化工仪表及自动化课程标准.docx
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化工仪表及自动化课程标准
《化工仪表及自动化》
课程标准
开课系部：
化工新材料学院
课程代码：
课程负责人：
朱典成
编制日期：
2014年07月
山东理工职业学院
《化工仪表及自动化》课程标准
课程代码：
课程名称：
化工仪表及自动化
课程类别：
（专业核心课程）
课程类型：
（理论+实践）课（B类）
课程学分：
4
计划课时：
72学时
适用专业：
煤化工、应用化工
开课部门：
化工新材料学院
课程负责人：
朱典成
制订人：
煤化工及应用化工课程组
制订时间：
2014.07
一、课程概述
（一）课程性质
《化工仪表与自动化》课程是煤化工及应用化工专业的专业核心课程，应在《化工单元操作与设备》、《化工制图与CAD》、《化工原理》课程结束之后开设。
化工仪表与自动控制技术是一门综合性的技术学科。
它是利用自动控制学科、仪表仪器学科的理论与技术服务于应用化工学科的。
随着现代科学技术的进步，在化工生产过程中，由于实现了自动化，人们通过自动化装置来管理生产，自动化装置与工艺及设备已结合成为有机的整体。
所以对将来从事工艺技术的人员来说，学习自动化及仪表方面的知识，对于管理与开发现代化化工生产过程是十分重要的。
（二）课程设计理念
人才培养方案以市场需求为导向，突出职业能力和职业素质培养。
以培养“一专多能的复合型应用性人才”为目标，体现以就业为导向得原则。
课程体系“以宽口径平台支撑多个就业岗位”，有利于学生的个性化培养，体现“以人为本”的原则。
为学生适应社会需求的动态变化，结合个人兴趣与潜能，及时调整学习方向提供可能。
课程结构模块化突破传统“三段式”课程模式，从应用化工专业岗位能力，分解岗位任务入手，明确岗位课程，设计适合复合型化工行业应用性人才培养特点的课程模块。
课程标准应根据高职教育特点和多个岗位需求，体现课程整合的特色，以便及时适应应用化工技术不断升级和高新技术转化迅速的特点。
要体现高等、突出职业、强化技能，在素质、知识和技能方面都要有明确的要求。
（三）课程设计思路
本课程教学内容突出行业的特殊性、知识的应用性，通过工学结合、案例分析、项目教学等教学模式来组织教学，倡导学生在理论和实践当中真正掌握自动化控制原理，学会使用和维护各种自动化生产设备。
在教学过程中变“以教师为核心”为“以学生为主体，教师引导为辅”。
在教学活动安排中，由教师引导学生实现对各种自动化设备的学习和使用，在操作中提高学生的技术应用能力，而教师则以答疑、评估等方式参与学生的学习活动。
本课程的重点是如何让学生在掌握自动化生产原理的基础上，学会自动控制系统各种设备的使用和维护。
针对这一重点，在教学内容的组织和安排上，一是在教学中，教师通过多种教学手段和多种形式，结合化工生产当中的实际情况进行教学，让学生有感性的体验，通过耐心的讲解使学生掌握自动控制系统的理论知识；二是积极创造实际使用自动化设备的实训环境，以任务驱动，以项目导向，让学生在实际课题的实训和实习中学习使用各种自动化设备，并具有一定的故障判断经验；三是重视培养学生的“爱岗、敬业、求精、安全、节能、环保”的职业道德素养。
根据学生生源主要来省内不同地区的特点以及自动化技术应用的广泛性，确定了“抓基本、重应用、求能力”的课程建设思路，并以培养生产第一线的高等技能型人才为目标，实施了“工学结合，理论实践相促进”的教学改革。
从而使教学内容更加贴切实际，学生的技术应用能力进一步增强。
二、课程目标
（一）知识目标
（1）掌握工业仪表的分类，温度压力测量仪表的工作原理；
（2）掌握流量计的构造及使用方法；
（3）掌握调节仪表的作用、分类、基本调节规律及其对系统过渡过程的影响；
（4）掌握自动调节系统的组成、方框图、分类。
（二）能力目标
（1）具有测量主要工艺参数（温度，压力，流量及液位）和使用仪表的能力；
（2）具有根据工艺要求，正确选用和使用常见的测量仪表和调节仪表的能力；
（3）具有根据工艺的需要讨论和提出合理的自动化方案的能力；
（4）具有为自控设计正确提供有关的工艺条件和数据的能力。
（三）素质目标
（1）具有良好的职业道德、科学态度和创新意识；
（2）具有良好的协调能力、表达能力和团队合作精神；
（3）具有获取一定信息的能力；
（4）了解生产相关的法律、法规及规章制度；
（5）具有敬业爱岗、富有责任心的优良思想品质；
（6）能按照生产安全操作规程规范操作；
（7）养成良好的职业安全习惯。
三、课程内容组织与学时安排
表3.1《化工仪表及自动化》教学内容及学时分配表
序号
