《化工过程控制》课程教学大纲（本科）

1、化工过程控制（Chemical Process Control）课程代码：13410076学 分：2.5学 时：4（）（其中：课堂教学学时：40实验学时：（）上机学时：（）课程实践 学时:0 ）先修课程：高等数学、普通物理、化工原理、电工学适用专业：化学工程与工艺教 材：化工仪表及自动化，厉玉鸣主编，化学工业出版社，2011年第五版。一、课程性质与课程目标（一）课程性质化工过程控制是一门综合性的技术课程。它应用自动控制、仪器仪表及计算机学科的理论 与技术服务于化学工程学科。主要内容包括化工自动化的基本概念、自动控制对象特性、传感器、 自动控制器、执行器等。本课程的主要任务：着重要求学生掌握化工

2、操作时主要控制参数的自动检测及记录仪表的基本 原理和使用技能，同时初步掌握化工生产自动化控制技术的基本原理，具备相应的自动控制的知识, 以利于管理与开发现代化工生产过程。（二）课程目标通过本课程的理论教学，使学生能够掌握以下知识及能力：课程目标1：能够掌握化工生产参数自动检测及记录仪表的种类、结构、工作原理等；课程目标2：能够具备正确选用、安装、使用及维护自动检测及记录仪表的技能；课程目标3： 了解化工生产自动化的基本知识，具备相应的自动控制的理论知识，理解自动控 制系统的组成、基本原理及各环节的作用。课程目标4：能够在工艺设计或技术改造中，综合考虑工艺和控制两个方面，与自控设计人员 共同讨论

3、确定合理的自控方案，并为自控人员提供正确的工艺条件和数据。课程目标5：能够初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定，对自控系统运行过程中 出现的一些问题和现象，提出正确的解决方法。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点3-2、3-4、4-2。.毕业要求3-2：能针对特定需求，对设备、单元（部件）进行设计并优化。.毕业要求3-4：能在平安、法律、环境等现实约束条件下，进行化工设计时考虑社会、健康、 文化等制约因素。.毕业要求4-2：能选择研究路线，独立设计实验方案，正确操作实验装置，平安开展化学工程相关研究。程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2课

4、程目标3课程目标4课程目标5毕业要求3-21 VV毕业要求3-47q毕业要求4-24注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“，也可标注“H、M、L”。二、课程内容与教学要求绪论（一）课程内容.实现化工生产自动化的目的；.化工生产过程自动化的开展过程；.本课程教学的重点内容及基本要求。（-）教学要求. 了解化工生产过程自动化的意义及开展过程；.掌握学习本课程的目的及重点。第1章自动控制系统基本概念（一）课程内容.化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开停车 系统、自动控制系统。.自动控制系统的组成：人工控制与自动控制、自动化装置的三个组成局部：测最与

5、变送器、 自动控制器、执行器。.工艺管道及工艺流程图：工艺流程图、控制流程图及相关设计规定。.自动控制系统方块图：自动控制系统方块图的画法、自动控制系统方块图与工艺流程方块图 的区别、负反响。.自动控制系统的分类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。.自动控制系统的过渡过程及品质指标：控制系统的静态与动态、控制系统的过渡过程及其 基本形式、控制系统的品质指标及其主要影响因素。（二）教学要求.掌握定值自动系统的组成及方块图、负反响的概念（难点），过渡过程及其品质指标（重:点）;.掌握控制流程图的相关设计规定；.了解其它控制系统的有关概念。（三）重点与难点控制流程图的相关设计规定。第2章过程

6、特性及其数学模型（-）课程内容.化工对象的特点及其描述方法：对象的输入（控制、干扰作用）及输出、非参量模型、参 量模型。.对象数学模型的建立：建模目的、机理建模（一阶对象、二阶对象）、实验建模（阶跃法、 脉冲法）.描述对象特性的参数：放大系数K、时间常数T、滞后时间T （传递滞后、容量滞后）。（二）教学要求.掌握化工对象的概念及描述对象的特性参数；.掌握一阶对象数学模型的建立方法；. 了解其它对象数学模型的建立方法。（三）重点与难点一阶对象数学模型的建立方法。第3章检测仪表与传感器（-）课程内容.检测仪表概述：测量过程及测量误差、检测仪表的性能指标、工业仪表的分类。.压力检测及仪表：压力单位及

