化工自动化及仪表教学教案

化工自动化及仪表教学教案目录课程介绍与教学目标化工过程自动化基础知识化工仪表类型及工作原理化工过程控制策略与方法目录化工自动化系统集成与实践实验操作与技能培养课程总结与展望课程介绍与教学目标0101化工自动化的定义与发展历程02化工仪表的分类与功能03化工自动化及仪表在工业生产中的重要性化工自动化及仪表概述掌握化工自动化及仪表的基本原理和基础知识能够运用所学知识分析和解决化工生产中的实际问题了解化工自动化及仪表的最新技术和发展趋势培养学生的实践能力和创新意识教学目标与要求01课程安排02考核方式理论授课、实验操作、课程设计等笔试、实验报告、课程设计报告等综合评价课程安排与考核方式化工过程自动化基础知识02010203在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。自动化的定义提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，减轻劳动强度，改善劳动条件。自动化的意义从机械化到电气化，再到自动化，是技术进步的重要标志。自动化的发展自动化基本概念检测变送环节将被控对象的被控变量转换为标准信号，并传送给控制器。被控对象需要实现自动控制的设备或系统，如化工生产过程中的反应器、精馏塔等。执行器接收来自控制器的控制信号，驱动被控对象实现预期的动作。控制系统的组成控制器、执行器、被控对象、检测变送环节。控制器接收来自检测变送环节的信号，按照设定的控制规律进行运算，输出控制信号给执行器。控制系统组成及原理过程变量检测与变送过程变量的分类温度、压力、流量、液位、成分等。检测仪表的分类按测量原理可分为热学式、机械式、电子式等；按被测变量可分为温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表等。变送器的功能将检测仪表输出的非标准信号转换为标准信号，以便于传输和处理。常见的变送器有温度变送器、压力变送器、流量变送器等。检测与变送技术的发展趋势高精度、高稳定性、高可靠性、智能化、网络化等。化工仪表类型及工作原理0301弹性式压力计利用弹性元件受压变形的原理，将压力转换为位移进行测量，如弹簧管压力表。02电气式压力计将压力转换为电信号进行测量，如压电式、压阻式和电容式压力传感器。03液压式压力计利用液体传递压力的原理，通过测量液柱高度来间接测量压力，如U形管压力计。压力测量仪表利用测温介质受热膨胀的原理，通过测量膨胀程度来测量温度，如玻璃液体温度计和双金属温度计。膨胀式温度计热电偶温度计热电阻温度计利用热电效应原理，将温度转换为电势进行测量，适用于高温测量。利用金属或半导体材料的电阻随温度变化的特性来测量温度，适用于中低温测量。030201温度测量仪表利用流体流动时产生的差压与流量之间的关系进行测量，如孔板流量计和文丘里管流量计。差压式流量计通过测量流体流动时转子旋转的角速度或转速来推算流量，如涡轮流量计和涡街流量计。转子流量计通过测量流体流过固定容积的次数来计算流量，如椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。容积式流量计流量测量仪表03电测式物位计将物位变化转换为电信号进行测量，如电容式物位计和超声波物位计。01直读式物位计通过直接读取物位高度来进行测量，如玻璃板液面计和磁翻板液面计。02浮力式物位计利用浮子随液位变化而上下浮动的原理进行测量，如浮球液面计和浮筒液面计。物位测量仪表化工过程控制策略与方法04简单控制系统设计控制规律讲解基本的控制规律，如比例控制（P）、积分控制（I）和微分控制（D），以及它们各自的优缺点和适用场合。控制器设计介绍控制器的设计方法和步骤，包括确定控制目标、选择控制规律、整定控制器参数等。

