《化工仪表及自动化》课程教学大纲.doc
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《化工仪表及自动化》课程教学大纲
开课学院：
石油化工学院
适用专业：
编写人员：
肖东彩
教研室主任审核：
院长签字：
2018年9月
《化工仪表及自动化》课程教学大纲
一、课程基本情况
课程基本情况表
课程名称
化工仪表及自动化
课程编码
课程类别
R核心R必修□选修
学分学时
4学分；64学时
开课学期
第三学期
适用专业
安全生产监测监控、石油化工技术、光伏材料制备技术
先修课程
《高等数学》、《化工识图与制图》、《电工基础》、《电子技术》
后续课程
《顶岗实习》
二、课程说明
本课程是工科化工与制药类安全生产监测监控、石油化工技术、光伏材料制备技术专业的专业基础课程，为保证现代工业生产过程的平稳运行起着不可替代的作用。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解；在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的基本训练，使学生掌握化工生产中各类仪表的用途和工作原理，掌握化工自动化的基础知识，并可以独立设计简单的自动化控制系统的能力。
三、课程学习目标
1．学习自动化及化工仪表知识，掌握化工四大参数的测量方法与常见的测量仪表，其常用的结构、特性等基本知识，具有选用化工行业中适合的仪表的能力。
2．通过自动控制系统的学习，了解构成自动控制系统的各个基本环节，能够在生产实践中根据生产工艺及自动控制两个方面的要求，为自动控制系统的设计提供合理的、准确的工艺条件及数据。
3．了解化工仪表、化工自动化的前沿和新发展动向，了解计算机控制系统的组成、特点，集散控制系统的特点、组成，具有了解常见系统的能力。
4．培养学生树立正确的设计思想，了解自动控制系统设计过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康等政策和制约因素。
5．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握典型仪表的使用方法，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。
课程教学内容与学习目标矩阵
序号
课程内容
目标1
目标2
目标3
目标4
目标5
1
（一）绪论
●
2
（二）化工检测仪表
●
●
●
●
3
（三）自动控制系统的基本概念
●
●
●
4
（四）过程特性及其数学模型
●
●
5
（五）自动控制仪表
●
●
●
●
6
（六）执行器
●
●
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●
7
（七）简单控制系统
●
●
●
●
8
（八）复杂控制系统
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●
9
（九）计算机控制系统
●
●
10
（十）典型化工单元的控制方案
●
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●
四、课程教学内容及教学要求
（一）绪论
1．教学内容
化工自动化的概念；化工自动化的特点；化工仪表作用、分类及化工仪表的发展。
2．重点、难点
无。
3．教学要求
了解本课程研究的对象、内容，学习的意义及目的，化工仪表及自动化的发展及课程的主要内容。
（二）化工检测仪表
1．教学内容
过程测量的基本概念和误差基本知识；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；新型传感器的介绍。
2．重点、难点
重点：
误差的基本知识；各类压力、温度、流量、液位、物质成分测量仪表的基本原理及其应用范围。
难点：
各类压力、温度、流量、液位、物质成分测量仪表的基本原理及其应用范围。
3．教学要求
通过现场实训装置、仪器、仪表的拆装及运行等方式，使学生了解测量过程与测量仪表，测量误差的分类；理解绝对误差、相对误差的概念；掌握仪表的精度和量程的选择，压力的检测方法、了解压力表的选择、校验及安装方法，常见的流量检测仪表；理解差压式流量计的测量原理及流量基本方程；了解差压式流量计的安装及其他一些流量仪表，常见的物位检测仪表。
理解差压变送器的测量原理及零点迁移问题；了解其他一些物位测量仪表，常见的温度检测仪表及方法、重点掌握热电偶温度计的测量原理及温度补偿的问题；掌握热电阻及其测温原理；了解温度变送器的作用，显示仪表的功能、各种显示方式。
（三）自动控制系统的基本概念
1．教学内容
控制系统的组成；控制系统的方块图构成；控制系统的分类；控制系统的过渡过程及其性能指标。
2．重点、难点
过程控制系统的组成、结构、分类及其过渡过程和性能指标。
3．教学要求
了解化工检测的发展趋势；理解检测仪表的品质指标；掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法；熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的动态与静态，闭环控制系统在阶跃干扰（扰动）作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。
（四）过程特性及其数学模型
1．教学内容
化工过程的特点及其描述方法；对象数学模型的建立；描述对象特性的参数。
2．重点、难点
被控对象的数学描述、特性参数及其对控制系统的影响。
3．教学要求
了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型，表征被控对象特性的三个参数，即放大系数、时间常数、滞后时间的物理意义及其对控制质量的影响；了解被控对象特性的实验测定方法。
（五）自动控制仪表
1．教学内容
基本控制规律及其对系统过渡过程的影响。
2．重点、难点
重点：
基本控制规律及其对系统过渡过程的影响。
难点：
基本控制规律对系统过渡过程的影响。
3．教学要求
