Программа для учебного плана специальности 20. 05. 00 (мт-11) Объём работ, час icon

Программа для учебного плана специальности 20. 05. 00 (мт-11) Объём работ, час

Смотрите также:
Программа для учебного плана специальности 200500 (мт-11) Объём работ, час...
Рабочая программа Специальность Реклама Статус дисциплины...
Курс обществоведения ставит целью: Создание условий для социализации личности...
Рабочая программа по курсу математика для специальности 012500 -география Составитель А. И...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины: опд...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины: опд. Ф. 04...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Реклама...
Рабочая программа Специальность Связи с общественностью Статус дисциплины: опд...
Программа дисциплины основы геодезии, инженерного благоустройства территорий и транспорт...



скачать

Системы автоматического управления технологическим оборудованием

МТ-11.





Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

Шифр дисциплины













Кафедра: МТ-11


«Утверждаю»

Первый проректор  

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана

_______________ Е.Г. Юдин

«___» «___________» 2003 г.


^ Системы автоматического управления технологическим оборудованием.


Программа для учебного плана специальности 20.05.00 (МТ-11)






Объём работ, час

Виды учебных работ

Всего

10 сем

11 сем







13 нед

17 нед

Выделено на дисциплину

231







Аудиторная работа

103

52

51

Лекции

77

26

51

Семинары

13

13

-

Лабораторные работы

13

13

-

Самостоятельная работа

128

26

102

Домашнее задание










Сроки выполнения контрольных мероприятий (неделя выдачи – неделя сдачи)

Домашнее задание










Рубежный контроль










Контрольная работа










Контроль знаний

З

Э

Д. зач.



Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»

Москва, 2003

Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста 654100 «Электроника и микроэлектроника» по специальности 20.05.00 «Электронное машиностроение».

^ Раздел 1. Цели и задачи дисциплины.

Основные цели дисциплины: формирование у студентов основных представлений:



по методам и средствам комплексной проработки механических, электронных и программных компонентов оборудования для реализации электронных технологий в машиностроении;



по единству способов структурного построения системы целевых механизмов, системы их энергообеспечения и системы управления, сходству методов анализа и синтеза;



по структуре, аппаратному и программному обеспечению современных САУ;



по набору функций, реализуемых системой автоматического управления (САУ) и способам их реализации;

^ Задачами дисциплины является: изучение:



выбора и рационального распределения функций между механическими, электронными и программными компонентами оборудования, взаимного согласования решений между инженерами технологами, системотехниками, электрониками и программистами;



вариантности структурного построения и элементной базы современных САУ, принятию и обоснованию решений по структуре и элементной базе;



вариантности аппаратного и программного обеспечения САУ;



основных этапов комплексной разработки САУ, как неотъемлемого компонента технологической машины.



процесса разработки технического задания (ТЗ) и технического предложения (ТП) на аппаратную и программную части САУ на начальных этапах проектирования технологического оборудования;



расчета и проектирования периферийных компонентов САУ.



разработки типовой технической документации на нестандартные электронные компоненты САУ.



Раздел 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

2.1. Приобретаемые знания.

Студент должен знать:



методы и средства комплексной проработки механических, электронных и программных компонентов оборудования для реализации электронных технологий в машиностроении;



функции современных САУ и методы их выбора и обоснования;



основы проектирования современных распределенных (децентрализованных) САУ, их анализа и синтеза исходя из выбранных функций;



назначение, архитектуру и аппаратное построение центральных, узловых и локальных контроллеров;






методы постановки и выдачи четких технических заданий и технических предложений на аппаратные и программные компоненты САУ;



основы программирования управляющих контроллеров;



основы расчета и проектирования типовых периферийных компонентов САУ;



основы разработки типовой технической документации на нестандартные электронные компоненты САУ.

^ 2.2. Приобретаемые умения.

Студент должен уметь:



анализировать набор функций, их аппаратную и программную поддержку в САУ, оценивать перспективность принятых решений;



разрабатывать и использовать комплексную модель оборудования для проработки ТЗ и ТП на САУ, систему целевых механизмов и систему их энергопитания;



выбирать функции САУ разрабатываемого оборудования, провести их многовариантную декомпозицию на отдельные процессы и осуществлять их локальный анализ;



вести глобальный анализ процессов и выбирать их рациональные варианты;



разрабатывать комплексную принципиальную схему машины, как совокупность кинематических, вакуумных, пневматических и других необходимых схем целевых механизмов, функциональной схемы их энергообеспечения и системы управления;



описывать работу технологической машины традиционными методами и владеть процессным подходом, т.е. уметь разработать процессную модель оборудования;



выбирать элементную базу САУ: структуру локальной вычислительной управляющей сети, состав контроллеров, стандартные интерфейсные блоки и сформулировать четкое ТЗ на нестандартные элементы;



рассчитать и спроектировать типовые периферийные компоненты САУ;



разработать типовую техническую документацию (принципиальные электрические схемы, сборочные чертежи и топологию печатных плат) на нестандартные электронные компоненты САУ;



проводить информационный поиск в интернет с целью проектирования САУ и повышения своей квалификации в этой области.


