《過程控制系統設計與實踐》教學大綱

《過程控制系統設計與實踐》教學大綱課程編號：13220331英文名稱：DesignProjectsofProcessControlSystem學分：2學時：總學時2周，其中實踐2周先修課程：自動控制原理，過程控制及儀表，PLC原理及應用,單片機原理及應用課程類別：專業(yè)方向選修課程授課對象：自動化專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第7學期一、課程描述和目標本課程是自動化專業(yè)的一門重要的實踐教學環(huán)節(jié)。課程以溫度、液位、流量、壓力等作為被控制參數，選擇合適被控制對象、執(zhí)行機構、控制單元和變送器等組成過程控制系統，培養(yǎng)學生具備工程設計、項目研究和管理工作等方面能力，具備方案論證、實施調試等實踐技能和綜合應用能力。根據課程體系要求以及對應畢業(yè)要求指標點，本課程的目標如下：課程目標1：能夠分析過程控制系統的特性,獲取被控對象的特征,建立控制系統的數學模型,評價控制系統的穩(wěn)定性、快速性（如調整時間、超調量等參數）。課程目標2：能夠應用控制理論方法，確定合理的工藝參數建立過程控制系統的數學模型，選擇合理的系統組件，比較分析優(yōu)化控制方案，設計完成滿足指標要求的過程控制系統，并能夠分析系統的局限性。課程目標3：能夠評估過程控制系統設計中可能存在的環(huán)境安全問題，并提出合理的解決策略，能夠比較不同控制方案的經濟性，選擇節(jié)能效果好，能耗低的控制方案。課程目標4：能夠有效組織團隊，團隊成員分工明確，任務清晰，溝通交流順暢，有效完成課程設計任務。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點課程目標權重4.4能夠運用統計分析、時頻域分析或其他相關方法，對實驗結果進行分析，合理解釋實驗現象，并通過信息綜合得到合理有效的結論。課程目標1M5.3能夠針對包含具體檢測、控制對象在內的自動化系統工程問題，開發(fā)或選用滿足特定需求的現代工具，模擬、預測自動化相關領域的專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。課程目標2H7.2能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考自動化相關領域的工程實踐的可持續(xù)性，評價產品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。課程目標3L9.1理解多學科背景下團隊合作的重要性，能夠與其他成員有效溝通，合作共事。；課程目標4H三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1任務講解：項目設計流程講解、任務講解與小組分配基本要求：了解工程項目設計流程，根據任務查閱資料，并進行分析總結重點難點：項目設計方法的掌握與靈活應用德育要求：團隊合作1天集中講授文獻查找課程目標1課程目標2課程目標42方案論證：根據指標要求，論證最優(yōu)方案基本要求：能從可靠性、穩(wěn)定性、實施難度、成本、社會影響、環(huán)境安全等方面綜合考慮，確定最優(yōu)方案與原理圖。重點難點：方案的設計與優(yōu)化德育要求：創(chuàng)新驅動2天集中講授課堂演示課程目標1課程目標2課程目標3課程目標43硬件設計：確定硬件系統，包括原理圖繪制、PCB制作、參數計算、元件選型與硬件連接等基本要求：能根據設計方案完成硬件設計、原理圖繪制、PCB制作實現以及焊接調試，具備安全開展工程實踐的意識與能力重點難點：系統指標實現與安全規(guī)范德育要求：社會責任4天自主設計個別答疑課程目標1課程目標2課程目標44軟件調試:完成過程控制系統上位機和下位機程序編制與調試基本要求：能實現過程控制系統軟件設計（包括下位機和上位機軟件），并通過軟件仿真、模擬等方式優(yōu)化實施方案和控制參數，并分析其效果重點難點：軟件安全與規(guī)范德育要求：職業(yè)規(guī)范2天自主設計個別答疑課程目標1課程目標2課程目標45匯報演示：撰寫項目說明書，并文字或口頭匯報演示功能基本要求：能文字或口頭匯報項目工作，分析項目對可持續(xù)發(fā)展影響、管理/經濟決策方法及其應用方式重點難點：項目社會影響，管理與經濟決策分析德育要求：工匠精神1天集中講授現場匯報課程目標1課程目標2課程目標3課程目標4合計10天（2周）四、課程教學方法實踐環(huán)節(jié)以半開放的形式組織，學生在規(guī)定的時間和地點完成規(guī)定的設計任務，教師為學生提供答疑等技術支持。