化工仪表及自动化教学大纲应用化工.docx
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化工仪表及自动化教学大纲应用化工
化工仪表及自动化教学大纲
课程类型:
专业基础必修课
教学时数:
72（理论授课62学时、实验课10学时）
适用专业:
应用化工技术专业
开设学期:
第三学期、第四学期、第五学期
预修课程：
电工技术、化工单元操作及设备
本大纲是依据化工系《应用化工技术专业教学计划》的要求，参照有关院校的教学大纲，以国家高职高专规划教材《化工仪表及自动化》（第四版，厉玉鸣主编）为基本教材进行编写的，供本系应用化工技术专业教学使用。
一、说明
（一）课程的性质和内容
《化工仪表及自动化》是根据应用化工技术专业教学计划的要求，为培养高级化工工艺操作工而开设的一门实践性很强的专业课程。
内容包括：
化工检测仪表：
检测仪表基本知识、压力检测、流量检测、物位检测、温度检测和显示仪表；化工自动化基础：
自动控制系统概述、对象特性和建模、基本控制规律、自动控制仪表、执行器、简单控制系统、计算机控制系统、可编程控制器、典型化工单元的控制方案。
（二）本课程主要任务
1、能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；能根据工艺要求，正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表。
2、能了解工业自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的。
3、能根据工艺的需要，和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器参数整定。
4、能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（三）本课程的考试方式
本课程考试方式分为：
平时成绩、理论考试（期末考试）和实验操作三种形式，其比重为平时成绩：
理论考试：
实验操作=20%：
50%：
30%。
（四）教学中应注意的问题
1、本课程是一门理论性和实践性都很强的专业技术课，教学中必须理论联系实际，结合本地化工企业的自控仪表及系统情况，因地制宜开展教学工作，提高学生观察、分析和解决实际问题的能力。
2、应结合每章后的实验练习，加深学生理解理论知识并提高操作水平。
二、学时分配表
章节
内容
课时
备注
总学时
讲授
实验
项目一
了解化工自动化的发展状况、意义及目的
2
2
项目二
检测仪表与传感器
12
12
项目三
显示仪表
4
4
项目四
自动控制系统的基本概念
6
6
6
项目五
过程及其数字模型
4
4
项目六
控制器
6
6
项目七
执行器
6
6
项目八
简单控制系统
8
8
项目九
复杂控制系统
10
10
项目十
典型化工单元的控制方案
4
4
实验项目
项目一
压力表检验
2
2
项目二
液位控制方法
4
4
项目三
流量控制方法
4
4
合计
62
10
72
三、课程内容（理论授课62学时、实验课10学时）
理论授课
项目一了解化工自动化的发展状况、意义及目的（讲授2学时）
教学要求和内容
使学生了解化工生产过程自动化的意义和目的；了解化工自动化的发展概况和化工仪表及自动化系统的分类知识。
教学建议
开课前先带领学生参观化工厂生产过程控制系统，使学生感性了解化工自动化的重要意义。
项目二检测仪表与传感器（讲授12学时）
教学要求
1、了解检测误差和检测系统误差的基本知识；掌握检测仪表的品质指标。
2、了解检测系统中的常见信号类型、信号的传递形式、检测仪表与检测方法的分类。
教学内容
1、测量过程与测量误差；检测仪表的品质指标。
2、检测系统中的常见信号类型；检测系统中信号的传递形式；检测仪表与检测方法的分类。
3、化工检测的发展趋势。
教学建议
1、本章重点为检测仪表的品质指标。
项目三显示仪表（讲授4学时）
教学要求
1、了解显示仪表在过程参数检测中的作用。
2、理解自动平衡电子电位差计和电子自动平衡电桥的工作原理。
3、掌握数字式显示仪表的工作原理、基本组成及使用方法。
4、了解无纸记录仪、虚拟显示仪表等新型显示仪表的工作原理和特点。
教学内容
1、显示仪表在生产过程检测中的作用；自动平衡电子电位差计的工作原理及测量桥路；平衡电桥测温原理和电子自动平衡电桥工作原理。
2、数字式显示仪表的原理、特点及基本组成。
3、无纸记录仪和虚拟显示仪表的工作原理。
教学建议
1、本章重点为数字式显示仪表的工作原理、基本组成及使用方法。
2、采用实验教学方式。
项目四自动控制系统的基本概念（讲授6学时）
教学要求
1、了解自动控制系统的用途及基本组成，了解各组成环节在自动控制系统中的作用。
2、掌握被控变量、给定值、干扰作用、控制作用、反馈等专业名词的含义。
3、了解自动控制系统的过渡过程及四种基本的过渡形式，认识它们的特点。
4、掌握衰减比、最大偏差、余差、过渡时间、振荡周期等描述自动控制系统控制质量好坏的品质指标的定义。
教学内容