Понятия: Взаимодействие материальных, энергетических и информационных потоков в технологической машине. Система целевых механизмов, их энергообеспечения и система автоматического управления (САУ). Функция САУ, процесс, цикл и квант процесса. Ресурсы для реализации процессов. Принцип агрегатирования ресурсов по процессам. Комплексная модель технологической машины: процессная модель, комплексная принципиальная схема. Целевой, механический, энергетический и информационный интерфейс элементов технологической машины. Вычислительное ядро и устройство связи с объектом управления. Линии связи с объектом и элементарные действия САУ: дискретное управление, дискретный контроль, аналоговое управление, аналоговый контроль. Информационно-управляющие сети, типовые протоколы обмена. Структура САУ, центральные, узловые, локальные контроллеры. Параметры микропроцессорной САУ, микропроцессорного контроллера, интерфейсных плат САУ. Операционные системы "жесткого реального времени" и базовые операционные системы локальных микроконтроллеров. Программная и аппаратная поддержка функций САУ.


^ Методики расчета: разработки процессной модели технологического оборудования ; разработки комплексной принципиальной схемы; локального и глобального анализа процессов; проектирования локальной управляющей сети, выбора и проектирования ее компонентов (центральных, узловых и локальных контроллеров, интерфейсных плат связи с объектом); выбора и расчета линий связи с объектом, управляющих ключей, проектирования и отладки программного обеспечения САУ.

^ Приборы и изделия: центральные, узловые, локальные контроллеры, устройства связи с объектом управления, однокристальные микроконтроллеры, типовые электронные компоненты САУ, программно-аппаратные эмуляторы, типовые датчики и исполнительные механизмы.

^ 2.3. Приобретаемые навыки.

Студент должен иметь навыки:



работы с учебно-методической литературой, научно-техническими отчетами, специальной научной периодикой;



написания реферативных обзоров по изучаемым разделам курса с элементами анализа, систематизации и обобщения;



анализа вариантов, выбора и комплектации стандартных компонентов САУ с использованием средств интернет;



разработки технической документации (принципиальных электрических схем, сборочных чертежей) на нестандартные средства САУ;



работы с аппаратно-программными эмуляторами микроконтроллеров и программирования работы типовых элементов технологического оборудования;



составления технического задания и технического предложения на компоненты технологической машины.

^ Раздел 3. Содержание дисциплины.



п/п

Раздел дисциплины

Лекции,

ч.

УПР.,

ч.

ЛР,

ч.

Реком.

лит-ра




10 семестр

26

13

13




3.1.

Цель и задачи курса. Назначение и функции САУ.

2







[1]

3.2.

Вариантность построения САУ.

4

2




[1]

3.3.

Структурное построение САУ технологическим оборудованием.

4







[1 ]

3.4

Электронные компоненты для периферийных устройств САУ.

2

5




[1,2]

3.5.

Типовые однокристальные микроконтроллеры.

8

6

5

[1,3]

3.6.

Построение центральных и узловых контроллеров.

8

--

8

[1]




11 семестр

51

--

--




3.7.

Методы и средства комплексной проработки механических, электронных и программных компонент технологической машины.

4







[1,4]

3.8.

Процессный подход к описанию работы технологической машины.

4







[1,4]

3.9.

Этапы проработки ресурсной и процессной моделей.

14







[1,4]

3.10.

Основы проектирования, выбора и программирования локальных микроконтроллеров.

10







[1,4]

3.11.

Комплектация центральных и узловых контроллеров. Основы программирования

8







[1,4]

3.12.

Проектирование и комплектация периферийных устройств и линий связи в САУ.

8







[1,4]

3.13.

Разработка технической документации на нестандартные электронные компоненты САУ.

3







[1,4]

Содержание разделов дисциплины:

3.1. Предмет и задачи курса. Назначение и функции САУ.

