《过程控制系统设计与实践》教学大纲

《过程控制系统设计与实践》教学大纲课程编号：13220331英文名称：DesignProjectsofProcessControlSystem学分：2学时：总学时2周，其中实践2周先修课程：自动控制原理，过程控制及仪表，PLC原理及应用,单片机原理及应用课程类别：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7学期一、课程描述和目标本课程是自动化专业的一门重要的实践教学环节。课程以温度、液位、流量、压力等作为被控制参数，选择合适被控制对象、执行机构、控制单元和变送器等组成过程控制系统，培养学生具备工程设计、项目研究和管理工作等方面能力，具备方案论证、实施调试等实践技能和综合应用能力。根据课程体系要求以及对应毕业要求指标点，本课程的目标如下：课程目标1：能够分析过程控制系统的特性,获取被控对象的特征,建立控制系统的数学模型,评价控制系统的稳定性、快速性（如调整时间、超调量等参数）。课程目标2：能够应用控制理论方法，确定合理的工艺参数建立过程控制系统的数学模型，选择合理的系统组件，比较分析优化控制方案，设计完成满足指标要求的过程控制系统，并能够分析系统的局限性。课程目标3：能够评估过程控制系统设计中可能存在的环境安全问题，并提出合理的解决策略，能够比较不同控制方案的经济性，选择节能效果好，能耗低的控制方案。课程目标4：能够有效组织团队，团队成员分工明确，任务清晰，沟通交流顺畅，有效完成课程设计任务。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4.4能够运用统计分析、时频域分析或其他相关方法，对实验结果进行分析，合理解释实验现象，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标1M5.3能够针对包含具体检测、控制对象在内的自动化系统工程问题，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟、预测自动化相关领域的专业问题，并能够分析其局限性。课程目标2H7.2能够站在环境保护和可持续发展的角度思考自动化相关领域的工程实践的可持续性，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患。课程目标3L9.1理解多学科背景下团队合作的重要性，能够与其他成员有效沟通，合作共事。；课程目标4H三、教学内容、基本要求与学时分配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任务讲解：项目设计流程讲解、任务讲解与小组分配基本要求：了解工程项目设计流程，根据任务查阅资料，并进行分析总结重点难点：项目设计方法的掌握与灵活应用德育要求：团队合作1天集中讲授文献查找课程目标1课程目标2课程目标42方案论证：根据指标要求，论证最优方案基本要求：能从可靠性、稳定性、实施难度、成本、社会影响、环境安全等方面综合考虑，确定最优方案与原理图。重点难点：方案的设计与优化德育要求：创新驱动2天集中讲授课堂演示课程目标1课程目标2课程目标3课程目标43硬件设计：确定硬件系统，包括原理图绘制、PCB制作、参数计算、元件选型与硬件连接等基本要求：能根据设计方案完成硬件设计、原理图绘制、PCB制作实现以及焊接调试，具备安全开展工程实践的意识与能力重点难点：系统指标实现与安全规范德育要求：社会责任4天自主设计个别答疑课程目标1课程目标2课程目标44软件调试:完成过程控制系统上位机和下位机程序编制与调试基本要求：能实现过程控制系统软件设计（包括下位机和上位机软件），并通过软件仿真、模拟等方式优化实施方案和控制参数，并分析其效果重点难点：软件安全与规范德育要求：职业规范2天自主设计个别答疑课程目标1课程目标2课程目标45汇报演示：撰写项目说明书，并文字或口头汇报演示功能基本要求：能文字或口头汇报项目工作，分析项目对可持续发展影响、管理/经济决策方法及其应用方式重点难点：项目社会影响，管理与经济决策分析德育要求：工匠精神1天集中讲授现场汇报课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4合计10天（2周）四、课程教学方法实践环节以半开放的形式组织，学生在规定的时间和地点完成规定的设计任务，教师为学生提供答疑等技术支持。学生以小组的形式组织完成设计任务，每组2人以上，组内成员进行具体任务分配，各有侧重，共同完成设计任务。五、学业评价和课程考核（一）考核方式及具体要求1.课程成绩构成与要求课程考核分两个部分，其一是作品验收答辩，包含：作品制作水平（20%）、作品演示达标程度（20%）和现场答辩情况（30%），此部分成绩以小组的形式给出，然后根据小组成员的贡献程度给出系数（0~1）；其二是作品设计报告（30%），每位同学独立完成，并单独给出成绩。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）课程目标4（分值）合计1作品制作水平5555202作品演示达标成度51005203现场答辩情况510510304设计报告51051030课程目标对应分值20351530100（二）考核与评价标准分值观测点90-100分70-89分60-69分0-59分作品制作水平设计方案合理，研究方法和技术线路正确，团队分工合理，能从环境安全、功耗、实用等角度选择正确元件和控制策略，作品布局走线合理美观。设计方案总体合理，研究方法和技术线路正确，有从环境安全、功耗、实用等角度考虑系统方案，作品布局走线较合理。设计方案基本合理，研究方法和技术线路基本正确，有从环境安全、功耗、实用等若干角度考虑系统方案，作品布军基本合理。设计方案不可行或不够合理，研究方法和技术线路存在偏差，流程安排不合理，没有能从安全、功耗、实用等角度考虑方案合理性。作品演示达标程度能从安全、功耗、成本和管理等方面选型，性能指标达到任务要求，在用电保护、节能降耗等方面效果达标性能指标达到任务要求，但没有在保护、节能、降耗等方面进行选型和管理优化。50%以上的性能指标达到任务要求，未做到选型和管理优化。50%以上的性能指标不合格，没有从安全、功耗、成本和管理等方面进行选型和管理优化。现场答辩情况能从设计开发流程、影响因素分析及其克服办法、系统环境影响、项目管理和成本控制方面准确分析和阐述项目方案和实施效果能从设计开发流程、影响因素分析及其克服办法、系统环境影响、项目管理和成本控制方面基本准确分析和阐述项目方案和实施效果在项目方案阐述和现场提问过程中总体现开发流程、影响因素、项目管理和成本控制等方面的考虑和理解项目方案阐述不清，无法从项目管理、影响因素分析与克服、成本控制等方面回答现场提问设计报告设计报告结构合理，文字通顺。对系统设计要求、系统整体方案、硬件设计及参数计算准确、软件流程清晰、作品测试数据准确、误差分析完善、图表设计合理美观、附录内容充实。报告中充分体现了集体协作过程，对方案、性能效果、项目安排、管理和成本控制、项目社会影响等方面进行了准确描述和合理讨论。设计报告结构合理，文字通顺。对系统设计要求、系统整体方案、硬件设计及参数计算准确、软件流程清晰、作品测试数据准确、误差分析完善、图表设计合理美观、附录内容充实。报告中充分体现了集体协作过程，对方案、性能效果、项目安排、管理和成本控制、项目社会影响等方面进行了准确描述和合理讨论。设计报告结构基本合理，文字基本通顺。能针对系统设计要求和系统方案进行较为准确的阐述，能对主要的硬件设计进行准确的参数计算、软件流程基本清晰、作品测试数据基本准确、进行了误差分析、图表设计基本合理、有基本的附录内容。能体现集体协作过程，对选型方案、性能效果、项目安排、管理和成本控制、项目社会影响等方面进行了基本的讨论。设计报告结构内容不合理或有抄袭现象。不能够对系统设计要求、系统整体方案、硬件设计及参数、软件流程、作品测试数据、误差分析等准确描述。报告中