化工專業(yè)《化工儀表及自動(dòng)化》教學(xué)大綱

1、化工儀表及自動(dòng)化教學(xué)大綱課程編碼：0412101203課程名稱：化工儀表及自動(dòng)化學(xué)時(shí)/學(xué)分：48/3先修課程：電工學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝開課教研室：化工教研室一、課程性質(zhì)與任務(wù)1課程性質(zhì)：本課程是一門理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)課程，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的必修課。2課程任務(wù)：通過本課程教學(xué)，使學(xué)生比較全面地掌握化工過程自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成、功能及其控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)；重點(diǎn)掌握化工過程自動(dòng)化儀表的工作原理、特點(diǎn)和適用場(chǎng)合；培養(yǎng)學(xué)生自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)以及現(xiàn)場(chǎng)操作能力。二、課程教學(xué)基本要求本課程是一門理論與工程實(shí)踐密切相關(guān)的課程，教學(xué)內(nèi)容以化工儀表及自動(dòng)化的基本知識(shí)和基

2、本技能為主，注重學(xué)生分析問題、解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解主要工業(yè)參數(shù)的基本測(cè)量方法和儀表的工作原理及特點(diǎn)，能根據(jù)工藝實(shí)際情況正確地選用和使用常見測(cè)量?jī)x表和調(diào)節(jié)儀表；理解自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成、基本原理、各環(huán)節(jié)的作用，能根據(jù)工藝的需要提出合理的自動(dòng)控制方案，為自控設(shè)計(jì)正確提供合理的、準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)；能夠分析和處理控制系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象和問題；使學(xué)生具備一定的自動(dòng)化應(yīng)用能力。成績(jī)考核形式：期末成績(jī)（閉卷考試）（70%）平時(shí)成績(jī)（作業(yè)、期中考試等）（30%)。成績(jī)?cè)u(píng)定采用百分制，60分為及格。三、課程教學(xué)內(nèi)容第一章 緒論1.教學(xué)基本要求理解化工自動(dòng)化的意義及目的；了

3、解化工自動(dòng)化的發(fā)展概況和本學(xué)科的作用。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握化工自動(dòng)化的狹義概念和實(shí)現(xiàn)化工過程自動(dòng)化的目的。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是化工自動(dòng)化的意義及目的。4.教學(xué)內(nèi)容（1）化工自動(dòng)化的定義主要知識(shí)點(diǎn)：化工自動(dòng)化的廣義概念、狹義概念。（2）化工自動(dòng)化的目的主要知識(shí)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)化工自動(dòng)化的目的。（3）化工自動(dòng)化的發(fā)展概況主要知識(shí)點(diǎn)：化工自動(dòng)化的發(fā)展歷程及特點(diǎn)。（4）本學(xué)科的作用主要知識(shí)點(diǎn)：學(xué)習(xí)儀表及自動(dòng)化相關(guān)知識(shí)的作用。第二章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念1.教學(xué)基本要求了解化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容；理解工藝管道及控制流程圖；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方塊圖，自動(dòng)控制系

4、統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，主要包括測(cè)量元件變送器、控制器、控制閥和被控對(duì)象；自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與方塊圖。教學(xué)難點(diǎn)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)。4.教學(xué)內(nèi)容（1）化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容主要知識(shí)點(diǎn)：自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)；自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)。（2）自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及表示形式主要知識(shí)點(diǎn)：測(cè)量元件與變送器；自動(dòng)控制器；執(zhí)行器；負(fù)反饋；方塊圖和管道及儀表流程圖的表示形式。（3）自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類主要知識(shí)點(diǎn)：定值控制系統(tǒng)；隨動(dòng)

5、控制系統(tǒng)；程序控制系統(tǒng)。（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)主要知識(shí)點(diǎn)：控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)；控制系統(tǒng)的過渡過程；控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)；影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素。第三章 過程特性及其數(shù)學(xué)模型1.教學(xué)基本要求了解建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的意義及數(shù)學(xué)模型的建立方法；掌握建立簡(jiǎn)單對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的機(jī)理建模方法；掌握表征被控對(duì)象特性的三個(gè)參數(shù)的物理意義及其對(duì)控制質(zhì)量的影響。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生能用機(jī)理建模的方法建立簡(jiǎn)單對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，掌握表征被控對(duì)象特性的三個(gè)參數(shù)有放大系數(shù)K、時(shí)間常數(shù)T、滯后時(shí)間。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是對(duì)象的特點(diǎn)及描述方法、描述對(duì)象特性

