1、第 1 页 共 15 页潍坊科技学院化工仪表及自动化课程教学大纲课程编号 理论课时 52教学性质 必修 选修总课时 64实践课时 12适用专业应用化工技术化工设备技术及维修学制 3 年 学分 4 开设学期 第四学期一、课程的性质与任务化工仪表及自动化是化工类专业的一门必修课。该课程从自动控制系统的基本概念入手，系统地讲述构成自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等；以及简单控制系统、复杂控制系统、新型控制系统与计算机控制系统；最后结合化工生产过程讲述几种典型化工单元操作的控制方案。通过对本门课程的学习，应能了解化工自动化的基本知识，理解自动控
2、制系统的组成、基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能在工艺设计和技术改造中，与自控设计人员合作，综合考虑工艺与控制两个方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据；能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现
3、和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法；能在处理各类技术问题时，应用一些控制论、系统论、信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件、考虑事物间相互关联的综合解决方法。二、考核方式考试，满分 100 分。其中平时成绩 10%；期中成绩 20%；期末成绩 70%。三、教学内容与要求绪论教学内容一、化工自动化的意义及目的二、化工自动化的发展概况三、化工仪表及自动化系统的分类教学要求了解化工自动化的发展概况，理解化工自动化的意义及目的，掌握化工仪表及自动化系统的分类。教学重点重点化工仪表及自动化系统的分类。教学难点难点化工仪表及自动化系统的分类。第 2 页 共 15 页第一章 检测仪表基本知
4、识教学内容一、测量过程与测量误差二、检测仪表的品质指标三、检测系统中的常见信号类型四、检测系统中信号的传递形式五、检测仪表与测量方法的分类六、化工检测的发展趋势例题分析习题与思考题教学要求了解化工检测的发展趋势。理解测量过程与测量误差，检测仪表的品质指标。掌握检测系统中的常见信号类型、检测系统中信号的传递形式、检测仪表与测量方法的分类。教学重点重点测量误差、检测仪表的品质指标、常见信号类型、信号传递形式。教学难点难点测量误差分析、检测仪表品质指标的计算确定、检测系统中信号的传递形式。第二章 压力检测教学内容第一节 压力单位及测压仪表第二节 弹性式压力计一、弹性元件二、弹簧管压力表第三节 电气式
5、压力计一、变片式压力传感器二、压阻式压力传感器三、电容式压力传感器第四节 智能式变送器一、能变送器的特点二、智能变送器的结构原理第五节 压力计的选用及安装一、压力计的选用二、压力计的安装例题分析习题与思考题附录 常用弹簧管压力表型号与规格教学要求了解压力单位及测压仪表。理解并掌握各类压力计的机构原理和工作原理。掌握压力计的选用及安装。教学重点重点弹性式压力计、电气式压力计的测压原理。教学难点第 3 页 共 15 页难点压力计的选用及安装。第三章 流量检测教学内容第一节 差压式流量计一、节流现象与流量基本方程式二、标准节流装置三、力矩平衡式差压变送器四、差压式流量计的测量误差第二节 转子流量计一
6、、工作原理二、电远传式转子流量计第三节 漩涡流量计第四节 质量流量计一、直接式质量流量计二、补偿式质量流量计第五节 其他流量计一、靶式流量计二、椭圆齿轮流量计三、涡轮流量计四、电磁流量计例题分析 习题与思考题教学要求了解节流现象与流量基本方程式。理解各类流量计的机构原理和工作原理。掌握差压式流量计和转子流量计工作原理。教学重点重点各类流量计的测量原理和方法，流量变送器的工作原理。教学难点难点差压式流量计、转子流量计、质量流量计、椭圆齿轮流量计工作原理分析。第四章 物位检测教学内容第一节 物位检测的意义及主要类型第二节 差压式液位计一、工作原理二、零点迁移问题三、用法兰式差压变送器测量液位第三节
