• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Встроенные и распределенные системы контроля и управления

2019/2020
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
7
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
4-й курс, 1-3 модуль

Преподаватель

Программа дисциплины

Аннотация

Курс посвящен техническим аспектам организации автоматических и автоматизированных систем управления. Цель курса - усвоение студентами задач систем контроля и управления, их состава и характеристик, понимание принципов построения, функционального назначения технических средств систем, изучение архитектуры, получение практики программирования микроконтроллеров ARM, получение знаний и навыков в области встраиваемых систем. На занятиях изучается работа устройств связи с объектом, элементы теории управления и регулирования, использование каналов передачи данных для построения распределенных систем. Курс углубляет знания, полученные студентами в курсах «Микроконтроллерные системы», «Схемотехника», «Функциональные узлы и компоненты систем управления». Полученные при изучении курса знания применяются при прохождении практики, в работе над проектами, выполнении ВКР.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Усвоение студентами задач систем контроля и управления, их состава и характеристик.
  • Понимание принципов построения, функционального назначения, архитектуры технических средств систем контроля и управления.
  • Получение знаний и навыков в области встраиваемых систем, изучение архитектуры микроконтроллеров ARM, приобретение опыта программирования контроллеров.
  • Изучение работы устройств связи с объектом, элементов управления и регулирования систем контроля и управления, а также средств связи и каналов передачи данных.
  • Получение навыков разработки и программирования элементов систем.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знание возможных вариантов организации систем контроля и управления. Понимание назначения компонентов типовых систем. Умение выбирать наиболее оптимальную в конкретных условиях организацию системы
  • Знание состава компонентов типовых систем контроля и управления.
  • Навыки самостоятельной работы с инструментальными средствами разработки программного обеспечения и схемотехнического моделирования.
  • Навыки разработки и отладки компонентов систем сбора данных и управления
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Цели внедрения систем контроля и управления. Классификация, Архитектура систем.
    Цели внедрения систем контроля и управления. Классификация систем контроля и управления: Архитектура систем контроля и управления. Централизованные и распределенные системы контроля и управления (СКУ). Состав СКУ. Уровни иерархии СКУ. Понятие АСУТП. Функции АСУТП. Задачи и структура информационно-измерительных систем (ИИС).
  • Функциональный состав систем контроля и управления
    Задачи первичной обработки информации. Методы линеаризации сигналов датчиков. Фильтрация сигналов. Вычисление статических характеристик сигналов. Интерполяция и экстраполяция сигналов. Контроль достоверности информации. Управление качеством преобразования, уменьшение погрешности.
  • Централизованные измерительные системы на основе использования виртуальных приборов.
    Понятие виртуального прибора. Создание систем сбора и обработки данных на базе ПК. Унификация функций обмена центрального вычислительного блока с виртуальными приборами. Архитектура VISA. API, предоставляемые производителями. Библиотека NIVisa от National Instruments. Взаимодействие приложений пользовательского уровня с библиотекой. Основные функции библиотеки и их назначение. Язык команд управления виртуальными приборами SCPI. Использование технологии COM (Component Object Model) для управления внешними приборами.
  • Встраиваемые вычислительные системы.
    Определение встраиваемой системы. Классификация встраиваемых систем. Компоненты встраиваемых систем. Микроконтроллерные семейства и специфическая элементная база для встраиваемых приложений на примерах семействPIC, AVR, STM32. Память. ВидыRAM: SRAM, EDO RAM, SDRAM, EDORAM, DDR, DDR2, DDR3. Энергонезависимая FLASH и EEPROM память. Ускорение доступа к данным. Кэш память.
  • Применение микроконтроллеров 1986ВЕ9x архитектуры ARM Cortex M3 во встраиваемых системах.
    Основные характеристики ИМС 1986ВЕ9x. Система питания. Организация памяти. Ядро ARM CortexM3. Тактовый генератор. Часы реального времени. Внешняя системная шина. Блок управления системой ядра. Организация прерываний. Прямой доступ к памяти. Порты ввода-вывода. Таймеры. Контроллеры периферии (I2C, UART, SPI, CAN). Таймеры. Контроллеры АЦП и ЦАП. Сторожевые таймеры.
  • Компоненты устройства связи с объектом (УСО)
