Дипломный проект тема работы разработка программного обеспечения устройства имитации тестовых сигналов
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт – Физико-технический Направление – Ядерные физика и технологии Кафедра – Электроника и автоматика физических установок Специальность – Электроника и автоматика физических установок ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ Тема работы РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТРОЙСТВА ИМИТАЦИИ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ УДК 004.415:621.391.08 Студент Группа ФИО Подпись Дата 0711 Рыбников А.В. Руководитель Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Обходский А.В. канд. техн. наук, доцент КОНСУЛЬТАНТЫ: По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Меньшикова Е.В. канд. филос. наук, доцент По разделу «Социальная ответственность» Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Ассистент Акимов Д.В. ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ: Зав. кафедрой ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата ЭАФУ Горюнов А.Г. д-р техн. наук, доцент Томск – 2017 г. 2 ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ООП Код результата Результат обучения (выпускник должен быть готов) Универсальные компетенции Р1 Представлять современную картину мира на основе целостной системы естественнонаучных и математических знаний, а также культурных ценностей; понимать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности, защите интересов личности, общества и государства; быть готовым к анализу социально-значимых процессов и явлений, применять основные положения и методы гуманитарных, социальных и экономических наук при организации работы в организации, к осуществлению воспитательной и образовательной деятельности в сфере публичной и частной жизни. Р2 Обладать способностями: действовать в соответствии с Конституцией РФ, исполнять свой гражданский и профессиональный долг, руководствуясь принципами законности и патриотизма, правилами и положениями, установленные законами и другими нормативными правовыми актами; к логическому мышлению, обобщению, анализу, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их достижения; понимать основы национальной и военной безопасности РФ; работать в многонациональном коллективе; формировать цели команды, применять методы конструктивного разрешения конфликтных ситуаций; использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ. Р3 Самостоятельно, методически правильного применять методы 3 самостоятельного физического воспитания для повышения адаптационных резервов организма и укрепления здоровья, готовностью к достижению и поддержанию должного уровня физической подготовленности для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности. Р4 Свободно владеть литературной и деловой письменной и устной речью на русском языке, навыками публичной и научной речи. Уметь создавать и редактировать тексты профессионального назначения, владеть одним из иностранных языков как средством делового общения. Р5 Находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; быть готовым к принятию ответственности за свои решения в рамках профессиональной компетенции, принимать решения в нестандартных условиях обстановки и организовывать его выполнение, самостоятельно действовать в пределах предоставленных прав; самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности, развития социальных и профессиональных компетенций. Р6 Применять основные законы естественнонаучных дисциплин, математический аппарат, вычислительную технику, современные методы исследований процессов и объектов для формализации, анализа и выработки решения профессиональных задач. Профессиональные компетенции Р7 Уметь самостоятельно повышать уровень знаний в области профессиональной деятельности, приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической 4 деятельности новые знания и умения; использовать научно- техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт, методы научно-исследовательской и практической деятельности, современные компьютерные технологии и базы данных в своей предметной области; работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; оценивать перспективы развития АСУ и АСНИ физических установок (вооружения и техники, процессов и аппаратов атомной промышленности и энергетики), использовать современные достижения в научно- исследовательских работах. Р8 Применять знания о процессах в ядерных энергетических и физических установках, и о технологических процессах ядерного топливного цикла используя методы математического моделирования отдельных стадий и всего процесса для разработки АСУ ТП и АСНИ с применением пакетов автоматизированного проектирования и исследований. Р9 Использовать знания о протекающих процессах в ядерных энергетических установках, аппаратах производств ядерного топливного цикла, теории и практики АСУ ТП, при проектировании, настройке, наладке, испытаниях и эксплуатации современного оборудования, информационного, организационного, математического и программного обеспечения, специальных технических средств, сооружений, объектов и их систем; организовать эксплуатацию физических установок (вооружения и техники, процессов и аппаратов атомной промышленности и энергетики), современного оборудования и приборов с учетом требований руководящих и нормативных документов; быть готовым к освоению новых образцов физических установок, составлению инструкций по эксплуатации оборудования и программ испытаний. 5 Р10 Использовать технические средства и информационные технологии, проводить предварительное технико- экономического обоснования проектных расчетов устройств и узлов приборов и установок, расчет, концептуальную и проектную проработку программно-технических средств АСУ ТП и АСНИ, применять методы оптимизации, анализа вариантов, поиска решения многокритериальных задач с учетом неопределенностей объекта управления, разрабатывать способы применения программно-технических средств АСУ ТП и АСНИ, решать инженерно-физические и экономические задачи, применяя знания теории и практики АСУ, включающее математическое, информационное и техническое обеспечения, для проектирования, испытания, внедрения и эксплуатации АСУ ТП и АСНИ. Р11 Понимать сущность и значение информации в развитии современного общества, соблюдать основные требования безопасности и защиты государственной тайны; выполнять мероприятия по восстановлению работоспособности физических установок (вооружения и техники, процессов и аппаратов