.

Обоснование и опыт применения компьютерных технологий при обучении специалистов по автоматизации

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 462
Скачать документ

Реферат на тему:

Обоснование и опыт применения компьютерных технологий при обучении
специалистов по автоматизации

 

В настоящее время практически все эксплуатируемые в промышленности
агрегаты оснащены средствами автоматизации: от локальных систем контроля
и стабилизации параметров технологических процессов до мощных
автоматизированных систем управления технологическими процессами
(АСУТП), для построения которых используются современные технологии с
использованием ЭВМ и компьютерных средств автоматизации различного
уровня. Создание таких систем идет в соответствии с двумя основными
направлениями:

?  использование специализированных управляющих вычислительных машин (со
своей номенклатурой устройств связи с объектом, с собственными
операционными системами, средствами разработки приложений и др.) на
верхнем уровне. На нижнем уровне могут использоваться устройства
локальной автоматики или микроконтроллеры, реализуя супервизорный режим
или режим прямого цифрового управления. В последние годы такой подход
несколько устарел в связи с высокой стоимостью специализированных УВМ,
средств локальной автоматизации и их эксплуатации;

?  использование промышленных персональных компьютеров, в комплексе со
специализированными компьютерными средствами управления.

Прогресс в области информационных технологий обусловил развитие основных
частей таких систем. Современные удаленные терминалы строятся на основе
микропроцессорной техники, работают под управлением операционных систем
реального времени, при необходимости объединяются в сеть,
непосредственно или через сеть взаимодействуют с интеллектуальными
электронными датчиками объекта управления и компьютерами верхнего
уровня. Для индустриальных и транспортных систем существует два
конкурирующих направления – индустриальные (промышленные) персональные
компьютеры и программируемые логические контроллеры (“промышленные
контроллеры”). Выбор каналов связи для современных диспетчерских систем
зависит от архитектуры системы, расстояния между диспетчерским пунктом и
удаленным терминалом, числа контролируемых точек, требований по
пропускной способности и надежности канала, наличия доступных
коммерческих линий связи. В качестве диспетчерских пунктов управления
используются мощные современные ПЭВМ.

Работа функционирующей в области автоматизации компьютерной техники
базируется на использовании достаточно широкого спектра операционных
систем: от стандартной MS DOS до Windows NT (2000) фирмы Microsoft до
Unix – подобных систем и систем реального времени.

Для повышения качества и сроков проектирования специального программного
обеспечения используются специализированные программные средства. Такие
комплексные программы для второго, более приоритетного, направления
создания систем называются системами диспетчерского управления и сбора
данных, или SCADA–системами.

Как следует из выше сказанного, современные системы автоматизации
характеризуются высокой степенью компьютеризации. Поэтому в течение
последних лет на кафедре автоматизации технологических процессов и
производств Приазовского государственного технического университета (г.
Мариуполь) сформировалась программа непрерывной компьютерной подготовки
специалистов (4, 85). Ежегодно в нее вносятся необходимые дополнения и
изменения. Программа включает в себя две группы дисциплин.

Предметы прямой компьютерной подготовки. К этой группе относятся
следующие дисциплины: “Вычислительная техника и программирование” с
изучением численных методов, “Основы компьютерной графики”, “Программное
обеспечение компьютерно–интегрированных систем”, “Микропроцессорная
техника”, “Базы и банки данных”, “САПР”, “Компьютерные сети и системы”,
“Идентификация и моделирование объектов”, “Программирование в системах
реального времени”, “Методы оптимизации в системах управления”. Предметы
изучаются в указанной последовательности и равномерно распределены на
протяжении всего периода обучения. Каждый предмет включает в себя
теоретическую часть, обобщающую работу в данной области программного и
технического обеспечения (ПиТО), обзор существующего ПиТО и практическое
применение полученных знаний на примере отдельных пакетов программ или
технических устройств. Вопросы по структуре ПЭВМ, компьютерному
оборудованию, операционной системы MS DOS, надстройке Norton Commander и
основам программирования включены во вступительный экзамен по
информатике. За период обучения в университете студенты осваивают работу
с операционными системами Windows 98/NT/2000, Linux и QNX, пакетом MS
Office (Word, Excel, Outlook Express и др.), программами-архиваторами и
антивирусными программами, СУБД, пакетом AutoCad, современными пакетами
для построения электронных и электрических схем и проектирования
печатных плат, изучают языки программирования Borland Pascal и Borland
С, а также пакет визуального программирования (Delphi или Borland C
Builder). В каждый предмет включаются необходимые сведения об аппаратных
средствах и периферийных устройствах. На старших курсах студенты изучают
алгоритмы моделирования и оптимизации, на их основе самостоятельно
составляют программы и изучают готовые.

