《过程检测与控制技术应用》课程大纲

PAGE10课程大纲1前言1.1课程基本信息本课程总课时数为60学时，学分4。其中理论课程学时数为42学时，实践操作学时数为18学时。适用于3年制（高中后或中职后）高职。1.2课程性质本课程是生产过程自动化专业的一门必修专业课，同时也是本专业的主干专业课。它是研究生产自动化、生产过程的控制方法及所需的自动化仪表的选用的一门学科。1.3设计思路突破传统的学科式教学课程模式，在教授各种控制规律、控制方式的前提下，着重分析控制系统的组成、结构及其参数整定，结合实际的控制工程项目的实施，提高过程控制相关控制技能。2课程目标2.1总目标使学生掌握过程控制的分析方法，生产过程的控制方法及各种自动仪表的选用和使用，为今后从及实际工作打下必要的基础，同时结合本课程的特点，注意培养学生科学的思维方法，以及分析与解决实际问题的能力。使学生掌握成为高素质的劳动者和中高级专门人才必须具备的过程控制基本概念、基本理论、基本技能，使学生掌握常见过程控制系统方案组成、工作原理、工程应用等应用知识和工程能力。在教学与实践过程中注重学生知识的综合应用能力、新技术的应用能力、技术创新意识的培养，以适应职业教育发展的新形势。初步形成解决实际问题的能力、逐步培养学生综合分析、综合应用的能力；使学生的全面素质得到提高，职业道德观得到加强。达到这个目标，在教学过程中应遵循“结合实例，突出工程应用能力，注重典型系统应用，强调实验实训”的原则，2.2具体目标课程目标描述一览表具体目标目标描述知识目标1．熟悉过程控制系统的基本概念、基本理论2．了解检测仪表与传感器的工作原理、使用和工程选用方法3．熟悉自动控制仪表及执行器的工作原理、使用和工程选用方法4．熟悉简单控制系统分析、应用和控制器参数的工程整定5．熟悉复杂控制系统分析、应用和控制器参数的工程整定6．了解过程控制系统的安装、调试与运行的基本知识7．了解各类先进控制技术应用与发展情况能力目标1．初步具备自动控制系统安装、调试、使用和维护的能力。2．能读通并分析典型过程控制系统的原理图；3．能根据理解的原理图画出系统的方框图；4．能根据系统要求调试出系统的性能指标；5．能处理典型系统的一般故障；具有了解过程控制技术应用新动向和进一步学习过程控制技术的能力。素质目标1．培养耐心、严谨细致的工作作风及认真负责的工作态度；2．重视培养学生的自学能力、分析问题能力和创新能力。具有了解过程控制技术应用新动向和进一步学习过程控制技术的能力。3课程内容和要求3.1课程内容和要求具体格式见下表：项目课题分解的具体工作任务对应学时技能要求知识要求一、学习过程检测与控制技术预备知识仪表的基本知识、过程控制的基本概念41．会画流程图2．会分析单回路控制系统的组成3．能理解过程控制的品质指标要求4．能根据测量仪表的性能指标选择仪表1．熟悉过程控制的主要内容2．了解自动控制系统的组成3．熟悉控制流程图的画法及符号意义4．熟悉过程控制的过渡过程与品质指标5．熟悉测量仪表的性能指标。控制规律的基本概念2能根据实际控制对象选择控制规律PID控制规律原理、特点、应用场合二、恒温供水温度控制系统的集成与安装调试控制方案的组成与执行器21．能分析温度单回路控制四个环节的作用2．熟悉晶闸管调功器（或调压器）的原理会系统安装与接线1.熟悉单回路控制四个环节的选择2.了解晶闸管调功器（或调压器）的原理温度传感器的选择41．会描述常用温度传感器的工作原理、特点2．了解热电阻与热电偶的分度号，会熟练选用与使用温度传感器3．能掌握热电阻一般的三线制连接方法及原理4．了解热电偶的中间导体定律和中间温度定律5．能熟练掌握补偿导线的使用1.熟悉热电偶、热电阻及其它压力式和膨胀式测温传感器测温的原理，2.熟悉热电偶、热电阻分度号3.了解热电偶冷端与补偿导线连接4.了解热电阻三线制接法原理5.熟悉温度传感器的选用与使用方法系统安装与调试41．能完成温度控制系统的接线与安装2．能完成智能仪表的接线与参数的设置3．能根据控制要求完成PID参数的工程整定与系统调试4．了解温度控制系统的故障维修与系统的维护1.熟悉控制系统的连接安装2.熟悉PID参数的工程整定方法3.掌握智能调节仪表（或DCS、或FCS）的使用三、流量控制系统的集成与安装调试控制方案的组成，执行器—调节阀门的选择与使用21．了解单回路流量控制系统的一般组成、阀门的种类2．能理解控制阀门的理想流量特性和工作流量特性3．能根据控制要求选择执行器、调节阀4．能进行调节阀的安装与维护1.了解执行器的结构、分类2.熟悉控制阀的流量特性—理想流量特性和工作流量特性3.熟悉控制阀的选择、安装与维护流量传感器的选择41．能理解常用流量传感器的工作原理2．能完成常用流量传感器的安装与接线3．能根据使用场合和控制要求选择流量传感器4．了解流量传感器的使用与维护1.