《化工自动化及仪表》课程教学大纲

《化工自动化及仪表》课程教学大纲课程名称化工自动化及仪表英文名称ChemicalAutomationandInstrument课程编码180520061课程类型专业选修课程学分数2先修课程化工原理、电子电工学学时数32其中实验学时0其中实践学时0适用范围化学工程与工艺专业制订单位化学化工学院

一、教学大纲说明

（一）课程的性质、地位、作用和任务化工仪表与自动化是以石油、化工、冶金、轻工等行业的自动化为背景，将化工原理、生产工艺与设备、仪表及自动化技术相结合的一门综合性的技术学科。它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。通过本课程的学习，使化工工艺技术人员在了解和熟悉生产工艺的同时，具备相应的化工仪表及自动控制的知识。本课程强调工程观点，提倡理论与实际的结合，着重对学生设计能力的训练及提高学生分析问题与解决问题的能力。（二）课程教学目标及其与本专业毕业要求的对应关系课程教学目标毕业要求1了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法，化工仪表和仪器的工作原理及特点；并理解不同仪表和仪器的局限性毕业要求5：内涵观测点：5-1了解化工常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。

2掌握常用化工仪表和和仪器的选用方法。了解各种控制系统的特点、掌握典型化工工艺过程的控制系统及应用。毕业要求5：内涵观测点：5-2能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对复杂化学工程问题进行分析、计算与设计。

（三）课程教学方法与手段采用课堂教学为主，辅助实际工厂工艺过程的图纸解析，多媒体相结合的方法，对原理部分采用讲授为主，设备结构部分以互动双向式教学为主的教学方法。（四）课程与其它课程的联系（指本课程的先修课程及后续课程，提出本课程在教学内容及教学环节等方面与相关课程的联系。）化工仪表及自动化是一门综合性、实践性较强的化学化工专业课程。本课程以电子电工、化工原理、化工制图、化工机械基础为基础。（五）教材与教学参考书教材：厉玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2009年第五版教学参考书：孟华，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2009年厉玉鸣，《化工仪表及自动化例题习题集》，化学工业出版社，2006年杜效荣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，1994年第二版

二、课程的教学内容和教学要求第一章

自动控制系统基本概念

教学要求：了解自动控制系统基本概念；理解自动控制系统组成。

教学内容：化工自动化的主要内容；自动控制系统组成，工艺管道及控制流程图及自动控制系统方块图。自动控制系统的过渡过程和品质指标。

重点：自动控制系统的组成及方块图，自动控制系统的过渡过程和品质指标

难点：工艺管道及控制流程图

第二章被控对象的数学模型

教学要求：了解被控对象的数学模型；了解对象数学模型。

教学内容：化工对象的特点及其描述方法；对象数学模型的建立；描述对象特性的参数。重点：描述对象特性的参数

难点：一阶、二阶微分对象数学模型的建立

第三章检测仪表及传感器

教学要求：了解各种仪表及传感器；理解仪表的选用缘由

教学内容：检测仪表与传感器概述；压力检测及仪表；流量检测及仪表；温度检测及仪表；物位检测及仪表

重点：压力、流量、温度、物位仪表的选用

难点：压力、流量、温度等仪表等工作原理

第四章自动控制仪表

教学要求：学会仪表的自动控制；了解基本控制规律。

教学内容：自动控制仪表概述；基本控制规律及其对系统过渡过程的影响；模拟式控制器基本原理；数字式控制器简介。

重点：基本控制规律及其对系统过渡过程的影响

难点：模拟式控制器基本原理

第五章执行器

教学要求：了解执行器的结构和分类；理解控制阀特性。

教学内容：气动执行器的结构与分类；控制阀流量特性，控制阀的选择；电动执行器、电-气转换器简介。

重点：控制阀流量特性，控制阀的选择

难点：电动执行器、电-气转换器

第六章简单控制系统

教学要求：了解简单的控制系统；理解控制器的控制规律。

教学内容：简单控制系统的结构与组成；被控变量、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；控制器参数的工程整定。

