《集散控制系統(tǒng)》教學大綱

《集散控制系統(tǒng)》教學大綱課程代碼：05157241課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學分：2學分學時：32學時（理論24學時，實驗8學時）先修課程：自動控制理論、傳感器與檢測技術、計算機控制系統(tǒng)后續(xù)課程：無適用專業(yè)：測控技術與儀器、自動化開課單位：電氣工程與自動化學院一、課程說明《集散控制系統(tǒng)》是測控類專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要講授DCS的軟硬件結構體系和組態(tài)軟件的使用。通過本課程的學習，使學生了解國內(nèi)外DCS發(fā)展動態(tài)，掌握DCS在工業(yè)自動化領域的應用以及設計和維護的基本知識。本課程注重測控領域新技術的應用學習，強調(diào)培養(yǎng)運用集散控制系統(tǒng)解決生產(chǎn)實際問題的能力，兼顧新技術、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、高素質(zhì)、強能力”的人才。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握DCS的概念及DCS在工業(yè)自動化領域的應用結構，了解DCS發(fā)展概況，設計思想特點，以及DCS系統(tǒng)構成方式、構成要素、結構范例。教學過程中應注重結合DCS系統(tǒng)的結構融入思政教育內(nèi)容，培養(yǎng)學生的大局觀念和愛國主義觀念。課程目標2：掌握集散控制系統(tǒng)的控制算法及組態(tài)，學會基本及復雜控制算法：PID控制、選擇性控制、前饋控制、解耦控制、時滯補償控制等；初步了解現(xiàn)代控制理論控制算法：預測控制、自適應控制、順序控制、計算機優(yōu)化控制等。課程目標3：掌握DCS系統(tǒng)的操作、組態(tài)及工程設計方法；熟練掌握常用工業(yè)過程控制系統(tǒng)的特點，能夠針對實際生產(chǎn)工藝進行DCS系統(tǒng)設計、完成各種常見顯示畫面的組態(tài)。三、課程目標與畢業(yè)要求《集散控制系統(tǒng)》課程教學目標對測控技術與儀器專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度8.職業(yè)規(guī)范:具有良好的人文社會科學素養(yǎng)、社會責任感，能夠在測控工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。8.3能夠在測控工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。課程目標1：掌握DCS的概念及DCS在工業(yè)自動化領域的應用結構，設計思想特點，以及DCS系統(tǒng)構成方式。M10.溝通：能夠就復雜測控工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效的溝通和交流，包括撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，并具備一定的外語應用能力和全局意識，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。10.1具有較強的口頭表達能力和書寫能力，能夠獨立撰寫測控工程相關問題的調(diào)查報告、實驗報告等。課程目標2：掌握集散控制系統(tǒng)的控制算法及組態(tài)，學會基本及復雜控制算法；初步了解DCS系統(tǒng)中可能用到的現(xiàn)代控制理論控制算法。課程目標3：掌握DCS系統(tǒng)的操作、組態(tài)及工程設計方法；掌握DCS工程設計中招標文件的編制。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.集散控制系統(tǒng)的概念及構成1.1DCS概念、特點1.2DCS概況及發(fā)展史1.3DCS系統(tǒng)的硬件結構和軟件體系教學要求：使學生了解DCS的發(fā)展過程，掌握DCS概念和設計思想；掌握DCS多任務操作系統(tǒng)；掌握DCS軟硬件體系結構，包括工程站和操作站。重點：DCS發(fā)展概況，設計思想特點；DCS各層功能，軟硬件體系結構。難點：DCS設計思想特點；DCS軟硬件體系結構。841、22.集散控制系統(tǒng)的控制算法及組態(tài)2.1基本及復雜控制算法2.2現(xiàn)代控制理論控制算法教學要求：熟練掌握DCS的基本及復雜控制算法；掌握DCS的現(xiàn)代控制理論控制算法。重點：基本及復雜控制算法。難點：現(xiàn)代控制理論控制算法。61、23.集散控制系統(tǒng)的操作和組態(tài)3.1DCS操作方式及組態(tài)3.2DCS各種常見的顯示畫面教學要求：了解工業(yè)過程中DCS操作系統(tǒng)方式及組態(tài)設計方法，能夠針對實際工藝過程設計各種常見顯示畫面的組態(tài)。。重點：各種常見顯示畫面的組態(tài)方法。難點：DCS操作系統(tǒng)方式及組態(tài)。241、2、34.集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信4.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4.2集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡標準和協(xié)議教學要求：掌握常用工業(yè)過程控制系統(tǒng)的特點，按照集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡標準和協(xié)議，搭建系統(tǒng)平臺；了解IEEE各協(xié)議在實際工程設計中用途。