熟悉差压式流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、电磁流量计、旋涡流量计、堰式流量计、质量流量计的原理2.熟悉各种流量计的选用与使用系统的安装与调试21．会单回路流量控制系统的安装与接线2．能完成智能控制器参数的设置3．能完成流量控制系统控制参数的工程整定与系统的调试4．了解流量控制系统的故障维修与系统的维护熟悉系统的安装，工程整定方法与调试四、恒压供水压力控制系统的集成与安装调试控制方案的组成，执行器—变频器的选择与使用21．能理解流量单回路控制的组成及各环节的作用2．能理解恒压控制中变频器的作用与原理3．能使用变频器、进行参数设置1.了解控制系统的组成2.了解变频器原理与应用（复习）压力传感器的选择21．能理解各种压力传感器的测量原理与特点2．会根据使用场合和控制要求选择各种压力传感器1.熟悉压力单位与测压仪表，弹性式压力计、压阻式压力传感器、扩散硅式压力传感器、应变片式压力传感器、电容式压力传感器原理，2.熟悉各种压力传感器的选用与使用系统的安装与调试41．会单回路压力控制系统的安装与接线2．能完成压力传感器的选用、使用和安装3．会压力控制系统的工程整定与现场调试4．熟悉压力控制系统的故障维修与系统的维护1.了解压力计的选用与安装2.掌握压力控制的工程整定五、储水罐液位控制系统的集成与安装调试控制方案的组成与执行器的选用21．会理解单回路液位控制系统的组成及各个环节的作用2．能根据使用场合和控制要求选择调节阀门1.了解控制方案的组成2.熟悉调节阀门的选用物位测量传感器的选择与使用21．能理解各种常用的物位传感器的原理与特点2．能根据使用场合和控制要求选用物位传感器3．能理解和完成压式物位传感器的零点调整1.熟悉差压式液位变送器与零点迁移，电容式物位传感器，音叉料位计,核辐射料位计等原理2.熟悉它们的选用与使用系统的安装与调试41．掌握水位控制系统的接线和传感器的安装2．掌握液位控制系统的工程整定与总系统调试3．熟悉液位控制系统的故障维修与系统的维护1.熟悉系统的接线安装2.熟悉工程整定方法六、反应釜温度串级控制系统的集成与调试控制方案与控制系统组成、特点21．了解串级控制系统的结构、特点、适用场合2．能理解串级控制的工作原理、工作过程1.了解串级控制系统的结构2.熟悉工作原理、工作过程、特点与适用场合串级控制系统副回路、副变量的选择21．能确定串级控制系统的副回路2．能确定串级控制系统的副变量1.熟悉串级控制系统副回路确定原则2.熟悉副变量的选择原则主副控制器控制规律及正反作用的选择21．能确定主、副控制器控制规律2．能确定主副控制器的正反作用1.熟悉主副控制器控制规律2.熟悉正反作用选择的原则系统的安装与调试41．会串级控制系统的安装、接线2．能完成串级控制系统主副控制器控制参数的工程整定、系统的整体调试3．熟悉串级控制系统的故障维修与系统的维护1.熟悉主副控制器控制参数的工程整定2.了解一步整定法、两步整定法七、间歇式生产化学反应过程的温度分程控制系统集成与调试控制方案与执行器11．能理解分程控制系统的组成、特点2．能选择分程控制系统中的执行器1.了解控制方案的组成2.了解分程控制的特点与执行器的选用分程控制应用场合11．能根据应用场合和控制要求构建分程控制系统了解分程控制应用于扩大控制阀的可调范围、用于控制两种不同的介质、用于生产安全防护八、锅炉三冲量控制系统控制方案的组成21．了解锅炉控制的特点2．能理解锅炉控制引入多冲量控制的原因3．能掌握多冲量控制的组成结构、特点1.了解锅炉控制系统的特点2.了解多冲量控制的组成前馈控制原理21．能理解前馈控制的控制原理、特点2．能掌握前馈控制与反馈控制的区别与联系3．能完成前馈控制器控制参数的设置1.了解使用蒸汽流量前馈控制的原理2.熟悉前馈控制与反馈控制的联系与区别九、安全检测与控制安全与风险21．能了解安全与风险的概念2．能进行简单的风险计算、功能安全与安全完整性等级分析3．能了解风险降低与安全技术的措施安全与风险概念，风险降低与安全技术，功能安全及安全完整性等级，安全生命周期与安全评估防爆与防雷21．能了解防爆场合分类，防爆等级分类2．会根据防爆要求选择防爆产品3．能了解雷电防护概念与等级4．初步会根据使用场合与要求采取合适的防雷措施，采取合适的防雷设计防爆的等级、场合等概念，防爆的各种措施与适用场合；雷电防护概念、防护等级，防雷工程方法，防雷工程设计规范4.1教材编写(或教材参考书选用)（1）厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，1999年11月第三版。（2）陈夕松、李木兰，《过程控制系统》，科学出版社，2005年7月第一版。（3）侯之林，《过程控制及自动化仪表》，西安交大出版社，2000年6月。（4）柳国柱，《检测技术及应用》，电子工业出版社，2003年８月。