刘--化工仪表及自动化课程整体教学设计及项目单元设计

1、化工仪表及自动化(课程名称)整体教学设计（20132014学年第2学期）（第2学年第1学期）课程名称： 化工仪表及自动化 所属系部： 电气与自动化技术系 制定人： 刘伟杰 合作人： 制定时间： 2014年3月 山东化工技师学院课程整体教学设计一、课程基本信息课程名称：化工仪表及自动化课程代码：0900080学分：6学分学时：96授课时间：第3学期授课对象：化工工艺专业学生课程类型：化工工艺专业必修课先修课程:化工原理、化工设备、化工制图后续课程:毕业实训现状设想课程名称：化工仪表及自动化 课程名称：化工生产自动控制 课程学时：理论72+实训40 课程学时：96学时 教学模式：理论+实训教学 教

2、学模式：项目化教学 教学方式：以知识为主 教学方式：以能力为主 主体地位：教师讲授为主 主体地位：学生主体，教师主导 考核方式：平时成绩+试卷成绩 考核方式：过程考核，产品考核 二、课程定位1、 课程面向的岗位化工生产操作工、主控操作、生产管理（车间主任、工段主管）图1 应用化工技术专业岗位及晋升2、 本课程在课程体系中的位置，包括时间上的和内容上为专业必修课程，第四学期进行，主要包括化工仪表和自动控制两个方面的内容。3、 与相关的同类课程的比较，如中职、培训班、本科等图2 本课程与其他同类课程比较三、课程目标设计总体目标：在生产操作工岗位工作任务的引领下，通过完成典型化工单元自动控制工作项目

3、，使学生掌握化工生产控制的常见方法、基本原理和操作技能，能够运用化工仪表及控制系统，组织优化化工生产。能力目标：通过完成氯碱生产中典型的换热控制、液位控制等自动控制项目，根据企业生产操作规程和工艺控制流程图，完成仪表的使用、维护和故障判断，利用控制仪表及系统进行装置开、停车和组织生产。单项能力目标：1、常见温度、压力、液位和流量等常见仪表种类的识别；2、能根据仪表技术说明书的要求正确使用常用检测仪表，能对变送器实施正确地调零、零点迁移、量程扩展操作；能根据工艺和控制要求，合理设置智能PID控制器的相关参数；3、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；

4、4、简单控制系统、串级控制系统、均匀控制系统、比值控制系统的判断以及控制的特点 （如精度、滞后、稳定性等）区分；5、能够画出简单控制系统，识别出执行器、控制器及检测变送器，能将被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器和执行器与实物进行联系区分；6、酒精蒸馏DCS控制系统的开停车； 7、能根据仪表技术说明书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析判断； 8、气动执行器和电动执行器使用；9、利用控制仪表及系统进行装置开、停车及运行； 10、能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，选择简单控制系统并加以实施。知识目标： 1、了解温度测量原理和分类

5、；2、掌握热电偶和热电阻温度计的选用计算；3、掌握热电偶和热电阻温度计安装方法；4、了解压力测量原理和分类；5、掌握压力测量仪表的选用计算；6、掌握弹簧管压力仪表安装方法；7、了解流量测量原理和分类；8、掌握孔板流量计的选用计算；9、掌握孔板流量计安装方法；10、了解孔板流量计误差来源及排出方法；11、了解物位测量原理和分类；12、掌握差压式液位计的选用计算；13、掌握差压式液位计安装方法；14、掌握热电偶温度计、热电阻温度计、弹簧管压力计、孔板流量计和差压式液位计使用方法；15、理解变送器实施调零方法、零点迁移原理、量程扩展操作方法；16、掌握开关、比例、积分、微分四种控制规律的特点，了解其

