化工专业《化工仪表及自动化》教学大纲

1、化工仪表及自动化教学大纲课程编码：0412101203课程名称：化工仪表及自动化学时/学分：48/3先修课程：电工学、化工原理、化学反应工程适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、课程性质与任务1课程性质：本课程是一门理论联系实际，应用性较强的专业课程，是化学工程与工艺专业的必修课。2课程任务：通过本课程教学，使学生比较全面地掌握化工过程自动化系统的构成、功能及其控制系统分析和设计；重点掌握化工过程自动化仪表的工作原理、特点和适用场合；培养学生自动控制系统设计、开发以及现场操作能力。二、课程教学基本要求本课程是一门理论与工程实践密切相关的课程，教学内容以化工仪表及自动化的基本知识和基

2、本技能为主，注重学生分析问题、解决实际问题的能力培养。通过本课程的学习，让学生了解主要工业参数的基本测量方法和仪表的工作原理及特点，能根据工艺实际情况正确地选用和使用常见测量仪表和调节仪表；理解自动调节系统的组成、基本原理、各环节的作用，能根据工艺的需要提出合理的自动控制方案，为自控设计正确提供合理的、准确的工艺条件和数据；能够分析和处理控制系统运行中出现的一些现象和问题；使学生具备一定的自动化应用能力。成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）平时成绩（作业、期中考试等）（30%)。成绩评定采用百分制，60分为及格。三、课程教学内容第一章 绪论1.教学基本要求理解化工自动化的意义及目的；了

3、解化工自动化的发展概况和本学科的作用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握化工自动化的狭义概念和实现化工过程自动化的目的。3.教学重点和难点教学重点是化工自动化的意义及目的。4.教学内容（1）化工自动化的定义主要知识点：化工自动化的广义概念、狭义概念。（2）化工自动化的目的主要知识点：实现化工自动化的目的。（3）化工自动化的发展概况主要知识点：化工自动化的发展历程及特点。（4）本学科的作用主要知识点：学习仪表及自动化相关知识的作用。第二章 自动控制系统基本概念1.教学基本要求了解化工自动化的主要内容；理解工艺管道及控制流程图；掌握自动控制系统的组成及方块图，自动控制系

4、统的过渡过程和品质指标。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握自动控制系统的组成，主要包括测量元件变送器、控制器、控制阀和被控对象；自动控制系统的过渡过程和品质指标。3.教学重点和难点教学重点是自动控制系统的组成与方块图。教学难点是自动控制系统的过渡过程和品质指标。4.教学内容（1）化工自动化的主要内容主要知识点：自动监测系统；自动信号和联锁保护系统；自动操纵及自动开停车系统；自动控制系统。（2）自动控制系统的组成及表示形式主要知识点：测量元件与变送器；自动控制器；执行器；负反馈；方块图和管道及仪表流程图的表示形式。（3）自动控制系统的分类主要知识点：定值控制系统；随动

5、控制系统；程序控制系统。（4）自动控制系统的过渡过程和品质指标主要知识点：控制系统的静态与动态；控制系统的过渡过程；控制系统的品质指标；影响控制系统过渡过程品质的主要因素。第三章 过程特性及其数学模型1.教学基本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；掌握建立简单对象的数学模型的机理建模方法；掌握表征被控对象特性的三个参数的物理意义及其对控制质量的影响。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生能用机理建模的方法建立简单对象的数学模型，掌握表征被控对象特性的三个参数有放大系数K、时间常数T、滞后时间。3.教学重点和难点教学重点是对象的特点及描述方法、描述对象特性

6、的参数。教学难点是对象数学模型的建立。4.教学内容（1）化工过程的特点及其描述方法主要知识点：对象的特性；数学模型的表达形式分类。（2）对象数学模型的建立主要知识点：建模目的；机理建模；实验建模。（3）描述对象特性的参数主要知识点：放大系数K；时间常数T；滞后时间。第四章 检测仪表与传感器1.教学基本要求了解仪表的性能指标，电动温度变送器的作用及原理；掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系；掌握各种仪表的测量原理以及选用方法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生初步掌握各种压力检测仪表的基本原理及压力表的选用方法，特别是压差式流量计、转子流量计和各种热电偶温度计及热电阻温度

7、计的测温原理；掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法和热电偶温度计测量中冷端温度补偿的作用及方法。3.教学重点和难点教学重点是仪表的性能指标、压力检测仪表与流量检测仪表结构和原理、热电阻的电阻-温度特性、分度号和分度表，热电偶的热电效应、分度号和分度表，液位测量中零点迁移的意义及计算方法。教学难点是零点迁移的意义及计算方法、热电偶的中间温度定律和冷端补偿方法。4.教学内容（1）测量过程与测量误差主要知识点：绝对误差；相对误差。（2）仪表的性能指标与仪表的分类主要知识点：精确度；变差；灵敏度与灵敏限；分辨力；线性度；反应时间。（3）仪表的分类主要知识点：气动仪表；电动仪表；液动仪表；检测仪表；显