重點：IEEE各協(xié)議及用途。難點：集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。41、2、35.集散控制系統(tǒng)的工程設計5.1工程設計的基本程序5.2招標文件的編制、可靠性、易操作性、其他性能指標、評估和選型方法教學要求：理解并掌握DCS工程設計的基本程序過程；熟練掌握DCS工程設計中招標文件的編制。重點：工程設計招標文件的編制。難點：工程設計招標文件的編制。41、2、3合計2482.實驗部分實驗部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學時對應的課程目標1.DCS軟硬件體系結構及典型應用實驗內(nèi)容：DCS軟硬件體系結構。實驗要求：熟悉DCS軟硬件的基本結構及組成；學習現(xiàn)場系統(tǒng)設備安全操作規(guī)范。412.DCS組態(tài)軟件應用實驗內(nèi)容：DCS組態(tài)軟件的使用。實驗要求：掌握DCS組態(tài)軟件的使用。42、3合計8五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，結合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學手段完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生比較全面地理解集散控制系統(tǒng)的基本原理與設計原理，在掌握基本和現(xiàn)代控制理論算法的基礎上，具有進行集散控制系統(tǒng)設計的初步能力。在實驗教學環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學、討論式教學培養(yǎng)學生理解集散控制系統(tǒng)的算法和結構的基本知識。培養(yǎng)學生自主學習能力、實際動手能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.教材：（1）黃海燕，余昭旭.集散控制系統(tǒng)原理及應用（第四版）[M]..北京：化學工業(yè)出版社,2021.（2）周榮富，陶文英.集散控制系統(tǒng)[M].北京：北京理工大學出版社,2020.1.2.參考書：（1）劉美.集散控制系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡[M].北京：中國石化出版社，2014.（2）張德泉等.集散控制系統(tǒng)原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.（3）申忠宇，趙瑾.基于網(wǎng)絡的新型集散控制系統(tǒng)[M].北京：\o"機械工業(yè)出版社"化學工業(yè)出版社，2021.3.期刊：（1）自動化學報[J].北京：中國自動化學會；（2）\o"石油工業(yè)計算機應用"石油工業(yè)計算機應用[J].北京：中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院.（3）自動化與儀表[J].天津：天津市工業(yè)自動化儀表研究所.4.網(wǎng)絡資源（1）中國工控網(wǎng)，.（2）浙大中控技術股份有限公司，.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況、回答問題、隨堂測試、期中考試等進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42作業(yè)10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?064期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核學生對集散控制系統(tǒng)的概念及構成，對實際生產(chǎn)過程的集散控制系統(tǒng)進行設計、設備選型、組態(tài)和評估的基本方法和步驟的掌握程度等內(nèi)容。√√√252510合計：100分433918八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末考試（或大作業(yè)）等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽儯ɑ虼笞鳂I(yè)成績）和過程性考核成績組成。其中：期末成績?yōu)?00分（權重60%）；課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25筆記完整，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。筆記完整，認真參與教學活動，回答問題準確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學活動，回答問題準確率大于70%。上課不認真，上課不記筆記，偶爾參與教學活動。上課不認真，上課不記筆記，不參與教學活動。作業(yè)25作業(yè)完整，思路清晰，準確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)1次以內(nèi)，準確率大于70%.不交作業(yè)2次以內(nèi)，準確率大于60%.不交作業(yè)3次以上，準確率小于60%。實驗50實驗預習認真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)