學生以小組的形式組織完成設計任務，每組2人以上，組內成員進行具體任務分配，各有側重，共同完成設計任務。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核分兩個部分，其一是作品驗收答辯，包含：作品制作水平（20%）、作品演示達標程度（20%）和現場答辯情況（30%），此部分成績以小組的形式給出，然后根據小組成員的貢獻程度給出系數（0~1）；其二是作品設計報告（30%），每位同學獨立完成，并單獨給出成績。2.課程目標達成考核與評價序號教學環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）課程目標4（分值）合計1作品制作水平5555202作品演示達標成度51005203現場答辯情況510510304設計報告51051030課程目標對應分值20351530100（二）考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分作品制作水平設計方案合理，研究方法和技術線路正確，團隊分工合理，能從環(huán)境安全、功耗、實用等角度選擇正確元件和控制策略，作品布局走線合理美觀。設計方案總體合理，研究方法和技術線路正確，有從環(huán)境安全、功耗、實用等角度考慮系統方案，作品布局走線較合理。設計方案基本合理，研究方法和技術線路基本正確，有從環(huán)境安全、功耗、實用等若干角度考慮系統方案，作品布軍基本合理。設計方案不可行或不夠合理，研究方法和技術線路存在偏差，流程安排不合理，沒有能從安全、功耗、實用等角度考慮方案合理性。作品演示達標程度能從安全、功耗、成本和管理等方面選型，性能指標達到任務要求，在用電保護、節(jié)能降耗等方面效果達標性能指標達到任務要求，但沒有在保護、節(jié)能、降耗等方面進行選型和管理優(yōu)化。50%以上的性能指標達到任務要求，未做到選型和管理優(yōu)化。50%以上的性能指標不合格，沒有從安全、功耗、成本和管理等方面進行選型和管理優(yōu)化?，F場答辯情況能從設計開發(fā)流程、影響因素分析及其克服辦法、系統環(huán)境影響、項目管理和成本控制方面準確分析和闡述項目方案和實施效果能從設計開發(fā)流程、影響因素分析及其克服辦法、系統環(huán)境影響、項目管理和成本控制方面基本準確分析和闡述項目方案和實施效果在項目方案闡述和現場提問過程中總體現開發(fā)流程、影響因素、項目管理和成本控制等方面的考慮和理解項目方案闡述不清，無法從項目管理、影響因素分析與克服、成本控制等方面回答現場提問設計報告設計報告結構合理，文字通順。對系統設計要求、系統整體方案、硬件設計及參數計算準確、軟件流程清晰、作品測試數據準確、誤差分析完善、圖表設計合理美觀、附錄內容充實。報告中充分體現了集體協作過程，對方案、性能效果、項目安排、管理和成本控制、項目社會影響等方面進行了準確描述和合理討論。設計報告結構合理，文字通順。對系統設計要求、系統整體方案、硬件設計及參數計算準確、軟件流程清晰、作品測試數據準確、誤差分析完善、圖表設計合理美觀、附錄內容充實。報告中充分體現了集體協作過程，對方案、性能效果、項目安排、管理和成本控制、項目社會影響等方面進行了準確描述和合理討論。設計報告結構基本合理，文字基本通順。能針對系統設計要求和系統方案進行較為準確的闡述，能對主要的硬件設計進行準確的參數計算、軟件流程基本清晰、作品測試數據基本準確、進行了誤差分析、圖表設計基本合理、有基本的附錄內容。能體現集體協作過程，對選型方案、性能效果、項目安排、管理和成本控制、項目社會影響等方面進行了基本的討論。設計報告結構內容不合理或有抄襲現象。不能夠對系統設計要求、系統整體方案、硬件設計及參數、軟件流程、作品測試數據、誤差分析等準確描述。報告中