過程控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

1、課程編號： 0701103課程名稱：化工過程控制工程總學(xué)時(shí)： 48Process-Control Engineer 總學(xué)分： 3課程性質(zhì)：本課程是生產(chǎn)過程自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。 開設(shè)學(xué)期學(xué)時(shí)分配 ：第七學(xué)期 ,48 學(xué)時(shí) 適用專業(yè)及層次： 自動化、測控技術(shù)等工科本、?？?先行、后繼課程情況： 先行課化工原理 、控制原理 、自動控制裝置參考書：后繼課 無緊密相關(guān)課程化工過程控制工程 祝和運(yùn) 浙江大學(xué)過程控制工程 蔣尉孫 華東理工大學(xué) 過程控制 金以慧 清華大學(xué)出版社CONTROL SYSTEM DESIGN Graham C.Goodwm 清華大學(xué)出版社一、 課 程的目的與要求： 本課程

2、是自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課 通過學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠運(yùn)用控制理論， 結(jié)合工藝過程機(jī)理和控制裝置 （ 儀表和計(jì) 算機(jī) ） 的硬件與軟件知識， 進(jìn)行生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的分析、 設(shè)計(jì)、運(yùn)行和開發(fā)工作。使學(xué)生在科研能力、設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)際處理能力等方面受到初步而嚴(yán)格的 訓(xùn)練。使學(xué)生掌握化工過程控制的基本分析方法、設(shè)計(jì)方法和研究方法，具有獨(dú)立 的分析問題和解決問題的能力。同時(shí)，本課程不僅擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)過程控制工程師的基本訓(xùn)練任務(wù)，而且為新技 術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用打下必要的工程理論基礎(chǔ)。、 課 程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配：第一章上篇 過程控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)12 學(xué)時(shí)）（一）單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及控制指標(biāo) 單回路系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，

3、 單回路系統(tǒng)的控制指標(biāo)。（二）過程特性與動態(tài)模型建立過程特性的類型， K、T、t對控制指標(biāo)的影響，過程動態(tài)機(jī)理模型的列 寫方法過程動態(tài)機(jī)理模型建立的辨識方法。（三）測量、變送裝置對控制系統(tǒng)的影響及選擇 測量信號性能，測量信號傳送滯后影響與克服。（四）調(diào)節(jié)閥的選用 氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，調(diào)節(jié)閥的流量特性，氣動調(diào)節(jié)閥的選型。（五）連續(xù) P、 I 、 D 控制及其調(diào)節(jié)過程基本概念， 比例調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)，比例積分調(diào)節(jié)，比例積分微分調(diào)節(jié)。（六）單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 控制系統(tǒng)的投運(yùn)，控制系統(tǒng)的工程整定方法。本章應(yīng)著重講、并使學(xué)生掌握組成單回路控制系統(tǒng)的四個環(huán)節(jié)的特性參數(shù)對控制質(zhì)量的影響及其

4、設(shè)計(jì)原則。為培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)規(guī)律對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響及選擇可讓學(xué)生自學(xué)。單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù) 整定及投運(yùn)可以在實(shí)驗(yàn)中解決， 以培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力。第二章 復(fù)雜控制系統(tǒng)（16學(xué)時(shí) ）（一）串級控制系統(tǒng) 串級控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)， 串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分析， 串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個問題（二）均勻控制系統(tǒng) 均勻控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)， 均勻控制系統(tǒng)的控制方案，均勻控制系統(tǒng)的理論分析。（三）比值控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)， 比值系數(shù)的計(jì)算，比值控制方案的實(shí)施，比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)及整定，比值控制系統(tǒng)的其他問題。（四）前饋控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)

5、， 前饋控制規(guī)律的實(shí)施， 前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用，前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定（五）選擇控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)， 選擇性控制系統(tǒng)的類型及應(yīng)用， 選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 積分飽和的產(chǎn)生及其防止。（六）分程及閥位控制系統(tǒng) 分程控制系統(tǒng)的基本原理及結(jié)構(gòu)， 分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合，分程系統(tǒng)的工程應(yīng)用， 閥位控制系統(tǒng)的應(yīng)用， 閥位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及整定。通過本章學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生具有對復(fù)雜控制系統(tǒng)的方案實(shí)施，系統(tǒng)的投運(yùn)及參數(shù)整定的實(shí)踐能力。第三章 新型控制系統(tǒng)（ *2 學(xué)時(shí)選學(xué)）一）純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)純滯后補(bǔ)償原理，純滯后補(bǔ)償控制的效果，史密斯補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)。二）按計(jì)算指

6、標(biāo)及推斷控制系統(tǒng)按計(jì)算指標(biāo)的控制系統(tǒng)，推斷控制系統(tǒng)。三）解耦控制系統(tǒng) 解耦控制系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)系統(tǒng)解耦條件，解耦控制應(yīng)用實(shí)例。（四）按 Z 變換設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)最小拍控制算法，大林（Dahlin ）控制算法，采樣控制系統(tǒng)。（五）預(yù)測控制系統(tǒng) 模型算法控制（ MAC）， 動態(tài)矩陣控制。本章要求學(xué)生了解高級控制系統(tǒng)的一些基本知識?？蛇x學(xué)。第四章 非線性控制系統(tǒng)（ *2 學(xué)時(shí)選學(xué)）（一）線性過程的非線性控制 液位的非線性控制，線性過程的其他非線性控制。（二）非線性過程的非線性控制PH控制過程的非線性控制，反應(yīng)器的非線性控制（三）位式控制位式控制的改進(jìn)及其發(fā)展， Bang-Bang 控制。本章要求學(xué)生了解高級