重点：液相活度系数或状态方程来计算互溶系的汽-液平衡

难点：汽-液平衡计算

第七章

复杂控制系统

教学要求：了解各种复杂控制系统

教学内容：串级控制系统；均匀控制系统；比值控制系统；前馈控制系统；分程控制系统及选择性控制系统

重点：被控变量、操纵变量的选择，控制器控制规律的选择

难点：控制系统中各组成单元的作用方向

第八章典型化工单元的控制方案

教学要求：了解典型的几个控制方案

教学内容：流体输送设备的控制方案；传热设备的自动控制；精馏塔的自动控制；化学反应器的自动控制

重点：精馏塔的自动控制方案及应用实例分析

难点：离心泵防喘振控制方案；精馏塔的双温差控制方案

三、学时分配

教学单元学时分配其中：各教学环节学时分配

章节主要内容学时分配讲授实验讨论习题实践在线学习其它支撑课程教学目标1自动控制系统基本概念43

1

12过程特性及其数学模型22

1、23检测仪表及传感器65

1

1、24自动控制仪表22

1、25执行器22

1、26简单控制系统66

1、27复杂控制系统65

1

28典型化工单元控制方案44

2合计3229

3

四、课程考核（一）课程考核方式本课程为考查课程，考核成绩由平时成绩和期末成绩为准。平时成绩包括课堂考勤、随堂测验和课程作业；期末考试以撰写综合报告完成。不同考核方式的具体分值分配如下表所示：考核方式考核要求考核权重（%）平时成绩上课考勤考核上课出勤情况1040课堂作业考核平时作业和小论文等，要求独立完成20随堂提问考核课堂提问、课堂讨论、随堂小测验等情况10期末考试开卷或读书报告60过程考核根据考核内容采用百分制或者为等级制计分；若是等级制计分，每个过程通过数值算法确定各自百分制分数，然后结合各过程的考核权重确定平时成绩和期末成绩的分数。

（二）课程目标、考核内容与评价方式课程目标、考核内容与评价方式如下表所示。课程目标考核内容评价方式了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法，化工仪表和仪器的工作原理及特点；并理解不同仪表和仪器的局限性

支撑毕业要求5：内涵观测点5-11.1理解自动控制理论。1.2化工过程的主要仪表和控制过程。1.3基本控制规律及控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系和计算机自动控制过程。1.4最新技术动态。1.5能够制定简单的自动控制策略、选择合适的自控及监测仪表。随堂测试、课程作业、综合报告掌握常用化工仪表和和仪器的选用方法。了解各种控制系统的特点、掌握典型化工工艺过程的控制系统及应用。支撑毕业要求5：内涵观测点5-22.1主要的仪表工作原理和工艺参数。2.2最新技术动态。随堂测试、课程作业、综合报告

考核方式对课程教学目标的支撑关系如下表所示：课程教学目标考勤、提问随堂测验课程作业综合报告了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法，化工仪表和仪器的工作原理及特点；并理解不同仪表和仪器的局限性40%60%50%50%掌握常用化工仪表和和仪器的选用方法。了解各种控制系统的特点、掌握典型化工工艺过程的控制系统及应用。60%40%50%50%注：在执行过程中，课程目标在各考核方式中的比例可以上下浮动10%。

（三）过程考核评价标准1.课堂考勤正常出勤1次，该次记为优秀；正常请假1次，该次记为良好；迟到30分钟以内的，该次记为良好；迟到30分钟以上的，该次记为中等；迟到当日课时50%以上的，该次记为及格；缺勤的，该次记为不及格。考勤成绩由多个单次考勤成绩通过数值算法确定缺勤累计超过三分之一学时的取消课程考核资格。

