《过程控制系统及装置》教学大纲

《过程控制系统及装置》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05157231课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论24学时，实验8学时）先修课程：自动控制原理、计算机控制系统等后续课程：集散控制系统适用专业：测控技术与仪器开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《过程控制系统及装置》是测控技术与仪器专业选修的一门专业技术课。本课程讨论了过程控制系统的工作的原理与其所使用的控制装置的构成、特点等所涉及的知识。通过本课程的学习，使学生掌握各种工业过程参数的测量方法以及各种自动化仪表的原理、使用等相关工作所必需的专业知识和能力。同时本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。为学习其他有关课程及以后从事技术工作打下必要的基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决生产实际中问题的能力，兼顾新技术、新工艺及其发展方向的介绍，培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握各种工业过程参数的测量方法以及各种自动化仪表的原理、使用等相关工作所必需的专业知识。课程目标2：掌握各种常见过程控制系统的结构、特点、构建及相应仪器仪表选型、安装、使用以及构建简单过程自动化控制系统的能力。课程目标3：能够理解并自觉遵守行业的工程职业规范和技术规范，树立正确的劳动观念和团队合作意识，基于科学原理和测控技术与仪器专业知识，调研、分析和设计测控类复杂工程问题的解决方案；并能够根据设计的解决方案，结合工程实际，设计合理的实验方案，选择实验设备，构建测控系统。三、课程目标与毕业要求《过程控制系统及装置》课程教学目标对测控技术与仪器毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1．3掌握专业相关的基本技能，能用于解决测控类复杂工程问题的系统设计、性能评估或技术革新。课程目标1：掌握各种工业过程参数的测量方法以及各种自动化仪表的原理、使用等相关工作所必需的专业知识。M4.研究4.2能够根据设计的解决方案，结合工程实际，设计合理的实验方案。课程目标3：能够基于科学原理和测控技术与仪器专业知识，调研、分析和设计测控类复杂工程问题的解决方案；并能够根据设计的解决方案，结合工程实际，设计合理的实验方案，选择实验设备，构建控制系统。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.基本概念1.1过程控制的基本概念1.2过程控制装置的基本概念教学要求：使学生了解过程控制的基本概念及其所使用的仪表。212.过程参数的检测与变送2.1变送器2.2常用变送器2.3变送器的信号教学要求：使学生掌握常用变送器及其信号标准。重点：常用变送器、信号标准。41、2、33.过程控制仪表3.1控制器3.2执行器3.3安全栅教学要求：使学生掌握常用过程控制仪表的效果知识和应用方法。重点：控制器、执行器。难点：控制器。421、2、34.被控过程的建模4.1过程建模的基本概念与方法4.2解析法建模4.3试验法建模教学要求：使学生理解并掌握控制过程建模的基本知识和方法。重点：解析法建模、试验法建模。难点：解析法建模、试验法建模。421、2、35.简单控制系统设计5.1简单控制系统设计的基本概念和要求5.2控制方案的确定5.3控制参数整定教学要求：使学生掌握简单控制系统的设计所需的基本知识和方法。重点：控制方案、参数整定。难点：控制方案。421、2、36.常用高性能过程控制系统6.1串级控制系统6.2前馈控制系统6.3大滞后控制系统教学要求：使学生了解常见过程控制系统特点及构成。重点:串级控制系统、前馈控制系统。难点:大滞后控制系统。421、2、37.其它先进过程控制系统7.1比值控制；7.2均匀控制；7.3分程控制；7.4自动选择控制；7.5解耦控制；8.6自适应控制；7.7推理控制；7.8预测控制教学要求：使学生了解常见先进过程控制系统的基本概念及其特点。21、2、31.基本概念1.1过程控制的基本概念1.2过程控制装置的基本概念教学要求：使学生了解过程控制的基本概念及其所使用的仪表。21合计2482.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.变送器的构成与调校实验内容：对变送器零点和满度进行调整并进行校验。实验要求：了解压力变送器的组成结构和静态校验方法。22、32.控制阀与阀门定位器校验实验内容：通过阀门定位器调整并校验控制阀开度。实验要求：了解气动调节阀及阀门定位器的结构、原理和校验方法。22、33.PID控制器应用实验实验内容：通过整定PID控制器参数准确控制对象被控量。实验要求：了解数字PID控制器的参数设定和使用方法。22、34.一阶、二阶系统的设计与调节实验内容：利用控制仪表调节一、二阶对象的被控量。实验要求：了解利用过程控制仪表构建简单过程控制系统的方法。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解各种过程控制仪表的原理与特点以及常见过程控制系统的相关知识，并在此基础上，具备合理选择相应仪表解决实际问题的初步能力。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；介绍常用设备和仪器的原理、构造和使用维护方法以及综合实验内容的思路和方案设计等。采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）杨延西，过程控制与自动化仪表，机械工业出版社，2017.04（2）王再英，过程控制系统与仪表，机械工业出版社，2020.092.参考书：作者（译者）.书名.出版社.出版时间．（1）张勇，过程控制系统与仪表，\o"机械工业出版社"机械工业出版社，2013年9月；（2）利昂.乌尔巴斯，过程控制工程，\o"国防工业出版社"机械工业出版社，2018年7月；（3）慕延华，过程控制系统，\o"电子工业出版社"清华大学出版社，2018年7月；3.期刊：作者.文题.刊名，年，卷号（期号）．（1）仪器仪表学报，中国仪器仪表学会主办．（2）电子测量与仪器学报，中国电子学会与中国仪器仪表学会联合主办．（3）电子学报，中国电子学会主办（4）仪表技术与传感器，沈阳仪器仪表工艺研究所主办．（5）Measurement，Elsevier主办（6）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，IEEE主办4.网络资源：网站名，访问路径或者：作者.文题.更新和修改日期.访问路径．（1）亿万论坛，/Boards.asp（2）中国工控网，/（3）中国传感器在线，/七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂考核10（1）根据课堂测验情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√244实验20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的总值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√20作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√235期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核传感器基本原理、特性、测量电路、应用等内容。（3）考试题型为：名词解释题、填空题、简答题、论述题和分析计算题等。√√√252015合计：100分314525八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂测验、实验、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重60%），以大作业形式定时完成，试题类型为简答题、计算题、分析题、设计题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂测验、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂测验25准确率大于90%。准确率大于80%。准确率大于70%。准确率大于60%。准确率小于60%。作业25作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大于70%.不交作业4次以内，准确率大于60%.准确率小于60%。实验50实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