7、 其他物位计一、电容式物位计二、核辐射物位计三、雷达式液位计四、称重式液罐计量仪例题分析第 4 页 共 15 页习题与思考题教学要求了解物位检测的意义及主要类型。理解零点迁移的原理并掌握具体的计算方法。掌握各类液位测量仪表的测量原理和使用场合。教学重点重点差压式液位计和零点迁移问题。教学难点难点法兰式差压变送器测量液位和零点迁移的判断及计算。第五章 温度检测教学内容第一节 概述一、测温仪表的分类二、温度检测的基本原理第二节 热电偶温度计一、热电偶二、补偿导线与冷端温度补偿第三节 热电阻温度计一、测温原理二、常用热电阻第四节 温度变送器一、电动温度变送器二、一体化温度变送器三、智能式温度变送器例
8、题分析习题与思考题附录一 铂铑 10-铂热电偶分度表附录二 镍铬-铜镍热电偶分度表附录三 镍铬-镍硅热电偶分度表附录四 铂电阻分度表附录五 铜电阻分度表(一)附录六 铜电阻分度表(二)教学要求了解测温仪表的分类和温度检测的基本原理。理解热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理。掌握补偿导线与冷端温度补偿的方法及相关计算，温度变送器实现远传的方法。教学重点重点热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理。温度补偿理论及方法。教学难点难点热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器工作过程的线路分析。第六章 显示仪表教学内容第一节 模拟式显示仪表第 5 页 共 15 页一、自动平衡电子电位差
9、计二、电子自动平衡电桥第二节 数字式显示仪表一、数字式显示仪表的原理及其特点二、模-数变换器三、电子计数器四、显示器五、数字式显示仪表的基本组成六、数字模拟混合记录仪第三节 新型显示仪表一、无纸记录仪二、虚拟显示仪表例题分析习题与思考题教学要求了解新型显示仪表的发展趋势。理解模拟式显示仪表原理以及工作原理分析。掌握自动平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的工作原理。教学重点重点自动平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的结构原理和工作原理。教学难点难点平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的原理分析。第七章 自动控制系统概述教学内容第一节 自动控制系统的组
10、成第二节 自动控制系统的方块图一、信号和变量二、自动控制系统方块图三、反馈四、 自动控制系统的分类第三节 过渡过程和品质指标一、控制系统的静态与动态二、控制系统的过渡过程三、控制系统的控制指标四、影响控制指标的主要因素例题分析习题与思考题教学要求掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法；熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的动态与静态；掌握闭环控制系统在阶跃干扰（扰动）作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。教学重点第 6 页 共 15 页重点几个重要概念，自动
11、控制系统的组成及各环节作用，自动控制系统组成方块图，自动控制系统品质指标。教学难点难点几个重要概念，自动控制系统的过渡过程。第八章 对象特性和建模教学内容第一节 数学模型及描述方法一、被控对象数学模型二、数学模型的主要形式第二节 机理建模一、一阶对象二、积分对象三、时滞对象第三节 描述对象特性的参数一、放大系数 K 二、时间常数 T三、滞后时间 第四节 实测建模例题分析习题与思考题教学要求了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型；掌握表征被控对象特性的三个参数，包括放大系数、时间常数、滞后时间的物理意义及其对控制质量的影响；了解被控对象特性的
12、实验测定方法。教学重点重点几个重要概念，一阶对象、二阶对象特性参数 K、T、 含义及其对控制过程的影响。教学难点难点对象数学模型建立的机理建模和实验建模，一阶对象、二阶对象特性参数K、T、 含义及其对控制过程的影响。第九章 基本控制规律教学内容第一节 位式控制一、双位控制二、具有中间区的双位控制三、多位控制第二节 比例控制一、比例控制规律及其特点二、比例度及其对控制过程的影响第三节 积分控制第 7 页 共 15 页一、积分控制规律及其特点二、比例积分控制规律与积分时间三、积分时间对系统过渡过程的影响第四节 微分控制一、微分控制规律及其特点二、实际的微分控制规律及微分时间三、比例微分控制系统的过