7、表示方式、弹性式压力计、电气式压力计（霍尔片式、应变片式、压阻式、电容式）、智能型压力变送器、压力计的选用及安装。.o流量检测及仪表：流量的表示方式及单位、差压式流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、 旋涡流量计、电磁流量计、流量测量仪表的选型。.物位检测及仪表：物位检测仪表类型、差压式液位变送器、电容式物位传感器、核辐射物位 计、物位检测仪表选型。.温度检测及仪表：温度检测方法、热电偶温度计、热电阻温度计、电动温度变送器、一体化 温度变送器、温度仪表的选用及安装。.现代检测技术与传感器开展：软测量技术的开展、现代传感器技术的开展。.显示仪表：数字式显示仪表、无笔无纸记录仪、虚拟显示仪表。（二）

8、教学要求.理解检测仪表的性能指标：.掌握压力、流量、物位、温度等化工四大参数传感器的种类、结构、工作原理、选用、安装 及日常维护。（重点）. 了解显示仪表的工作原理（三）重点与难点压力、流量、物位、温度等化工四大参数传感器的种类、结构、工作原理、选用、安装及日常 维护。第4章自动控制仪表（-）课程内容.概述：基地式控制仪表、单元组合式仪表中的控制单元、以微处理器为基元的控制装置。.基本控制规律及其对系统过渡过程的影响：位式控制、比例控制、积分控制、微分控制。.模拟式控制器：基本构成原理及部件、DDZIII型电动控制器。.数字式控制器：数字式控制器的主要特点、基本构成、KMM可编程调节器。.可编

9、程控制器（PLC）： PLC概述、PLC基本组成、PLC编程语言。（二）教学要求.掌握基本控制规律的数学描述以及它们对过渡过程的影响、调节特点；.了解自动控制仪表的结构及工作原理。（三）重点与难点自动控制仪表的结构及工作原理。第5章执行器（-）课程内容.气动执行器：结构和分类、控制阀的流量特性（宜线流量特性、等百分比流量特性、抛物线 流量特性）、控制阀的选择、气动执行器的安装及维护。.电动执行器：结构及工作原理。.数字阀与智能控制阀简介。（二）教学要求.掌握气动执行器的流量特性及对调节过程的影响；.掌握气动执行器的结构和分类、选择、安装及使用；.了解电动执行器的结构和原理。（三）重点与难点气动

10、执行器的流量特性及对调节过程的影响。第6章简单控制系统（-）课程内容.简单控制系统的结构与组成。.简单控制系统的设计：被控变量的选择、操纵变量的选择、测量元件特性的影响、控制器控 制规律的选择、简单控制系统设计实例。.控制器参数的工程整定：临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法。（二）教学要求.理解简单控制系统的基本概念；.根据工艺要求及对象特性，合理确定系统各组成的一般思路及方法。.掌握控制器参数的工程整定方法。（三）重点与难点控制器参数的工程整定方法。第7章复杂控制系统（一）课程内容.串级控制系统：工作过程、特点、副回路确定、控制规律及正、反作用选择：.均匀控制系统简介；.比值控制系统简介。

11、（二）教学要求.掌握串级控制系统的特点及适用场合;.掌握串级控制主副控制器的控制规律及作用方向的选择；. 了解均匀控制系统及比值控制系统的特点。（三）重点与难点串级控制主副控制器的控制规律及作用方向的选择。第10章：典型化工单元的控制方案（一）课程内容.流体输送设备的控制方案：离心泵的控制方案、往复泵的控制方案；.传热设备的自动控制：两侧均无相变化的换热器控制方案、载热体进行冷凝的加热器自动控 制、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制；.精储塔的自动控制；工艺要求、干扰因素、控制方案；.化学反响器的自动控制：釜式反响器的温度控制、固定床反响器的自动控制、流化床反响器 的自动控制；（二）教学要求.要求

12、根据生产过程特点及工艺要求，结合化工仪表及自动化的基础知识，制定出合理的化工 过程操作单元控制方案；.能够确定控制器的作用方向（正作用/反作用）。（三）重点与难点单元操作控制方案确实定，控制器的作用方向确实定。三、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教学实验上机课程实践小计绪论10001讲授、讨论3、4第一章50005讲授、讨论、 演示1、 2、 3、 4第二章40004讲授、讨论3、4、5第三章1100011讲授、讨论、演示、研究1、2、3第四章50005讲授、讨论3、4、5第五章40004讲授、讨论、 演示3、4弟八早40004讲授、讨论、演示、研究1、 2、 3、 4、 5第七章20002讲授、讨论3、4、5第十章40004讲授、讨论、 演示、研究1、 2、 3、 4、 5合计4000040四、课程考核考核形式考核要求考核权重备注课堂表现出勤、学习态度、讨论0.15不定时点名、课堂经常组织讨论平时作业完成数量、正确率0.15每章布置作业，题量4-8题期末考试卷面成绩（闭卷）0.70五、参考书目及学习资料.化