7、控制系統(tǒng)的一些基本知識?？蛇x學(xué)下篇 過程控制工程第五章 流體輸送設(shè)備的控制（ 2 學(xué)時(shí)）了解流體輸送設(shè)備控制的任務(wù)、要求、特點(diǎn)。理解泵及離心式壓縮機(jī)控制方案泵的管路靜特性，離心泵的控制方案，離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)及控制方案。掌握離心式壓縮機(jī)的防喘振控制， 離心式壓縮機(jī)特性曲線與喘振特性，造成離心式壓縮機(jī)喘振的諸因素，離心式壓縮機(jī)防振控制方案的分析， 固定和可變極限流量控制方案舉例。第六章 傳熱設(shè)備的控制（2 學(xué)時(shí)）換熱器的控制 了解傳熱過程的基本原理，理解換熱器靜態(tài)特性及動態(tài)特性分析，掌握換熱器常見的各種控制方案的比較及設(shè)計(jì)。鍋爐設(shè)備的控制 了解鍋爐設(shè)備的工藝機(jī)理，掌握鍋爐汽包三沖量控制系統(tǒng)、燃燒

8、系統(tǒng)， 爐膛負(fù)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方案分析。第七章 精餾塔的控制（2 時(shí)）了解精鎦塔工藝生產(chǎn)機(jī)理， 理解精鎦塔控制中的干擾分析和被控參數(shù)選擇掌握常見的精鎦塔常規(guī)控制方案設(shè)計(jì) 理解選擇性控制系統(tǒng)在精鎦塔控制中具體應(yīng)用 了解建立動態(tài)模型的兩條途徑， 理解雙組分精鎦塔動態(tài)模型的建立方法掌握精鎦塔新型控制方案（溫差、雙溫差、熱焓、內(nèi)回流和解耦、預(yù)估控制 等）第八章 化學(xué)反應(yīng)器的控制（2 學(xué)時(shí)）了解化學(xué)反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型建立的一般方法 理解反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性，開環(huán)不穩(wěn)定、閉環(huán)穩(wěn)定的條件。掌握絕熱反應(yīng)器、 聚合反應(yīng)器、 連續(xù)反應(yīng)器控制方案的分析及設(shè)計(jì)原則本篇通過學(xué)習(xí)使學(xué)生了解化工典型操作單元的控制要求及其靜、動態(tài)特

9、性，達(dá)到結(jié)合控制理論、工藝機(jī)理、及工藝要求指標(biāo)等方面去綜合、設(shè)計(jì)不 同的控制方案。三、說明：本課程一般應(yīng)安排在化學(xué)工程 、控制原理講完后，即第七學(xué)期開設(shè)。本課程與控制原理課密切相關(guān)，但應(yīng)突出本課程的工程特點(diǎn)，不必過多討論各種分析方法，應(yīng)深入討論系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的原理性設(shè)計(jì)方法。本課程與測量儀表 調(diào)節(jié)儀表微機(jī)原理等課程密切相連，它們均為控制 系統(tǒng)的工具，使系統(tǒng)的硬件，這里只討論硬件系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的地位和具體作用， 其硬件原理屬于儀表課討論范圍。本課程與化學(xué)工程課也有密切關(guān)系，它將在化學(xué)工程知識的基礎(chǔ)上， 從工藝機(jī)理出發(fā)為建立各類不同控制系統(tǒng)的動態(tài)模型打下基礎(chǔ)。本課程與過程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)關(guān)系是本課程重

10、點(diǎn)講授過程系統(tǒng)控制方案 和以常規(guī)儀表實(shí)施的技術(shù)問題，對于計(jì)算機(jī)為工具實(shí)施的技術(shù)問題由另設(shè)課程解 決。四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)：本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于：驗(yàn)證、鞏固和加深課堂加講授的基本理論，培養(yǎng)學(xué) 生掌握控制系統(tǒng)的最基本的實(shí)驗(yàn)方法、操作能力、測試技能，養(yǎng)成學(xué)生踏實(shí)、細(xì) 致、嚴(yán)肅、認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。通過實(shí)驗(yàn)室學(xué)生對控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、參數(shù)整定即系統(tǒng)投運(yùn)的實(shí)踐能力 得到培養(yǎng)。要求每個學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)習(xí)。并對控制系統(tǒng)中所采用的儀表要熟悉基本 原理、性能、掌握其使用方法。要求學(xué)生能夠正確紀(jì)錄處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析判斷 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出完整正規(guī)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。列為學(xué)生必做的基本實(shí)驗(yàn)有：1 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)特性的測試實(shí)驗(yàn)2 干擾進(jìn)入不同位置時(shí)各通道動態(tài)特性的測試實(shí)驗(yàn)3 單回路反饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)4 串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)5 單回路和串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的比較6 比值控制系統(tǒng)的分析與研究7 前饋控制系統(tǒng)的分析與研究 &解耦控制系統(tǒng)的分析與比較實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為8學(xué)時(shí)，其安排可在相應(yīng)的章節(jié)