复杂控制系统设计多变量控制系统讲解多变量控制系统的设计原理和方法，如解耦控制、多变量优化控制等，以及如何处理多个被控对象之间的相互影响。非线性控制系统介绍非线性控制系统的特点和设计方法，如描述函数法、相平面法等，以及如何处理非线性因素对系统性能的影响。时滞控制系统讲解时滞控制系统的设计原理和方法，如Smith预估器、时滞补偿器等，以及如何处理时滞对系统稳定性和性能的影响。介绍自适应控制的基本原理和方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等，以及它们在化工过程中的应用。自适应控制讲解预测控制的基本原理和方法，如模型预测控制（MPC）、滚动时域控制等，以及它们在处理复杂约束和优化问题中的优势。预测控制介绍智能控制的基本原理和方法，如模糊控制、神经网络控制等，以及它们在处理不确定性、非线性和复杂性问题中的应用。智能控制先进控制技术应用化工自动化系统集成与实践05DCS（分布式控制系统）简介DCS是一种基于微处理器的控制系统，通过高速数据通信网络将分散在各地的现场控制站、操作员站等连接起来，实现集中管理和分散控制。PLC（可编程逻辑控制器）简介PLC是一种专为工业环境设计的数字运算操作的电子系统，采用可编程序的存储器，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令。SCADA（数据采集与监控系统）简介SCADA系统是一种基于计算机技术的生产过程与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。DCS/PLC/SCADA系统简介整体性原则将各个子系统有机地组合成一个整体，实现信息的共享和资源的优化配置。开放性原则采用开放的技术标准和协议，确保系统具有良好的可扩展性和可维护性。系统集成原则和方法安全性原则：确保系统的安全性和稳定性，防止未经授权的访问和攻击。系统集成原则和方法明确用户需求，确定系统集成的目标和范围。需求分析根据需求分析结果，进行系统总体设计和详细设计。系统设计系统集成原则和方法系统测试对开发完成的系统进行测试，确保系统功能和性能符合要求。系统实施与维护将系统部署到实际环境中，并进行后续的维护和升级。系统开发依据系统设计，进行软硬件的开发和调试。系统集成原则和方法案例一某化工厂DCS系统集成案例。该案例介绍了如何将DCS系统应用于化工厂的生产过程中，实现生产过程的自动化和智能化。具体内容包括DCS系统的硬件配置、软件编程、网络通信等方面的实现细节和注意事项。案例二某石油化工厂PLC与SCADA系统集成案例。该案例阐述了如何将PLC和SCADA系统结合起来，实现对石油化工厂生产过程的全面监控和管理。具体内容包括PLC与SCADA系统的数据交互、远程控制、报警处理等方面的实现方法和技巧。案例三某大型化工企业自动化系统集成案例。该案例介绍了如何在一个大型化工企业中实现多个自动化系统的集成，包括DCS、PLC、SCADA等系统的整合和优化。具体内容包括系统架构设计、数据交换机制、网络安全保障等方面的实践经验和教训。典型案例分析实验操作与技能培养06掌握化工自动化及仪表的基本原理和操作方法了解化工过程中自动化控制系统的组成和工作原理能够独立进行实验操作，完成实验任务并分析结果培养实验技能，提高分析问题和解决问题的能力实验目的和要求实验内容和步骤010203熟悉实验设备、仪表和控制系统了解实验原理和操作步骤1.实验准备准备实验所需材料和工具按照实验指导书的步骤进行实验操作2.实验操作实验内容和步骤实验内容和步骤01记录实验过程中的数据和现象02分析实验数据，得出结论3.实验后处理03010203清洗实验设备和工具整理实验数据和记录完成实验报告实验内容和步骤应包括实验目的、原理、步骤、数据记录、结果分析和结论等部分。其中，数据记录应详细、准确，结果分析应客观、深入。实验报告应以电子文档形式提交，文件名命名为“姓名_学号_实验名称.doc”。提交时间为实验结束后一周内。实验报告格式和提交方式提交方式实验报告格式课程总结与展望07包括控制系统的组成、工作原理、性能指标等核心内容。自动化控制系统的基本原理控制策略的选择、控制器设计、系统调试与优化等关键步骤。自动化控制系统设计与实施涵盖温度、压力、流量、物位等参数的检测方法、仪表原理及应用。化工过程参数检测及仪表过程安全的重要性、危险识别与风险评估、仪表的防护等级与选用。化工过程安全与仪表防护课程重点回顾知识掌握程度对本课程的核心概念和原理有深入理解，能够运用所学知识分析和解决实际问题。实践能力提升通过实验操作和课程设计，提高了动手能力和实践技能，增强了分析和解决问题的能力。学习态度与方法保持积极的学习态度和严谨的学习方法，注重课堂听讲、课后复习和自主学习相结合。学生自我评价报告随着人工智能和大数据技术的不断发展，化工自动化将实现