Структура курса и его место в учебном плане. Состав оборудования для электронных технологий в машиностроении: система целевых механизмов, система их энергопитания и система управления, их взаимодействие. Функции САУ (основные целевые, сервисные функции и функции коррекции цели) и элементарные действия САУ: дискретное управление, дискретный контроль, аналоговое управление, аналоговый контроль. Единство механических, электронных и программных компонент, вариантность распределения функций. Процесс разработки технологического оборудования и задачи инженера разработчика (2 часа).

3.2. Вариантность построения САУ.

Анализ вариантов САУ на примере промышленного робота: синхронные механические, пневмомеханические, электропневмомеханические САУ, асинхронные САУ с «жесткой логикой», САУ со штеккерной панелью, с РПЗУ, микропроцессорные САУ, САУ на однокристальных микроконтроллерах, на свободно программируемых контроллерах и т.п. Реализуемые функции, способы описания работы, анализ преимуществ и недостатков. (4 часа).

3.3. Структурное построение САУ технологическим оборудованием.

Топология типовой микропроцессорной управляющей сети: центральные, узловые и локальные контроллеры. Типовой контроллер: вычислительное ядро, устройство связи с объектом. Линии связи, ключи, исполнительные механизмы, датчики. Малые локальные микропроцессорные сети, сети класса Feldbus, тенденции развития и рекомендации по применению. (4 часа).

3.4. Электронные компоненты для периферийных устройств САУ.

3.4.1. Типовые дискретные элементы: диоды, светодиоды, биполярные, полевые и IJBT- транзисторы, тиристоры и симисторы, назначение, тенденции развития и использования, практические рекомендации к расчету и выбору.

3.4.2. Операционные усилители и схемы их включения. Идеальный операционный усилитель, основные правила и примеры расчета при различном включении. Технологическое исполнение операционных усилителей и их реальные параметры, рекомендации по практическому применению.

3.4.3. Типовые цифровые компоненты САУ. Комбинационные логические и последовательностные схемы (КЛС и ПС). Типовые ячейки КЛС и их схемотехническое и технологическое исполнение (ТТЛ, ТТЛШ, p-МОП, n-МОП, k-МОП схемы, другие исполнения). Параметры и нагрузочная способность. Рекомендации по применению. Триггеры (асинхронные - синхронные, статические - динамические), RS, T, JK, счетные триггеры. Тристабильные элементы. Типовые интегральные компоненты: счетчики, дешифраторы, регистры, буферные элементы, схемы памяти (ПЗУ, ППЗУ, РПЗУ, флэш-память, ОЗУ статические и динамические), тенденции развития и рекомендации по применению.

3.4.4. Аналогово-цифровые компоненты: аналоговые ключи, мультиплексор-селекторы, цифроаналоговые преобразователи, тенденции развития и рекомендации по применению Аналогово-цифровые преобразователи. Методы АЦП, преимущества и недостатки. Типовые АЦП, тенденции развития и рекомендации по применению. (2 часа - лекции, 5 часов - семинары).

3.5. Типовые однокристальные микроконтроллеры.

Обзор семейств. Однокристальные микроконтроллеры семейства MCS-51. Устройство, карта памяти, подключение внешней памяти программ и данных, таймеры-счетчики и их режимы, приемопередатчик, система прерываний. Система команд.

Основы программного обеспечения: особенности построения управляющих программ, методы разработки и отладки, обеспечение надежности. (8 часов - лекции, 6 часов - семинары).

3.6. Построение центральных и узловых контроллеров.

3.6.1. Назначение, функции и особенности построения центральных контроллеров. Реализация человеко-машинного интерфейса. История развития: контроллеры семейства «Орион» и «УТК-5» – набор шин, состав, преимущества и недостатки. (3 часа).

3.6.2. Платформа IBM PC, как основа современных контроллеров: история и тенденции развития, архитектура, набор шин, конструктивы. Шина ISA, протоколы обмена, карта памяти, распределение ресурсов, аппаратное и программное обеспечение подключения периферийных модулей (устройств связи с объектом управления) к шине. Особенности программирования. (5 часов).

3.7. Методы и средства комплексной проработки механических, электронных и программных компонент технологической машины.

3.7.1. Обработки материальных потоков, потоков энергии и информации в технологической машине. Тенденции развития средств обработки этих потоков. Функции технологической машины: основные целевые, сервисные функции и функции коррекции цели. Ресурсы и процессы технологического оборудования, ресурсная и процессная модели их связь.

3.7.2. Состав ресурсной модели и ее роль в комплексной проработке механических, электронных и программных компонент. Комплексная принципиальная схема. Техническое задание и техническое предложение на структурно-компоновочное решение и отдельные компоненты технологической машины. Состав интерфейса компонента машины. Целевой, механический, энергетический и информационный интерфейсы.