2.随堂测验随堂测验一般进行10-20分钟，对课堂讲授知识进行测验，重点测验学生对一些基本概念、基本理论、基本公式等理解和掌握的程度。一般自备测验用纸张，要求手写完成（或者线上作答）；随堂测验成绩由多个单次测验成绩通过数值算法确定。对于单次测验成绩的评定标准，若测验内容有标准答案，则按标准答案评定；若测验内容以论述性为主的主观题，则评定标准如下表所示：优（85-100分）良（75-84分）中（65-74分）及格（60-64分）不及格（0-59分）1.概念清晰；2.理解正确；3.答题准确；4.卷面整洁美观；5.无作弊等违纪行为；6.及时提交。（此标准为满分标准）在满分标准1-3条中有2项或者以上只达到较好水平；在满分标准4-6条中有2项或者以上只达到较好水平。在满分标准1-3条中有2项或者以下只达到基本合格；在满分标准4-6条中有2项或者以下只达到基本合格。其它符合良及以上等级标准。在满分标准1-3条中有1项不合格；在满分标准4-6条中有1项不合格。其它符合中及以上等级标准。在满分标准1-3条中有2项或者以上不合格；在满分标准4-6条中有2项或者以上不合格。其它符合中及以上等级标准。备注：①较好水平：知识方面不存在错误，有少量不完整的情况；其它方面存在少量不足；②基本合格：知识方面存在少量错误；其它方面存在少量不足；③不合格：知识方面存在明显错误；其它方面存在大量不足。

3.课程作业课程作业一般课后进行，是对课堂所学知识的深入学习和扩展，重点是基本理论、基本方程等的应用。一般自备作业用纸张，要求手写完成；课程作业成绩由多个单次作业成绩通过数值算法确定；单次作业评定标准如下表所示：

优（85-100分）良（75-84分）中（65-74分）及格（60-64分）不及格（0-59分）1.概念清晰；2.原理引用正确；3.公式引用正确；4.逻辑分析思路清晰；5.结论可靠；6.作业整洁美观；7.无抄袭等违纪行为；8．及时提交。（此标准为满分标准）在满分标准1-5条中有3项或者以上只达到较好水平；在满分标准6-7条中有2项或者以上只达到较好水平。在满分标准1-5条中有3项或者以下只达到基本合格；在满分标准6-8条中有2项或者以下只达到基本合格。其它符合良及以上等级标准。在满分标准1-5条中有1项不合格；在满分标准6-8条中有1项不合格。其它符合中及以上等级标准。在满分标准1-5条中有2项或者以上不合格；在满分标准6-8条中有2项或者以上不合格。其它符合中及以上等级标准。备注：①较好水平：知识方面不存在错误，有少量不完整的情况；分析思路有少量逻辑混乱；其它方面存在少量不足；②基本合格：知识方面存在少量错误；分析思路有少量逻辑错误；其它方面存在少量不足；③不合格：知识方面存在明显错误；分析思路有明显逻辑错误；其它方面存在大量不足。

4.期末考试本课程为考查课，期末考试形式为撰写综合读书报告1份，一般课程讲授结束后在课外进行，是对课程知识的一个较为全面的总结、拓展与应用，主要内容是关于典型化工厂的设计、模拟分析、运行控制等；成绩等级通过数值算法和各评价点所占比例共同确定。一般自备报告用纸张，采用计算机打印或者手写完成均可；成绩评价标准如下表所示：优（85-100分）良（75-84分）中（65-74分）及格（60-64分）不及格（0-59分）1.概念清晰；2.论述逻辑性强；3.主要节点内容完整；4.报告整洁美观；5.无作弊等违纪行为；6.及时提交。（此标准为满分标准）在满分标准1-3条中有2项或者以上只达到较好水平；在满分标准4-6条中有2项或者以上只达到较好水平。在满分标准1-3条中有2项或者以下只达到基本合格；在满分标准4-6条中有2项或者以下只达到