第1讲 本专业发展目标、特点及发展趋势-v1

1、过程控制专业概论陈祥光、蒋健、李兵、刘春涛2012年9月1前言 （1）课程的性质 过程控制专业概论是“过程装备与控制工程” 专业一门必修的公共基础课程。 （2）课程的任务 能够比较系统地了解本专业的主要学习课程、研究方向,并对本专业有较深入的认识和正确的理解。 （3）教学内容及学时分配 本课程为16学时，由4位老师来完成。每位老师讲授4学时。 （4）成绩评定 本课程成绩评定采用课堂学习情况(回答问题、考勤)和课程总结报告进行综合评定。21.1 本专业历史沿革和发展目标（1）学院机构化工与环境学院化学工程与控制系应用化学与制药系环境与能源系过程装备与控制工程(过程控制方向)专业化工原理教研室生态

2、工业研究所能源化学工程系31.1 本专业历史沿革和发展目标（2）专业的历史 北京理工大学“火炸药生产过程自动化”（简称为68）专业创建于1965年。国防科委根据当时军事工业发展的需要，应第五机械工业部的要求，在北京工业学院（北京理工大学的前身）化工系成立“火炸药生产过程自动化”专业。 根据国防科委提出以非常的办法，非常的速度建立兵工专业专修科（科8字685号文件）的要求，边组建边招生，于1965年秋招收第一届大学生。 41.1 本专业历史沿革和发展目标 我校“过程装备与控制工程”专业的前身是“火炸药生产过程自动化” 创办于1965年，至今已有40多年历史了，培养了2500多名本专科生，230多

3、名（硕士、博士）研究生。为我国现代化建设培养了一批高级专门人才。 按照军民结合，拓宽专业面，以学科为基础设置本科专业的原则，68专业几经调整更名，从“火炸药生产过程自动化” “化工过程控制”“工业自动化”。 1997年更名为“化学工程与工艺（自动化方向）”。 2006年又更名为“过程装备与控制工程（过程控制方向）”。51.1 本专业历史沿革和发展目标（3）发展目标 基于控制科学与工程、化学工程与技术学科交叉建设过程装备与控制工程专业，其发展的目标是： 1. 确保化工与控制学科的协调发展； 2. 培养过程装备与控制工程专业的高级专门人材； 满足我国经济发展的需求； 3. 保持（过程控制方向的）专

4、业特色，确保高考学生生源 质量，提高毕业学生的就业率。61.1 本专业历史沿革和发展目标 适应社会主义现代化建设需要，德智体美等全面发展，基础扎实、理工结合、素质全面、实践能力和创造能力强的研究发展型人才。 本专业培养具备控制工程、化学工程、机械工程和信息管理工程等方面的知识，能在石油化工、生物化工、火化工、能源环保、食品轻工、冶金建材等领域，从事过程测控系统设计、自动化仪表开发、微计算机应用及过程信息管理等方面的高级工程技术人才。（4）培养目标71.1 本专业历史沿革和发展目标（5）教师队伍( 专业课任课教师) 8（5）教师队伍 1.1 本专业历史沿革和发展目标9（6）兼职教授 赵毅教授19

5、80年毕业于北京理工大学化工系化工自动化专业。1992年5月至1996年3月在日本东京电子机械大学做访问学者。2001年在南京理工大学化学工程专业获博士学位。曾任国营四七五厂厂长、党委书记。曾任中国北方化学工业总公司副总经理、第三事业部副主任、火炸药局副局长、中国兵器科学研究院副院长。现任中国兵器工业集团公司质量安全与社会责任部主任。2006年被聘为北京理工大学兼职教授。 赵毅博士多年来从事火炸药生产管理部门的领导工作，精通我国火炸药生产工艺。提出了多项改造火化工生产工艺的指导性建议，对提升我国火化工生产水平具有重要的意义。 曾多次来我校作有关国内外火炸药生产现状与发展前景的学术报告，非常关心

6、我校化学工程与技术学科的发展和在火炸药生产行业的地位和作用，对开拓新的研究领域起到了积极的作用。 1.1 本专业历史沿革和发展目标101.1 本专业历史沿革和发展目标 顾大伟教授1977年考入复旦大学数学系，1979年提前毕业于复旦大学并考取上海交通大学研究生；1981-1982年在上海交通大学任讲师；1982-1985年于英国帝国理工学院控制系统理论博士研究生毕业，获博士学位；1989年被委派到英国莱斯特大学工程系任讲师；随后晋升为高级讲师、Reader、教授。2006年被聘为北京理工大学兼职教授。 顾大伟博士多年来从事最优化控制、鲁棒最优化及超最优化控制、多目标的鲁棒最优化控制系统设计；运

7、用混合系统、专家系统、协同系统技术对工业过程进行最优化设计。顾大伟博士是首先将 理论和方法介绍到中国的学者之一。他是 控制系统商用软件的研制者之一，一些子程序被MATLAB软件所采用。他也是SLIDE、控制工程可靠软件EU网络的创始人。顾大伟教授是台湾、日本、哈尔滨工业大学、上海交通大学、香港城市大学客座教授，是几个国际期刊的特约评论员。111.1 本专业历史沿革和发展目标 黄彪教授1983年于北京航空航天大学获学士学位；1986年于北京航空航天大学获硕士学位；1997年于加拿大Alberta大学（化学与材料工程系）获博士学位；1986-1992年在北京理工大学任讲师；1992-1996年在加