3.7.3. Состав процессной модели и ее роль в комплексной проработке механических, электронных и программных компонент. Цель, этапы и методы проработки ресурсной и процессной моделей. Что, для чего и как делать? Роль и задачи ведущего разработчика при комплексной проработке механических, электронных и программных компонент. Концепции последовательной проработки и ее недостатки. Концепции параллельной комплексной проработки. (4 часа).

3.8. Процессный подход к описанию работы технологической машины.

Последовательный процесс. События, как результат действий и условия для их инициализации. Локальные и глобальные (системные события). Алфавит процесса. Уровни описания последовательного процесса, его цель (функция), критерии начала и окончания, режимы проведения. Виды последовательных процессов, цикл и квант процесса. Примеры. (4 часа).


3.9. Этапы проработки ресурсной и процессной моделей.

Этап 1. Выбор и детализация основных функций машины. Деление директивной технологии на последовательные процессы.

Этап 2. Локальный анализ процессов, уяснение цели, выявление критериев начала, физических принципов и режимов проведения, выбор управляющих, управляемых и контролируемых переменных, требуемых ресурсов и критериев окончания процесса. Описание последовательностью событий, выявление системных и локальных событий.

Этап 3. Глобальный анализ и «сшивка» процессов. Выявление конфликтов, уточнение описания процессов.

Этап 4. Проработка комплексной принципиальной схемы машины. Принцип агрегатирования ресурсов по процессам. Многообразие вариантов агрегатирования. Синхронизация процессов при агрегатировании, синхронные и асинхронные схемы агрегатирования.

Этап 5. Построение КПС целевых механизмов машины (КПС механики).

Этап 6. Построение КПС системы энергообеспечения и системы управления. Исходные данные и результаты этапа.

Этап 7. Разработка КПС САУ. Исходные данные и результаты этапа. Принятие решения по структуре управляющей сети, составу и виду отдельных контроллеров.

Этап 8. Выбор вспомогательных функций машины. Сервисные функции и функции коррекции цели, их роль при эксплуатации оборудования электронных технологий, повышение безотказности, ремонтопригодности и долговечности за счет рационального выбора сервисных функций.

Этап 9. Уточнение и оформление КПС. Согласование материальных, энергетических и информационных потоков КПС, таблицы привязки потоков. Формирование и описание целевого, механического, энергетического и информационного интерфейса компонентов технологической машины.

Этап 10. Состав, исходные данные и формирование и оформление ТЗ и ТП на программное обеспечение машины. (14 часов).

3.10. Проектирование и выбор локальных микроконтроллеров.

Выбирать или проектировать? Свободно программируемые контроллеры – обзор семейств. Основы выбора. Программирование свободно программируемых контроллеров.

Проектирование микроконтроллеров: портовая и шинная архитектура. Подключение внешней памяти программ и данных, организация и дешифрация памяти, реализация дискретного и аналогового управления и контроля, согласование микроконтроллера с объектом управления, активные и пассивные способы борьбы с помехами, программными и аппаратными сбоями. Типовые супервизорные схемы и примеры их использования.

Организация программного обеспечения локальных микроконтроллеров. Базовая операционная система: состав и основные функции.

Подключение типовых объектов управления: аппаратная и программная поддержка. (10 часов).

3.11. Комплектация центральных и узловых контроллеров.

Еще раз о составе. Рекомендации по выбору вычислительного ядра.

Набор периферийных модулей и их типовой функциональный состав: контроллер шины, управляющие регистры и регистры обмена, функциональная и интерфейсная часть.

Особенности программирования элементарных действий. Проблемы защиты от аппаратных и программных сбоев.

Реализация процессного подхода в программном обеспечении, обзор систем "жесткого реального времени" и тенденций и противоречий их развития. (8 часов).

3.12. Проектирование и комплектация периферийных устройств и линий связи в САУ. Еще раз о линиях связи. Длинные линии и радиоканал. Особенности построения линий аналогового контроля и управления, потенциальные и токовые линии, 0 - 20 и 4 -20 мА. Элементарные линии или сети класса Fieldbus? Протоколы и примеры использования сетей. Обеспечение надежности линий связи и ключей. Примеры расчета линий связи и ключей.

Периферийные модули распределенных САУ. (8 часов).

3.13. Техническая документация на нестандартные электронные компоненты САУ. Состав технической документации. Основные правила оформления принципиальных электрических схем. (3 часа).

Раздел 4. Практические занятия.

№ п/п

Номер р/дисц.