атомной промышленности и энергетики) при возникновении аварийных ситуаций, разрабатывать методы уменьшения риска их возникновения; проводить анализ и оценку обстановки для принятия решения в случае возникновения аварийных ситуаций, экологическую безопасность, нормы и правило производственной санитарии, пожарной, радиационной и ядерной безопасности. Р12 Разрабатывать проекты нормативных и методических материалов, технических условий, стандартов и технических описаний средств АСУ ТП и АСНИ, регламентирующих работу в сфере профессиональной деятельности; осуществлять 6 разработку технического задания, расчет, проектную проработку современных устройств и узлов приборов, установок (образцов вооружения, программно-технических средств АСУ ТП и АСНИ), использовать знания методов анализа эколого-экономической эффективности при проектировании и реализации проектов. Р13 Использовать в профессиональной деятельности нормативные правовые акты в области защиты государственной тайны, интеллектуальной собственности, авторского права и в других областях; осуществлять поиск, изучение, обобщение и систематизацию научно-технической информации, нормативных и методических материалов в сфере своей профессиональной деятельности. Р14 Проявлять и активно применять способность к организации и управлению работой коллектива, в том числе: находить и принять управленческие решения в сфере профессиональной деятельности; разрабатывать планы работы коллективов; контролировать соблюдение технологической дисциплины, обслуживания, технического оснащения, размещения технологического оборудования; организовывать учет и сохранность физических установок (вооружения и техники), соблюдение требований безопасности при эксплуатации; использовать основные методы защиты персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий. Р15 Демонстрировать способность к осуществлению и анализу научно-исследовательских, технологических и пуско- наладочных работ, разработке планов и программ их проведения, включая ядерно-физические эксперименты, выбору методов и средств решения новых задач с применением 7 современных электронных устройств, представлению результатов исследований и формулированию практических рекомендаций их использования в формах научно-технических отчетов, обзоров, публикаций по результатам выполненных работ; выполнять полный объем работ, связанных с техническим обслуживанием физических установок с учетом требований руководящих и нормативных документов. 8 Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт – Физико-технический Направление – Ядерные физика и технологии Кафедра – Электроника и автоматика физических установок Специальность – Электроника и автоматика физических установок УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ЭАФУ ФТИ __________ А.Г. Горюнов «03» октября 2016 г. ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы В форме: Дипломного проекта Студенту: Группа ФИО 0711 Рыбникову А.В. Тема работы: Тема ВКР в соответствии с приказом Утверждена приказом директора ФТИ от 31.10.2016 № 9286/с Дата сдачи студентом выполненной работы 23 января 2017 г. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ: Исходные данные к работе Объект исследования – устройство имитации тестовых сигналов (далее по тексту – устройство формирования тестовых сигналов, устройство), предназначенное для проверки работоспособности элементов АСУ ТП, и программное обеспечение для его функционирования. Программное обеспечение должно обеспечивать: 1. Виртуализацию устройства формирования тестовых сигналов на базе ЭВМ; 2. Формирование тестовых сигналов для модулей дискретного и аналогового ввода/вывода. 3. Формирование тестовых сигналов с помощью устройства через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus RTU. 4. Возможность задания типа тестовых аналоговых сигналов – ток или напряжение. 9 5. Тестовые сигналы должны формироваться с помощью графического интерфейса пользователя. 6. Должны быть предусмотрены ручной и автоматический режим обновления значений сигналов. 7. Должна быть предусмотрена возможность объединения нескольких устройств формирования тестовых сигналов в единую систему. 8. Должны быть предусмотрены стандартные диапазоны задания тестовых сигналов, применяемые в устройствах АСУ ТП. Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов Аналитический обзор существующих решений по созданию систем тестирования АСУ ТП, разработка алгоритма тестирования АСУ ТП, разработка алгоритмов программного обеспечения устройства формирования тестовых сигналов, разработка алгоритма программы виртуализации устройства, программная реализация разработанных алгоритмов, проверка работоспособности программного обеспечения на экспериментальном образце устройства формирования тестовых сигналов. Перечень графического материала Схема алгоритма тестирования элементов АСУ ТП. Схема алгоритма функционирования программного обеспечения устройства. Схема алгоритма функционирования программы виртуализации устройства. Чертеж формы графического интерфейса программы виртуализации устройства. Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы Раздел Консультант Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение доцент, канд. филос. наук Меньшикова Е.В. Социальная ответственность ассистент Акимов Д.В. Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы по линейному графику 03 октября 2016 г. Задание выдал руководитель: Должность ФИО Ученая степень, звание Подпись Дата Доцент Обходский А.В. канд. техн. наук, доцент 03.10.16 Задание принял к исполнению студент Группа ФИО Подпись Дата 0711 Рыбников А.В. 03.10.16 10 РЕФЕРАТ Выпускная квалификационная работа 124 с., 19 рис., 18 табл., 18 источников, 2 прил. УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ, ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, УДАЛЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ Объектом исследования является устройство имитации сигналов (далее по тексту, устройство формирования тестовых сигналов, устройство), для тестирования работоспособности модулей УСО на всех уровнях АСУ ТП. Цель работы – обеспечение удаленного управления устройством формирования тестовых сигналов. В процессе исследования проводился аналитический обзор существующих решений в области создания средств тестирования АСУ ТП. В результате выполнения работы, разработаны алгоритмы удаленного управления и контроля параметров устройства формирования тестовых сигналов. Все алгоритмы реализованы в виде программы устройства формирования тестовых сигналов. Область применения: тестирование модулей УСО в автоматических системах управления технологическим процессом и других элементов системы. 