Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами»




НазваниеПрограмма учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами»
Дата конвертации25.01.2013
Размер254 Kb.
ТипПрограмма


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 240100

проф. Н.М. Теляков


_______________________

Зав.кафедрой ПТПЭ

проф. Теляков Н.М.



ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ»


Направление подготовки: 240100 Химическая технология


Квалификация (степень) выпускника: бакалавр, специальное звание «бакалавр»

Форма обучения: очная


Составители: заведующий каф. ПТПЭ Н.М. Теляков

доцент каф. ПТПЭ С.Н. Салтыкова

ассистент каф. ПТПЭ А.А.Дарьин


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012


1.Цели и задачи дисциплины:

Учебная дисциплина "Системы управления химико-технологическими процессами" является одной из основных профилирующих дисциплин в системе подготовки бакалавров.

Основной целью образования по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами» является научить студента основным принципам управления химико-технологическими процессами; ознакомить будущих специалистов с основными измерительными приборами, используемыми в технологических схемах. Основными обобщёнными задачами дисциплины (компетенциями) являются:

  • приобретение необходимых знаний по основным технологическим процессам и измерительному оборудованию;

  • овладение методами расчета материального и теплового балансов основных переделов химико-технологических процессов; комплексом измерительных средств (приборов), фиксирующих значения важнейших параметров работы всех технологических аппаратов;

  • формирование навыков:




  • выполнения расчета основных агрегатов;

  • по сбору и анализу информационных исходных данных для проектирования технологических установок;

  • математического моделирования процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований;

  • по расчету и проектированию отдельных стадий технологического процесса в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО по направлению подготовки 240100 «Химическая технология»

Дисциплина «Системы управления химико-технологическими процессами» относится к профессиональному циклу основной образовательной программы.

Содержание дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин естественнонаучного и математического циклов, а знания, умения и навыки, полученные при её изучении, будут использованы в процессе освоения специальных дисциплин, при курсовом и дипломном проектировании, в профессиональной деятельности.

Изучение и успешная аттестация по данной дисциплине, наряду с другими дисциплинами, являются необходимыми для освоения специальных дисциплин, прохождения учебной и производственной практик.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих профессиональных компетенций (ПК) выпускника:

производственно-технологическая деятельность:

  • способен осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7);

  • способен налаживать, настраивать и осуществлять проверку оборудования и программных средств (ПК-13);

  • способен проверять техническое состояние, организовывать профилактические осмотры и текущий ремонт оборудования (ПК-14);

  • готов к освоению и эксплуатации вновь вводимого оборудования (ПК-15);

научно-исследовательская деятельность:

  • готов изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-25);

проектная деятельность:

  • способен разрабатывать проекты (в составе авторского коллектива) (ПК-26);

  • способен проектировать технологические процессы с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства (в составе авторского коллектива) (ПК-28)

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

  • комплекс измерительных средств (приборов), фиксирующих значения важнейших параметров работы всех технологических аппаратов;

  • основные понятия теории управления технологическими процессами;

  • статические и динамические характеристики объектов и звеньев управления;

  • основные виды систем автоматического регулирования и законы управления;

  • типовые системы автоматического управления в химической промышленности;

  • методы и средства диагностики и контроля основных технологических параметров;

  • комплекс локальных средств регулирования, определяющих нормальную и безопасную работу оборудования и технологии в целом;

  • централизованную систему управления работой установки, оптимизирующую технологические параметры отдельных ее блоков и обеспечивающую стабильную выработку продуктов заданного качества;

уметь:

  • определять основные статические и динамические характеристики объектов;

  • выбирать рациональную систему регулирования технологического процесса;

  • выбирать конкретные типы приборов для диагностики химико-технологического процесса;

владеть:

  • методами анализа технологических процессов и их влияния на качество получаемых изделий;

  • методами определения оптимальных и рациональных технологических режимов работы оборудования;

  • методами управления и регулирования химико-технологических процессов;

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

VIII

Аудиторные занятия (всего)

56

56

В том числе:







Лекции

28

28

Практические занятия (ПЗ)

14

14

Семинары (С)







Лабораторные работы (ЛР)

14

14

Самостоятельная работа (всего)

16

16

В том числе:







Курсовой проект (работа)

-

-

Расчетно-графические работы







Реферат







Другие виды самостоятельной работы

16

16










Вид промежуточной аттестации: экзамен

экз.

экз.

Общая трудоемкость, час зач. ед.

108

108

3

3



5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела



Введение. Подготовка нефти к переработке

Водонефтяные дисперсные системы и их свойства. Физико-химические свойства нефти и химический состав эмульгированной воды. Температура эмульсии. Методы разрушения водонефтяных эмульсий: механический, термохимический, электрохимический.



Технология первичной перегонки нефти.

