ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
профессиональной направленности в магистратуру
Направление подготовки: 15.04.04 - Автоматизация технологических процессов и производств
Программы подготовки:
Автоматизация технологических процессов и производств (МАГ01)
Метрологическое и информационное обеспечение производств (МАГ02)
Метрологическое и информационное обеспечение производств (МАГ02)
Кафедра, обеспечивающая преподавание программы: Автоматизация технологических процессов и производств
1. Особенности проведения вступительного испытания в магистратуру
1.1. Программы вступительного испытания сформирована на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по соответствующей программе бакалавриата.
1.2. Вступительное испытание проводятся в письменной форме в формате тестирования.
1.3. Вступительное испытание оценивается по 100-балльной шкале.
1.2. Вступительное испытание проводятся в письменной форме в формате тестирования.
1.3. Вступительное испытание оценивается по 100-балльной шкале.
2. Перечень дисциплин, необходимых для освоения программы подготовки магистра и предусмотренных федеральным государственным образовательным стандартом подготовки бакалавров по данному направлению:
- Теория автоматического управления;
- Метрология, стандартизация и сертификация;
- Методы и средства измерения;
- Системы передачи данных;
- Интегрированные системы проектирования и управления.
3. Перечень вопросов для подготовки абитуриентов
3.1 Раздел 1 «Теория автоматического управления»
Перечень вопросов:
1. Кибернетика. Основанные понятия ТАУ. Принципы автоматического регулирования.
2. Общая характеристика линейных систем Дифференциальные уравнения динамики, свойства решений. Управляемость, наблюдаемость. Динамические характеристики линейных систем Типовые входные воздействия, их спектры и изображения. Временные характеристики - импульсная (весовая) и переходная. Свойства.
3. Типовые динамические звенья. Переходные и частотные характеристики типовых звеньев.
4. Характеристики замкнутых АСР. Характеристики объекта и регулятора. Типовые регуляторы. Разомкнутая АСР. Передаточные функции и уравнения замкнутой АСР. Характеристики комбинированных и каскадных АСР. Условия абсолютной инвариантности.
5. Частотные характеристики: расчет и вид для основных видов типовых звеньев (2 – 3 вида звеньев)
6. Понятия о критериях устойчивости. Теоремы Ляпунова об оценке устойчивости по линеаризованным моделям. Оценка устойчивости по корням характеристического полинома. Анализ устойчивости систем с запаздыванием. Логарифмический критерий устойчивости
7. Выделение области устойчивости. Д-разбиение в плоскости одного и двух параметров. Стабилизация структурно-неустойчивых систем.
8. Понятие качества регулирования. Прямые и косвенные критерии качества. Анализ установившейся точности. Метод коэффициентов ошибки.
9. Косвенные критерии качества. Корневые критерии качества: степень устойчивости и степень колебательности. Частотные критерии качества. Запас устойчивости по модулю и по фазе. Показатель колебательности М и МЕ. Интегральные критерии качества, методы вычисления
10. Параметрический синтез типовых регуляторов Постановка задачи синтеза. Основные методики расчета настроек регуляторов. Условия компенсации низкочастотных возмущений.
11. Приближенные методики расчета настроек. Расчет настроек в комбинированных и каскадных АСР. Робастные методы расчета настроек
12. Нелинейные системы. Общая характеристика нелинейных АСР. Типовые нелинейные модели. Уравнения нелинейных систем.
13. Анализ нелинейных систем на фазовой плоскости. Классификация особых точек. Автоколебания. Метод точечных преобразований. Анализ релейных систем. Понятие устойчивости по Ляпунову. Устойчивость в малом, большом и целом. Абсолютная устойчивость положения равновесия. Критерий В.М. Попова
14. Метод гармонической линеаризации. Коэффициенты гармонической линеаризации типовых нелинейностей. Уравнение гармонически линеаризованной системы. Определение параметров автоколебаний. Метод Гольдфарба. Вибрационная линеаризация.