11 ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ В данной работе использованы ссылки на следующие стандарты: СТО 11233753-001-2006-10-29. Системы автоматизации монтажа и наладка. ГОСТ Р 12.1.019–2009 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. СНиП 23-05-95 Естественное и Искусственное Освещение. СН 2.2.4/2.1.8.562–96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. СП 52.13330.2011 Свод правил. Естественное и искусственное освещение. В работе используются следующие сокращения: автоматизированная система управления технологическим процессом; АСУ ТП. программируемая логическая интегральная схема; ПЛИС микроконтроллер; МК программное обеспечение; ПО 12 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение......................................................................................................... 15 1 Аналитический обзор существующих решений ................................. 16 1.1 Актуальность ....................................................................................... 16 1.2 Решения для тестирования средств АСУ ТП от L-CARD .............. 17 1.3 Решения для тестирования средств АСУ ТП от National Instruments ………………………………………………………………………..19 1.4 Решения для тестирования средств АСУ ТП от АКТАКОМ ......... 22 1.5 Вывод по разделу ................................................................................ 27 2 Разработка программного обеспечения устройства формирования тестовых сигналов. .................................................................................................... 28 2.1 Структура комплекса технических средств тестирования АСУ ТП ………………………………………………………………………...28 2.2 Структура устройства формирования сигналов .............................. 30 2.3 Разработка структуры программного обеспечения устройства формирования тестовых сигналов ........................................................................... 32 2.3.1 Общий алгоритм тестирования АСУ ТП ....................................... 32 2.3.2 Разработка алгоритма программы виртуализации устройства формирования тестовых сигналов ........................................................................... 33 2.3.3 Разработка алгоритма функционирования микроконтроллера устройства формирования тестовых сигналов ...................................................... 35 2.3.4 Разработка алгоритма функционирования ПЛИС устройства формирования тестовых сигналов ........................................................................... 37 2.4 Программная реализация алгоритмов ............................................... 39 2.5 Вывод по разделу ................................................................................ 42 3 Экспериментальные исследования программного обеспечения устройства формирования тестовых сигналов ....................................................... 44 3.1 Программа экспериментальных исследований ................................ 44 3.2 Методики экспериментальных исследований ................................. 46 13 3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований ................. 51 3.4 Вывод по разделу ................................................................................ 52 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .................................................................................................... 26 4.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ........................................................ 26 4.2 FAST-анализ ........................................................................................ 28 4.3 SWOT-анализ ....................................................................................... 31 4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ........................... 33 4.5 Инициация проекта ............................................................................. 34 4.6 Бюджет научного исследования ........................................................ 37 4.7 Реестр рисков проекта ........................................................................ 43 4.8 Оценка сравнительной эффективности исследования .................... 44 5 Социальная ответственность ................................................................. 76 5.1 Введение ............................................................................................... 76 5.2 Характеристика вредных и опасных факторов, имеющих место в лаборатории ………………………………………………………………………..77 5.3 Электробезопасность .......................................................................... 78 5.4 Мероприятия по борьбе с производственным шумом .................... 81 5.5 Мероприятия по пожарной безопасности ........................................ 82 5.6 Мероприятия по выполнению норм естественного и искусственного освещения ....................................................................................... 85 5.7 Мероприятия по выполнению норм вентиляции и отопления ....... 86 5.8 Выводы по разделу ............................................................................. 86 Заключение .................................................................................................... 88 Список используемых источников .............................................................. 90 Приложение А Текст программы ................................................................ 92 Приложение Б Презентация ....................................на отдельных листах124 Титульный лист Цель и задачи 14 Обзор существующих решений Объект исследования Структурная схема устройства Алгоритм тестирования АСУ ТП Алгоритм функционирования программы виртуализации Алгоритм функционирования микроконтроллера Алгоритм функционирования ПЛИС Форма главного окна интерфейса пользователя ПО виртуализации Схема эксперимента Результаты экспериментального исследования Затраты на разработку Результаты работы Диск CD-R…………………………………в конверте на обороте обложки 643.ФЮРА.00006 – 01 81 01 Пояснительная записка ВКР. Файл Рыбников_ВКР.docx Презентация РыбниковА.В._ВКР_ЭАФУ.pptx 643.ФЮРА.00006 – 01 81 01. Текст программы. Файл Текст программы.docx 15 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист Провер. Н. Контр. Ефремов Утверд. Горюнов Листов Консульт Лит. Разраб. Введение 643.ФЮРА.00006 – 01 81 01 Рыбников Обходский TПУ ФТИ Группа 0711 |