13、渡过程四、比例积分微分控制例题分析习题与思考题教学要求理解基本控制规律的含义及作用。掌握各种基本控制规律的特点；熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。掌握过度过程的概念，各种调节规律对过度过程的影响。教学重点重点调节规律的含义及作用，过度过程的评价。各种调节规律对过度过程的影响。教学难点难点调节规律对控制系统及过度过程的影响。第十章 自动控制仪表教学内容第一节 控制仪表的作用与分类一、控制仪表的能源形式二、控制仪表的结构形式三、控制仪表的信号形式第二节 模拟式控制仪表一、概述二、DDZ-III 型电动调节器第三节 数字式控制仪表一、概述二、可编程调节器的主要特点三、可编程调节器的基本
14、构成及原理四、KMM 可编程调节器例题分析习题与思考题教学要求了解自动控制仪表作用与分类，了解模拟式电动控制器的基本构成原理及各部分组成，掌握单回路数字控制器、可编程序控制器的基本情况。教学重点重点 DDZ-III 型电动调节器、可编程调节器的基本构成及原理。教学难点难点控制仪表的原理分析，KMM 可编程调节器的实际运用。第十一章 执行器第 8 页 共 15 页教学内容第一节 气动执行器一、气动执行器的组成与分类二、控制阀的流量特性三、控制阀的选择四、控制阀的安装和维护第二节 阀门定位器与电-气转换器一、气动阀门定位器二、电-气阀门定位器三、电-气转换器第三节 电动执行器一、概述二、角行程电动
15、执行机构三、直行程电动执行机构例题分析习题与思考题教学要求了解执行器的作用及种类，理解气动执行器的结构与工作原理，掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行器气开气关形式及其选择，理解控制阀的流量特性及其种类，了解电动执行器的组成及作用。教学重点重点气动执行器的结构与工作原理，执行器气开气关形式及其选择，控制阀的流量特性及其种类。教学难点难点控制阀的流量特性，电动执行器。第十二章 简单控制系统教学内容第一节 概述第二节 被控变量的选择第三节 操纵变量的选择第四节 控制器控制规律的选择及参数整定一、控制规律的选择二、控制器参数的工程整定第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题一、控制系统的投运二
16、、控制系统操作中的常见问题例题分析习题与思考题教学要求了解简单控制系统的结构、组成及作用；掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则；了解各种基本控制规律的特点及应用场合；掌握控制器正、反作用确定的方法；掌握控制器参数工程整定的方法。教学重点第 9 页 共 15 页重点被控变量、操纵变量的选择。控制器控制规律的选择及参数整定。教学难点难点控制器参数的整定方法，控制系统操作中的常见问题的分析及解决。第十三章 复杂控制系统教学内容第一节 串级控制系统一、串级控制系统概述二、串级控制系统的特点及应用三、主、副控制器控制规律的选择四、主、副控制器正反作用的选择五、控制器参数整定与系统投运第二节
17、 其他复杂控制系统一、均匀控制系统二、比值控制系统三、前馈控制系统四、取代控制系统五、分程控制系统六、多冲量控制系统例题分析习题与思考题教学要求掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择；了解串级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法。理解设置均匀控制系统的目的及控制方案。了解比值控制系统的各种类型，掌握单闭环比值控制方案的结构及特点。掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合。理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案，了解开关型选择性控制系统，了解积分饱和现象的产生及防止方法。理解分程控制系统的结构及应用场合。了解多冲量控制系