    Подключение датчиков к схемам последующей обработки. Двухпроводные и четырехпроводные схемы измерения. Мостовые измерительные схемы. Пример ввода данных с термопары и тензометрических преобразователей. Типы источников сигнала: заземленные источники, источники с "плавающей землей". Типы входов измерительных систем: дифференциальное подключение, подключение с общим заземленным и незаземленным проводом. Интегральный дифференциальный усилитель INA148. Источники шумов в сигналах. Шумы аппаратуры и каналов данных. Наводки. Индустриальные помехи. Проникновение шумов. Технические методы устранения помех. Подавление помех.
  • Системы реального времени.
    .Назначение, состав и функции операционных систем. Определение систем реального времени. Области применения систем реального времени. Функциональные требования к системам реального времени. Организация систем реального времени. Диспетчеризация потоков. Приоритеты. Механизмы синхронизации. Мьютексы. Критические секции. Семафоры. Архитектуры ОСРВ. Монолитные ОС, клиент-серверные ОС. Стандарты на ОС. Взаимодействие задач.
  • Централизованные системы контроля и управления.
    Типовая схема системы централизованного контроля и управления. Функции централизованной системы. Понятие управляющей вычислительной машины (УВМ). Системы с прямым управлением от УВМ. Промышленные компьютеры. Стандарты промышленных компьютеров. Одноплатные компьютеры. Модульные системы обработки данных. Магистрально-модульные шины КАМАК, VME. Стандарт измерительных систем VXI.Интерфейсы соединения крейта с ЭВМ. Самостоятельная работа 10ч. Изучение материалов лекций и дополнительных материалов, выполнение домашнего задания.
  • Состав, структура и компоненты распределенных систем.
    Программируемые логические контроллеры (ПЛК). Стандарт МЭК6131.Программирование ПЛК. Языки программирования. Операторские панели. Промышленные сети. Промышленный Ethernet. Сети датчиков ASInterface. Протокол Hart.
  • Элементы систем автоматического управления(САУ)
    Задачи, состав и структура ТАУ. Понятие моделей объекта. Передаточная, весовая функции. Преобразование Лапласа. Частотные характеристики объектов. Типовые звенья САУ. Понятие устойчивости. Типовые законы регулирования. ПИД регулятор. Программная реализация регулятора. Схемотехническая реализация регулятора.
  • Выполнение проекта по выбранному заданию
    Разработать и отладить систему сбора и обработки информации согласно выбранному заданию. Подготовить и согласовать с преподавателем техническое задание, в котором указать этапы выполнения работы с указанием сроков, планируемые результаты, методы тестирования адекватности результатов и форму представления результатов работы. Выполнить требования технического задания, провести проверку результатов, сформулировать выводы по работе.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Домашнее задание
  • неблокирующий Лабораторные работы
  • неблокирующий Активность на лекциях
  • неблокирующий Экзамен
    Экзамен проводится в письменной форме (компьютерный тест). Экзамен проводится на платформе Google Forms (https://docs.google.com/forms/). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, включить камеру. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (3 модуль)
    0.12 * Активность на лекциях + 0.12 * Домашнее задание + 0.36 * Лабораторные работы + 0.4 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Борисенко А. Л. - СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 126с. - ISBN: 978-5-534-10075-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/shemotehnika-analogovyh-elektronnyh-ustroystv-funkcionalnye-uzly-438274
  • Музипов Х.Н. - Программно-технические комплексы автоматизированных систем управления: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2018 - 164с. - ISBN: 978-5-8114-3133-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/108458
  • Ощепков А.Ю. - Системы автоматического управления: теория, применение, моделирование в MATLAB: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2018 - 208с. - ISBN: 978-5-8114-1471-0 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/104954
  • Под общ. ред. Колосова О.С. - ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 291с. - ISBN: 978-5-9916-8208-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/tehnicheskie-sredstva-avtomatizacii-i-upravleniya-433197
  • Шалыгин М.Г., Вавилин Я.А. - Автоматизация измерений, контроля и испытаний: учебное пособие - Издательство "Лань" - 2019 - 172с. - ISBN: 978-5-8114-3531-9 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/115498
  • Ягодкина Т. В., Беседин В. М. - ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ. Учебник и практикум для СПО - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 470с. - ISBN: 978-5-534-11688-5 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/osnovy-avtomaticheskogo-upravleniya-445897

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Рачков М. Ю. - ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ 2-е изд., испр. и доп. Учебник для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 182с. - ISBN: 978-5-534-11644-1 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/tehnicheskie-sredstva-avtomatizacii-446243