《过程控制及仪表》教学大纲

《过程控制及仪表》教学大纲课程编号：13180335英文名称：ProcessControlandInstrumentation学分：3学时：总学时56学时，其中理论40学时，实践16学时先修课程：传感器与检测技术，自动控制原理，计算机控制技术课程类别：专业方向选修课程授课对象：自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第6学期一、课程描述和目标本课程是自动化专业智能仪器方向课，具有较强的实践性。课程由过程仪表应用设计与过程控制理论分析两部分组成，其中过程仪表包括温度、压力、流量和物位等过程参数的检测与变送原理，以及调节器参数调整和执行器结构和组成原理；过程控制包括建立单回路控制系统数学模型和控制方案设计；串级控制系统分析和设计、复杂系统（如前馈控制系统、比值控制系统、选择控制系统等）分析和设计。通过学习过程控制仪表的基本原理、过程控制的基本理论，培养学生科学的思维方法、严谨的设计态度和综合职业能力。根据课程体系要求以及对应毕业要求指标点，本课程的课程目标如下：课程目标1：能够分析过程检测参数的原理，根据工艺要求确定合理的参数检测方案，设计控制系统的控制器，评估控制系统的对产品质量、生产安全和环境的影响。课程目标2：能够分析过程控制参数（如温度、压力、流量和物位等）的检测原理、变送器原理、规格选型等，能有效获取控制参数；能够分析过程控制系统的特征，建立数学模型，分析系统的性能，选择满足系统性能指标的检测单元、执行器和控制器，设计合理的实验方案。课程目标3：能够分析过程检测仪表的性能指标对控制系统质量的影响；能够分析过程控制系统的性能指标要求，考虑环境保护和可持续发展指标，设计符合节能降耗的过程控制系统。二、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重3.4．能在自动化相关的设计中，考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。课程目标1H6.2.能分析和评价自动化相关领域的工程实践对社会、健康、安全、法律、文化的影响，以及这些制约因素对项目实施的影响，并理解应承担的责任。课程目标2M7.1.知晓和理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，关注自动化相关领域的方针政策和法律法规。课程目标3H三、教学内容、基本要求与学时分配1理论教学序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1概述讲解过程控制系统的组成及分类、发展历史、测量仪表的性能指标、控制系统的质量指标、仪表的测量方法、测量仪表概念、仪表的性能指标。基本要求：掌握过程控制系统的组成和分类，发展历史，仪表的性能指标；熟悉测量方法和测量仪表概念；了解仪表的防爆及防护知识。重点难点：过程控制系统的组成和分类；仪表的性能指标。德育要求：社会责任。2集中讲授课堂演示课程目标1课程目标2课程目标32温度测量仪表讲解温度检测仪表的基本知识、常用温度变送器的结构与原理、温度测量仪表选用与安装。基本要求：掌握热电偶温度计测量原理、常用热电偶冷端温度处理的原理和方法，热电阻温度计测量原理；熟悉温标概念及膨胀式温度计的测温原理；了解其它测温方法；了解温度变送器的安装及校准；掌握两线制变送器基本结构和设计方法。重点难点：温度参数测量的不同方法的原理。德育要求：细心细致6集中讲授课程目标1课程目标2课程目标33压力测量讲解压力的概念及表示方法、常用压力检测方法、压力和差压变送器、压力仪表选用、安装及校验。基本要求：要求学生了解压力检测方法，熟悉常用弹性式压力计的结构及原理，掌握差压变送器的简单原理，压力仪表选用，安装及校准。重点难点：压力参数测量原理。德育要求：实践创新4集中讲授课程目标1课程目标2课程目标34流量测量讲解流量的概念及流量计分类、常用流量检测方法、差压式流量计和电磁流量计的结构及原理。基本要求：掌握差压式流量计电磁流量计，了解其它流量检测方法。重点难点：流量参数测量原理。德育要求：团队合作4集中讲授课程目标1课程目标2课程目标35物位测量讲解物位的概念及物位计分类、常用物位检测方法、差压式液位计和浮力式液位计的结构及原理。基本要求：掌握物位的概念，差压式液位计结构及原理，熟悉浮力式液位计的结构及原理，了解其它物位检测方法。重点难点：物位参数测量原理。德育要求：工匠精神2集中讲授课程目标1课程目标2课程目标36调节器与执行器讲解PID调节器、气动调节阀、电动执行器的结构和原理组成。基本要求：掌握气动调节阀，熟悉PID调节器，电动执行器结构及原理。重点难点：调节器参数整定方法和执行器原理。德育要求：学以致用6集中讲授课程目标1课程目标2课程目标37单回路控制系统设计讲解选择被控参数和控制参数、系统设计中的测量变送问题、调节阀的选择、调节器的选择、单回路控制系统投运、调节器参数整定。基本要求：掌握单回路控制系统被控参数选择的原理、调节阀选择和调节器选择原则，调节器参数的整定方法，熟悉系统中的测量变送的实现。了解单回路控制系统的投运流程。重点难点：调节阀选择和调节器选择。德育要求：环境安全6集中讲授课程目标1课程目标2课程目标38串级控制系统的设计讨论串级控制系统应用条件，讲解串级控制系统的特点与分析、串级控制系统的工业应用及实例、串级控制系统的设计、串级控制系统的调节器参数的整定。基本要求：掌握串级控制系统的设计，掌握串级控制的特点，掌握串级控制系统的应用范围，熟悉串级控制系统参数整定。重点难点：串级控制的原理和特点。德育要求：节能降耗4集中讲授课程目标1课程目标2课程目标39前馈、比值、选择控制系统的设计讲解前馈控制系统的设计分析、比值控制系统分析、选择控制系统分析。基本要求：掌握前馈控制、比值控制、选择控制等控制系统的特点及原理。重点难点：各个控制方案特点及使用场合。