Федеральное агентство по...

1. Цели освоения дисциплины

Целями преподавания дисциплины «Проектирование автоматизированных систем технологической безопасности» (ПАСТБ) является получение обучаемыми необходимых компетенций для проектирования систем технологической безопасности производственными процессами, развитие профессиональных навыков использования современных автоматизированных систем.

Дисциплина нацелена на подготовку студентов к: - разработке средств, способов и методов науки и техники,

направленных на интегрированное компьютерное управление действующиими и создание новых автоматизированных и автоматических технологий и производств (Ц1);

- разработке и исследованию средств и систем автоматизации и управления различного назначения, в том числе жизненным циклом продукции и ее качеством, применительно к конкретным условиям производства на основе отечественных и международных нормативных документов (Ц2);

- исследованию в области проектирования и совершенствования структур и процессов промышленных предприятий в рамках единого информационного пространства (Ц3);

- созданию и применению алгоритмического, аппаратного и программного обеспечения интегрированного компьютерного управления и контроля технологическими процессами и производствами, обеспечивающих выпуск высококачественной, безопасной, конкурентоспособной продукции освобождающих человека полностью или частично от непосредственного участия в процессах получения, трансформации, передачи, использования, защиты информации и управления производством (Ц4); - исследованию с целью обеспечения высокоэффективного функционирования средств и систем автоматизации, управления, контроля и испытаний заданным требованиям при соблюдении правил эксплуатации и безопасности (Ц5).

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к специальным дисциплинам профессионального цикла. Она непосредственно связана с дисциплинами: ««Проектирование автоматизированных систем» «Диагностика и надежность автоматизированных систем», кореквизитом является дисциплина «Разработка нефтяных и газовых месторождений».

3. Результаты освоения дисциплины

При изучении дисциплины магистранты должны:

научиться воспринимать, обрабатывать, анализировать и обобщать научно-техническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт в области теории, проектирования, производства и эксплуатации систем автоматизации технологических процессов и производств, принимать участие в командах по разработке и эксплуатации таких систем.

При изучении дисциплины студенты должны научиться самостоятельно находить и анализировать необходимую информацию, корректно формулировать научные проблемы, проводить исследования с использованием всего спектра необходимых методов осмысливать и интерпретировать полученные результаты.

После изучения данной дисциплины студенты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие планируемым результатам освоения дисциплины, задаваемой основной образовательной программой: Р3 Р4*. Соответствие результатов освоения дисциплины формируемым компетенциям ФГОС 150304 (б) представлено в таблице 1.

Таблица 1

Резу

льта

т об

учен

ия

Код Знания Код Умения Код Владение опытом

Р3 ОК8 ОПК3 ПК1

З.3.10 Основные схемы автоматизации типовых технологических объектов НГО структуры и функции автоматизированных систем управления задачи и алгоритмы: централизованной обработки информации в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) отрасли, оптимального управления технологическими процессами с помощью ЭВМ принципы организации и состав программного обеспечения АСУ ТП, методику ее проектирования

У.3.10

Читать чертежи и другую конструкторскую документацию, пользоваться инструментальными программными средствами интерактивных графических систем, актуальных для современного производства, реализовывать простые алгоритмы имитационного моделирования

Р4 З.4.9 требовани У.4.9 применять в В.4.9. управления

ОК8 ОПК3 ПК1

я нормативных документов, законов, сводов правил, норм противоаварийной безопасности, рекомендаций, указаний и других руководящих документов, регламентирующих техническое обслуживание ТП и аварийную автоматику

практической деятельности положения руководящих документов по вопросам противоаварийной защиты

производственными процессами; в аварийных ситуациях исполнения обязанностей инженерно-технического работника

Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 150304 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Таблица 2 Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)

№ п/п РезультатРД1 использовать современные информационные технологии при управленни

технологической безопасностью процессов , производствРД2 применять технологии, инструментальные средства и средства

вычислительной техники при организации процессов проектирования, и испытания продукции, средства и системы автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления производством.

4. Структура и содержание дисциплины4.1. Структура дисциплины по разделам, формам организации и

контроля обучения

№ Название раздела/темы

Аудиторная работа (час)

СРС(час)

Итого

Формы текущего контроля и аттестации

Лекции

Практ./ семинар

Лаб. зан.

