《化工儀表及自動(dòng)化》課程教學(xué)大綱

《化工儀表及自動(dòng)化》課程教學(xué)大綱開課學(xué)院：適用專業(yè)：編寫人員：石油化工學(xué)院肖東彩教研室主任審核：院長簽字：2021年9月-1-《化工儀表及自動(dòng)化》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程基本情況表課程名稱課程編碼學(xué)分學(xué)時(shí)適用專業(yè)先修課程后續(xù)課程化工儀表及自動(dòng)化4學(xué)分；64學(xué)時(shí)課程類別開課學(xué)期?核心?必修□選修第三學(xué)期安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控、石油化工技術(shù)、光伏材料制備技術(shù)《高等數(shù)學(xué)》、《化工識(shí)圖與制圖》、《電工基礎(chǔ)》、《電子技術(shù)》《頂崗實(shí)習(xí)》二、課程說明本課程是工科化工與制藥類安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控、石油化工技術(shù)、光伏材料制備技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為保證現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運(yùn)行起著不可替代的作用。本課程在教學(xué)內(nèi)容方面著重基本知識(shí)、基本理論和基本設(shè)計(jì)方法的講解；在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面著重設(shè)計(jì)構(gòu)思和基本設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化工生產(chǎn)中各類儀表的用途和工作原理，掌握化工自動(dòng)化的基礎(chǔ)知識(shí)，并可以獨(dú)立設(shè)計(jì)簡單的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的能力。三、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)1．學(xué)習(xí)自動(dòng)化及化工儀表知識(shí)，掌握化工四大參數(shù)的測量方法與常見的測量儀表，其常用的結(jié)構(gòu)、特性等基本知識(shí)，具有選用化工行業(yè)中適合的儀表的能力。2．通過自動(dòng)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，了解構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)基本環(huán)節(jié)，能夠在生產(chǎn)實(shí)踐中根據(jù)生產(chǎn)工藝及自動(dòng)控制兩個(gè)方面的要求，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供合理的、準(zhǔn)確的工藝條件及數(shù)據(jù)。3．了解化工儀表、化工自動(dòng)化的前沿和新發(fā)展動(dòng)向，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)，集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成，具有了解常見系統(tǒng)的能力。4．培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，了解自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中國家有關(guān)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康等政策和制約因素。5．培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生掌握典型儀表的使用方法，具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力。課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)矩陣序號12345678（一）緒論（二）化工檢測儀表（三）自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念（四）過程特性及其數(shù)學(xué)模型（五）自動(dòng)控制儀表（六）執(zhí)行器（七）簡單控制系統(tǒng)（八）復(fù)雜控制系統(tǒng)課程內(nèi)容目標(biāo)1●●●●●目標(biāo)2●●●●●●●目標(biāo)3●●●●目標(biāo)4●●●●目標(biāo)5●●●●●●910（九）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（十）典型化工單元的控制方案●●●●●●四、課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求（一）緒論1．教學(xué)內(nèi)容化工自動(dòng)化的概念；化工自動(dòng)化的特點(diǎn)；化工儀表作用、分類及化工儀表的發(fā)展。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)無。3．教學(xué)要求了解本課程研究的對象、內(nèi)容，學(xué)習(xí)的意義及目的，化工儀表及自動(dòng)化的發(fā)展及課程的主要內(nèi)容。（二）化工檢測儀表1．教學(xué)內(nèi)容過程測量的基本概念和誤差基本知識(shí)；壓力、溫度、流量、液位、物質(zhì)成分等參數(shù)的測量原理、方法及應(yīng)用；新型傳感器的介紹。