8、示仪表；集中控制装置；控制仪表；执行器；基地式仪表和单元组合仪表。（4）压力检测及仪表主要知识点：压力单位及测压仪表；各种压力检测仪表工作原理；压力计的选用及安装。（5）流量检测及仪表主要知识点：各种流量测量仪表的工作原理和结构特点及使用场合；流量测量仪表的选型。 （6）物位检测及仪表主要知识点：各种物位测量仪表的工作原理和结构特点及使用场合；物位测量仪表的选型。（7）温度检测及仪表主要知识点：温度的测量方法；各种温度测量仪表的工作原理和结构特点及使用场合；测温仪表的选用及安装。（8）现代检测技术与传感器的发展主要知识点：现代传感器技术的发展。（9）显示仪表主要知识点：显示仪表分类。第五章 自

9、动控制仪表1.教学基本要求了解DDZ-电动控制器的特点和基本组成；熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响；掌握各种基本控制规律及其特点。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握控制器的基本控制规律有：位式、比例、积分、微分等控制规律，以及不同控制规律的表达式、响应曲线、特点和适用场合。3.教学重点和难点教学重点是控制器的基本控制规律和PID控制器。教学难点是不同控制规律的特点。4.教学内容（1）概述主要知识点：基地式控制仪表；单元组合式控制仪表。（2）基本控制规律及其对系统过渡过程的影响主要知识点：位式控制；比例控制；积分控制；微分控制。（3）模拟式控制器主要知识

10、点：基本构成原理及部件；DDZ-型电动控制器。第六章 执行器1.教学基本要求掌握控制阀的流量特性的意义，了解串联管道中阻力比s和并联管道中分流比x对流量特性的影响；了解气动执行器的基本结构、主要类型及使用场合；理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则；了解电气转换器及电气阀门定位器的用途及工作原理；了解电动执行器的基本原理。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握各种执行器的基本结构、主要类型及使用场合和选用原则，以及控制阀的流量特性的意义。3.教学重点和难点教学重点是控制阀的流量特性的意义，气动执行器的结构和工作过程。教学难点是控制阀的流量特性。4.教学内容（1）概述

11、主要知识点：执行器作用。（2）气动执行器主要知识点：气动执行器的结构与分类；控制阀的流量特性；气动执行器的安装和维护。（3）电动执行器主要知识点：电动执行器的特点和组成。（4）电-气转换器及电-气阀门定位器主要知识点：电-气转换器；电-气阀门定位器。第七章 简单控制系统1.教学基本要求了解简单控制系统的结构、组成及作用，各种基本控制规律的特点及应用场合；掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则，控制器正、反作用的确定方法和控制器参数工程整定的方法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握简单控制系统的结构、组成及作用，双位、比例、积分、微分等基本控制规律的特点及

12、应用场合；掌握设计简单控制系统的相关原则和方法。3.教学重点和难点教学重点是简单控制系统中被控变量、操纵变量的选择，控制器正、反作用的确定方法，控制器参数工程整定的方法。教学难点是控制阀气开、气关型式控制器正、反作用方向的确定方法。4.教学内容（1）简单控制系统的结构与组成主要知识点：简单控制系统的定义和特点。（2）简单控制系统的设计主要知识点：被控变量的选择；操纵变量的选择；测量元件特性的影响；控制器控制规律的选择原则。（3）控制器参数的工程整定主要知识点：临界比例度法；衰减曲线法；经验凑试法。第八章 复杂控制系统1.教学基本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

13、中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择；了解串级控制系统主、副控制器参数的工程确定方法，其它各种复杂控制系统的结构和特点。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；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；掌握串级控制系统主、副控制器参数的工程确定方法。3.教学重点和难点教学重点是串级控制系统的结构和特点。教学难点是串级控制系统中主、副控制器控制规律的选择和主、副控制器正反作用的选择。4.教学内容（1）概述主要知识点：复杂控制系统的分类。（2）串级控制系统主要知识点：串级控制系统的结构和工作过程；主、副控制

14、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。（3）均匀控制系统主要知识点：均匀控制系统；均匀控制方案。（4）比值控制系统主要知识点：比值控制系统的类型。（5）前馈控制系统主要知识点：前馈控制系统及其特点。（6）选择性控制系统主要知识点：选择性控制系统的概念。（7）分程控制系统主要知识点：分程控制系统的概念。第九章 典型化工单元的控制方案1.教学基本要求掌握离心泵控制方案的特点，熟悉换热器控制的一般方法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握离心泵的自动控制方案，两侧均无相变化的换热器控制方案、载热体进行冷凝的加热器自动控制方案、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制方案。3.教学重点和难点教学重点是离心泵控制方案和换热器控制的方法。4.教学内容（1）流体输送设备的自动控制主要知识点：离心泵的自动控制方案。（2）传热设备的自动控制主要知识点：两侧均无相变化的换热器控制方案；载热体进行冷凝的加热器自动控制；冷却剂进行汽化的冷却器自动控制。四、学时分配表章序内容学时备注一绪论1二自动控制系统基本概念5三过程特性及其数学模型4