1、自动控制系统的组成；信号和变量、自动控制系统方块图、反馈及自动控制系统的分类。
2、控制系统的静态与动态、过渡过程、控制指标及影响控制指标的主要因素。
教学建议
1、本章重点为被控变量、给定值、干扰作用、控制作用、反馈等专业名词的含义；衰减比、最大偏差、余差、过渡时间、振荡周期等描述自动控制系统控制质量好坏的品质指标的定义。
2、采用多媒体课件或到企业参观的方式组织教学，让学生对自动控制系统有一个直观的感性认识。
项目五过程及其数学模型（讲授4学时）
教学要求
1、了解被控对象数学模型的含义、作用和建立途径及数学模型的主要形式；了解机理建模的方法。
2、掌握描述对象特性的方法及特性参数的定义。
3、掌握对象特性的测试方法；了解实测建模的方法。
教学内容
1、被控对象数学模型，数学模型的主要形式。
2、一阶对象、积分对象和时滞对象的机理建模方法。
3、描述对象特性的参数：
放大系数K，时间常数T，滞后时间τ。
4、实测建模的作用和方法。
教学建议
1、本章重点为描述对象特性的方法及特性参数的定义；对象特性的测试方法。
项目六控制器（讲授6学时）
教学要求
1、熟悉控制仪表的分类、特点及其信号制。
2、对模拟式、数字式控制仪表的基本组成、原理、特点、通讯及信号制有总体的认识和理解，可以正确操作KMM可编程调节器。
教学内容
1、控制仪表的作用与分类：
能源形式、结构形式、信号形式。
2、模拟式控制仪表的特点、组成及功能；DDZ-Ⅲ型电动控制器的特点、结构和使用。
3、数字式控制仪表的主要特点、基本构成及原理；KMM可编程调节器的正确使用。
教学建议
1、根据实际情况，相对模拟式仪表偏重讲解一下数字式控制仪表。
2、对DDZ-Ⅲ型电动控制器和KMM可编程调节器进行重点讲解和实验指导。
项目七执行器（讲授6学时）
教学要求
1、理解执行器在生产过程控制中的地位和作用；熟悉执行器的组成、动作原理。
2、熟悉气动薄膜阀执行机构的结构与分类，理解控制阀的流量特性，具有控制阀的选择、安装和一般维护能力。
3、理解阀门定位器和电-气转换器的功能、作用、结构和作用原理。
4、了解电动执行器的特点、组成。
教学内容
1、执行器的作用与分类；气动执行器的组成与分类，控制阀的流量特性，控制阀的选择、安装和维护。
2、气动阀门定位器，电-气阀门定位器，电-气转换器。
3、电动执行器的特点与组成，角行程电动执行机构与直行程执行机构。
教学建议
1、利用实物进行直观教学。
项目八简单控制系统（讲授8学时）
教学要求
1、掌握组成简单控制系统的基本原则和被控变量、操纵变量的选择方法。
2、掌握控制器规律的选择方法和控制器参数的工程整定方法。
3、掌握控制系统投运操作和常见问题的判别方法。
教学内容
1、简单控制系统的结构、原理；被控变量的选择，操纵变量的选择。
2、控制器控制规律的选择；控制器参数的工程整定方法步骤。
3、控制系统的投运操作程序；控制系统操作中常见问题的判别方法。
教学建议
1、采用计算机仿真技术开展教学。
项目九复杂控制系统（讲授10学时）
教学要求
1、了解计算机控制系统的特点、类型及其发展情况。
2、了解集散控制系统的基本构成和特点。
3、熟悉CENTUM-CS系统的构成、ICS的组成及功能、CRT显示画面的显示格式、系统中的字母代号、基本操作方法及及显示画面的操作方法。
4、了解现场总线控制系统的产生和特征、国际标准化和主要的现场总线系统的简况。
教学内容
1、计算机控制系统的特点、组成、类型及发展情况。
2、集散控制系统的基本构成、特点。
3、CENTUM-CS集散控制系统的构成、ICS的组成及功能、CRT显示画面的显示格式、系统中的字母代号、基本操作方法、显示画面及操作。
4、现场总线控制系统的产生和特征、现场总线国际标准化及主要的现场总线系统简介。
教学建议
1、采用实验教学方式。
如本地企业无CENTUM-CS系统，可改为CENTUM-XL系统或μXL系统进行讲授和实验练习。
项目十典型化工单元的控制方案（讲授4学时）
教学要求
通过对典型化工单元控制方案的分析，使学生能理解和掌握确定控制方案的共同原则和方法。
教学内容
1、流体输送设备（离心泵、往复泵、压气机）的自动控制方案。
2、传热设备（两侧均无相变化的换热器、载热体进行冷凝的加热器、冷却剂进行气化的冷却器）的自动控制方案。
3、精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求，精馏塔的自动控制方案。
4、化学反应器的控制要求，釜式反应器的温度自动控制方案，固定床反应器的自动控制方案，流化床反应器的自动控制方案。
教学建议
1、采用计算机仿真技术进行教学，或以实际的DCS系统为教学平台，以一个简单的工程项目的实施为教学内容开展教学。
实验内容
序号
实训名称
学时
备注
项目一
压力表检验
2
项目二
液位控制方法
4
项目三
流量控制方法
4
合计
10
五、教材
1.国家高职高专规划教材《化工仪表及自动化》第四版厉玉鸣主编
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