《化工仪表及自动化》课程教学大纲Word格式文档下载.doc
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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
7
（七）简单控制系统
8
（八）复杂控制系统
9
（九）计算机控制系统
10
（十）典型化工单元的控制方案
四、课程教学内容及教学要求
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
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。
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：
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。
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。
过程控制系统的组成、结构、分类及其过渡过程和性能指标。
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。
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。
被控对象的数学描述、特性参数及其对控制系统的影响。
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。
基本控制规律及其对系统过渡过程的影响。
基本控制规律对系统过渡过程的影响。
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。
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。
控制阀的流量特性及控制阀的选择。
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。
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。
简单控制系统的设计方案。
控制器正、反作用确定的方法。
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。
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。
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。
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。
计算机控制系统概述；
集散控制系统。
集散控制系统的特点及基本组成。
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。
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。
传热设备的控制方案。
精馏塔的典型控制方案。
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
1．化工自动化的概念，化工自动化的特点
2．化工仪表作用、分类及化工仪表的发展
1．过程测量的基本概念和误差基本知识
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
3．各类温度测量仪表的结构、测量原理及选用原则
4．各类流量测量仪表的结构、测量原理及选用原则
5．各类液位测量仪表的结构、测量原理及选用原则
6．过程检测技术的新进展
1．控制系统的组成
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
3．控制系统的分类
4．控制系统的过渡过程及其性能指标
5.工程综合案例专题
1．化工过程的特点及其描述方法，对象数学模型的建立
2．描述对象特性的参数
1．气动执行器的结构、分类、流量特性、控制阀的选择。
2．电气转换器与电气阀门定位器
1．简单控制系统的机构与组成，简单控制系统的设计
2．控制器参数的工程整定
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
1．串级控制系统的结构、特点
2．串级控制系统典型案例应用
3．均匀、比值控制系统的工程应用实例
4．前馈、选择性、分程控制系统的工程应用实例
1．计算机控制系统概述
2．集散控制系统与现场总线控制系统
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
2．流体输送设备的典型控制方案
3．反应器的典型控制方案
4．精馏塔的典型控制方案
5．常减压蒸馏过
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