Принципы простой перегонки нефти. Ректификационные колонны. Принцип работы. Технологическая схема первичной переработки нефти. Оборудование. Материальный баланс перегонки нефти и использование дистиллятов. Характеристика продуктов перегонки.



Важнейшие параметры технологического процесса перегонки нефти на АВТ.

Температура, расход потоков, давление, уровень жидкости, параметры электрических машин, параметры качества нефти и получаемых дистиллятов.



Теория управления линейными системами. Математическое описание линейных систем.

Общие сведения о математическом моделировании систем управления. Структура математических моделей систем управления. Типовые задачи, решаемые с помощью математических моделей систем управления.

Линеаризация моделей СУ. Алгебраизация дифференциальных моделей СУ. Метод передаточных функций. Алгоритмическая структура систем управления.

Элементарные динамические звенья. Временные характеристики звеньев. Частотные характеристики СУ и их звеньев. Их связь с временными характеристиками. Переходные и установившиеся процессы в системах управления. Методы их построения и анализа. Статические характеристики СУ.

Метод переменных состояния при математическом описании систем управления. Его эквивалентность описанию в переменных «вход-выход». Методы перехода от первых моделей ко вторым и наоборот.

Разделение агрегатов по режиму их работы на периодические и непрерывные. Математическое описание непрерывных и дискретных процессов.



Замкнутые одноконтурные линейные системы регулирования и устойчивость линейных систем.

Передаточные функции типовой одноконтурной системы управления по основным каналам. Уравнение динамики системы для сигнала ошибки. Составляющие сигнала ошибки. Типовые законы регулирования. Их достоинства и недостатки. Реализация алгоритмической структуры типовых регуляторов. Статические и астатические системы регулирования. Порядок астатизма. Понятия и виды устойчивости. Интерпретация условий устойчивости в плоскости корней характеристического полинома. Частотный критерий устойчивости Найквиста. Использование критерия Найквиста для оценки устойчивости систем с запаздыванием. Влияние параметров и структуры системы на ее устойчивость. Возможность и условия структурной неустойчивости.



Оценка качества систем управления.

Математическое описание погрешности (точности) управления. Оценка точности системы в установившихся режимах при типовых воздействиях. Оценка точности управления при гармонических воздействиях. Влияние частоты воздействий на точность воспроизведения задания и подавления возмущений. Запасы устойчивости СУ по амплитуде и фазе. Оценка их по частотным характеристикам.

Показатели качества переходных процессов в системе: прямые и косвенные, связь между ними. Интегральные критерии качества. Оценка качества СУ при возмущениях типа случайного процесса. Оценка дисперсии колебаний управляемой величины. Качество систем с большим запаздыванием в объектах управления. Понятия и условия наблюдаемости и управляемости в многомерных системах. Методы расчета переходных процессов в системах управления.



Синтез линейных систем управления.

Разновидности задач синтеза (структурно-параметрической оптимизации) линейных СУ. Параметрический синтез типовых регуляторов по заданным показателям качества (метод Копеловича, метод незатухающих колебаний, синтез по минимуму квадратичного критерия качества). Синтез регуляторов, работающих под воздействием случайных процессов. Минимально достижимая дисперсия. Характеристики стационарных случайных процессов. Частотная декомпозиция на основе иерархического управления режимом технологических процессов. Компенсация возмущений. Корневые методы синтеза (методы корневых годографов).



Особые линейные системы: их анализ и синтез.

Системы взаимосвязанного регулирования. Реализация принципа автономности. Частотная декомпозиция. Математический аппарат теории дискретных систем. Синтез импульсной системы с конечной длительностью переходного процесса. Новые идеи в области синтеза линейных СУ. Дискретные системы управления непрерывными процессами. Теорема о квантовании непрерывных сигналов. Поглощение частоты. Практические аспекты выбора периода квантования. Фильтрация внешних возмущений. Математические модели, ориентированные на непосредственное цифровое управление. Построение дискретных моделей на основе непрерывных моделей. Анализ дискретных систем на устойчивость, управляемость, наблюдаемость. Алгоритмы фильтрации, оценивания и прогноза сигналов в АСУТП. Идентификация математических моделей в АСУТП. Постановка задач идентификации. Структурная и параметрическая идентификация.



Основные средства измерения и автоматизации технологических процессов нефтепереработки.

Анализаторы вспышки; анализатор кинематической вязкости; уровнемеры; плотномеры; расходомеры;

автоматический анализатор застывания нефтепродуктов;

промышленный автоматический рефрактометр; промышленные хроматографы состава газов, паров и жидкостей; автоматический калориметр; их краткая характеристика.



Системы регулирования важнейших параметров: температуры, давления.

Схемы регулирования температуры, расхода потока;

схема регулирования нагрева сырья в печи; схема регулирования параметров простой ректификационной колонны; схема регулирования отбора и качества бокового дистиллята.



Основные методы определения состава нефти и газа.