8、拿大Alberta大学任教学与科研助理；随后晋升为讲师、副教授、教授。2005年被聘为北京理工大学兼职教授。 目前的研究方向有：化学工程 、过程控制 、燃料电池 、生物医学工程 、鲁棒控制 、控制器性能评估 ，等。 自1997年以来，黄彪教授在国外学术刊物上发表论文150多篇，在国际学术会议上发表论文60多篇。现为加拿大化学工程师协会系统与控制分会主席；“加拿大化学工程学报”副主编。 121.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)本科专业：“过程装备与控制工程”硕士专业：“控制科学与工程”、“化学工程与技术”博士专业：“检测技术与自动化装置”13控制科学与工程检测技术与自动化装置控制理论与控制

9、工程模式识别与智能系统导航、制导与控制系统工程化学工程与技术应用化学化学工程化学工艺生物化工工业催化1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)141.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)毕业10名博士151.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)在读7名博士16（1）教学计划公共基础课：英语、政治、数学、物理、化学、专业数学、 专业概论，等； 学科基础课：电路分析基础、模拟电子技术基础、数字电子技 术基础、化工原理、过程参数检测技术、过程控 制原理，物理化学，等；专业课：过程控制工程、过程控制仪表、过程计算机控制系 统、微机与单片机原理及应用、控制系统仿真技 术、化工动态学、误差理论与数据处

10、理、高级过 程控制、化工设备与机械，等。1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)17 为了培养学生具有较强的自学能力、获取和应用所学知识的能力，能适应我国社会主义现代化建设的需要，能将所学的基础理论与专业知识融会贯通，灵活地综合应用于工程实践中，具有研究和解决现代工业过程控制、微型机应用及仪器仪表领域工程实际问题的初步能力。 围绕工业过程参数的检测、控制、仿真以及信息的处理等所必需的知识技能来确定专业教育内容、课程设置和实践环节。其知识结构框架可用图1表示。（2）课程设置1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)18图1 1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)19 实践教学与理论教学既密

11、切联系，又相对独立。它对提高学生的综合素质，培养创新精神与实践能力有着理论教学不可替代的特殊作用。 专业认知实习 专业认识实习是本科生教学过程中一个重要的实践性教学环节学生由理性认识到感性认识需要一个过程，学生到生产第一线了解自动化在工业生产过程中的作用以及工艺生产过程对自控的要求，了解工艺生产过程中控制系统的运行情况和现场操作人员调节过程，使学生了解工业生产线上的检测仪表、控制器、执行机构（控制阀）以及受控对象是构成自动控制系统的四个主要的组成部分，为后序专业课程的学习打下良好的基础。（3）加强实践教学1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)20 专业实习 专业实习是本科生教学过程中一个很

12、重要的实践性教学环节。通过专业实习，使本专业的学生能了解自动控制在工业生产过程中的作用，使学生增强对生产过程自动控制系统实现的感性认识。 专业实习是在本专业学生修完基础课、学科基础课和部分专业课的基础上进行的。通过实习能加强和扩充已学到的基础理论与专业知识，结合生产实际学会在实践中的应用方法，培养和锻炼学生的实际工作能力。 通过专业实习又可以结合生产或科研中的具体课题，进行现场调试，搜集资料，总结工人和工程技术人员的实际经验，为毕业设计奠定一定的基础。专业实习是学生在毕业前进行工程实践基本训练的重要阶段。1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)21 毕业设计 毕业设计是本科教学最后一个综合性

13、、创造性的实践教学环节，是对学生在校期间所学基础理论、专业知识和实践技能的全面总结，是对学生综合能力和素质的全面检验，也是学生毕业及学位资格认定的重要依据，其主要目的和任务是： 培养综合运用所学知识和技能、独立分析和解决问题的能力；培养查阅文献，提高外文翻译水平和专业基本技能；培养实际动手、实验研究、获取新知识的能力；培养撰写科技论文、正确运用国家标准和科技语言阐述理论和技术问题的能力。 多年来，本专业学生的毕业设计（论文）都是一人一题，95%以上的毕业设计（论文）题目与科研项目或生产实际相结合。1.2 本科-硕士-博士(培养与教学计划)221.3 本专业与相关专业的交叉发展 “化学工程与自动

14、化”曾经在国内称之为“化工自动化”（国外称之为“过程控制”），是自动化（或自动控制）领域中的一个很重要的分支，其应用领域为广义化工生产过程自动化。 北美一些国家（如拿大McMaster University，University of Alberta等）的“过程控制”专业设在化学工程系，而欧洲一些国家（如英国University of Cambridge，University of Oxford等）的“过程控制”专业却设在工程系，以工程学科（或交叉学科）为背景，发展“过程控制”专业是国外高校过程控制学科的办学特色。 以广义化工（火炸药化工、石油化工等）为背景，保留该专业在化工与环境学院，融合控