15. Особенности дискретных (цифровых) систем. Квантование, модуляция, демодуляция. Математический аппарат ЦАСР. Прямое и обратное дискретное преобразование Лапласа, Z-преобразование. Теорема Котельникова.
16. Анализ устойчивости дискретных систем. Необходимые и достаточные условия устойчивости.
3.2 Раздел 2 «Метрология, стандартизация и сертификация»
Перечень вопросов:
1. Основные метрологические понятия и определения. Измерение, физическая величина, единицы измерения. Метрологическое обеспечение, требования, задачи, основы. Основные постулаты метрологии.
2. Погрешность, точность, правильность, сходимость, воспроизводимость измерений. Модель средства измерения Классификация погрешностей средств измерений.
3. Вероятностные оценки погрешностей измерений. Понятие "вероятность", аксиомы теории вероятности. Вероятностные характеристики распределения случайных погрешностей: функция распределения, плотность распределения, мода, медиана, моменты распределения.
4. Числовые характеристики случайной погрешности: математическое ожидание, дисперсия, их свойства.
5. Законы распределения непрерывных случайных величин: нормальный, равномерный, Стьюдента.
6. Сложение погрешностей зависимых и независимых случайных величин (графическое и математическое суммирование).
7. Метрологические характеристики средств измерения и их нормирование. Сравнение метрологических характеристик нормируемых традиционно и стандартом.
8. Средства измерения, их классификация. Структурные схемы и свойства средств измерения в статическом и динамическом режимах.
9. Стандарты и отраслевые нормативы. Цели, задачи, методы стандартизации. Категории, виды стандартов, их объекты. Нормативные документы по утверждению типа, поверке и калибровке средств измерений, по аттестации методик выполнения измерений и метрологической экспертизе технической документации.
10. Государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов.
11. Сертификация продукции и средств измерений. Понятие сертификации. Основные цели, объекты, схемы и системы сертификации. Обязательная и добровольная сертификация. Правила и порядок проведения сертификации. Закон о защите прав потребителей. Закон РФ "О сертификации продукции и услуг". Система сертификации средств измерений. Сертификат соответствия и знак соответствия. Нормативные базы системы сертификации в системе Минтопэнерго России.
3.3 Раздел 3 «Методы и средства измерения»
Перечень вопросов:
1. Основные сведения об измерениях. Основные характеристики процесса измерения: принцип, метод, алгоритм, методика и погрешность измерений.
2. Классификация измерений. Прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.
3. Методы измерения: непосредственной оценки, сравнения, нулевой, дифференциальный.
4. Средства измерения (СИ). Их классификация (меры, измерительные устройства, измерительные установки, измерительные системы и ИИС). Структурные схемы измерительных устройств (ИУ) прямого действия и уравновешивающего преобразования. Статические, динамические и переходные характеристики ИУ.
5. Методы повышения точности измерений и СИ. Дифференциальный метод. Структурные методы повышения точности измерений.
6. Общие сведения об аналоговых электроизмерительных приборах. Их качественные показатели.
7. Классификация аналоговых электроизмерительных приборов, разновидности по структуре. Уравнения преобразования измерительного механизма электромеханического прибора.
8. Магнитоэлектрические приборы (амперметры, вольтметры, омметры, логометры, гальванометры, приборы с преобразованием переменного тока в постоянный).
9. Электродинамические, ферродинамические, электростатические, электромагнитные и индукционные приборы.
10. Общие сведения о ГСП. Естественные и унифицированные сигналы.
11. Понятие измерительного преобразователя, его основные статические и динамические характеристики.
12. Температурные шкалы. Классификация средств измерения температуры. Термометры расширения (биметаллические и дилатометрические). Манометрические термометры (жидкостные, газовые, конденсационные).
13. Термоэлектрические преобразователи: основы теории, принцип действия. Статические и динамические характеристики термоэлектрических преобразователей. Типовые термоэлектрические термометры. Компенсационная измерительная схема, автоматический потенциометр.
14. Термометры сопротивления, их характеристики и погрешности. Измерительные схемы для термометров сопротивления (неуравновешенные и уравновешенные мостовые мосты), автоматические мосты.