1 Концептуальные основы построения систем технологической безопасности

Отчеты по лабораторным работам

2 Компьютерные системы управления противоаварийной защиты

Презентация

3 Проектирование Отчеты по

АСКУЗ лабораторным работам

4 Проектирование АСПС

Графики свойств материала


зачет

Итого 22 11 11 64 108

При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.Характеристики модулей дисциплины

№моду

ляНазвание модуля

Объём

(час)

кредиты

Формируемые

компетенции (Р)

Се-местр

Итоговаяаттеста-ция

Р3 Р4


11 1 0,5 0,5 зачет

2 Компьютерные системы управления противоаварийной защиты

11 2 1 1

3 Проектирование АСКУЗ

11 1 0,5 0,5

4 Проектирование АСПС

11 2 1 1 зачет

4.2. Содержание разделов дисциплиныМОДУЛЬ 1. Концептуальные основы построения систем технологической безопасности

(11 часов аудиторных занятий)

Задачи и содержание курса.Иерархическая структура систем технологической безопасности. Виды АС, включаемые в ПАСТБ. Автоматизированная система управления технического обслуживанием и ремонтом основного оборудовании ТОиР. Автоматизированная (автоматическая) система управления противоаварийной защиты (ПАЗ). Автоматизированная система пожарной сигнализации (АСПС), Автоматизированная система контроля уровня загазованности (АСКУЗ).

Виды опасностей, характеризирующих состояние технологического оборудования. Виброконтроль и мониторинг. Планово предупредительный ремонт. Автоматизированная система управления активами (ЕАМ). Модуль диагностики технической системы обслуживания и ремонта. Статистическое управление процессами производства. Карты Шухарта. ГОСТ Р 50779.42-99. Оценка стабильности процесса. Оценка изменчивости процесса, Критерии диагностики состояния технологического оборудования. АРМ контроля состояния технологического оборудования.

МОДУЛЬ 2. Компьютерные системы управления противоаварийной защиты


Назначение структура ПАЗ. Проектные требования по ПАЗ. Схемы резервирования. Взаимодействие ПАЗ и АСУТП. Классификация взрывоопасных зон по ГОСТ. Интегральный уровень безопасности. SIL. 1oo2D резервирование. Оценка вероятности ложных срабатываний и вероятность опасных отказов. Пример. Схемы резервирования. 1ooo2D 2oo3 2ooo2 сравнительная оценка. Типовое применение различных архитектур безопасности. Виды отказов. Ложные срабатывания. HAZOP анализ. Анализ рисков. Дерево отказов. Распределение отказов. Дерево отказа заправочной стации.

МОДУЛЬ 3. Проектирование АСКУЗ


Структура автоматизированной системы контроля уровня загазованности. Измерительные устройства АСКУЗ. Порядок проектирования АСКУЗ. Пример проектного решения АСКУЗ.

МОДУЛЬ 4. Проектирование АСПС(11 часов аудиторных занятий)

Структура охранно-пожарной сигнализации. Порядок проектирования СПС. Пожарные извещатели. Порядок выбора пожарных извещателей. Пример проектного решения АСПС.

4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплиныРаспределение по разделам дисциплины планируемых

результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.

№ Формируемыекомпетенции

1 2 3 4

1. ОК-8 х х х х2. ОПК-3 х х3. ПК-1 х х

5. Образовательные технологии

При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.

Методы и формы активизации деятельности

Виды учебной деятельностиЛК Семинар КП ЛБ КС СРС

Дискуссия х хIT-методы х х х х х хКомандная работа х х х хКонтрольные х

работыЗащита рефератов х х хЗащита КП х х хОпережающая СРС

х х х х

Индивидуальное обучение

х х х

Подготовка докладов на конференцию

х х х

Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия: изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий; самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;

закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий

Самостоятельное изучение теоретического материала проводится по литературе (основной и дополнительной), учебно-методической литературе и электронному конспекту лекций.