15、制科学与工程、化学工程与技术等多学科发展“过程装备与控制工程（过程控制方向）”专业是化工与环境学院的办学特色。 23 以广义化工（包括：包括火化工、炼油、石化、冶炼、造纸、水泥、医药、食品、纺织等对物料进行各种物理、化学加工处理过程）为对象。 以化工原理、过程控制原理、控制工程为基础，以检测技术、计算机和过程控制仪表等为技术手段，研究一般过程参数（如温度、压力、流量、液位、界面等）和特殊参数（如成份、密度、粘度、组份等）进行在线检测和控制； 研究生产过程（大系统）自动化、智能化及过程信息管理网络化，以确保生产过程运行在安全、高效、低耗、节能和低污染（或零污染）的最佳状态。（1）研究对象1.3

16、本专业与相关专业的交叉发展24（2）本专业发展方向主要的专业研究方向有： . 化工过程在线检测与自动控制; . 新型检测技术与智能仪器设计; . 微型机应用与嵌入式系统设计； . 工业过程建模、仿真及优化控制; . 无线传感器网络技术应用研究; . 控制系统传感器性能在线监视与故障诊断技术。1.3 本专业与相关专业的交叉发展251.3 本专业与相关专业的交叉发展 学科交叉是创新思想的源泉。不同的思想和不同的科研方法在某一点产生火花，就会使科学家产生灵感，从而突破原来的固有的思维模式，开创出新的研究领域。 控制科学与工程学科已发展成为一门与“仪器科学与技术”、“机械电子工程”、 “计算机应用技术

17、”、“信号与信息处理”等多学科交叉的新型综合学科，特别是与一些新兴学科的交叉，这是控制科学与工程的特点， 261.3 本专业与相关专业的交叉发展 多系统集成创新: 先进仪器的开发需要综合多方面知识，集成多种技术。仪器科学与技术学科的充实、发展和创新需不断吸收其它学科的新成就。需要集成交叉学科的新理论、新技术，拓宽本学科的理论和技术基础。 271.3 本专业与相关专业的交叉发展学科发展趋势：作为仪器科学与技术学科研究成果的仪器仪表产品的总体发展趋势是由传统的仪器仪表朝着高可靠性、高精度、高灵敏、使用寿命长和环保型的方向发展。而新型的仪器仪表与元器件将朝着智能化、小型化（微型化）、网络化、虚拟化、

18、集成化的方向发展。281.3 本专业与相关专业的交叉发展例如，在研究仪器仪表的信息通讯过程中，要涉及到信息与通讯工程学科的应用基础；在研究电子测量仪器以及信号获取过程中，要涉及到电子信息工程学科的理论和技术基础；在研究嵌入式仪器仪表以及数字信息的传送与处理过程中，要涉及到计算机科学与技术学科的技术基础。 291.3 本专业与相关专业的交叉发展仪器科学与技术学科在发展过程中，不仅要与近邻学科进行交叉发展，而且要与偏远学科进行交叉发展。综合各学科的最新技术，在研究开发仪器仪表相关类型传感器、元器件的基础上，研究新一代智能化、微型化、集成化及网络化仪器仪表。 301.4 实验室建设与科研工作介绍目前

19、主要设备和仪器 . 教研室现有30多台计算机； . 集中监测与分散（集散）控制系统（DCS）； . 专业基本实验综合装置(ECES-1) ； . CSY-2000系列传感器与测控技术实验装置； . PCT-过程控制系统实验装置; . MPCE-1000型模拟控制系统; .多套单片机开发系统； .一些测试仪器设备等。（1）实验室建设311.5 实验室建设与科研工作介绍321.5 实验室建设与科研工作介绍集散控制系统（DCS）:331.5 实验室建设与科研工作介绍工程师站与操场作员站控制站341.5 实验室建设与科研工作介绍专业基本实验综合装置(ECES-1); 实验装置硬件部分由内压筒、外压筒、

20、高位水箱、离心泵、电动调节阀、变频器、流量及压力传感器、应变仪、控制柜等部件组成；软件部分包括各种自动检测、控制与通讯技术，以及实验指导书等。 1. 实验内容： （1）内压薄壁容器应力测定实验； （2）薄壁圆筒外压失稳实验； （3）离心泵性能测定实验； （4）单容及双容液位对象特征参 数测定实验； （5）恒压力控制实验； （6）恒流量控制实验。 2实验装置特点 （1）结构紧凑、占地面积小（仅约8m2） ；（2）实验项目多、装置利用率高；（3）自动化程度高、技术性能好。 351.5 实验室建设与科研工作介绍图2 361.5 实验室建设与科研工作介绍 1. 实验装置组成 （1）主控制台部分； （2）三源部分（振动源、旋转源、加热源）； （3）传感器（基本型传感器有15种，增加型传感器有7种）； （4）实验模块部分（普通型有10个模块，增强型有8个模块）； （5）数据采集卡及处理软件。 2. 相应课程的实验教学 该装置可用于高等院校本科生开设的“传感器原理与测试技术”、“自动化检测技术”、“工业自动