教学项目
工作任务
培养目标
教学内容
学时
建议
教学方法建议
1
项目一：
绪论
任务1：
相关定义，学科发展，及分类
知识目标：
1.了解化工自动化的发展状况、意义及目的
2.熟悉各阶段化工仪表的作用
能力目标：
1.掌握化工仪表及自动化系统的分类
2.明确学习化工仪表及自动化的实际意义
素质目标：
1.养成良好的职业道德，科学态度
2.能按照生产安全操作规程规范操作
教学载体：
课堂教学，多媒体展示
学习内容：
1.化工仪表及自动化定义
2.化工仪表发展过程及分类
3.自动化控制系统分类
训练内容：
1、了解自动控制系统的组成
2、自动控制系统的分类
3、仪表及自动化学习的意义
2
1、建议播放化工仪表发展视频
2、展示化工企业自动化控制系统
3、对学生进行科学发展观教育。
2
项目二：
检测仪表基本知识
任务1：
误差
知识目标：
1.了解检测系统的信号类型、传递形式；
2.了解检测仪表的分类、测量方法分类
能力目标：
1.掌握测量误差的类型、表示方法；
2.掌握仪表的品质指标，能根据相关数据确定仪表的精度
素质目标：
1.养成良好严谨的治学态度，会根据化工工艺参数正确选择检测仪表；
2.能根据有关数据计算并校验化工检测仪表。
教学载体：
多媒体展示，实物展示
学习内容：
1.误差的产生及分类、表示方法
2.评价化工仪表好坏的品质指标
3.检测系统中信号的传递形式
4.检测仪表与测量方法的分类
训练内容：
1、测量中误差的计算；
2、由最大绝对误差及仪表的量程确定仪表的精度；
3、检测工具的分类及使用场所
4、检测方法的分类及优缺点
1
1、将不同精度的检测仪表对同一数据检测，证明精度越低，仪表品质越高；
2、展示两种检测方法的检测速度及精确度；
3、将科学技术与检测方式联系，对化工检测的未来进行展望。
任务2：
品质指标
2
任务3：
信号种类、检测仪表分类及测量方法
1
3
项目三：
压力检测
任务1：
压力单位及测压仪表
知识目标：
1.了解压力的检测原理，压力的单位及表示方法；
2.熟悉压力检测过程中物理量的转变。
能力目标：
1.掌握压力检测仪表的分类
2.会根据工艺参数及被测的介质正确选择合适的压力表
素质目标：
1.养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2.能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，相关仪表展示
学习内容：
1、压力单位及换算、压力表示方法常用的压力测量仪表
2、弹性式压力计的类型，弹性式压力计的工作原理能参数
3、电气式压力计的的概念，测压原理、构造
4、智能式变送器的特点、结构原理，手持通信器的功能
5、压力计的选用步骤及注意事项，压力计的安装
训练内容：
1.表压及真空度的计算
2.弹性式压力计的构造及功能
3.根据压力的大小确定压力计量程
1
1、压力检测仪表也是随着社会的进步和科学技术的发展而发展的；
2、详细说明各种仪表的构造及使用范围；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
弹性式压力计
1
任务3：
电气式压力计。
2
任务4：
智能式变送器
2
任务4：
压力计的选用及安装
1
4
项目四：
流量检测
任务1：
流量的表示方法及流量计的分类
知识目标：
1、了解流量的检测原理，流量的单位及表示方法；
2、熟悉流量检测过程中物理量的转变。
能力目标：
1、掌握流量检测仪表的分类
2、会根据工艺参数及被测的介质正确选择合适的流量仪表
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，相关仪表展示
学习内容：
1、流量的单位及换算、流量表示方法及常用的流量测量仪表
2、节流现象及节流原理，差压变送器的工作原理，差压式流量计的测量原理。
3、转子流量计的工作原理，电远传式转子流量计构造及原理
4、漩涡流量计的工作原理
5、质量流量计的种类及工作原理
6、其它各种流量计构造及工作原理
训练内容：
1.根据流量的基本方程式分析差压式流量计检测时与哪些因素有关；
2.节流元件与精度关系；
3.质量流量计的工作原理及方式。
1
1、流量检测仪表也是随着社会的进步和科学技术的发展而发展的；
2、详细说明各种仪表的构造及使用范围；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
差压式流量计
2
任务3：
转子流量计
2
任务4：
漩涡流量计
1
任务5：
质量流量计
2
任务6：
其他流量计
1
5