Предметы непрямой компьютерной подготовки включают: “Технические
средства автоматизации”, “Теорию автоматического управления”,
“Математические основы автоматизации”, “Электроника и
микросхемотехника”, “Проектирование систем автоматизации”,
“Автоматизированные системы управления технологическими процессами и
производствами” и др. При выполнении лабораторных, самостоятельных и
курсовых работ по этим дисциплинам студенты разрабатывают собственные
программы для выполнения специальных расчетов, а также используют ранее
изученные пакеты для выполнения графической части, построения графиков и
диаграмм, и др.

Для качественного преподавания выше указанных дисциплин необходимо
иметь в распоряжении соответствующих лабораторий кафедры (ПЭВМ, АСУТП,
компьютерных сетей, проектирования систем автоматизации и др.)
современные технические средства.

Вместе с тем, в современных условиях финансирование учебных лабораторий
недостаточно. Лишь некоторые вузы, в основном в крупных областных
центрах, имеют возможность приобрести современное оборудование или
модернизировать существующее.

Кроме того, в настоящее время проблемы, присущие высшей школе на
современном этапе, отрицательно влияют на подготовку специалистов. Это,
в первую очередь, уменьшение количества учебных часов и консультаций на
специальные дисциплины, и, во-вторых, увеличение нагрузки на ставку
преподавателя, что не позволяет последнему качественно готовиться к
занятиям, поддерживать свой интеллектуальный уровень, заниматься научной
деятельностью.

Использование ниже перечисленных технологий существенно облегчает труд
преподавателя при одновременном повышении качества подготовки
специалистов.

Использование компьютерной сети университета и кафедры в учебном
процессе. Силами преподавателей кафедры и студентов III-V курсов
специальности все компьютеры кафедры объединены в сеть. Параллельно
авторами статьи подготовлены электронные версии основных методических
материалов по всем читаемым курсам (рабочие программы дисциплин,
конспекты лекций, методические указания к лабораторным и практическим
работам, курсовому и дипломному проектированию, обучающие программы,
копии научных статей и учебников, вопросы к экзаменам и зачетам и др.).
Сервер сети содержит основные методические материалы преподавателей. С
использованием специального оборудования сервер кафедральной сети
подключен к всемирной сети Интернет (2,12).

gd[xY

почте (получать вопросы от студентов и отвечать на них, предоставлять
необходимый материал, консультировать и т.д.).

Рядом преподавателей подготовлены лекционные материалы в виде так
называемых презентаций. Внедрение новых технологий чтения лекций с
использованием компьютерной техники сдерживает полное отсутствие в
университете современного специального оборудования, в частности,
мультимедийных проекторов и компьютеров, управляющих ими.

Использование обучающих программ в процессе обучения. Практически к
каждой дисциплине силами преподавателей и студентов кафедры
спроектированы и разработаны обучающие программы. Они оформлены в виде
электронных учебников, игровых программ, тренажеров и др. При
использовании обучающих программ появляется возможность выравнивания
уровня студентов, увеличиваются функции контроля и самоконтроля, у
студентов появляется возможность изучить необходимую тему в любой момент
времени, появляется возможность многократного повторения материала, что
важно для отстающих студентов.

Разработка и создание комплексов виртуальных лабораторных работ. В
связи с отсутствием современной лабораторной базы с 1998 года была
начата разработка лабораторного практикума по дисциплине “АСУТП в
металлургии”, состоящего из двух частей (3, 16).

Первая часть предусматривала выполнение лабораторных заданий
непосредственно на объектах черной металлургии. Для выполнения этих
заданий (используются действующие системы автоматизации (с разрешения и
по предварительной договоренности с руководством соответствующих цехов и
отделов). Вторая (основная) часть предусматривает выполнение виртуальных
лабораторных работ.

Каждая виртуальная работа – это мощная прикладная программа,
разработанная с использованием современных средств визуального
программирования Borland Delphi или Borland C Builder. Для запуска и
выполнения программы необходим мощный (не ниже Pentium 166 MMX)
компьютер с операционной системой Windows 95/98, NT или 2000.

Объект управления (нагревательный колодец, методическая печь, машина
непрерывного литья заготовок, доменная печь, кислородный конвертер и
др.) в программе представляется комплексом информационных и управляющих
моделей, запускаемых программой-диспетчером. Кроме моделей, имитирующих
поведение объекта, программа включает модели локальных систем
стабилизации основных технологических параметров и модели, реализующие
функции управления.

В рамках выполнения каждой лабораторной работы студенту предлагается
выполнить несколько (от 3 до 5) заданий. Первые задания каждой работы
касаются исследования агрегата. В результате моделирования на магнитный
носитель (гибкий или жесткий диск) записываются файлы, содержащие
таблицы с изменяющимися во времени параметрами. Используя значения
параметров, студент строит графики, объясняющие поведение объекта в
зависимости от исходных параметров и возмущений. Другие задания связаны
с функционированием систем локальной автоматизации при различных
настройках и реализацией функций управления.