Самостоятельная работа предусматривает также подготовку к выполнению и защите лабораторных работ. Задания на самостоятельную работу для изучения материала лабораторной работы выдаются преподавателем, который проводит занятия по лабораторным работам.

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)

6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в: работе магистрантов с лекционным материалом и раздаточными материалами, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме магистерской

диссертации, выполнении домашних заданий, изучении теоретического материала к лабораторным занятиям и подготовке ответов на контрольные вопросы по лабораторным работам, подготовке доклада на конференцию переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков, изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку, изучении инструкций к приборам и подготовке к выполнению лабораторных работ, подготовке к экзамену.6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку: - Стандарт ГОСТР МЭК 61511 многослойность противоаврийной защиты ,- Виброзащита насосных станций- Методики и оборудование для выполнения лабораторных работ по курсу,- StateFlow программирование аварийных ситуаций

6.1.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала магистрантов и заключается в: поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований, анализе теоретических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе сценариев работы технологического оборудования и производства, выполнении расчетно-графических работ, исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах,

6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

1. Разработка АС пожарной сигнализации и пожаротушения промышленных производств.

2. Разработка АС корпоративного учета энергии технологических объектов и производств.

3. Разработка АС контроля состояния технологического оборудования.

4. Разработка АС управления учетными задачами производственных процессов.

5. Разработка АС контроля показателей результативности деятельности предприятия.

6. Разработка проектов типа «Интегрированная технологическая безопасность умного цеха».

7. Разработка противоаварийной защиты технологического оборудования и процесса в целом.

6.3. Контроль самостоятельной работыОценка результатов самостоятельной работы организуется как

единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.

Самоконтроль проводится с использованием списка задач, предлагаемых для проработки пройденного на лекционных и практических занятиях материала, и индивидуального набора задач, а также задач для подготовки к экзамену.

Контроль со стороны преподавателя заключается в том, что он следит за своевременным и правильным выполнением

домашних заданий и индивидуальных домашних заданий; проверяет усвоение самостоятельно изученного

теоретического материала с помощью проведения контрольных работ;

проверяет усвоение всего теоретического материала с помощью коллоквиумов.

6.4.Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для самостоятельной работы студентов используются сетевые образовательные ресурсы, представленные в портале ТПУ, а также различные методические разработки и специальная учебная литература, имеющиеся в научно-технической библиотеке ТП.

6.5 Лабораторные занятия:№1. Ознакомление с программным комплексом Infinity Server.№2 Ознакомление с пакетом Infinity HMI. Простые мнемосхемы.№3. Исследование внутренних каналов управления.№4 Работы с библиотекой объектов.№5. Исследование АС управления температурным объектом. №6 Исследование АС виртуального промысла.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)

Оценка успеваемости студентов осуществляется по результатам:- самостоятельного (под контролем преподавателя) выполнения лабораторной работы,- взаимного рецензирования студентами работ друг друга,- анализа подготовленных студентами рефератов,- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий, защите отчетов по лабораторным работам и во время зачета (для выявления знания и понимания теоретического материала дисциплины).

7.1. Требования к содержанию входного контроляОсуществляется входной контроль знаний студентов по выявлению реальной базовой подготовки студентов. Примерный перечень вопросов:

1. Какие задачи решаются при аварийной защите технологического процесса?

2. Какие принципы измерения вибрации, уровня загазованности, давления, температуры, уровня?

3. Какие устройства ввода вывода применяются в контроллерах сбора данных измерений?

4. Какие протоколы и интерфейсы используются на коммуникационном уровне АСУТП?

5. Какие алгоритмы автоматического регулирования реализуются при стабилизации давления, температуры, уровня?

6. Какие нормативные документы используются при проектировании системы контроля токсичной, пожарной и взрывоопасной загазованности?

7. Объяснить принцип работы оптических и термокаталитических датчиков ПДК.

8. Перечислить основные этапы проектирования АСКУЗ.9. Почему используется двухуровневый контроль ПДК?10.Где устанавливаются датчики АСКУЗ на промысловых

технологических площадках НГО?

7.2. Требования к содержанию экзаменационных вопросовЗачетный комплект включает два вопроса:1. Теоретический вопрос.2. Проблемный вопрос или расчетная задача.