4.2教学建议4.3教学评价课程考核评价一览表序号项目考核项目评价内容与标准1一阶单容上水箱对象特性测试实验1、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。1、会分析一阶单容上水箱回路控制系统的组成。2、会系统安装与接线。3、会根据实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。2二阶双容下水箱对象特性测试实验1、熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的特性。1、会分析二阶单容上水箱回路控制系统的组成。2、会系统安装与接线。3、会根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的特性。3锅炉内胆温度位式控制实验1、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。2、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。1、会分析锅炉内胆温度位式控制系统的组成。2、会系统安装与接线。3、分析位式控制特点4P参数对上水箱液位控制系统特性的影响1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、分析用P调节时的过程图形曲线。3、定性地研究P参数对系统性能的影响。1、能完成液位控制系统的接线与安装2、能完成智能仪表的接线与参数的设置3、能根据控制要求完成P参数的工程整定与系统调试5I参数对上水箱液位控制系统特性的影响1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、分析分别用PI调节时的过程图形曲线。3、定性地研究I参数对系统性能的影响。1、能完成液位控制系统的接线与安装2、能完成智能仪表的接线与参数的设置3、能根据控制要求完成P、I参数的工程整定与系统调试4、了解液位控制系统的故障维修与系统的维护6D参数对锅炉内胆水温控制系统特性的影响1、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。3、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。4、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。1、能完成温度控制系统的接线与安装2、能完成智能仪表的接线与参数的设置3、能根据控制要求完成PID参数的工程整定与系统调试4、了解温度控制系统的故障维修与系统的维护7串接双容液位下水箱控制实验态1、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的控制性能。3、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。1、能完成串接双容液位下水箱控制系统的接线与安装2、能完成智能仪表的接线与参数的设置3、能根据控制要求完成PID参数的工程整定与系统调试4、了解液位控制系统的故障维修与系统的维护8涡轮流量计流量PID控制实验1、了解涡轮流量计的结构及其使用方法。2、熟悉单回路流量控制系统的组成。3、试比较涡轮流量计和电磁流量计之间的不同之处。1、会单回路流量控制系统的安装与接线2、能完成智能控制器参数的设置3、能完成流量控制系统控制参数的工程整定与系统的调试4、了解流量控制系统的故障维修与系统的维护9串级控制系统连接实践1、熟悉试验装置。2、利用所提供的实验装置连成一个锅炉夹套与锅炉内胆温度串级控制系统。3、利用所提供的实验装置连成一个锅炉内胆温度与流量串级控制系统。1、了解串级控制系统的结构、特点、适用场合2、能理解串级控制的工作原理、工作过程3、会串级控制系统的安装、接线10反应釜温度串级控制系统1、熟悉串级控制系统的结构与控制特点。2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。1、会反应釜温度串级控制系统的安装、接线2、能完成串级控制系统主副控制器控制参数的工程整定，系统的整体调试3、熟悉串级控制系统的故障维修与系统的维护11上水箱液位和涡轮流量串级控制实验1、掌握串级控制系统的基本概念和组成。2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。1、会上水箱液位和涡轮流量串级控制系统的安装、接线2、能完成串级控制系统主副控制器控制参数的工程整定，系统的整体调试3、熟悉串级控制系统的故障维修与系统的维护12锅炉内胆温度和小流量泵流量串级控制系统1．会理解单回路液位控制系统的组成及各个环节的作用2．能根据使用场合和控制要求选择调节阀门1、会锅炉内胆温