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：誤差的基本知識(shí)；各類壓力、溫度、流量、液位、物質(zhì)成分測量儀表的基本原理及其應(yīng)用范圍。難點(diǎn)：各類壓力、溫度、流量、液位、物質(zhì)成分測量儀表的基本原理及其應(yīng)用范圍。3．教學(xué)要求通過現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)裝置、儀器、儀表的拆裝及運(yùn)行等方式，使學(xué)生了解測量過程與測量儀表，測量誤差的分類；理解絕對誤差、相對誤差的概念；掌握儀表的精度和量程的選擇，壓力的檢測方法、了解壓力表的選擇、校驗(yàn)及安裝方法，常見的流量檢測儀表；理解差壓式流量計(jì)的測量原理及流量基本方程；了解差壓式流量計(jì)的安裝及其他一些流量儀表，常見的物位檢測儀表。理解差壓變送器的測量原理及零點(diǎn)遷移問題；了解其他一些物位測量儀表，常見的溫度檢測儀表及方法、重點(diǎn)掌握熱電偶溫度計(jì)的測量原理及溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}；掌握熱電阻及其測溫原理；了解溫度變送器的作用，顯示儀表的功能、各種顯示方式。（三）自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念1．教學(xué)內(nèi)容控制系統(tǒng)的組成；控制系統(tǒng)的方塊圖構(gòu)成；控制系統(tǒng)的分類；控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標(biāo)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)過程控制系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、分類及其過渡過程和性能指標(biāo)。3．教學(xué)要求了解化工檢測的發(fā)展趨勢；理解檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用以及相互影響和聯(lián)系；理解自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的各種術(shù)語，掌握方塊圖的意義及畫法；熟悉管道及控制流程圖上常用符號的意義；了解控制系統(tǒng)的幾種分類形式，掌握系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)，閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾（擾動(dòng)）作用下，過渡過程的幾種基本形式及過渡過程品質(zhì)指標(biāo)的含義。（四）過程特性及其數(shù)學(xué)模型1．教學(xué)內(nèi)容化工過程的特點(diǎn)及其描述方法；對象數(shù)學(xué)模型的建立；描述對象特性的參數(shù)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)被控對象的數(shù)學(xué)描述、特性參數(shù)及其對控制系統(tǒng)的影響。3．教學(xué)要求了解建立被控對象數(shù)學(xué)模型的意義及數(shù)學(xué)模型的建立方法；掌握用機(jī)理建模的方法建立簡單對象數(shù)學(xué)模型，表征被控對象特性的三個(gè)參數(shù)，即放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響；了解被控對象特性的實(shí)驗(yàn)測定方法。（五）自動(dòng)控制儀表1．教學(xué)內(nèi)容基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡過程的影響。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：基本控制規(guī)律及其對系統(tǒng)過渡過程的影響。難點(diǎn)：基本控制規(guī)律對系統(tǒng)過渡過程的影響。3．教學(xué)要求了解控制儀表的發(fā)展?fàn)顩r；通過仿真、實(shí)體裝置操作，掌握常見的基本控制規(guī)律、PID控制作用規(guī)律的特點(diǎn)和使用，模擬式控制器的基本組成和DDZ-Ⅲ型控制器的特點(diǎn)；了解數(shù)字式控制器的基本組成和特點(diǎn)；可編程控制器的功能和特點(diǎn)。（六）執(zhí)行器1．教學(xué)內(nèi)容氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、分類、流量特性、控制閥的選擇。電氣轉(zhuǎn)換器與電氣閥門定位器。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)控制閥的流量特性及控制閥的選擇。3．教學(xué)要求了解氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)及分類；掌握控制閥的流量特性及控制閥的選擇；了解閥門定位器的功能和選用，電動(dòng)執(zhí)行器概念及分類，電氣轉(zhuǎn)換器及電氣閥門定位器概念及工作原理。（七）簡單控制系統(tǒng)1．教學(xué)內(nèi)容簡單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成；簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；控制器參數(shù)的工程整定。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。難點(diǎn)：控制器正、反作用確定的方法。3．