7.3. Примеры экзаменационных вопросов

1. Каким образом осуществляется автоматизация пожарной сигнализации на объектах нефтегазовой отрасли.

2. Разработать функциональную схему (2-3 канала измерения и один канал блокировки) противоаварийной защиты насоса.

.

8 . Рейтинг качества освоения дисциплиныОценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и

промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 88/од от 29.11.2013 г.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»: − текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); − промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)При изучении основных разделов дисциплины, выполнении

лабораторных работ магистранты используют оборудование, оснащенное автоматизированными системами с выводом данных на персональные компьютеры.При освоении дисциплины используются технические средства и лабораторное оборудование 1. Пакеты программ ПЭВМ для проектирования SCADA систем (Infinity Lite).2. Пакеты программ моделирования и симулирования АС Matlab и Labview.Испытательные стенды ф. Элеси (ИФУГ 421ххх.ххх).

Перечень рекомендуемой литературы

Основная литература

1. Иванов, Анатолий Андреевич Автоматизация технологических процессов и производств : учебное пособие для вузов / А. А. Иванов. — Москва: Форум, 2014. — 223 с.: ил.— Библиогр.: с. 219-220. — Список принятых сокращений: с. 3-5.. — ISBN 978-5-91134-511-2.

2. Иванов, Анатолий Андреевич Проектирование систем автоматизированного машиностроения: учебник / А. А. Иванов. — Москва: Инфра-М Форум, 2014. — 320 с.: ил.— Высшее образование. Бакалавриат. — Библиогр.: с. 315-316.. — ISBN 978-5-91134-899-1. — ISBN 978-5-16-009899-9.

3. Шемелин В.К., Хазанова О.В. Управление системами и процессами, Учебник для вузов, Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2007. 320 с.

4. Шишмарев В.Ю. Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Учебник для студентов ВУЗов, М: Академия, 2007.- 368с.

Дополнительная литература

1. Информационные системы и технологии управления: учебник / под ред. Г. А. Титоренко. — 3-е изд., перераб. и доп.— Москва: ЮНИТИ-ДАНА, 2010. — 591 с.: ил.— Библиогр.: с. 572-578. — Краткий словарь терминов и понятий: с. 579-586.. — ISBN 978-5-238-011766.2. ГОСТ Р МЭК 61511-1, 2, 3-2011 «Безопасность функциональная.

Системы безопасности приборные для промышленных процессов».3. Федоров Ю.Н. Основы построения АСУТП взрывоопасных

производств. В 2 томах. Т.1 “Методология”. – М: СИНТЕГ, 2006. – 720 с.4. Федоров Ю.Н. Основы построения АСУТП взрывоопасных

производств. В 2 томах. Т.2 “Проектирование”. – М.: СИНТЕГ, 2006. – 620 с.5. ГОСТ 34.602–89. Информационная технология. Комплекс стандартов

на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы / Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Информационная технология. – М.: 1991. С. 3–15.6. ГОСТ 34.601–90. Информационная технология. Комплекс стандартов

на автоматизированные системы. Автоматизированные системы, стадии создания / Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Информационная технология. – М., 1991.– С. 45.

ПРИМЕРЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ № 1

1. По заданной упрощенной функциональной схеме автоматизации построить схему ПАЗ.

Объект управления





Пример вопросов на зачете Гр 8Т61 Институт кибернетики

VIRC

TIRT5

T4

T3

T2

T1

SIRC

VIA

SIRA

TIRC

1. HAZOP анализ. Анализ рисков. Дерево отказов. Пример дерева

отказов. 20 баллов2. Классификация взрывоопасных зон. Технологические,

индивидуальные и социальные риски взрывоопасности. Пример использования диаграммы рисков ИСО 61508 (ИСО 61511) для выявления уровня риска аварийного события технологического параметра (давления, уровня, температуры) 20 баллов

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 150304.

Автор: Громаков Е.И.

Программа одобрена на заседании кафедры ИКСУ ИК

(протокол № 52 от 16 мая 2016 г.).

Федеральное агентство по...

Documents

Transcript of Федеральное агентство по...