т.н., профессор кафедры СУ С.А.

Таламанов (п.п. 2.3, 2.5, п.п. 3.1, 3.2.2-3.2.4, 3.2.6, 5.1), к.э.н.,

доцент Л.И. Хадеева (гл.6), д.т.н., профессор кафедры ИТ Е.С. Целищев (п.п.4.2).

Коллектив авторов выражает благодарность рецензентам Председателю ГАК по кафедре систем управления генеральному директору ОАО «Мосэнерго» д.т.н., профессору А.Я. Копсову и к.т.н., доценту 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.

10