项目五：
物位测量
任务1：
物位检测的意义及主要类型
知识目标：
1、了解物位的检测原理，物位检测的重要性；
2、熟悉流量检测过程中物理量的转变。
能力目标：
1、掌握物位检测仪表的分类
2、会根据工艺参数及被测的介质正确选择合适的物位仪表
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，相关仪表展示
学习内容：
1、物位检测的意义及物位仪表的分类
2、差压式液位计工作原理，零点迁移的概念及原理。
3、其他液位计的工作原理、构造
训练内容：
1.物位检测仪表的检测原理；
2.零点迁移的判断及迁移量的计算；
3.其他物位计的工作原理及优缺点。
1
1、物位检测仪表也是随着社会的进步和科学技术的发展而发展的；
2、详细说明各种仪表的构造及使用范围；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
差压式液位计
3
任务3：
其他液位计
2
6
项目六：
温度检测
任务1：
概述
知识目标：
1、了解温度的检测原理，温度检测的重要性；
2、熟悉温度检测过程中物理量的转变。
能力目标：
1、掌握温度检测仪表的分类
2、会根据工艺参数及被测的介质正确选择合适的温度仪表
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，相关仪表展示
学习内容：
1、温度测量仪表的分类及工作原理；
2、热电偶的构造及测温原理，热电偶的使用及注意的问题；
3、热电阻的测温原理及常用热电阻；
4、各种温度变送器的工作原理
训练内容：
1.温度检测仪表的检测原理；
2.热电偶热电势的计算及补偿；
3.热电偶分度表及热电阻分度表的使用。
1
1、温度检测仪表也是随着社会的进步和科学技术的发展而发展的；
2、详细说明各种仪表的构造及使用范围；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
热电偶温度计
4
任务3：
热电阻温度计
1
任务4：
温度变送器
2
7
项目七：
显示仪表
任务1：
模拟式显示仪表
知识目标：
1、了解显示仪表的工作原理；
2、熟悉模拟式显示仪表的构造及适用范围。
能力目标：
1、掌握显示仪表的分类
2、会根据工艺参数及被测的介质正确选择合适的显示仪表
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，相关仪表展示
学习内容：
1、自动平衡电子电位差计的工作原理、构造、各电阻的作用；电子自动平衡电桥的工作原理、构造，了解两者的异同；
2、数字式显示仪表的基本组成、工作原理及特点；
3、无纸记录仪、虚拟显示仪表工作原理、构造；
训练内容：
1.显示仪表的工作原理；
2.各种显示仪表的优缺点及显示方式；
3.新型显示仪表的优势及发展趋势。
4
1、显示仪表也是随着社会的进步和科学技术的发展而发展的；
2、详细说明各种仪表的构造及使用范围；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
数字式显示仪表
2
任务3：
新型显示仪表
1
8
项目八自动控制系统概述
任务1：
自动控制系统的组成
知识目标：
1、了解方块图的概念及画法；
2、了解静态与动态。
能力目标：
1、掌握化工自动化的定义，掌握自动控制系统组成及各部分作用
2、掌握信号和变量的概念、反馈的概念，掌握自动控制系统的分类。
3、掌握过渡过程及基本形式
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、能把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，展示简单的自动控制系统
学习内容：
1、化工自动化的定义，自动控制系统组成及各部分作用；
2、信号和变量的概念、反馈的概念，方块图的概念及画法，自动控制系统的分类；
3、静态与动态，过渡过程及基本形式
训练内容：
1.自动控制系统的静态与动态特点；
2.信号流和物料流、能量流的区分；
3.自动控制系统品质指标的计算。
1
1、自动控制系统随着社会的进步和科学技术的发展而逐步完善的；
2、自动控制系统是如何取代手工控制的；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
自动控制系统方块图
2
任务3：
过渡过程和品质指标
2
9
项目九：
对象特性和建模
任务1：
数学模型及描述方法
知识目标：
1、了解数学知识解决实际问题的方法；
2、了解实测建模过程。