6、的參數(shù)。教學(xué)難點(diǎn)是對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立。4.教學(xué)內(nèi)容（1）化工過程的特點(diǎn)及其描述方法主要知識(shí)點(diǎn)：對(duì)象的特性；數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式分類。（2）對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立主要知識(shí)點(diǎn)：建模目的；機(jī)理建模；實(shí)驗(yàn)建模。（3）描述對(duì)象特性的參數(shù)主要知識(shí)點(diǎn)：放大系數(shù)K；時(shí)間常數(shù)T；滯后時(shí)間。第四章 檢測(cè)儀表與傳感器1.教學(xué)基本要求了解儀表的性能指標(biāo)，電動(dòng)溫度變送器的作用及原理；掌握儀表精度的意義及與測(cè)量誤差的關(guān)系；掌握各種儀表的測(cè)量原理以及選用方法。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生初步掌握各種壓力檢測(cè)儀表的基本原理及壓力表的選用方法，特別是壓差式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)和各種熱電偶溫度計(jì)及熱電阻溫度

7、計(jì)的測(cè)溫原理；掌握液位測(cè)量中零點(diǎn)遷移的意義及計(jì)算方法和熱電偶溫度計(jì)測(cè)量中冷端溫度補(bǔ)償?shù)淖饔眉胺椒ā?.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是儀表的性能指標(biāo)、壓力檢測(cè)儀表與流量檢測(cè)儀表結(jié)構(gòu)和原理、熱電阻的電阻-溫度特性、分度號(hào)和分度表，熱電偶的熱電效應(yīng)、分度號(hào)和分度表，液位測(cè)量中零點(diǎn)遷移的意義及計(jì)算方法。教學(xué)難點(diǎn)是零點(diǎn)遷移的意義及計(jì)算方法、熱電偶的中間溫度定律和冷端補(bǔ)償方法。4.教學(xué)內(nèi)容（1）測(cè)量過程與測(cè)量誤差主要知識(shí)點(diǎn)：絕對(duì)誤差；相對(duì)誤差。（2）儀表的性能指標(biāo)與儀表的分類主要知識(shí)點(diǎn)：精確度；變差；靈敏度與靈敏限；分辨力；線性度；反應(yīng)時(shí)間。（3）儀表的分類主要知識(shí)點(diǎn)：氣動(dòng)儀表；電動(dòng)儀表；液動(dòng)儀表；檢測(cè)儀表；顯

8、示儀表；集中控制裝置；控制儀表；執(zhí)行器；基地式儀表和單元組合儀表。（4）壓力檢測(cè)及儀表主要知識(shí)點(diǎn)：壓力單位及測(cè)壓儀表；各種壓力檢測(cè)儀表工作原理；壓力計(jì)的選用及安裝。（5）流量檢測(cè)及儀表主要知識(shí)點(diǎn)：各種流量測(cè)量?jī)x表的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用場(chǎng)合；流量測(cè)量?jī)x表的選型。 （6）物位檢測(cè)及儀表主要知識(shí)點(diǎn)：各種物位測(cè)量?jī)x表的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用場(chǎng)合；物位測(cè)量?jī)x表的選型。（7）溫度檢測(cè)及儀表主要知識(shí)點(diǎn)：溫度的測(cè)量方法；各種溫度測(cè)量?jī)x表的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用場(chǎng)合；測(cè)溫儀表的選用及安裝。（8）現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展主要知識(shí)點(diǎn)：現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展。（9）顯示儀表主要知識(shí)點(diǎn)：顯示儀表分類。第五章 自

9、動(dòng)控制儀表1.教學(xué)基本要求了解DDZ-電動(dòng)控制器的特點(diǎn)和基本組成；熟悉比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)的影響；掌握各種基本控制規(guī)律及其特點(diǎn)。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握控制器的基本控制規(guī)律有：位式、比例、積分、微分等控制規(guī)律，以及不同控制規(guī)律的表達(dá)式、響應(yīng)曲線、特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是控制器的基本控制規(guī)律和PID控制器。教學(xué)難點(diǎn)是不同控制規(guī)律的特點(diǎn)。4.教學(xué)內(nèi)容（1）概述主要知識(shí)點(diǎn)：基地式控制儀表；單元組合式控制儀表。（2）基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響主要知識(shí)點(diǎn)：位式控制；比例控制；積分控制；微分控制。（3）模擬式控制器主要知識(shí)