6、基本原理； 17、理解电偶温度计、弹簧管压力计、孔板流量计和差压式液位计的常见故障和线路故障；18、掌握常用带控制点的工艺流程图中仪表符号、图形符号和仪表位号表示方法和绘制方法；19、理解简单控制系统的基本原理，知道被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器、执行器的概念；20、了解复杂控制系统的优缺点及应用场合；21、了解控制器和执行器原理、结构，掌握选用方法；22、掌握换热单元、精馏单元、反应单元和流体输送单元的控制方案；23、掌握酒精蒸馏工序的开、停车及运行的技能。素质目标：（职业道德、职业素质、职业规范在本课中的具体表现）1、在组装控制系统和酒

7、精精馏操作中中，严格执行防电和防火的国家标准，在项目考核中采用安全一票否决安全2、在实验操作中，应该节约用水、用电，方案设计中能够体现对能源的充分利用，不浪费节能3、在控制方案选择中，应该体现无污染，或者方案可靠，在调试和操作中做到精心，不泄露环保四、课程内容设计：（包括顶岗实习、项目实施等，项目小于内容）序号模块（或子模块）名称学生掌握覆盖面学时1盐水-水换热器的温度控制100%162水槽液位定值控制80%163马弗炉的恒温改造60%164锅炉压力定值控制系统与调试60%165酒精精馏单元生产控制（综合）40%32合 计9620五、能力训练项目设计编号能力训练项目名称子项目编号、名称能力目标

8、知识目标训练方式、手段及步骤可展示的结果和验收的标准1盐水-水换热器的温度控制1.1常见测温仪表的识别、安装、使用与维护1、测温仪表仪表的识别；2、测温仪表的安装；3、测温仪表正确使用与维护。1、了解常见测温仪表测温原理及结构；2、理解常见测温仪表测温选用和安装方法；3、掌握常见测温仪表识别方法；4、掌握常见测温仪表的使用方法。1、给学生发放常见的测温仪表，根据外观、利用万用表等进行仪表的识别；2、对仪表进行拆装、分解，查看测温仪表的结构；3、给定条件下仪表的安装、使用和维护方法和步骤识别的准确率安装、使用与维护1.2 盐水-水换热器的温度控制系统的操作使用1、给定温度控制系统的判断；2温度控

9、制器的辨别及使用；3、执行器的辨别及使用；4、实验型反应器的温度控制系统调试、运行及优化；1、了解控制器、执行器的原理及结构；2、理解简单控制系统的控制原理及组成；3、掌握被控变量、操作变量、设定值、测量值、执行器、控制器；4、掌握温度控制系统的调试和运行方法。提供基本仪器及仪表，学生根据设计方案和已经组装好控制系统调试和运行使用。根据温度控制系统调试和运行结果考核。2水槽液位定值控制2.1常见物位、流量仪表的识别、安装、使用与维护1、液位仪表选型计算；2、液位仪表安装；3、液位仪表正确使用与维护。1、了解常见液位仪表工作原理及结构；2、理解常差压式液位计选用和安装方法；3、掌握差压式液位计的

10、使用方法。给条件下学生进行仪表计算、安装、使用。计算、安装、使用与维护2.2 水槽液位控制系统的设计及应用1、简单控制系统的选用；2、控制器的选择与使用；3、执行器的选择与使用；4、水槽液位控制系统的组装；5、实验型反应器的温度控制系统调试、运行及优化。1、了解控制阀的原理及结构；2、掌握差压式液位计的选用计算；3、掌握差压式液位计安装方法；4、理解简单控制系统的控制原理及组成；5、掌握液位控制系统的组装、调试和运行方法。提供基本仪器及仪表，学生根据设计方案进行组装、调试。根据控制方案、组装液位控制系统进行验收。3马弗炉的恒温改造3.1马弗炉温度控制分析1、被控对象特性分析及应用；2、热电偶温