Разработка, алгоритмизация и программирование виртуальных лабораторных
работ является достаточно трудоемкой задачей, базирующейся на материале
фундаментальных дисциплин и дисциплин специализации (“Вычислительная
техника и программирование”, “Теория автоматического управления”,
“Автоматизация технологических процессов и производств”, “АСУТП в черной
металлургии”). Работы выполняются студентами (в рамках курсового и
дипломного проектирования) совместно с авторами статьи, с привлечением
для консультаций ведущих специалистов предприятий и преподавателей
специальных технологических кафедр.

Кроме вышеописанного практикума, виртуальные лабораторные работы
используются в курсах “Промышленная электроника” и “Технологические
измерения”.

Использование SCADA – систем для организации лабораторного практикума.
При подготовке лабораторных работ по дисциплине “Проектирование систем
автоматизации” учитывали, что студент должен получить знания и навыки
проектирования систем различного уровня. Поэтому практикум разделен на 2
части. Для выполнения первой части практикума, включающего ряд
лабораторных работ, целью которых является создание локальных систем
контроля и регулирования, при этом студенты разбиваются на подгруппы из
3-4 человек. Проектирование начинается с выбора технических средств
автоматизации (датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих
устройств и др.) из имеющихся в распоряжении кафедры, и заканчивается
сдачей стенда с работоспособной системой и демонстрацией ее работы.

Вторая часть практикума включает лабораторные работы по проектированию
компьютерных систем автоматизации с использованием SCADA-системы. После
изучения рынка в качестве такой системы выбрана SCADA- и
softlogic-система ТРЕЙС МОУД 5, основанная на DCOM – базовой
32-разрядной технологии корпорации Microsoft. Благодаря современной
архитектуре ТРЕЙС МОУД обладает очень высокой производительностью, что
подтверждается данными экстремального тестирования ТРЕЙС МОУД (1). ТРЕЙС
МОУД построена на не имеющих аналогов технологиях: разработка
распределенной АСУТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные
алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика
мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология playback,
технологии Internet/Intranet, GSM, поддержка сквозного программирования
операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.

Выполнение лабораторных работ условно можно разделить на три этапа:

?  практическое изучение системы;

?  проектирование основных подсистем АСУТП (опрос датчиков,
программирование контроллеров для построения систем контроля и
регулирования, создание локальных и глобальных архивов, создание
выходных форм подсистемы расчета технико-экономических показателей
работы агрегата и самой системы, создание экранных форм и рисунков и
пр.);

?  настройка работы с использованием специально сформированных стендов с
аппаратурой автоматизации различного уровня. В настоящее время линейка
используемого оборудования включает лишь два типа контроллеров. Кафедра
призывает производителей оборудования как внутри страны, так и за ее
пределами помочь университету в этом плане (меценаты и производители! Мы
ждем ваших предложений). Ведь известно, будущие специалисты в своей
профессиональной деятельности стремятся использовать хорошо изученное
оборудование, знакомство с которым произошло в процессе обучения.

Основные выводы. Использование современных компьютерных технологий
позволяет повысить качество подготовки специалистов, снизить
трудоемкость обучения, уменьшает затраты на приобретение и эксплуатацию
технических средств, предоставляет студентам полнее использовать
потенциальные компьютерной техники, и, главное, обеспечивает мобильность
обновления читаемого материала в соответствии с развитием современных
технологий. К недостаткам внедрения технологий следует отнести большие
затраты времени и сил преподавателя, которые, к сожалению, обыкновенно
не компенсируются ни материально, ни морально.

 

Литература

 

Анзимиров Л.В. ТРЕЙС МОУД: Современное состояние и перспективы развития
// Сборник докладов 6й Международной конференции “Разработка АСУТП в
системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы”. – М.: Adastra Research Group,
Ltd., 2000.- с. 6-13.

Гулаков С.В., Симкин А.И., Потемкин В.В. Применение современных
компьютерных технологий в образовании // Материалы научно-методической
конференции “Уіверситет і місто”. – Мариуполь: ПГТУ, 2000.

Симкин А.И., Потемкин В.В. Создание и использование виртуальных
лабораторных работ при изучении дисциплины “АСУТП в черной металлургии”
// Материалы научно-методической конференции “Новые формы и технологии
обучения в учебном процессе ПГТУ”. – Мариуполь: ПГТУ, 2000.

Симкин А.И., Исаев А.Б. Непрерывная компьютерная подготовка студентов
специальности “Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии”
// Тези доповідей міждержавної конференції “Комп’ютерне моделювання”. –
Дніпродзержинськ, ДДТУ, 1997.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019