6. Курсовой проект

По дисциплине «Проектирование автоматизированных систем» студенты выполняют курсовой проект, который заключается в разработке цифровой системы управления заданным техническим объектом на базе традиционного конечного автомата, МПА, или промышленного контроллера, например на Siemens S7 -224. Проект состоит из нескольких подразделов, которые необходимо выполнить последовательно. Каждый студент выполняет свой вариант, который будет выдан индивидуально.

Во всех вариантах заданий предусматривается разработка устройства управления конкретным объектом или функционально законченным модулем (блоком) сложной системы с использованием принципов "жесткой" логики или микропрограммного управления. Алгоритм работы устройства задается словесным описанием.

Варианты систем представлены ниже:

1. Устройство управления манипулятором смены инструмента

2. Устройство управления гибким производственным модулем (ГПМ)

3. Робототехническая ячейка автоматизированного производства

4. Система светофоров

5. Скоростной лифт

6. Музыкальный автомат

7. Автомат выдачи билетов

8. Автомат для разлива напитков

9. Автомат оплаты мобильной связи

10. Автомат оплаты коммунальных услуг

11. Автомат получения денег с пластиковой карточки

12. Автомат для разлива коктейлей из напитков

13. Управляющий автомат «Мягкая игрушка»

14. Автомат платного справочного электронного железнодорожного бюро

15. Автомат оплаты штрафов

16. Автомат системы чистки обуви

17. Автомат заказа пиццы

18. Автомат для покупки фасованных продуктов питания

19. Автомат для автоматизированной мойки машин

20. Автомат управления стиральной машиной.

Курсовой проект должен содержать следующие разделы:

1. Введение.

2. Аналитический обзор

3. Разработка структурной схемы системы

4. Разработка алгоритма функционирования системы

5. Разработка граф-схем алгоритма

6. Разработка управляющей программы

7. Анализ результатов проектирования и проверка соответствия этих результатов с исходными требованиями.

8. Заключение

9. Список используемых источников

7. Лабораторные работы

Выполнение лабораторных работ производятся по группам или самостоятельно по индивидуальным заданиям на аппаратно-программном комплексе программируемого логического контроллера или тренировочных программах, имитирующих работу программируемого контроллера.

Темы лабораторных работ:

Лабораторная работа №1

«Основные принципы программирования контроллера Simatic S7-224 и разработка программ для реализации комбинационных схем»

Лабораторная работа №2

«Изучение и разработка тестовых программ, имитирующих работу конечных автоматов»

Лабораторная работа №3

«Разработка программ формирования заданных временных последовательностей. На примере программы ‘Бегущий огонь’»

Лабораторная работа №4

«Изучение арифметических команд программируемого контроллера»

8. Вопросы к экзамену и зачету

1. Структура системы автоматизированного проектирования (САПР) СУ.

2. Понятие об управляющих автоматах.

3. Классификация автоматов и основные принципы их реализации. Концепции управления в реальном времени.

4. Логические переменные и функции. Релейный эквивалент и структурная интерпретация логических функций. Основные законы алгебры логики.

5. Формы представления логических функций. Декомпозиция логических функций.

6. Карты Карно и их свойства. Понятие нормальных форм.

7. Проблема минимизации логических функций. Методы минимизации логических функций.

8. Постановка задачи анализа комбинационных схем. Синтез комбинационных схем с одним и несколькими выходами.

9. Метод каскадов. Использование интегральных схем средней и высокой степени интеграции для построения комбинационных схем.

10. Понятие дешифратора и мультиплексора. Способы и примеры построения комбинационных схем с помощью дешифратора и мультиплексора.

11. Последовательностные схемы. Определение абстрактного автомата. Способы задания абстрактного автомата.

12. Автоматы Мили и Мура. Эквивалентные преобразования автоматов.

13. Постановка задачи минимизации конечных автоматом. Метод П-разбиений.

14. Метод минимизации конечных автоматов треугольными таблицами. Минимизация синхронных и асинхронных автоматов.

15. Общая методика канонического синтеза конечных автоматов. Этапы и последовательность синтеза. Выбор элементарного автомата. Синтез функциональной схемы.

16. Кодировка входных и выходных алфавитов конечного автомата.

17. Методы противогоночного кодирования внутренних состояний автомата.

18. Схемные методы устранения состязаний в конечных автоматах.

19. Понятие алгоритма и его свойства. Логические схемы алгоритмов, граф-схемы алгоритмов (ГСА), матричные схемы алгоритмов.

20. Переход от ГСА к автоматному описанию. Разметка ГСА по моделям Мура и Мили.

21. Методика алгоритмического синтеза автоматов. Система автоматизированного проектирования конечных автоматов на программируемых логических матрицах (ПЛМ).

22. Основные принципы построения микропрограммных устройств управления. Автомат Уилкса.

23. Структура микрокоманды. Способы кодирования полей микрокоманд.

24. Стратегии кодирования сегментов микрокоманды.

25. МПА с принудительной и естественной адресацией. Разновидности и структуры.

26. Микропрограммирование. Языки и инструментальные средства микропрограммирования. Метод рационального кодирования.

27. Промышленные контроллеры SIMATIC и OMRON. Назначение, структура, комплектация управляющих блоков.

28. Методы и средства программирования задач реального времени.

29. PIC-процессоры. Назначение, архитектура, принципы программирования.

30. Уровни интерфейса пользователя в задачах управления. Реализация интерфейсов пользователя в современных задачах управления.

Литература

1. Шелупанов, А.А. Математическая логика и теория алгоритмов: учеб. пособие / А. А. Шелупанов, В. М. Зюзьков. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 176 с.

2. Колмогоров, А. Н. Математическая логика : учеб. пособие для математ. специальностей вузов / А. Н. Колмогоров, А. Г. Драгалин . - М. : Едиториал УРСС , 2004 . - 238 с. .

3. Гуц, А. К. Математическая логика и теория алгоритмов / А. К. Гуц. - Омск: Издательство Наследие. Диалог-Сибирь, 2003. - 108 с.

4. Ершов, Ю.Л. Математическая логика: учеб. пособие для вузов / Ю. Л. Ершов, Е. А. Палютин. - М. : Наука, 1987. - 336 с..

5. Игошин, В.И. Математическая логика и теория алгоритмов : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. И. Игошин. — 2-е изд., стер. — М. : Издательский центр «Академия», 2008. — 448 с.

6. Швецов, А. Н. Проектирование систем логического управления : учеб. пособие . Ч. 1 / А. Н. Швецов . - Вологда : ВоГТУ , 2000 . - 107 с.

7. Швецов, А. Н. Учебник по проектированию комбинационных схем [Электронный ресурс] / Швецов А. Н. . - Электрон. дан. (1,53 МБ) . - Вологда : ВоГТУ , 2009 . - 1 электрон. опт. диск (CD-R); 12 см.