15. Измерение давления и разряжения. Классификация приборов для измерения давления и разряжения. Единицы измерений. Жидкостные манометры. Манометры с упругим элементом (пружинные, мембранные, сильфонные). Преобразователи давления и разряжения электрические (тензометрические, емкостные, резонансные, пьезоэлектрические).
16. Измерение количества и расхода жидкостей и газов. Объёмные и массовые расходы. Классификация методов и СИ расхода. Объемные счетчики жидкости и газа.
17. Расходомеры переменного перепада давлений, основы теории. Разновидности сужающих устройств. Правила установки сужающих устройств для измерения расхода различных сред.
18. Турбинные, электромагнитные, калориметрические расходомеры. Принцип действия, особенности применения.
19. Ультразвуковые, кориолисовые и вихревые расходомеры. Принцип действия, особенности применения.
20. Измерение уровня жидких сред. Классификация СИ уровня. Поплавковые, буйковые и гидростатические уровнемеры.
21. Акустические и ультразвуковые уровнемеры. Радарные уровнемеры. Емкостные уровнемеры.
22. Сигнализаторы уровня (поплавковые, вибрационные, кондуктометрические).3.4 Раздел 4 «Системы передачи данных»
Перечень вопросов:
1. Общие сведения о сигналах. Импульсные признаки сигналов. Спектры сигналов. Информация. Количество информации. Энтропия и ее свойства. Каналы связи без помех. Каналы связи при наличии помех.
2. Способы преобразования сообщений в сигналы. Видеоимпульсы и радиоимпульсы. Характеристики импульсов.
3. Соотношение объема сигнала и емкости канала связи.
4. Квантование по уровню. Квантование по времени, теорема Котельникова. Квантование по уровню и по времени. Дифференциальное квантование.
5. Непрерывные методы модуляции: амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция.
6. Импульсные методы модуляции: амплитудно-импульсная модуляция, широтно-импульсная модуляция, частотно-импульсная модуляция, фазоимпульсная модуляция, кодо-импульсная модуляция, дельта-модуляция, разностно-дискретная модуляция.
7. Математические основы кодирования. Геометрическая модель кода.
8. Непомехозащищенные коды: натуральный двоичный код, единично-десятичный код, двоично-десятичный код, число-импульсный код. Кодовые маски. Код Грея.
9. Коды с обнаружением ошибок: код с защитой по паритету, корреляционный код, инверсный код, код с постоянным весом.
10. Коды с исправлением ошибок: итеративный код, коды Хемминга, циклические коды.
11. Типы последовательных интерфейсов: RS-232, RS-422, RS-423, RS-485. Технические характеристики последовательных интерфейсов. Особенности сопряжения объектов с помощью интерфейса RS-232. Принципы организации асинхронной передачи данных.
3.5 Раздел 5 «Интегрированные системы проектирования и управления»
Перечень вопросов:
1. Место интегрированных систем проектирования и управления в современном производстве. Структура интегрированных систем проектирования и управления, функциональное назначение отдельных частей системы, решаемые ими задачи.
2. Архитектура современных АСУП. Модели управления производством: структура, особенности, методы разработки. Программно-технические средства для автоматизированной разработки интегрированных систем, АСУП и АСУТП.
3. Технические средства построения интегрированных систем проектирования и управления на основе промышленных контроллеров. Основные технические характеристики контроллеров.
4. Процедуры обработки данных в аналоговых каналах. Первичная и выходная обработка. Процедуры обработки данных для дискретных каналов.
5. Задачи уровней I/O, Control интегрированного производства. Основные функции интегрированных систем управления (контроль технологических параметров, противоаварийная защита, диагностика).
6. Цели и задачи логического управления. Системы и устройства логического управления. Понятие автомата. Алгоритмы логического управления.
7. Основные этапы проектирования систем логического управления. Логический синтез дискретных управляющих устройств. Программная реализация дискретных управляющих устройств.
8. Архитектура современных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Характеристики АСУТП.
9. Требования к элементам и системам автоматизации и управления, характеристики систем. Открытые системы и технологии.
