化学化工学院应用化学专业化工仪表及自动化教学大纲

1、化学化工学院应用化学专业化工仪表及自动化教学大纲一、说 明适用专业应用化学先修课程大学物理、化工原理、电子电工学总学时48(32+16)总学分2.5（一）本课程的目的、要求化工仪表及自动化是从自动控制系统的基本概念入手，系统讲述构成自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等；以及简单控制系统、复杂控制系统与新型控制系统。通过对本课程的学习，学生应能了解化工自动化的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能在工艺设计和技术改造中，与自控设计人员合作，综合考虑工艺与控

2、制两个方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据；能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法；能在处理各类技术问题时，应用一些控制论、系统论、信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件、考虑事物间相互关联的综

3、合解决方法。（二）内容选取和实施中注意的问题本课程总学时为48学时，其中理论课32学时，同时为了使学生理论联系实际，帮助学生掌握所学内容,安排16学时的实验课。理论课应注意典型仪表及原理的详细讲解与一些先进仪表发展方向的了解相结合；其中典型化工单元的控制方案对应化专业不要求。实验课程以实验为主，并安排一定量的习题。（三）教学方法本课程的教学内容通过课堂教学、习题训练、现场参观等教学形式来全面掌握。通过主讲老师讲授、同学们讨论、上习题课的方式进行。采用多种教学方式与教学手段相结合。注意把理论与开设的实验配套讲解。（四）考核方式本课程为考察课，平时成绩及作业40%+实验成绩40%+期末化工自动化单

4、元小设计20%；满分100分。（五）教学内容与学时分配教学章节教学内容学时安排备注1 自动控制系统的基本概念32过程特性及数学模型33检测仪表及传感器94自动控制仪表35执行器36简单控制系统47复杂控制系统68新型控制系统1二、大 纲 内 容第一章 自动控制系统的基本概念1. 自动控制系统的组成2. 自动控制系统的方块图3. 过渡过程和品质指标说明与要求：(1) 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；(2) 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；(3) 熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；(4) 了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的动态与静态

5、；(5) 掌握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。教学重点：自动控制系统的组成及各环节作用，自动控制系统组成方块图，自动控制系统品质指标。教学难点：自动控制系统的过渡过程第二章 过程特性及数学模型1. 数学模型及描述方法2. 机理建模3. 描述对象特性的参数4. 实测建模说明与要求：(1) 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；(2) 掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型；(3) 掌握表征被控对象特性的三个参数，包括放大系数、时间常数、滞后时间的物理意义及其对控制质量的影响；(4) 了解被控对象特性的实验测定方法。教学重点：一

6、阶对象、二阶对象特性参数k、t、含义及其对控制过程的影响。教学难点：对象数学模型建立的机理建模和实验建模，一阶对象、二阶对象特性参数k、t、含义及其对控制过程的影响。第三章 检测仪表及传感器3.1 检测仪表基本知识1. 测量过程与测量误差2. 检测仪表的品质指标3. 检测系统中的常见信号类型4. 检测系统中信号的传递形式5. 检测仪表与测量方法的分类6. 化工检测的发展趋势说明与要求：(1) 了解化工检测的发展趋势；(2) 理解测量过程与测量误差，检测仪表的品质指标；(3) 掌握检测系统中的常见信号类型、检测系统中信号的传递形式、检测仪表与测量方法的分类。教学重点：测量误差、检测仪表的品质指标

7、、常见信号类型、信号传递形式。教学难点：测量误差分析、检测仪表品质指标的计算确定、检测系统中信号的传递形式。3.2 压力检测1. 压力单位及测压仪表2. 弹性式压力计3. 电气式压力计4. 智能式变送器5. 压力计的选用及安装说明与要求：(1) 了解压力单位及测压仪表；(2) 理解并掌握各类压力计的机构原理和工作原理；(3) 掌握压力计的选用及安装。教学重点：弹性式压力计、电气式压力计的测压原理。教学难点：压力计的选用及安装。3.3 流量检测1. 差压式流量计2. 转子流量计3. 漩涡流量计4. 质量流量计5. 其他流量计说明与要求：(1) 了解节流现象与流量基本方程式；(2) 理解各类流量计