11、度计的选择和安装；3、开关控制规律的优缺点。1、了解热电偶温度计测温原理及结构；2、理解热电偶温度计选用和安装方法；3、掌握控制系统分析方法；4、理解开关控制规律的特点。提供马弗炉，并进行控温性能测试，学生根据结果进行分析，提出解决方案并执行。控制系统的分析控制规律的分析热电偶的选择和安装3.2 马弗炉温度控制系统改造1、温度控制系统选择；2温度控制器的辨别及使用；3、可控硅执行器的辨别及使用；4、马弗炉的温度控制系统调试、运行及优化；1、了解温度控制器、可控硅执行器的原理及结构；2、理解简单控制系统的控制原理及组成；3、掌握被控变量、操作变量、设定值、测量值、执行器、控制器的；4、掌握温度控

12、制系统的调试和运行方法。提供基本仪器及仪表，学生根据设计方案和已经组装好控制系统调试和运行使用。根据温度控制系统调试和运行结果考核。4离心泵流量定值控制系统与调试4.1离心泵控制方案选择1、能根据三种流量控制系统中选择1-2种进行方案选择；2、选择方案的实用性分析；3、能够画出简单控制系统，识别组成；1、掌握离心泵三种流量控制方案及特点；2、掌握简单控制系统表示方法3、理解和分辨被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器、执行器； 对控制方案进行分析对比，分组讨论，画图以及回答问题讨论、画图、回答问题的情况4.2孔板流量计、PID控制器、电动调节阀使用

13、1、能对变送器实施正确地调零、零点迁移、量程扩展操作；2、能根据工艺和控制要求，合理设置智能PID控制器的相关参数；3、电动执行器的使用；4、PID控制器使用及整定；1、了解控PID制器原理、结构，掌握选用方法；2、了解电动执行器原理、结构；3、了解孔板流量计的误差来源、使用方法。4、了解PID控制器使用及整定；提供仪表-仪表的设置-使用-参数整定操作、对比、竞赛操作步骤、使用、调试是否正确4.3 离心泵流量定值控制系统调试与投运1、定值控制系统调试与投运；2、带控制点的工艺流程图中仪表符号、图形符号和仪表位号绘制和识别；3、控制系统的开停车；1、掌握定值控制系统调试与投运方法；2、理解常用带

14、控制点的工艺流程图中仪表符号、图形符号和仪表位号表示方法和绘制方法；3、掌握控制系统的开停车方法；提供基本仪器及仪表，学生根据设计方案和已经组装好控制系统调试和运行使用。操作步骤、使用、调试是否正确5酒精精馏单元生产控制（综合）5.1 酒精精馏塔塔底液位控制1、液位仪表选型、计算、安装、使用与维护。2、精馏塔控制系统的分析；3、塔底液位控制系统调试、运行及优化。1、深入掌握液位仪表选型、计算、安装、使用与维护。2、精馏塔控制系统干扰因素及克服；3、掌握塔底液位控制系统调试、运行及优化。计算-选型-安装-使用-维护分组进行过程考核+结果考核5.2酒精精馏塔塔顶压力控制1、液位仪表选型、计算、安装

15、、使用与维护。2、精馏塔控制系统的分析；3、塔顶压力控制系统调试、运行及优化。1、深入掌握液位仪表选型、计算、安装、使用与维护。2、精馏塔控制系统干扰因素及克服；3、掌握塔底液位控制系统调试、运行及优化。酒精精馏塔塔顶压力控制系统，进行系统分析，完成塔顶压力控制系统调试、运行及优化。酒精精馏塔塔顶压力控制系统的运行情况5.3酒精精馏塔进料流量控制1、流量仪表选型、计算、安装、使用与维护。2、精馏流量塔控制系统的分析；3、流量控制系统调试、运行及优化。1、深入掌握流量仪表安装、使用与维护。2、了解精馏塔流量控制系统干扰因素及克服；3、了解流量控制系统调试、运行及优化。酒精精馏进料流量控制系统，进