了解控制仪表的发展状况；通过仿真、实体装置操作，掌握常见的基本控制规律、PID控制作用规律的特点和使用，模拟式控制器的基本组成和DDZ-Ⅲ型控制器的特点；了解数字式控制器的基本组成和特点；可编程控制器的功能和特点。
（六）执行器
1．教学内容
气动执行器的结构、分类、流量特性、控制阀的选择。
电气转换器与电气阀门定位器。
2．重点、难点
控制阀的流量特性及控制阀的选择。
3．教学要求
了解气动执行器的结构及分类；掌握控制阀的流量特性及控制阀的选择；了解阀门定位器的功能和选用，电动执行器概念及分类，电气转换器及电气阀门定位器概念及工作原理。
（七）简单控制系统
1．教学内容
简单控制系统的机构与组成；简单控制系统的设计；控制器参数的工程整定。
2．重点、难点
重点：
简单控制系统的设计方案。
难点：
控制器正、反作用确定的方法。
3．教学要求
了解简单控制系统的结构、组成及作用；掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则；了解各种基本控制规律的特点及应用场合；掌握控制器正、反作用确定的方法，控制器参数工程整定的方法，单回路的控制系统实际设计、运行控制操作以及仿真参数整定。
（八）复杂控制系统
1．教学内容
串级控制系统的结构、特点、典型案例应用；均匀控制系统的结构、特点；比值控制系统的结构、特点；前馈控制系统的结构、特点；选择性控制系统的结构、特点；分程控制系统的结构、特点。
2．重点、难点
重点：
串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合。
难点：
串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择。
3．教学要求
掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合，串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择；了解串级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法，设置均匀控制系统的目的及控制方案，比值控制系统的各种类型，掌握单闭环比值控制方案的结构及特点；掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合；理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案，了解开关型选择性控制系统，积分饱和现象的产生及防止方法，分程控制系统的结构及应用场合，多冲量控制系统的意义；理解三冲量控制系统的结构特点。
（九）计算机控制系统
1．教学内容
计算机控制系统概述；集散控制系统。
2．重点、难点
重点：
集散控制系统的特点及基本组成。
难点：
无。
3．教学要求
掌握直接数字控制（DDC）的PID算法；了解DDC系统的基本组成与作用；掌握全开放集散控制系统（DCS）的特点及基本组成；了解DCS现场控制站及操作站的硬件与软件，全开放式控制软件ONSPEC的特点及用途，现场总线的特点及基本设备。
（十）典型化工单元的控制方案
1．教学内容
热交换器温度反馈—静态前馈控制系统的组成以及生产过程对系统设计的要求；流体输送设备的典型控制方案；反应器的典型控制方案；精馏塔的典型控制方案；常减压蒸馏过程的控制；催化裂化过程的控制；乙烯生产过程的控制；聚合过程的控制；生化过程的控制；化肥生产过程的控制。
2．重点、难点
重点：
流体输送设备的典型控制方案；传热设备的控制方案。
难点：
精馏塔的典型控制方案。
3．教学要求
通过相应仿真软件的运行演示以及播放企业现场录制的视屏等方式，使学生掌握离心泵和往复泵控制方案的特点；了解离心式压缩机防喘振控制的一般方法；理解传热设备控制的一般方法；理解精馏塔提馏段温控与精馏段温控的特点和方法；了解釜式、固定床、流化床反应器控制的一般方法；了解常压、减压蒸馏塔的控制方案，裂解气分馏塔的控制方案，乙烯精馏塔的典型控制方案，聚氯乙烯、聚乙烯生产过程的控制方案，谷氨酸发酵工艺过程的控制方案，合成氨生产过程的控制方案。
课程教学内容学时分配表
课程教学内容
主要内容
学时
备注
（一）绪论
1．化工自动化的概念，化工自动化的特点
1
2．化工仪表作用、分类及化工仪表的发展
1
（二）化工检测仪表
1．过程测量的基本概念和误差基本知识
2
建议安排现场教学
2．各类压力测量仪表的结构、测量原理及选用原则
4
3．各类温度测量仪表的结构、测量原理及选用原则
4
4．各类流量测量仪表的结构、测量原理及选用原则
4
5．各类液位测量仪表的结构、测量原理及选用原则
3
6．过程检测技术的新进展
1
（三）自动控制系统的基本概念
1．控制系统的组成
1
重点知识点，可以通过工程案例专题讲解
2．控制系统的方块图构成
1
3．控制系统的分类
1
4．控制系统的过渡过程及其性能指标
1
5.工程综合案例专题
2
（四）过程特性及其数学模型
1．化工过程的特点及其描述方法，对象数学模型的建立
1
2．描述对象特性的参数
1
（五）自动控制仪表
基本控制规律及其对系统过渡过程的影响。
3
（六）执行器
1．气动执行器的结构、分类、流量特性、控制阀的选择。
2
2．电气转换器与电气阀门定位器
1
（七）简单控制系统
1．简单控制系统的机构与组成，简单控制系统的设计
3
2．控制器参数的工程整定
1
3．单回路的控制系统设计、运行控制及仿真参数的工程整定
6
（八）复杂控制系统
1．串级控制系统的结构、特点
4
2．串级控制系统典型案例应用
2
3．均匀、比值控制系统的工程应用实例
1
4．前馈、选择性、分程控制系统的工程应用实例
1
（九）计算机控制系统
1．计算机控制系统概述
1
2．集散控制系统与现场总线控制系统
1
（十）典型化工单元的控制方案
1．热交换器温度反馈—静态前馈控制系统的组成以及生产过程对系统设计的要求
1
2．流体输送设备的典型控制方案
1
3．反应器的典型控制方案
1
4．精馏塔的典型控制方案
1
5．常减压蒸馏过
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