8、的机构原理和工作原理；(3) 掌握差压式流量计和转子流量计工作原理。教学重点：各类流量计的测量原理和方法，流量变送器的工作原理。教学难点：差压式流量计、转子流量计、质量流量计、椭圆齿轮流量计工作原理分析。3.4 物位检测1. 物位检测的意义及主要类型2. 差压式液位计3. 其他物位计说明与要求：(1) 了解物位检测的意义及主要类型；(2) 理解零点迁移的原理并掌握具体的计算方法；(3) 掌握各类液位测量仪表的测量原理和使用场合。教学重点：差压式液位计和零点迁移问题。教学难点：法兰式差压变送器测量液位和零点迁移的判断及计算。3.5 温度检测1. 概述2. 热电偶温度计3. 热电阻温度计4. 温度

9、变送器说明与要求：(1) 了解测温仪表的分类和温度检测的基本原理；(2) 理解热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理；(3) 掌握补偿导线与冷端温度补偿的方法及相关计算，温度变送器实现远传的方法。教学重点：热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理。温度补偿理论及方法。教学难点：热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器工作过程的线路分析。3.6 显示仪表1. 模拟式显示仪表2. 数字式显示仪表3. 新型显示仪表说明与要求：(1) 了解新型显示仪表的发展趋势；(2) 理解模拟式显示仪表原理以及工作原理分析；(3) 掌握自动平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的工作原理

10、。教学重点：自动平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的结构原理和工作原理。教学难点：平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的原理分析。第四章 自动控制仪表1. 控制仪表的作用与分类2. 模拟式控制仪表3. 数字式控制仪表说明与要求：了解自动控制仪表作用与分类，了解模拟式电动控制器的基本构成原理及各部分组成，掌握单回路数字控制器、可编程序控制器的基本情况。教学重点：ddz-iii型电动调节器、可编程调节器的基本构成及原理。教学难点：控制仪表的原理分析，kmm可编程调节器的实际运用。第五章 执行器1. 气动执行器2. 阀门定位器与电-气转换器3. 电动执行器说明与要求：(

11、1) 了解执行器的作用及种类，理解气动执行器的结构与工作原理，(2) 掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行器气开气关形式及其选择，理解控制阀的流量特性及其种类，了解电动执行器的组成及作用。教学重点：气动执行器的结构与工作原理，执行器气开气关形式及其选择，控制阀的流量特性及其种类。教学难点：控制阀的流量特性，电动执行器第六章 简单控制系统1. 概述2. 被控变量的选择3. 操纵变量的选择4. 控制器控制规律的选择及参数整定5. 控制系统的投运及操作中的常见问题说明与要求：(1) 了解简单控制系统的结构、组成及作用；(2) 掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则；(3) 了解各种

12、基本控制规律的特点及应用场合；(4) 掌握控制器正、反作用确定的方法；(5) 掌握控制器参数工程整定的方法。教学重点：被控变量、操纵变量的选择。控制器控制规律的选择及参数整定。教学难点：控制器参数的整定方法，控制系统操作中的常见问题的分析及解决。第七章 复杂控制系统1. 串级控制系统2. 其他复杂控制系统说明与要求：(1) 掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；(2) 掌握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)了解串级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法；(4) 理解设置均匀控制系统的目的及控制方案。(5) 了解比值控制系统的各种类型，掌握单闭环比值控制方

13、案的结构及特点；(6) 掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合；(7) 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，了解积分饱和现象的产生及防止方法；(8) 理解分程控制系统的结构及应用场合；(9) 了解多冲量控制系统的意义，理解三冲量控制系统的结构特点。教学重点：串级控制系统的特点及应用。主、副控制器控制规律的选择。主、副控制器正反作用的选择。控制器参数整定与系统投运。教学难点：根据实际情况控制规律的选择。控制器正反作用的选择。控制器参数整定方法与系统投运。第八章 新型控制系统1. 自适应控制系统2. 预测控制系统3. 智能控制系统4. 神经元网络控制5. 模糊控