Определение потенциального содержания углеводородов С1-С5 в нефти; определение содержания воды в нефти

определение механический примесей; определение фракционного состава (экспериментальные и расчетные).



Методы контроля конечных продуктов

Нефть; углеводородный газ; бензиновые фракции; керосиновые фракции; дизельное топливо; вакуумный газойль; гудрон.



Элементы теории управления нелинейными, оптимальными, нечеткими и самонастраивающимися системами. Элементы теории нелинейных систем управления.

Разновидности нелинейных систем управления (НСУ). Общие понятия: особенности нелинейных систем. Уравнения нелинейных систем динамическая и статическая нелинейности. Невозможность суперпозиции решений. Два типа структуры нелинейных систем. Типовые нелинейные элементы. Их статические характеристики и уравнения статики. Нелинейные законы регулирования. Особенности их использования. Достоинства и недостатки. Системы управления с переменной структурой. Системы с логическим управлением. Релейные системы управления. Возможные состояния равновесия НСУ. Общие подходы к исследованию динамики нелинейных систем. Метод фазовых траекторий. Основные понятия метода. Фазовые траектории устойчивых и неустойчивых систем управления, предельные циклы, скользящие режимы. Применение метода для исследования конкретных НСУ.



Элементы теории систем оптимального управления.

Общие сведения об оптимальном управлении. Общая характеристика, классификация и примеры задач оптимального управления. Критерии оптимальности, ограничения.

Оптимизация в статических режимах. Методы синтеза оптимального управления в статических режимах. Оптимальное управление при экстремальной статической характеристике объекта.

Оптимизация в динамических режимах. Методы оптимального управления динамическими режимами объектов. Методы оптимального управления динамическими режимами объектов. Принцип максимума Понтрягина, метод динамического программирования Белмана, их взаимосвязь и особенности применения при синтезе оптимальных систем управления.

Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси. Синтез дискретного алгоритма оценивания Калмана-Бьюси вектора состояния объекта управления.

Оптимальные регуляторы состояния при случайных возмущениях. Квантование стохастического дифференциального уравнения. Стохастические модели возмущений. Теорема разделения. Оптимальные алгоритмы оценивания состояния. Оптимальные регуляторы состояния при случайных возмущениях. ЛКГ-регуляторы.



Экологические проблемы технологии первичной перегонки нефти.

Характеристика отходов АВТ установок. Водоснабжение и водные стоки. Характеристика различных систем, их назначение. Потребление воды на установках первичной перегонки нефти.

Углеводородные газы. Их характеристика. Дымовые газы. Характеристика. Характеристика прочих отходов.



Пути утилизации и обезвреживания вредных отходов.

ПДК вредных примесей в воде и воздухе. Меры защиты природы: ограничительно-запретительные, предупредительные. Инженерно-технические мероприятия по сокращению выбросов в окружающую среду.

Водные стоки АВТ. Локальные установки. Принцип работы. Технологические показатели. Общезаводские сооружения для очистки. Механические, физико-химические, биологические стадии очистки.

Газовые потоки. Характеристика. Виды защиты окружающей среды от вредных выбросов.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин

№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1.

Моделирование химико-технологических процессов

+

+

+

+

+


































2.

Химическая технология ПЭ и УМ
















+

+

+

+

+



















3.

Организация научных исследований



















+

+

+

+



















4.

Оборудование высокотемпературных производств































+

+

+

+

+

+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лек-

ций

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семи-наров

СРС

Всего

часов

  1. 1

Введение. Подготовка нефти к переработке

2

1







2

5

  1. 2

Технология первичной перегонки нефти.

2

1







2

5



Важнейшие параметры технологического процесса перегонки нефти на АВТ.

2

1







2

5



Теория управления линейными системами. Математическое описание линейных систем.

2

1

4




2

9



Замкнутые одноконтурные линейные системы регулирования и устойчивость линейных систем.

2

1

4




2

9



Оценка качества систем управления.

2

1







2

5



Синтез линейных систем управления.

2

1

2




2

7



Особые линейные системы: их анализ и синтез.

2

1







2

5



Основные средства измерения и автоматизации технологических процессов нефтепереработки.

4

2

4




4

14



Системы регулирования важнейших параметров: температуры, давления.

2

1







2

5



Основные методы определения состава нефти и газа.

2

1







2

5



Методы контроля конечных продуктов

2

1







2

5



Элементы теории управления нелинейными, оптимальными, нечеткими и самонастраивающимися системами. Элементы теории нелинейных систем управления.

4

2







4

10



Элементы теории систем оптимального управления.

2

1

4




2

9



Экологические проблемы технологии первичной перегонки нефти.

2

1







2

5



Пути утилизации и обезвреживания вредных отходов.

2

1







2

5

6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудо-емкость

(час.)

1.