能力目标：
1、掌握数学模型的概念、主要形式
2、掌握机理建模的方法，描述对象特性的参数，掌握描述对象特性的参数及其用途；
3、掌握描述对象特性参数的含义。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解
学习内容：
1、数学模型的概念、主要形式；
2、机理建模的方法，描述对象特性的参数，描述对象特性的参数及其用途；
3、实测建模过程
训练内容：
1.机理建模中的三种对象的微分方程的建立与求解；
2.描述对象特性参数的图像及含义。
2
1、要根据被控对象的特性制定合适的控制方案；
2、重点掌握数学模型的概念；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
机理建模
4
任务3：
实测建模
1
10
项目十：
基本控制规律
任务1：
位式控制
知识目标：
1、了解自动控制系统中最基本的控制规律，了解位式控制的分类及控制原理；
2、了解比例控制规律及特点，了解比例度及其对控制过程的影响。
能力目标：
1、掌握积分控制规律及其特点；
2、掌握微分控制规律及其特点。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会用本节学到的相关知识解决化工生产中的实际问题。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解
学习内容：
1、自动控制系统中最基本的控制规律，位式控制的分类及控制原理；
2、比例控制规律及特点，比例度及其对控制过程的影响；
3、积分控制规律及其特点；
4、微分控制规律及其特点
训练内容：
1.各种控制规律的特点及对控制过程的影响；
2.实际控制方案的确定原则。
1
1、控制规律随着社会的进步和科学技术的发展而逐步被发现的；
2、如何根据实际需要选择合适的控制规律，从而制定合理的控制方案；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
比例控制
1
任务3：
积分控制
2
任务4：
微分控制
2
11
项目十一：
自动控制仪表
任务1：
控制仪表的作用及分类
知识目标：
1、了解DDZ-Ⅲ型电动调节器的特点、工作原理；
2、了解可编程调节器的基本构造及原理。
能力目标：
1、掌握控制仪表的分类及其特点，掌握控制仪表的结构形式、信号形式；
2、掌握模拟式控制仪表的基本结构；
3、掌握可编程调节器的主要特点。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解
学习内容：
1、控制仪表的分类及其特点，控制仪表的结构形式、信号形式；
2、模拟式控制仪表的基本结构，DDZ-Ⅲ型电动调节器的特点、工作原理；
3、可编程调节器的主要特点，可编程调节器的基本构造及原理
训练内容：
1.机理建模中的三种对象的微分方程的建立与求解；
2.描述对象特性参数的图像及含义。
1
1、详细讲解各种自动控制仪表的工作原理及适用场合；
2、重点掌握模拟式控制仪表的结构；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
模拟式控制仪表
2
任务3：
数字式控制仪表
2
12
项目十二：
执行器
任务1：
气动执行器
知识目标：
1、了解气动执行器的结构与分类及作用方式；
2、了解电－气转化换器及电－气阀门定位器的结构；
3、了解电动执行器的结构及作用方式。
能力目标：
1、掌握气动执行器的作用方式及其流量特性
2、掌握电－气转化换器及电－气阀门定位器的作用方式及其流量特性；
3、掌握电动执行器的作用方式及其流量特性。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解，虚拟仪表演示
学习内容：
1、气动执行器的作用、组成及分类，控制阀的安装及维护；
2、气动阀门定位器、电-气阀门定位器、电-气转换器的工作原理；
3、电动执行器的特点、作用。
训练内容：
1.控制阀的安装；
2.控制阀的维护。
2
1、详细讲解各种控制阀的工作原理及适用场合；
2、重点掌握电动控制器的结构与工作原理；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
阀门定位器与电-气转换器
2
任务3：
电动执行器
2
13
项目十三：
简单控制系统
任务1：
简单控制系统的结构与组成
知识目标：
1、了解简单控制系统的结构与组成；
2、熟悉简单控制系统的设计；
3、了解调节系统的投运及操作中常见问题。