18、统的意义，理解三冲量控制系统的结构特点。教学重点重点串级控制系统的特点及应用。主、副控制器控制规律的选择。主、副控制器正反作用的选择。控制器参数整定与系统投运。教学难点难点根据实际情况控制规律的选择。控制器正反作用的选择。控制器参数整定方法与系统投运。第十四章 高级控制系统教学内容第一节 自适应控制系统一、参考模型自适应控制系统二、具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统第 10 页 共 15 页第二节 预测控制系统第三节 智能控制系统第四节 神经元网络控制第五节 模糊控制系统第六节 最优控制系统第七节 控制管理一体化习题与思考题教学要求了解自适应控制系统的特点、用途及主要类型；了解预测控
19、制系统、智能控制系统与专家系统、模糊控制系统额基本概念；对神经元网络控制、故障检测与故障诊断的基本概念有所了解。教学重点重点新型控制系统的类型及用途，以及未来新型控制系统的发展趋势。教学难点难点各类新型控制系统的控制原理。第十五章 计算机控制系统教学内容第一节 计算机控制简述一、计算机控制系统的特点二、计算机控制系统的组成三、计算机控制系统的类型四、计算机控制系统的发展第二节 集散控制系统概述一、集散控制系统的基本构成二、集散控制系统的特点第三节 CENTUM-CS 集散控制系统一、CENTUM-CS 系统的构成二、ICS 的组成及功能三、CRT 显示画面的显示格式四、CENTUM-CS 系统
20、中的字母代号五、基本操作方法六、显示画面及操作第四节 现场总线控制系统一、现场总线系统的产生和特征二、现场总线国际标准化三、主要的现场总线系统简介例题分析习题与思考题教学要求掌握直接数字控制（DDC）的 PID 算法。了解 DDC 系统的基本组成与作用。掌握全开放集散控制系统（DCS）的特点及基本组成。了解 DCS 现场控制站及操作站的硬件与软件。了解全开放式控制软件 ONSPEC 的特点及用途。了解现场总线的特点及基本设备。教学重点第 11 页 共 15 页重点计算机控制系统的组成，全开放集散控制系统（DCS）的特点及基本组成。以及直接数字控制（DDC）的 PID 算法。教学难点难点 CEN
21、TUM-CS 集散控制系统的基本操作方法。第十六章 可编程控制器教学内容第一节 可编程控制器概述一、可编程控制器(PLC)的发展过程二、可编程控制器的功能与特点第二节 可编程控制器的基本构成及工作原理一、可编程控制器的基本组成二、可编程控制器的软件系统三、可编程控制器的分类第三节 OMRON C 系列 PLC一、简介二、OMRON PLC 指令第四节 应用示例一、水箱液位控制二、变量越限报警控制三、自动包装机控制习题与思考题教学要求了解可编程控制器的功能与特点。理解 OMRON PLC 指令系统。掌握利用 PLC 实现对水箱液位控制、变量越限报警控制的操作方法。教学重点重点可编程控制器的软件系
22、统。水箱液位控制、变量越限报警控制、自动包装机控制的编程操作。教学难点难点 OMRON PLC 指令系统。利用 PLC 实现对水箱液位控制、变量越限报警控制的操作方法。第十七章 典型化工单元的控制方案教学内容第一节 流体输送设备的自动控制一、离心泵的自动控制方案二、往复泵的自动控制方案三、压气机的自动控制方案第二节 传热设备的自动控制一、两侧均无相变化的换热器控制方案二、载热体进行冷凝的加热器自动控制三、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制第三节 精馏塔的自动控制一、精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求第 12 页 共 15 页二、精馏塔的控制方案第四节 化学反应器的自动控制一、化学反应器的控制要求二
23、、釜式反应器的温度自动控制三、固定床反应器的自动控制四、流化床反应器的自动控制例题分析习题与思考题教学要求掌握离心泵和往复泵控制方案的特点。了解离心式压缩机防喘振控制的一般方法。理解传热设备控制的一般方法。理解精馏塔提馏段温控与精馏段温控的特点和方法。了解釜式、固定床、流化床反应器控制的一般方法。教学重点重点离心泵和往复泵的控制方案。教学难点难点典型化工单元的控制方案。四、教学课时分配课 时 分 配 表教 学 内 容 总 学 时 理论 实 验 备 注绪论 2 2第一章 检测仪表基本知识 2 2第二章 压力检测第一节 压力单位及测压仪表第二节 弹性式压力计 2第三节 电气式压力计第四节 智能式变
