Інтеграційні технології в автоматизованих системах керування
Спеціальність: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.174.00.O.009
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології
Лектор: д.т.н., професор, Матіко Федір Дмитрович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
Інтегральна компетентність:
Здатність розв’язувати складні задачі і проблеми автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій у професійній діяльності та/або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інноваційної діяльності та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог.
Загальні компетентності:
К1. Здатність проведення досліджень на відповідному рівні.
К2. Здатність генерувати нові ідеї (креативність).
К3. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу.
К4. Здатність працювати в міжнародному контексті
Фахові компетентності:
К11. Здатність застосовувати спеціалізоване програмне забезпечення та цифрові технології для розв’язання складних задач і проблем автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій.
К12. Здатність розробляти функціональну, технічну та інформаційну структуру комп’ютерно-інтегрованих систем управління виробництвами із застосуванням мережевих та інформаційних технологій, програмно-технічних керуючих комплексів, промислових контролерів, мехатронних компонентів, робототехнічних пристроїв та засобів людино-машинного інтерфейсу.
К15. Здатність застосовувати проблемно-орієнтовані методи аналізу, синтезу та оптимізації систем автоматизації, кіберфізичних виробництв, процесів управління технологічними комплексами.
Результати навчання: - знати принципи розроблення комп’ютерно-інтегрованих систем керування на основі інтеграційних технологій;
- знати протоколи обміну даними, які застосовують в автоматизованих системах керування;
- мати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки у сфері інтеграційних технологій;
- уміти розробляти функціональну, організаційну, технічну та інформаційну структури АСК ТП та АСКВ, розробляти програмно-технічні керуючі комплекси із застосуванням мережевих та інформаційних технологій, промислових контролерів, мехатронних компонентів, робототехнічних пристроїв, засобів людино-машинного інтерфейсу та з урахуванням технологічних умов та вимог до управління виробництвом;
- уміти проектувати технічне та програмне забезпечення комп'ютерно-інтегрованих систем керування із дотриманням міжнародних, державних та галузевих стандартів;
- уміти застосовувати сучасні інтегровані програмні пакети для автоматизованого проектування АСК ТП та комп’ютерно-інтегрованих технологій.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити:
- Інтелектуальні системи керування
- Супервізорні системи керування та збору даних
- Методи сучасної теорії керування
Кореквізити:
- Автоматизація та оптимізація процесів хімічної та харчової промисловості.
- Автоматизація та оптимізація процесів енергетики
- Проектування програмного забезпечення комп’ютерно-інтегрованих систем керування
Короткий зміст навчальної програми: Змістом дисципліни є вивчення та застосування принципів розроблення комп’ютерно-інтегрованих систем керування на основі інтеграційних технологій відповідно до рекомендацій міжнародних стандартів; розглянуто критерії вибору структури АСК, апаратних та програмних засобів для реалізації АСК ТП та АСКВ.
Виконано огляд промислових мереж та протоколів, які застосовують в автоматизованих системах керування, розглянуто широко застосовувані протоколи Modbus, Profibus, а також технології, розвинуті на основі промислового Ethernet, зокрема технології Profinet. Розглянуто технологію OPC (Open Platform Communications), стандарти ОРС, принципи функціонування ОРС, механізми читання та запису даних процесу за допомогою цієї технології. Розглянуто стандарти для розроблення інтегрованих автоматизованих систем керування, зокрема, основні моделі стандартів ISA 88 та ISA 95, основні принципи керування технологічними процесами відповідно до ISA 88 та ISA 95. Розглянуто застосування сучасних інтегрованих програмних пакетів для автоматизованого проектування АСК ТП та комп’ютерно-інтегрованих технологій на прикладі TIA Portal.
Опис: Інтеграційні технології в автоматизованих системах керування технологічними процесами та виробництвами (АСКВ) та комп’ютерно-інтегрованих технологіях: основні поняття, класифікація.
Постановка задачі розроблення АСК ТП та АСКВ. Критерії вибору структури АСК, апаратних та програмних засобів для реалізації АСК ТП та АСКВ.
Огляд промислових мереж та протоколів, які застосовують в автоматизованих системах керування.
Мережі Modbus. Реалізація фізичного та канального рівня Modbus Serial. Реалізація протоколу Modbus TCP/IP.
Мережі Profibus. Реалізація фізичного рівня Profibus DP та Profibus PA. Реалізація канального рівня. Реалізація функцій обміну даними між пристроями Profibus DP.
Промисловий Ethernet. Реалізація мережі реального часу (Real Time Ethernet). Технологія Profinet. Реалізація профілів PROFINET IO та PROFINET CBA. Обмін даними між пристроями в режимах RT, IRT та NRT.
Технологія OPC (Open Platform Communications). Стандарти ОРС. Принципи функціонування ОРС. Механізми читання та запису даних процесу. Типи ОРС DA інтерфейсів.
Стандарти для розроблення інтегрованих автоматизованих систем керування. Основні моделі стандартів ISA 88 та ISA 95. Основні принципи керування технологічними процесами відповідно до ISA 88 та ISA 95.
Застосування сучасних інтегрованих програмних пакетів для автоматизованого проектування АСК ТП та комп’ютерно-інтегрованих технологій на прикладі TIA Portal.
Методи та критерії оцінювання: Під час викладання дисципліни, використовуються наступні методи діагностики знань:
- усне опитування студентів під час лекційних занять;
- усне опитування на лабораторних заняттях;
- захист звітів з лабораторних робіт;
- перевірка контрольної роботи та захист контрольної роботи.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: виконання та захист лабораторних робіт - 50 балів.
Контрольна робота: виконання роботи - 30 балів, захист роботи - 20 балів.
Разом за дисципліну - 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах: Навчальний посібник. – Вид-во «Ліра-К», 2011. – 552 с.
2. Industrial Communication. Каталог ІК РІ. – SIEMENS, 2019. – 715 c.
3. Karl-Heinz John,·Michael Tiegelkamp. IEC 61131-3: Programming Industrial Automation Systems. Concepts and Programming Languages, Requirements for Programming Systems, Decision-Making Aids. – Second Edition. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. – 389 p.
4. Keith Stouffer, Joe Falco, Karen Kent. Guide to Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) and Industrial Control Systems Security. Recommendations of the National Institute of Standards and Technology. Spec. Publ. 800-82. September 2006. - 164 pages.
5. Hans Berger. Automating with SIMATIC S7-300 inside TIA Portal: Configuring, Programming and Testing with STEP 7 Professional. 2nd edition, 2014. – 721 pages.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).