教學(xué)要求了解簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及作用；掌握簡單控制系統(tǒng)中被控變量、操縱變量選擇的一般原則；了解各種基本控制規(guī)律的特點(diǎn)及應(yīng)用場合；掌握控制器正、反作用確定的方法，控制器參數(shù)工程整定的方法，單回路的控制系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制操作以及仿真參數(shù)整定。（八）復(fù)雜控制系統(tǒng)1．教學(xué)內(nèi)容串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、典型案例應(yīng)用；均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；選擇性控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作過程、特點(diǎn)及應(yīng)用場合。難點(diǎn)：串級控制系統(tǒng)中副變量的確定及主、副控制器正反作用的選擇。3．教學(xué)要求掌握串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作過程、特點(diǎn)及應(yīng)用場合，串級控制系統(tǒng)中副變量的確定及主、副控制器正反作用的選擇；了解串級控制系統(tǒng)中主副控制器參數(shù)的工程整定方法，設(shè)置均勻控制系統(tǒng)的目的及控制方案，比值控制系統(tǒng)的各種類型，掌握單閉環(huán)比值控制方案的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；掌握前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用場合；理解連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及控制方案，了解開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)，積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生及防止方法，分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場合，多沖量控制系統(tǒng)的意義；理解三沖量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（九）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1．教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述；集散控制系統(tǒng)。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及基本組成。難點(diǎn)：無。3．教學(xué)要求掌握直接數(shù)字控制（DDC）的PID算法；了解DDC系統(tǒng)的基本組成與作用；掌握全開放集散控制系統(tǒng)（DCS）的特點(diǎn)及基本組成；了解DCS現(xiàn)場控制站及操作站的硬件與軟件，全開放式控制軟件ONSPEC的特點(diǎn)及用途，現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及基本設(shè)備。（十）典型化工單元的控制方案1．教學(xué)內(nèi)容熱交換器溫度反饋―靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)的組成以及生產(chǎn)過程對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求；流體輸送設(shè)備的典型控制方案；反應(yīng)器的典型控制方案；精餾塔的典型控制方案；常減壓蒸餾過程的控制；催化裂化過程的控制；乙烯生產(chǎn)過程的控制；聚合過程的控制；生化過程的控制；化肥生產(chǎn)過程的控制。2．重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：流體輸送設(shè)備的典型控制方案；傳熱設(shè)備的控制方案。難點(diǎn)：精餾塔的典型控制方案。3．教學(xué)要求通過相應(yīng)仿真軟件的運(yùn)行演示以及播放企業(yè)現(xiàn)場錄制的視屏等方式，使學(xué)生掌握離心泵和往復(fù)泵控制方案的特點(diǎn)；了解離心式壓縮機(jī)防喘振控制的一般方法；理解傳熱設(shè)備控制的一般方法；理解精餾塔提餾段溫控與精餾段溫控的特點(diǎn)和方法；了解釜式、固定床、流化床反應(yīng)器控制的一般方法；了解常壓、減壓蒸餾塔的控制方案，裂解氣分餾塔的控制方案，乙烯精餾塔的典型控制方案，聚氯乙烯、聚乙烯生產(chǎn)過程的控制方案，谷氨酸發(fā)酵工藝過程的控制方案，合成氨生產(chǎn)過程的控制方案。課程教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配表課程教學(xué)內(nèi)容主要內(nèi)容學(xué)時(shí)112444311111211321重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，可以通過工程案例專題講解建議安排現(xiàn)場教學(xué)備注1．化工自動(dòng)化的概念，化工自動(dòng)化的特點(diǎn)（一）緒論2．化工儀表作用、分類及化工儀表的發(fā)展1．過程測量的基本概念和誤差基本知識(shí)2．各類壓力測量儀表的結(jié)構(gòu)、測量原理及選用原則3．各類溫度測量儀表的結(jié)構(gòu)、測量原（二）化工檢測儀表理及選用原則4．各類流量測量儀表的結(jié)構(gòu)、測量原理及選用原則5．各類液位測量儀表的結(jié)構(gòu)、測量原理及選用原則6．過程檢測技術(shù)的新進(jìn)展1．控制系統(tǒng)的組成