24、送器第五节 压力计的选用及安装6 4第三章 流量检测第一节 差压式流量计第二节 转子流量计第三节 漩涡流量计第四节 质量流量计第五节 其他流量计4 4第四章 物位检测第一节 物位检测的意义及主要类型第二节 差压式液位计第三节 其他物位计4 4第五章 温度检测第一节 概述第二节 热电偶温度计 2第三节 热电阻温度计第四节 温度边送器6 4第 13 页 共 15 页第六章 显示仪表第一节 模拟式显示仪表 2第二节 数字式显示仪表第三节 新型显示仪表4 2第七章 自动控制系统第一节 自动控制系统的组成第二节 自动控制系统的方框图第三节 过渡过程和品质指标4 4第八章 对象特性和建模第一节 数学模型及
25、描述方法第二节 机理建模第三节 描述对象特性的参数 2第四节 实测建模4 2第九章 基本控制规律第一节 位式控制第二节 比例控制第三节 积分控制第四节 微分控制4 4第十章 自动控制仪表第一节 控制仪表的作用与分类第二节 模拟式控制仪表 2第三节 数字式控制仪表6 4第十一章 执行器第一节 气动执行器第二节 阀们定位器与电气转换器第三节 电动执行器2 2第十二章 简单控制系统 2第一节 概述第二节 被控变量的选择第三节 操纵变量的选择第四节 控制器控制规律选择及参数整定第五节 控制系统投运及操作中常见问题4 2第十三章 复杂控制系统第一节 串级控制系统第二节 其他复杂控制系统2 2第十四章 高
26、级控制系统第一节 自适应控制系统第二节 预测控制系统第三节 智能控制系统第四节 神经元网络控制第五节 模糊控制系统第六节 最优控制系统第七节 控制管理一体化2 2第十五章 计算机控制系统第一节 计算机控制简述第二节 集散控制系统概述2 2第 14 页 共 15 页第三节 CENTUMCS 集散控制系统第四节 现场总线控制系统第十六章 可编程控制器第一节 可编程控制器概述第二节 可编程控制器基本构成工作原理第三节 OMRON C 系列 PLC第四节 应用示例2 2第十七章 典型化工单元的控制方案第一节 流体输送设备的自动控制第二节 传热设备的自动控制第三节 精馏塔的自动控制第四节 化学反应器的自
27、动控制4 4合计 64 52 12五、 实验内容及实验要求序号 实验项目名称 实验目的要求 学时实验要求实验类型每组人数1 弹簧管压力表精度校验1.熟悉弹簧管压力表的结构和工作原理；2.掌握校验弹簧管压力表的方法；3.了解确定仪表精度级别。2 必做 基础 46人2 热电偶测温及校验1. 了解热电偶的结构及测温工作原理; 2. 掌握热电偶校验的基本方法; 3. 定期检验热电偶误差如何,是否及格。2 必做 基础 46人3 电子自动平衡记录仪的调校1. 了解自动平衡记录仪的各组件及工作原理； 2. 掌握调校自动平衡记录仪的基本方法； 3. 掌握自动平衡记录仪的使用方法。 2 必做 基础 46人4 D
28、DZ-控制器的认识和使用1、了解基型控制器的外形和基本结构；2、进一步熟悉 DDZ-型控制器的使用操作方法。3、了解 DDZ-型控制器的性能。2 必做 基础 46人5 工艺对象特性的测试1、掌握对象特性的测试方法2、掌握用阶跃干扰法测试对象特性的数据处理方法2 必做 综合 612人6 简单控制系统实验 1、熟悉简单控制系统的组成2、掌握简单控制系统的参数整定和投运方法3、了解调节器参数变化对控制质量的影4、观察干扰进人位置对过渡过程的影响2 必做 综合 612人第 15 页 共 15 页六、教法、学法建议及必备的教学设施要求本课程以课堂教授为主，并安排一定量的习题。对于实践较强的章节，配以相应的实验课程。理论与实际相结合，帮助学生掌握所学内容。课堂教学采用常规教学手段与多媒体辅助教学手段相结合的模式。七、主要教学参考书目和资料化工仪表及自动化 厉玉鸣编 化学工业出版社化工测量及仪表 范玉久编 化学工业出版社工业过程检测技术 王魁汉编 中国仪器仪表学会过程控制装置 曹润生 浙江大学出版社过程检测技术及仪表 杜维等编著 化学工业出版社控制仪表及装置 吴勤勤主编 化学工业出版社