16、行系统分析，完成进料流量控制系统调试、运行及优化。酒精精馏进料流量控制系统的运行情况5.4酒精精馏塔整体控制1、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；2、酒精精馏塔整体控制系统调试；3、酒精精馏塔的开停车；4、酒精精馏塔控制系统的故障分析。1、掌握工艺管道及控制流程图绘制；2、了解酒精精馏塔整体控制系统调试；3、掌握酒精精馏塔的开停车；理解、酒精精馏塔控制系统的故障分析。工艺管道及控制流程图绘制；酒精精馏塔整体控制系统调试、开停车；绘制的正确性精馏塔调试与开停车 六、项目情境设计周次12情境回收流程的第一个设备为盐水温度换热器，温度人工测量，希望设

17、置测温仪表，李天富将任务交给刘大力，怎么办？ 项目项目1 盐水-水换热器的温度控制子项目常见测温仪表的识别、安装、使用与维护 盐水-水换热器的温度控制系统的操作使用 子情境情境1.1 情境1.2 情境1.3 情境2.1 情境2.2 情境2.3 情境2.4 情境2.5 情境2.6 李天富要求刘大力到库房看看有多少温度仪表，以便于统一管理，如何进行统计分类？ （正常） 盐水-水换热器的温度范围在20-200，李天富要求刘大力选择一个温度测量仪表，如何进行计算选择？ （测量范围、类型选择） （正常）将测温仪表按装好后，显示仪表没有读数，该如何处理？ 如果读数不正确，如何调试 （出错）人工调节温度精度

18、不高，产品质量不合格，李天富设计一个温度控制方案，要求刘大力按照方案进行执行，该如何执行？ （正常）为了安全，只能以压缩空气作为仪表能源，如何选择执行器？ （正常）采用温度开关能够控制反应器温度，但是温度波动仍然较大，如何处理？ （意外） 李天富提出一个高精度温度控制器可以提高控制精度，请确定采购的参数型号？ （正常）高精度温度控制器买回来后，和原来的执行器不匹配，无法使用，该怎么办？ （意外）温度控制系统组装好后，数据测量有偏差，如何进行改进 （正常） 任务任务1.1 任务1.2 任务1.3 任务2.1 任务2.2 任务2.3 任务2.4 任务2.5 任务2.6 仪表识别 统计 仪表的选型热

19、电阻的安装及使用 自动控制系统分析 执行器选择制规律选择控制器选择控制系统组装控制系统调试与运行周次34情境水槽液位属于人工控制，曾经出现过液位过低而影响到设备的安全，要求能够自动检测控制液位。 项目项目1水槽液位定值控制 子项目常见物位、流量仪表的识别、安装、使用与维护 水槽液位控制系统的设计及应用 子情境情境1.1 情境1.2 情境1.3 情境2.1 情境2.2 情境2.3 情境2.4 情境2.5 情境2.6 李天富要求刘大力到库房看看有多少物位仪表，以便于统一管理，如何进行统计分类？ （出错） 水槽液位的高度范围在2-5mi，李天富要求刘大力选择一个液位测量仪表，如何进行计算选择？ （测

20、量范围、类型选择） （正常）将测温仪表按装好后，需要将差压式液位计使用及维护写入操作规程，怎么写？ （正常） 人工调节容易造成安全事故，李天富要求刘大力参照盐水-水换热器的温度控制，选择设计控制方案 （正常）水槽的进出最大流量为每小时20方，并且为酸性，如何选择执行器？ （正常）由于执行器过大，造成液位波动加大，达不到控制要求，如何改进？ （意外） 李天富提出一个高精度液位控制器可以提高控制精度，请确定采购的参数型号？ （正常）为了检验液位控制系统是否可靠，需要进行组装实验，如何组装？ （意外）液位控制系统组装好后，数据测量有偏差，如何进行改进 （正常） 任务任务1.1 任务1.2 任务1.3