10. Классификация систем по уровню централизации функций управления. Топологические структуры распределенных систем.
11. Промышленные логические контроллеры в системах автоматизации. Системное и прикладное программное обеспечение контроллеров. Операционные системы реального времени. Языки программирования промышленных контроллеров стандарта IEC 61131-3.
12. Основные требования к промышленным сетям. Задачи, решаемые промышленными сетями. Классификация промышленных сетей.
13. OPC-интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Интеллектуальные приборы и устройства в системах АСУТП.
3.6 Раздел 6 «Автоматизация технологических процессов и производств»
Перечень вопросов:
1.Основные виды нефтегазового производства. Структура производственного процесса. Особенности технологических процессов и производств отрасли как объектов автоматизации.
2.Цели и задачи автоматизации технологических процессов и производств. Классификация автоматизированных систем управления производством.
3.Понятие технологического объекта управления (ТОУ). Виды технологических объектов управления. Классификация технологических процессов и производств как ТОУ. Основные задачи системного анализа технологических процессов и производств.
4.Структурная и параметрическая идентификация объекта управления. Анализ качества технологического процесса. Критерии и показатели эффективности системы управления. Анализ управляемости технологических процессов и производств.
5.Информационное описание технологического процесса (информационная модель). Информационная мощность объекта управления.
6.Основные компоненты АСУТП, стадии создания. Технические структуры систем управления технологическими и производственными процессами. Классификация функций АСУТП.
7.Автоматизация измерения технологических параметров. Выбор измеряемых технологических параметров. Метрологические требования к измерительным каналам и системам. Задачи первичной обработки информации.
8.Методы и алгоритмы повышения достоверности измерительной информации. Автоматизация контроля технологических процессов и производств. Виды контроля. Выбор контролируемых параметров. Периодичность контроля. Алгоритмы контроля. Достоверность контроля.
9.Автоматизация управления технологическими процессами и оборудованием. Режимы управления. Программно-логическое управление технологическим процессом. Методы и средства решения задач автоматизации программно-логического управления.
10.Автоматическое регулирование технологических параметров. Модели технологических процессов как объектов регулирования. Типовые схемы регулирования основных технологических параметров (уровня, давления, расхода, температуры и др.).
11.Автоматизация потенциально опасных технологических процессов и производств. Классификация подсистем АСУТП по влиянию на промышленную безопасность. Системы ПАЗ. Автоматическая защита и блокировки.
12.Выбор информативных параметров и измерительных преобразователей для систем защиты. Алгоритмы защиты. Методы обеспечения надежности срабатывания защит. Виды сигнализации, требования к сигнализации. Системы контроля загазованности и пожаротушения.
13.Обеспечение промышленной безопасности системы автоматизации. Виды взрывозащиты оборудования систем автоматизации.
4. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для подготовки абитуриентов
4.1. Основная литература
1. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов /Под ред. В.Б. Яковлева - 3-е изд., стериат. -М.: Высш.шк., 2003.- 567с.
2. Методы классической и современной теории АУ: Учебник в 3-х томах. Т.3 Методы современной теории автоматического управления/Под ред. Н.Д. Егупова. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2000.-748 с.
3. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. Учеб. пособие для средн. проф. учеб. заведений. 2-е изд., исправл. и доп. – М.: Высш. шк. , 2004. – 352 с.
4. Белов М.П. Технические средства автоматизации и управления. - СПб: СЗТУ, 2006. -184 с.
5. Пищухин А.М. Теоретические основы выбора средств автоматизации технологических процессов Учеб. пос. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 111 с.
6. Щербина Ю.В. Технические средства автоматизации и управления. – М.: Высшая школа, 2002 г. - 448 стр.
7. Игумнов Н.П. Типовые элементы и устройства систем автоматического управления. 3-е изд., исправ. и доп. - Канск: КПК, 2009. - 180 с.
8. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. Учеб. пособие для студентов средн. проф. образования, - М.: Форум-ИнфраМ, 2002. -384 с
9. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: проектирование и разработка. - М.: Инфра-Инженерия, 2008 г. -928 стр.