10、點(diǎn)：基本構(gòu)成原理及部件；DDZ-型電動(dòng)控制器。第六章 執(zhí)行器1.教學(xué)基本要求掌握控制閥的流量特性的意義，了解串聯(lián)管道中阻力比s和并聯(lián)管道中分流比x對(duì)流量特性的影響；了解氣動(dòng)執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)、主要類型及使用場(chǎng)合；理解氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)型式及其選擇原則；了解電氣轉(zhuǎn)換器及電氣閥門定位器的用途及工作原理；了解電動(dòng)執(zhí)行器的基本原理。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握各種執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)、主要類型及使用場(chǎng)合和選用原則，以及控制閥的流量特性的意義。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是控制閥的流量特性的意義，氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作過程。教學(xué)難點(diǎn)是控制閥的流量特性。4.教學(xué)內(nèi)容（1）概述

11、主要知識(shí)點(diǎn)：執(zhí)行器作用。（2）氣動(dòng)執(zhí)行器主要知識(shí)點(diǎn)：氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與分類；控制閥的流量特性；氣動(dòng)執(zhí)行器的安裝和維護(hù)。（3）電動(dòng)執(zhí)行器主要知識(shí)點(diǎn)：電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)和組成。（4）電-氣轉(zhuǎn)換器及電-氣閥門定位器主要知識(shí)點(diǎn)：電-氣轉(zhuǎn)換器；電-氣閥門定位器。第七章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)1.教學(xué)基本要求了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及作用，各種基本控制規(guī)律的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中被控變量、操縱變量選擇的一般原則，控制器正、反作用的確定方法和控制器參數(shù)工程整定的方法。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及作用，雙位、比例、積分、微分等基本控制規(guī)律的特點(diǎn)及

12、應(yīng)用場(chǎng)合；掌握設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的相關(guān)原則和方法。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)中被控變量、操縱變量的選擇，控制器正、反作用的確定方法，控制器參數(shù)工程整定的方法。教學(xué)難點(diǎn)是控制閥氣開、氣關(guān)型式控制器正、反作用方向的確定方法。4.教學(xué)內(nèi)容（1）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成主要知識(shí)點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)。（2）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要知識(shí)點(diǎn)：被控變量的選擇；操縱變量的選擇；測(cè)量元件特性的影響；控制器控制規(guī)律的選擇原則。（3）控制器參數(shù)的工程整定主要知識(shí)點(diǎn)：臨界比例度法；衰減曲線法；經(jīng)驗(yàn)湊試法。第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)1.教學(xué)基本要求掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作過程、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，串級(jí)控制系統(tǒng)

13、中副變量的確定及主、副控制器正反作用的選擇；了解串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器參數(shù)的工程確定方法，其它各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作過程、特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)中副變量的確定及主、副控制器正反作用的選擇；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器參數(shù)的工程確定方法。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)是串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器控制規(guī)律的選擇和主、副控制器正反作用的選擇。4.教學(xué)內(nèi)容（1）概述主要知識(shí)點(diǎn)：復(fù)雜控制系統(tǒng)的分類。（2）串級(jí)控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程；主、副控制

14、器控制規(guī)律的選擇；主、副控制器正反作用的選擇；控制器參數(shù)整定與系統(tǒng)投運(yùn)。（3）均勻控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：均勻控制系統(tǒng)；均勻控制方案。（4）比值控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：比值控制系統(tǒng)的類型。（5）前饋控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)。（6）選擇性控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：選擇性控制系統(tǒng)的概念。（7）分程控制系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：分程控制系統(tǒng)的概念。第九章 典型化工單元的控制方案1.教學(xué)基本要求掌握離心泵控制方案的特點(diǎn)，熟悉換熱器控制的一般方法。2.要求學(xué)生掌握的基本概念、理論、技能通過本章教學(xué)，使學(xué)生掌握離心泵的自動(dòng)控制方案，兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案、載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制方案、冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制方案。3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是離心泵控制方案和換熱器控制的方法。4.教學(xué)內(nèi)容（1）流體輸送設(shè)備的自動(dòng)控制主要知識(shí)點(diǎn)：離心泵的自動(dòng)控制方案。（2）傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制主要知識(shí)點(diǎn)：兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案；載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制；冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制。四、學(xué)時(shí)分配表章序內(nèi)容學(xué)時(shí)備注一緒論1二自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念5三過程特性及其數(shù)學(xué)模型4