21、 任务2.1 任务2.2 任务2.3 任务2.4 任务2.5 任务2.6 差压式液位计识别选型 差压式液位计安装 差压式液位计使用及维护。 自动控制系统选择； 气动执行器选择 控制规律选择 控制器选择控制系统组装控制系统调试与运行周次1 2 3 4 情境刘大力参加乙醇回收装置的改造工作。项目完成后需要达到“提高产品的质量、改善生产环境、减少劳动强度，降低消耗”。 项目项目1 换热器的温度控制 子项目常见测温仪表的识别、安装、使用与维护实验型反应器的温度控制系统的设计及应用 子情境情境1.1 情境1.2 情境1.3 情境2.1 情境2.2 情境2.3 情境2.4 情境2.5 情境2.6 班组里面

22、有几只现成的测温仪表，但是上面的型号参数都不清楚，如何判断测温仪表的类型？ （正常）有几种精度等级的测温仪表，如何进行计算选择？ （测量范围、类型选择） （正常）将测温仪表按装好后，显示仪表没有读数，该如何处理？ 如果读数不正确，如何调试 （出错）人工调节温度精度不高，产品质量不合格，车间主任要求提高控制精度，该怎么办？ （正常）由于实验室中没有蒸汽，只能以点作为能源，如何选择执行器？ （正常）采用温度开关能够控制反应器温度，但是温度波动仍然较大，如何处理？ （意外） 老师提出一个高精度温度控制器可以提高控制精度，如何选择、购买？ （正常）高精度温度控制器买回来后，和原来的执行器不匹配，无法使

23、用，该怎么办？ （意外）温度控制系统组装好后，数据测量有偏差，如何进行改进 （正常） 任务任务1.1 任务1.2 任务1.3 任务2.1 任务2.2 任务2.3 任务2.4 任务2.5 任务2.6 仪表识别 仪表的选型温度检测自动控制系统执行器选择制规律选择控制器选择控制系统组装控制系统调试与运行七、课程进程表周段123456789101112项目盐水-水换热器的温度控制水槽液位定值控制马弗炉的恒温改造离心泵流量定值控制系统与调试酒精精馏单元生产控制（综合）子项目1.1常见测温仪表的识别、安装、使用与维护1.2 盐水-水换热器的温度控制系统的操作使用2.1常见物位、流量仪表的识别、安装、使用与

24、维护2.2 水槽液位控制系统的设计及应用3.1马弗炉温度控制分析3.2 马弗炉温度控制系统改造4.1离心泵控制方案选择4.2孔板流量计、PID控制器、电动调节阀使用4.3 离心泵流量定值控制系统调试与投运5.1 酒精精馏塔塔底液位控制5.2酒精精馏塔塔顶压力控制5.3酒精精馏塔进料流量控制5.4 酒精精馏塔整体控制任务1.1 热电阻仪表识别；1.2 热电阻的计算选型1.3 热电阻的安装及使用2.1分析自动控制系统；2.2选择执行器；2.3制规律选择；2.4控制器选择；2.5控制系统组装；2.6控制系统调试与运行1.1 差压式液位计安装；1.2差压式液位计的选型；1.3 差压式液位计识别及安装；

25、1.4 差压式液位计使用及维护。2.1自动控制系统选择；2.2电动执行器选择；2.3制规律选择；2.4控制器选择；2.5控制系统组装2.6控制系统调试与运行1.1 被控对象、控制器、执行器的分析；1.2 检测仪表的分析；1.3 被控变量选择等参数的选择烦恼系2.1 被控对象马弗炉分析；2.2 热电偶的选择；2.3 控制器和执行器的选择；2.4 安装、调试及测试。1.1 三种离心泵控制方案的对比；1.2 确定控制方案2.1 孔板流量计安装；2.2 PID控制器的选择；2.3 电动调节阀的使用。3.1 离心泵流量定值控制系统调试和投运1.1酒精精馏塔塔底液位控制系统的分析；1.2 控制系统调试及优