10. Лазарева Т.Я. Интегрированные системы проектирования и управления: структура и состав: Учебник / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянова. –Старый Оскол: ТНТ, 2010. 236 с. (10 экз.)
11. Шемелин В.К. Управление системами и процессами: Учебник / В.К. Шемелин, О.В. Хазанов. - Старый Оскол: ТНТ, 2009. -320 с. (10 экз.)
12. Схиртладзе А.Г. Метрология, стандартизация и сертификация: учеб. для вузов. -Ст. Оскол: ТНТ, 2010.- 540с.
13. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Цифровые устройства: учеб. пособие для вузов. -М.: Высш. шк., 2004.- 229с.
14. Информационно-измерительная техника и электроника: Учеб. для вузов. /Под ред. Г.Г. Раннева. -М.: Академия, 2006.- 512с.
15. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений: Учеб. для вузов. – М.: Академия, 2003. – 338 с.
16. Харазов В.Г. Техническое и программное обеспечение распределительных систем управления /Под ред. В.Г. Харазова. -СПб.: П-2, 2004.- 368с.
17. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного программирования /Под ред. В.П. Дьяконова. -М.: Солон-Пресс, 2004.- 256с.
18. Г. Оллсон, Д. Пиани, Цифровые системы автоматизации и управления.:-СПб.: Невский диалект, 2001.-557с.
19. Андреев Е.Б., Ключников А.И., Кротов А.В. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа. Под ред. проф. Попадько В.Е. Учеб. пособие для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. - 399с.
20. Анашкин А.С., Кадыров Э.Д., Харазов В.Г. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления. – С.Петербург: «П-2», 2004. – 368 с.
21. Костров Б.В. Основы цифровой передачи и кодирования информации. – М.: Микротех, 2007,-192
22. Назаров А.В. и др. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс DJVU. - СПб.: Наука и техника, 2007г. , 627 стр.
23. Парк Дж., Маккей Ст. Сбор данных в системах контроля и управления. Практическое руководство. - М.: ООО «Группа ИТД», 2006, -504 с.
24. Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство для инженера / Э. Парр; пер. 3-го англ. изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 516 с.
25. Деменков Н.П. Языки программирования промышленных контроллеров: Учебное пособие / Под ред. К.А. Пупкова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 172 c.
26. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация, сертификация: Учебное пособие. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Логос, 2005. – 560 с.
4.2. Дополнительная литература
1. Гриб В.С. Технические измерения и приборы в нефтедобыче: Учеб. пособ. /УГНТУ. -Уфа: УГНТУ, 2004.- 103с.
2. Аязян Г.К. Расчет автоматических систем с типовыми алгоритмами регулирования. - Уфа, 1989. - 136 с.
3. Веревкин А.П., Кирюшин О.В. Автоматизация технологических процессов и производств в нефтепереработке и нефтехимии. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. -171 с.
4. Кирюшин О.В. Управление техническими системами: Учеб. пособие. –Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. -170 с.
5. Динкель В.Г., Прахова М.Ю. Методы и средства автоматического контроля состава многокомпонентных растворов. - Уфа: Изд. Уфим. нефт. ин-та. - 94 с.
6. Веревкин А.П., Динкель В.Г. Технические средства автоматизации химико-технологических процессов: Учеб. пособ. –Уфа: Изд. Уфим. нефт. ин-та, 1989. -87 с.
4.3. Интернет-ресурсы
1. Электронно-библиотечная система образовательных и просветительских изданий: [электронный ресурс]. – URL http://www.iqlib.ru.
2. Образовательный математический сайт Exponenta.ru: [электронный ресурс]. – URL http://exponenta.ru.
3. Сайт кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств»: [электронный ресурс]. – URL http://ahtp.rusoil.net
4. SENSORS. [электронный ресурс]. URL http://www.mdpi.com/journal/sensors
5. Датчики и системы. [Электронный ресурс] URL http://www.datsys.ru
6. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. [Электронный ресурс]. URL http://www.tgizd.ru/mag/pribor