单容水箱液位特性测试1-项目式教学教案

1、宜宾职业技术学院 Yibin Vocational & Technical College课程名称热工仪表与过程控制教学主题单容水箱液位特性测试1授课班级电力13级授课时间第6 次第4 周周 一第5-8 节授课地点化工仪器仪表实验室教学目标：1能力目标：熟悉典型输入信号的表达式及图； 了解 CS2000型过程控制实验装置；2知识目标：掌握典型输入信号的表达式及图；掌握CS2000型过程控制实验装置基本构成；3素质目标：团队协作能力；语言表达能力；主要教学方法：案例分析、实际操作。教学器材：过程控制实训装置 、常用电工工具、ppt教学步骤教 学 步 骤 与 过 程备 注步骤一：课程 引入

2、，典型输入信号的表达式及图。通过对系统动态性能的分析，已入典型输入信号以及输入信号一般应具备的条件,让学生（1）了解什么是动态性能的分析（2）能够应用数学表达式和图形表示典型输入信号。1教学内容（1）了解动态性能与输入信号关系；（2）通过分析熟悉典型输入信号的表达式及图；（重点）2.教师活动（1）引入系统动态性能分析的概念,介绍什么是动态性能; -(2) 分析系统动态性能都与什么有关，从而引出系统典型输入信号，以及典型的输入信号一般应满足的基本条件。-(3)引导学生按照数学步骤建立系统的典型输入信号表达式并画出相应的信号图； -（4）在表达式建立过程中进一步复习拉普拉斯变换相关内容。2学时演示

3、动画。宜宾职业技术学院 Yibin Vocational & Technical College教 学 步 骤 与 过 程备注附：主要知识对控制性能的要求：（1）系统应是稳定的；（2）系统达到稳定时，应满足给定的稳态误差的要求；（3）系统在暂态过程中应满足暂态品质的要求。一、典型输入信号为了便于对系统进行分析，设计和比较，根据系统常遇到的输入信号形式。在数学描述上加以理想化的一些基本输入函数，称为典型输入信号。控制系统中常用的典型输入信号有：单位阶跃、单位斜坡（速度）函数、单位加速度（抛物线）函数、单位脉冲函数和正弦函数。 3.学生活动（1）了解系统动态性能的概念。-(2) 学会按照数

4、学步骤建立系统的典型输入信号表达式并画出相应的信号图，小组讨论，展示；-（3）理解系统的典型输入信号表达式求取方法，听教师讲授信号表达式的建立步骤；-根据讲解过程，学生总结典型输入信号表达式建立的一般步骤并说明原因。步骤二：CS2000型过程控制实验装置通过板书、实物讲解CS2000型过程控制实验装置，让学生（1）了解什么是过程控制；（2）对CS2000型过程控制实验装置基本构成有一个大致了解；（3）了解CS2000型过程控制实验装置基本功能。1教学内容（1）CS2000型过程控制实验装置；2.教师活动（1）介绍什么是过程控制系统，以及过程控制在现在企业生产运行中的重要作用。-(2)介绍CS2

5、000型过程控制实验装置的基本构成； -（3）介绍CS2000型过程控制实验装置基本功能。附：主要知识生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统。过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大、结构复

6、杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、FCS现场总线控制系统等。在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等起到越来越大的作用。CS2000型过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业装置的自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领

7、先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计、多次实验和反复论证后，推出的一套基于本科生、研究生教学和学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了信号和信息处理、传感技术、工程检测、模式识别、控制理论、自动化技术、智能控制、过程控制、自动化仪表、计算机应用和控制、计算机控制系统等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。CS2000仪表维修工竞技实训装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即15V电压信号， 420mA电流信号。实验系统供电要求：单相220V

8、交流电，外型尺寸：控制台 600×850×1800mm;重量：控制台 50Kg;对象:1500×850×2200mm,200Kg系统主要特点：被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、单相调压装置等仪表类执行机构，又有变频调速器等电力拖动类执行器。调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操阀制造各种扰动。一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，它们同时

9、输入和工作时需对原演示动画。2学时宾职业技术学院 Yibin Vocational & Technical College教 学 步 骤 与 过 程备注独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。实验数据及图表可以永久存储，在MCGS组态软件中也可随时调用，以便实验者在实验结束后进行比较和分析。在整体实训装置中，设有温度故障排除功能、调节阀故障排除功能、卡件故障排除功能等该系统设计从工程化、参数化、现代化、开放性和培养综合性人才的原则出发，在实验对象中采用了工业现场常用的检测控制装置！仪表采用具有人工智能算

10、法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件等。基型产品控制系统中既有上位监控机加智能仪表控制系统，又有无纸记录仪控制系统。对象系统预留有扩展信号接口，用于控制系统二次开发，进行DCS控制，FCS控制，PLC控制开发。扩展控制系统为DCS分布式集散控制系统，西门子S7300PLC加上位WINCC组态软件。学生们通过对该实验装置的了解和使用，进入企业后能够很快适应企业环境进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供了一个高水平的学习和研究开发平台。装置组成结构：CS2000型过程控制实验装置包括控制台与对象两大部分。对象系统包含有：不锈钢储水箱、圆筒形有机玻璃上水箱（250×380mm）、（中水箱、）下水箱（250×350mm）、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。系统动力支路分为两路组成：一路由循环水泵、调节阀、孔板流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路循环水泵、变频调速器、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。装置检测变送和执行元件有：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、