26、化；1.3 控制系统参数设定；1.3 控制系统投运1.1酒精精馏塔塔顶压力控制系统的分析；1.2 控制系统调试及优化；1.3 控制系统参数设定；1.3 控制系统投运1.1酒精精馏塔进料流量控制系统的分析；1.2 控制系统调试及优化；1.3 控制系统参数设定；1.3 控制系统投运1.1酒精精馏塔整体控制系统的分析；1.2 控制系统协调；1.3 控制系统参数设定；1.3 控制系统开停车能力目标1、热电偶温度计识别和计算；2、能根据仪表技术说明书的要求正确使用热电偶；3、热电阻的安装及使用；3、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；4、能根据仪表技术说明

27、书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析判断； 1、差压式液位计识别计算；2、能根据仪表技术说明书的要求正确使用差压式液位计；3、差压式液位计的安装及使用；3、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；4、能根据仪表技术说明书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析判断；1、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；2、能够画出简单控制系统，识别出执行器、控制器及检测变送器，能将被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器和执行器与实物进行联系区分；3、

28、能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，选择简单控制系统并加以实施。1、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；2、简单控制系统、串级控制系统、均匀控制系统、比值控制系统的判断以及控制的特点 （如精度、滞后、稳定性等）区分；3、能够画出简单控制系统，识别出执行器、控制器及检测变送器，能将被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器和执行器与实物进行联系区分；1、能识别工艺管道及控制流程图中的测量点符号、连接线符号、被测变量符号、以及仪表的位号；2、简单控制系统、串级控制系统、均匀控制系统、比值控制系统的判断以

29、及控制的特点 （如精度、滞后、稳定性等）区分；3、酒精蒸馏DCS控制系统的开停车； 4、能根据仪表技术说明书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析判断； 5、利用控制仪表及系统进行装置开、停车及运行； 6、能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，选择简单控制系统并加以实施。知识目标1、了解热电阻温度测量原理和分类；2、掌握热热电阻温度计的选用计算；3、掌握热电偶和热电阻温度计安装方法；4、掌握热热电阻温度计使用方法；5、理解变送器实施调零方法、零点迁移原理、量程扩展操作方法；6、掌握开关、比例、积分、微分四种控制规律的特点，了解其基本原理； 7、掌握常用带控制点的工艺流程图中仪表符

30、号、图形符号和仪表位号表示方法和绘制方法；8、理解简单控制系统的基本原理，知道被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器、执行器的概念；9、了解控制器和执行器原理、结构，掌握选用方法；1、了解流量测量原理和分类；2、了解物位测量原理和分类；3、掌握差压式液位计的选用计算；4、掌握差压式液位计安装方法；5、掌握差压式液位计使用方法；6、理解变送器实施调零方法、零点迁移原理、量程扩展操作方法；7、理解差压式液位计的常见故障和线路故障；8、了解控制器和执行器原理、结构，掌握选用方法；1、了解热电偶温度测量原理和分类；2、掌握热电偶温度计的选用计算；3、掌握热

31、电偶和热电阻温度计安装方法；4、掌握热电偶温度计使用方法；5、理解变送器实施调零方法、零点迁移原理、量程扩展操作方法；6、理解简单控制系统的基本原理，知道被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器、执行器的概念；1、掌握孔板流量计的选用计算；2、掌握孔板流量计安装方法；3、了解孔板流量计误差来源及排出方法；4、掌握热孔板流量计和差压式液位计使用方法；5、理解简单控制系统的基本原理，知道被控变量、操作变量、设定值、负反馈、被控对象、干扰、检测变送、偏差、比较机构、控制器、执行器的概念；6、了解控制器和执行器原理、结构，掌握选用方法；7、掌握流体输送单元的控制方案；1、掌握热电偶温度计、热电阻温度计、弹簧管压力计、孔板流量计和差压式液位计使用方法；2、理解变送器实施调零方法、零点迁移原理、量程扩展操作方法；3、掌握开关、比例、积分、微分四种控制规律的特点，了解其基本原理； 4、理解电偶温度计、弹簧管压力计、孔板流量计和差压式液位计的常见故障和线路故障；5、掌握常用带控制点的工艺流程图中仪表符号、图形符号和仪表位号表示方法