14、制系统6. 最优控制系统7. 控制管理一体化教学要求：(1) 了解自适应控制系统的特点、用途及主要类型；(2) 了解预测控制系统、智能控制系统与专家系统、模糊控制系统额基本概念；(3) 对神经元网络控制、故障检测与故障诊断的基本概念有所了解。教学重点：新型控制系统的类型及用途，以及未来新型控制系统的发展趋势。教学难点：各类新型控制系统的控制原理。三、教材和主要参考书教材：厉玉鸣. 化工仪表及自动化（第五版）. 北京：化学工业出版社，2011.主要参考书：1孙自强.生产过程自动化及仪表. 上海：华东理工大学出版社，1999.2. 乐建波. 化工仪表及自动化（第二版）. 北京：化学工业出版社，20

15、05.修订/制定人：李梅生 审核人：修订/制定日期： 2013 年 09月附实验大纲：一、说 明（一）实验目的、要求1. 本实验是为配合化工仪表及自动化课程的课题教学开设的。通过实验操作，使学生加深对化工仪表及自动化课程内容的理解，掌握教学大纲要求的相关内容，在提高理性认识的同时增加感性认识，培养学生的实际动手能力。2. 掌握化工生产过程主要参数（温度、压力、流量、物位等）测量装置的工作原理，使用方法。3. 掌握化工生产过程自动控制系统中主要控制设备及装置的构成及工作原理。4. 掌握自动控制系统的构成原理及控制系统的投运过程。5. 了解自动控制系统的仿真技术及其使用方法。（二）实验内容的选取和

16、实施中注意的问题本实验内容选取根据理论课所学内容和实验课时数选取四个典型的实验，尽量含盖所学内容，使学生理论联系实际，帮助学生掌握所学内容。同时选取一些选做实验，学生根据自己的兴趣课余选取完成，选做实验不做强性要求。本课程以实验为主。（三）考核方式与要求采用理论与实践相结合的评定方法，满分100分，具体为：预习占20，实验操作占40，实验报告占40。（四）实验项目与时数安排序号实验名称教学时数备注1单容自蘅水箱液位特性测试实验4必做2双容水箱特性的测试4必做3上下水箱液位串级控制4必做4单容液位定值控制系统4必做5锅炉内胆水温定值控制系统4选做6锅炉内胆温度特性的测试4选做7单闭环流量比值控制

17、系统4选做8下水箱液位前馈-反馈控制系统4选做9盘管出水口温度滞后控制系统4选做二、实 验 内 容实验一 ：单容自蘅水箱液位特性测试实验1. 掌握单容水箱的阶跃响应测试方法；2. 掌握同一控制系统采用不同的控制方案的实验过程。说明和要求：首先了解实验装置结构和组成；观察试验装置中各种仪表，记录各种仪表的规格并完成实验报告。实验二：双容水箱特性的测试1. 掌握双容水箱的阶跃响应测试方法；2. 掌握同一控制系统采用不同的控制方案的实验过程。说明和要求：详细记录测试数据，画出特性曲线图，完成实验报告。实验三：上下水箱液位串级控制1. 了解复杂过程控制系统的构成； 2. 掌握复杂过程控制一串级控制方法

18、；3. 控制要求：超调量20%，调节时间ts3t，余差5%。说明和要求：学会水箱液位串级控制操作，详细记录测试数据，完成实验报告。实验四：单容液位定值控制系统1. 了解简单过程控制系统的构成； 2. 掌握简单过程控制的原理；3. 控制要求：超调量20%，调节时间ts3t，余差5%。说明和要求：详细记录测试数据，画出定值控制特性曲线图，完成实验报告。实验五：锅炉内胆水温定值控制系统（选做）1. 了解单回路温度控制系统的组成及工作原理；2. 研究p、pi、pd和pid四种调节器分别对温度系统的控制作用；3. 分析动态水温与静态水温在控制效果上有何不同。说明和要求：详细记录测试数据，画出单回路温度控制定值控制特性曲线图，完成实验报告。实验六：锅炉内胆温度特性的测试（选做）1. 了解锅炉内胆温度特性测试系统的组成原理；2. 掌握锅炉内胆温度特性的测试方法。说明和要求：详细记录测试数据，画出特性曲线图，完成实验报告。实验七：单闭环流量比值控制系统（选做）1. 了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成；2. 掌握比值计算方法；掌握比值控制系统的参数设定和投运方法。说明和要求：实验预习报告及实验报告。实验八：下水箱液位前馈-反馈控制系统（选