Сем.

Тема практического занятия

Объем, ч.

4.1.

3.2

10

Обсуждение вариантности САУ. Описание работы асинхронной САУ автоматными графами, алгоритмами и последовательными процессами

2

4.2.

3.4.

10

Расчеты линий связи с объектом. Выбор и расчет ключевых элементов. Расчет схем обработки сигнала на операционных усилителях.

3

4.3.

3.5

10

Изучение аппаратной части и основ программирования локальных микроконтроллеров. Подключение и программирование типовых объектов.

6

^ Раздел 5. Лабораторный практикум.

№ п/п

Номер р/дисц.

Сем.

Тема лабораторного практикума

Объем, ч.

5.1

3.5

10

Получение практических навыков программирования и отладки однокристальных микроЭВМ. Разработка и отладка программ для управления шаговым двигателем.


6

5.2.




10

Изучение работы типового периферийного модуля центрального контроллера. Аппаратное подключение и программная поддержка дискретного управления и дискретного контроля, аналогового управления и аналогового контроля.

5

5.3.




10

Изучение средств программирования центральных контроллеров. Средства разработки MMI (3 часа).


3

Раздел 6. Самостоятельная работа.

№ п/п

Номер р/дисц.

Сем.

Тема самостоятельной работы

Объем, ч.

6.1.







Самостоятельная проработка курса лекций, курсовое проектирование, подготовка к лабораторным работам, к зачету и экзаменам.

128

6.2.







Самостоятельная проработка курса.

12

6.3.

3.4

10

Домашнее задание 1. Подготовка реферата по вариантности построения САУ (Выдача – 2 неделя, сдача – 6 неделя)

4

6.4.







Домашнее задание 2. Проектирование и расчет линий связи с объектом (Выдача – 6 неделя, сдача – 10 неделя)

10

Раздел 7. Курсовое проектирование, курсовая работа.

№ п/п

Сем.

Тема самостоятельной работы

Объем, ч.

7.1.

11

^ Курсовой проект. Цель проекта - закрепление знаний и умений, полученных в лекционных курсах цикла, получение навыков и умений координировать работу над одним проектом со специалистами разного профиля: технологами, механиками, электрониками и программистами.

^ Объем курсового проекта не менее 5 листов формата А1 и 30-50 листов расчетно-пояснительной записки.

Предметом курсового проектирования является комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов технологического оборудования, разработка структурной схемы и комплектация САУ в совокупности с машиной в целом, разработка принципиальных электрических схем на нестандартные компоненты САУ.

Объектом проектирования являются технологическое оборудование и оснастка, исследовательские стенды, прорабатываемые студентами в рамках проводимого на кафедре инженерного практикума.

Допускается выполнение проектов по индивидуальным заданиям в ранее проводимых на кафедре НИР, НИОКР и других исследований.

102

Студент должен выполнить следующие объемы работ:

20% объема работ



Разработка процессной модели объекта проектирования.

40% объема работ



Разработка комплексной принципиальной схемы целевых механизмов (КПС механики).

60% объема работ



Разработка комплексной принципиальной схемы системы энергообеспечения и системы управления.

80% объема работ



Разработка принципиальной электрической схемы нестандартного компонента САУ.

100% объема работ



Согласование КПС и процессной модели, постановка ТЗ и ТП на компоненты машины, оформление расчетно-пояснительной записки.

Раздел 8. Учебно-методические материалы.

8.1. Рекомендуемая литература.

  1. Конспект лекций по курсу на электронных носителях.

  2. Хоровиц П., Хилл У., Искусство схемотехники: В 3-х томах. Пер. с. англ.- 4-е изд. - М.: Мир, 1993.

  3. Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994, - 440 с.

4. Рябов В. Т. Проект "Методы и средства комплексной проработки механических, электронных и программных компонентов оборудования электронных технологий". Методические указания. МТ-11, 2000г.

5. Рябов В. Т. Программирование работы шагового двигателя. Методические указания для проведения лабораторных работ. 1998 г.


Программа составлена: Рябов В. Т., доц., к.т.н._________________


Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МТ-11.


Заведующий кафедрой МТ-11.

Волчкевич Л. И.___________________ «____» __________ 2003 г.


Одобрена методической комиссией факультета МТ


Председатель методической комиссии факультета МТ

(Ф.И.О.) ___________________ «____» __________ 2003 г.


Программа согласована с методическим отделом

Васильев Н. В. ___________________ «____» __________ 2003 г.





База данных защищена авторским правом © kursovaya-referat.ru 2017
При копировании материала укажите ссылку