能力目标：
1、掌握简单控制系统的结构与组成；
2、掌握调节器调节规律的选择；
3、掌握控制器参数的工程整定。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解，简单控制系统动仿真演示
学习内容：
1、简单控制系统的结构与组成；
2、简单控制系统的设计；
3、调节系统的投运及操作中常见问题；
4、调节器调节规律的选择，控制器参数的工程整定。
训练内容：
1.简单控制系统的设计；
2.控制器参数的工程整定。
2
1、被控变量与操纵变量的选择；
2、控制器控制规律的选择及参数整定；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
简单控制系统的设计
2
任务3：
控制器参数的工程整定
2
14
项目十四：
复杂控制系统
任务1：
串级控制系统
知识目标：
1、了解串级控制系统的特点及应用；了解均匀控制系统的特点；了解比值控制系统的特点；
2、了解前馈控制系统和选择控制系统的特点、控制方案及应用；了解分程控制系统和多冲量控制系统的特点。
能力目标：
1、掌握串级控制系统主副控制器正反作用的选择；掌握均匀控制系统的特点、控制方案及应用；
2、掌握比值控制系统的特点、控制方案及应用；掌握选择性控制系统积分饱和及其防止；
3、掌握分程控制系统和多冲量控制系统的特点、控制方案及应用。
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解，复杂控制系统仿真演示
学习内容：
1、串级控制系统主副控制器正反作用的选择；
2、均匀控制系统的特点、控制方案及应用；
3、比值控制系统的特点、控制方案及应用；
4、选择性控制系统积分饱和及其防止；
5、分程控制系统和多冲量控制系统的特点、控制方案及应用。
训练内容：
1.各种控制系统的投运；
2.各种控制系统参数的整定；
3.控制规律的正确选择。
2
1、各种控制系统的运用规律；
2、各种控制系统的参数整定与投运；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
均匀控制系统
2
任务3：
比值控制系统
2
任务4：
前馈控制系统和选择控制系统
2
任务5：
分程控制系统和多冲量控制系统
2
15
项目十五：
高级控制系统
任务1：
自适应控制系统
知识目标：
1、了解高级控制系统的主要特征；了解“不确定性”；了解自适应控制系统的类型及特点、控制原理；
2、了解预测控制系统的概念、特点、原理、方块图；
3、了解专家系统的一般结构；
4、了解神经元网络控制的形式、控制原理
5、了解模糊控制方块图及构成，了解最优控制的分类、设计思路
能力目标：
1、掌握模糊控制系统的概念；
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解，简单控制系统动仿真演示
学习内容：
1、高级控制系统的主要特征；“不确定性”；自适应控制系统的类型及特点、控制原理；
2、预测控制系统的概念、特点、原理、方块图；
3、专家系统的一般结构；
4、经元网络控制的形式、控制原理；
5、模糊控制方块图及构成，最优控制的分类、设计思路。
训练内容：
1.各种控制系统的主要特征及控制原理；
2.各种控制系统的仿真实训。
1
1、各种控制系统的特点及控制原理；
2、各种控制系统的的设计思路；
3、对学生进行科学发展观教育。
任务2：
预测控制系统
1
任务3：
智能控制系统
1
任务4：
神经元网络控制
1
任务5：
模糊控制系统
1
任务6：
最优控制系统
1
16
项目十六：
计算机控制系统
任务1：
计算机控制概述
知识目标：
1、了解计算机控制的概念、特点、类型；了解计算机控制系统的发展；
2、了解集散控制系统的基本构成、特点；
3、了解CENTUM-CS的构成及各部分的功用、基本操作方法
4、了解现场总线系统的产生、特征、国际标准化。
能力目标：
1、集散控制系统的基本操作
素质目标：
1、养成良好的职业道德，能用科学的方法处理实际问题；
2、会把本节学到的相关知识运用到化工生产中。
教学载体：
课堂教学，多媒体展示，实例讲解，简单控制系统动仿真演示
学习内容：
1、计算机控制的概念、特点、类型；计算机控制系统的发展；
2、集散控制系统的基本构成、特点；
3、CENTUM-CS的构成及各部分的功用、基本操作方法；
4、现场总线系统的产生、特征、国际标准化。
训练内容：
1.计算机控制系统的特点及基本操作；
2.现场总线控制系统的特点及操作。
1
1、计算机控制系统的应用；
2、
升级会员 