德育要求：诚信考试6集中讲授课程目标1课程目标2课程目标3合计402实验教学序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1温度变送器校验实验内容：能运用标准电阻箱，能使用三线制（PT100）温度变送器，掌握温度变送器校验方法，并掌握误差计算和分析。实验要求：必修2验证课程目标1课程目标2课程目标32压力变送器校验实验内容：能运用活塞压力计，掌握压力变送器校验方法，并掌握误差计算和分析。实验要求：必修2验证课程目标1课程目标2课程目标33单回路液位控制实验内容：能运用智能仪表实现单回路液位控制系统设计，掌握液位控制系统的特点，完成PID参数整定，完成误差计算和分析。实验要求：必修4验证课程目标1课程目标2课程目标34流量控制系统设计实验内容：能运用智能仪表实现流量控制系统设计，掌握流量控制系统的特点，完成PID参数整定，完成误差计算和分析。实验要求：必修4验证课程目标1课程目标2课程目标35温度控制系统设计实验内容：能运用智能仪表实现温度控制系统设计，掌握温度控制系统的特点，完成PID参数整定，完成误差计算和分析。实验要求：(5)、(6)、(7)选修（三选一）。4验证课程目标1课程目标2课程目标36液位-流量串级控制系统设计实验内容：能运用智能仪表实现流量控制系统设计，掌握流量控制系统的特点，掌握液位-流量串级控制参数整定。实验要求：(5)、(6)、(7)选修（三选一）。4设计课程目标1课程目标2课程目标37温度-流量串级控制系统实验实验内容：能运用智能仪表实现温度控制系统设计，掌握温度控制系统的特点，掌握温度-流量串级控制参数整定。实验要求：(5)、(6)、(7)选修（三选一）。4设计课程目标1课程目标2课程目标3合计16注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等。四、课程教学方法1．理论教学以集中授课的形式为主，课内交互讨论为辅；2．实践教学在专业实验中心完成，分组集中进行，实验指导教师实时指导。五、学业评价和课程考核学业评价由课程实验、平时作业和期末闭卷考试三部分组成，其中课程实验和平时作业为平时考核，期末考试期终考核。（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求考核内容主要由平时作业、课程实验、期末考核组成，均按百分制计分，其中期末考核成绩占50%、平时作业成绩占20%、课程实验成绩占30%。2.课程目标达成考核与评价序号教学环节课程目标1（分值）课程目标2（分值）课程目标3（分值）合计1平时作业848202课程实验12612305期末考试20102050课程目标对应分值402040100注：(1)考勤不加分，但旷课1次扣平时分1分，扣满5分为止；(2)期末总成绩不能低于50分；低于50分者，其总评成绩为不及格。（二）考核与评价标准1.平时作业考核与评价标准作业成绩平时以优、良、中、及格、不及格五个等级登记，期末时折算为百分制计入总分。等级观测点优（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）作业能够很好地应用过程控制理论分析系统性能，完成仪表选型，按时完成，解答答案正确或合理，字迹工整，完成质量高。能够较好应用过程控制理论分析系统性能，完成仪表选型，解答答案基本正确或合理，字迹工整，完成质量较高。能够应用过程控制理论分析系统性能，完成仪表选型，解答答案大部分正确或合理，字迹比较工整，完成质量一般。能够大部分应用过程控制理论分析系统性能，完成仪表选型，计算、解答答案错误较多，字迹基本工整，完成质量尚可。能够小部分应用过程控制理论分析系统性能，完成仪表选型，计算、解答答案错误较多或者不答，字迹潦草，完成质量差，或有抄袭行为。2.课程实验考核与评价标准课程实验成绩平时以优、良、中、及格、不及格五个等级登记，期末时折算为百分制计入总分。等级观测点优（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）课程实验能根据要求搭建实验装置，圆满完成实验任务，准确处理获得的数据，体现出优秀的系统分析和设计实现能力。能根据要求搭建实验装置，自行完成实验任务，较为准确处理获得的数据，具有较好的系统分析和设计实现能力。能根据要求搭建实验装置，自行完成大部分实验任务，能处理获得的数据，具有一定的系统分析和设计实现能力。能根据要求完成部分实验任务，系统分析和设计实现能力较弱，处理数据能力一般。无法根据要求完成部分实验任务，不具备系统分析和设计实现能力。3.期末试卷考核与评价标准分值观测点90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分期末考试过程控制及仪表基本概念描述准确，计算准确。准确分析计算变送器量程、误差等参数，准确选择控制器、执行机构等设备。准确建立过程控制系统数学模型，准确分析控制系统参数，选择合适控制方案。设计考虑安全、环境等因素，符合法律法规。过程控制及仪表基本概念描述较准确，计算较准确。较准确分析计算变送器量程、误差等参数，准确选择控制器、执行机构等设备。较准确建立过程控制系统数学模型，较准确分析控制系统参数，选择合适控制方案。设计考虑安全、环境等因素，符合法律法规。过程控制及仪表基本概念描述基本准确，计算准确。分析计算变送器量程、误差等参数基本准确，选择控制器、执行机构等设备基本准确。建立过程控制系统数学模型，准确分析控制系统参数基本准确，选择较合适控制方案。设计考虑安全、环境等因素，符合法律法规。过程控制及仪表基本概念描述大部分准确，计算大部分准确。分析计算变送器量程、误差等参数大部分准确，选择控制器、执行机构等设备大部分准确。建立过程控制系统数学模型，准确分析控制系统参数大部分准确，选择基本准确控制方案。设计考虑基本安全、环境等因素，基本符合法律法规。过程控制及仪表