4,5,6

Построить виртуальный лабораторный стенд для проверки работоспособности генераторов и осциллографа

4

2.

4,5,6,7

Построить виртуальный лабораторный стенд для исследования интегратора, колебательного звена и звена запаздывания:

4

3.

5,6,7

Определить влияние параметров апериодического звена на его переходную функцию.

4

4.

4,8,9

исследование интегратора и освоение техники построения частотных характеристик

4

5.

7,8, 14

Исследование устойчивости и оптимизация линейной САР

2


7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Курсовые проекты (работы) не предусмотрены

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

    1. Беспалов А. В., Галеев Э. М., Тихомиров В. М., Алексеев В. М., Харитонов Н. И. Системы управления химико-технологическими процессами: Учебник для вузов Системы управления химико-технологическими процессами: Учебник для вузов Системы управления химико-технологическими процессами: Учебник для вузов Системы управления химико-технологическими процессами. Учебник для вузов. Изд-во: Физматлит, издательско-книготорговый центр Академкнига. 2007. 690с.

    2. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учебник: В 2 кн./В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; Под ред. В.Г. Айнштейна. М.: Логос; Высшая школа. 2003. Кн. 2. 872 с.: ил.

    3. Плютто В.П., Дубровский И.И.Управление химико-технологическими процессами и системами. Методическое указание к курсовому проектированию. М.:РХТУ.2001.72 с.

    4. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. М.:  2003 г.

    5. Терещенко А.Г., Соколов В.В., Сафьянов А.С., Ткаченко Д.В., Мизин П.А. Средство генерации выходных документов в системах управления аналитическими лабораториями//Автоматизация и современные технологии. 2006. №8

б) дополнительная литература

  1. Скрипченко Г.Б., Никифоров Д.В. // Химия твердого топлива. 2000г. № 3. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994.

  2. Дудников Е.Г. Автоматическое регулирование в химической промышленности. М.:Химия.1987.368 с.

  3. Грей Форест. Добыча нефти. М.: Бизнес – Олимп, 2004

в) программное обеспечение

Электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы, предусмотренных вузовской рабочей программой, находящиеся в свободном доступе для студентов, обучающихся в вузе.

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

Операционные системы Windows, стандартные офисные программы.

9.Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лабораторные работы проводятся в специализированных лабораториях, в которых смонтированы лабораторные стенды, позволяющие выполнять работы по определению тех или иных параметров, необходимых при расчетах для выбора химико-технологических агрегатов и для изучения принципа работы и эксплуатации различных аппаратов.

Специализированная лаборатория.

10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

Примерная программа предусматривает возможность обучения в рамках традиционной поточно-групповой системы обучения. При этом обучение рекомендуется проводить в течение одного семестра: для бакалавров —YIII семестр.

Разработчики:

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Заведующий кафедрой печных технологий и переработки энергоносителей, д.т.н., профессор

Н.М. Теляков

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Доцент кафедры печных технологий и переработки энергоносителей, к.т.н.

С.Н. Салтыкова

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Ассистент кафедры печных технологий и переработки энергоносителей, к.т.н.

А.А. Дарьин

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconПрограмма учебной дисциплины «процессы и аппараты химической технологии»
Моделирование химико-технологических процессов (8-й семестр), Химические реакторы (7-ой семестр), Системы управления химико-технологическими...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРабочая программа дисциплины «Системы управления химико-технологическими процессами»
Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии" специальности 240801 – "Машины и аппараты...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРабочая программа учебной дисциплины «электромеханические системы»
Целью дисциплины является изучение разновидностей, конструктивных особенностей, принципов действия и методики расчёта электромеханических...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРабочая программа учебной дисциплины «принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях»
«принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях»

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРабочая программа учебной дисциплины «принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях»
«принципы эффективного управления технологическими процессами в теплоэнергетике, теплотехнике и теплотехнологиях»

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconПрограмма учебной дисциплинЫ «энергосбережение и энергоэффективность средствами управления техническими системами»
Целью дисциплины является формирование знаний студентов по вопросам энергосбережения на нефтегазовых предприятиях за счет автоматизированного...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 13. 06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)» по техническим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: теория автоматического управления, теория передачи сигналов, теория информации,...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРабочая программа дисциплины специализации «Технология молочных консервов и заменителей цельного молока»
Технологическое оборудование”, “Системы управления технологическими процессами”, “Проектирование предприятий отрасли”, “Организация...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconПрограмма учебной дисциплины радиоэлектронные технологии
Дпп 13. 00 «Дисциплины и курсы по выбору». Она призвана ознакомить студентов 4 и 5 курсов с основными технологическими процессами...

Программа учебной дисциплины «системы управления химико-технологическими процессами» iconРоссийской федерации гоу впо московский государственный горный университет (мггу)
Информационные системы и технологии управления технологическими процессами (промышленность)


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница