《過程檢測與控制技術應用》課程大綱

PAGE10課程大綱1前言1.1課程基本信息本課程總課時數(shù)為60學時，學分4。其中理論課程學時數(shù)為42學時，實踐操作學時數(shù)為18學時。適用于3年制（高中后或中職后）高職。1.2課程性質本課程是生產過程自動化專業(yè)的一門必修專業(yè)課，同時也是本專業(yè)的主干專業(yè)課。它是研究生產自動化、生產過程的控制方法及所需的自動化儀表的選用的一門學科。1.3設計思路突破傳統(tǒng)的學科式教學課程模式，在教授各種控制規(guī)律、控制方式的前提下，著重分析控制系統(tǒng)的組成、結構及其參數(shù)整定，結合實際的控制工程項目的實施，提高過程控制相關控制技能。2課程目標2.1總目標使學生掌握過程控制的分析方法，生產過程的控制方法及各種自動儀表的選用和使用，為今后從及實際工作打下必要的基礎，同時結合本課程的特點，注意培養(yǎng)學生科學的思維方法，以及分析與解決實際問題的能力。使學生掌握成為高素質的勞動者和中高級專門人才必須具備的過程控制基本概念、基本理論、基本技能，使學生掌握常見過程控制系統(tǒng)方案組成、工作原理、工程應用等應用知識和工程能力。在教學與實踐過程中注重學生知識的綜合應用能力、新技術的應用能力、技術創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，以適應職業(yè)教育發(fā)展的新形勢。初步形成解決實際問題的能力、逐步培養(yǎng)學生綜合分析、綜合應用的能力；使學生的全面素質得到提高，職業(yè)道德觀得到加強。達到這個目標，在教學過程中應遵循“結合實例，突出工程應用能力，注重典型系統(tǒng)應用，強調實驗實訓”的原則，2.2具體目標課程目標描述一覽表具體目標目標描述知識目標1．熟悉過程控制系統(tǒng)的基本概念、基本理論2．了解檢測儀表與傳感器的工作原理、使用和工程選用方法3．熟悉自動控制儀表及執(zhí)行器的工作原理、使用和工程選用方法4．熟悉簡單控制系統(tǒng)分析、應用和控制器參數(shù)的工程整定5．熟悉復雜控制系統(tǒng)分析、應用和控制器參數(shù)的工程整定6．了解過程控制系統(tǒng)的安裝、調試與運行的基本知識7．了解各類先進控制技術應用與發(fā)展情況能力目標1．初步具備自動控制系統(tǒng)安裝、調試、使用和維護的能力。2．能讀通并分析典型過程控制系統(tǒng)的原理圖；3．能根據(jù)理解的原理圖畫出系統(tǒng)的方框圖；4．能根據(jù)系統(tǒng)要求調試出系統(tǒng)的性能指標；5．能處理典型系統(tǒng)的一般故障；具有了解過程控制技術應用新動向和進一步學習過程控制技術的能力。素質目標1．培養(yǎng)耐心、嚴謹細致的工作作風及認真負責的工作態(tài)度；2．重視培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題能力和創(chuàng)新能力。具有了解過程控制技術應用新動向和進一步學習過程控制技術的能力。3課程內容和要求3.1課程內容和要求具體格式見下表：項目課題分解的具體工作任務對應學時技能要求知識要求一、學習過程檢測與控制技術預備知識儀表的基本知識、過程控制的基本概念41．會畫流程圖2．會分析單回路控制系統(tǒng)的組成3．能理解過程控制的品質指標要求4．能根據(jù)測量儀表的性能指標選擇儀表1．熟悉過程控制的主要內容2．了解自動控制系統(tǒng)的組成3．熟悉控制流程圖的畫法及符號意義4．熟悉過程控制的過渡過程與品質指標5．熟悉測量儀表的性能指標。控制規(guī)律的基本概念2能根據(jù)實際控制對象選擇控制規(guī)律PID控制規(guī)律原理、特點、應用場合二、恒溫供水溫度控制系統(tǒng)的集成與安裝調試控制方案的組成與執(zhí)行器21．能分析溫度單回路控制四個環(huán)節(jié)的作用2．熟悉晶閘管調功器（或調壓器）的原理會系統(tǒng)安裝與接線1.熟悉單回路控制四個環(huán)節(jié)的選擇2.了解晶閘管調功器（或調壓器）的原理溫度傳感器的選擇41．會描述常用溫度傳感器的工作原理、特點2．了解熱電阻與熱電偶的分度號，會熟練選用與使用溫度傳感器3．能掌握熱電阻一般的三線制連接方法及原理4．了解熱電偶的中間導體定律和中間溫度定律5．能熟練掌握補償導線的使用1.熟悉熱電偶、熱電阻及其它壓力式和膨脹式測溫傳感器測溫的原理，2.熟悉熱電偶、熱電阻分度號3.了解熱電偶冷端與補償導線連接4.了解熱電阻三線制接法原理5.熟悉溫度傳感器的選用與使用方法系統(tǒng)安裝與調試41．能完成溫度控制系統(tǒng)的接線與安裝2．能完成智能儀表的接線與參數(shù)的設置3．能根據(jù)控制要求完成PID參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)調試4．了解溫度控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護1.熟悉控制系統(tǒng)的連接安裝2.熟悉PID參數(shù)的工程整定方法3.掌握智能調節(jié)儀表（或DCS、或FCS）的使用三、流量控制系統(tǒng)的集成與安裝調試控制方案的組成，執(zhí)行器—調節(jié)閥門的選擇與使用21．了解單回路流量控制系統(tǒng)的一般組成、閥門的種類2．能理解控制閥門的理想流量特性和工作流量特性3．能根據(jù)控制要求選擇執(zhí)行器、調節(jié)閥4．能進行調節(jié)閥的安裝與維護1.了解執(zhí)行器的結構、分類2.熟悉控制閥的流量特性—理想流量特性和工作流量特性3.熟悉控制閥的選擇、安裝與維護流量傳感器的選擇41．能理解常用流量傳感器的工作原理2．能完成常用流量傳感器的安裝與接線3．能根據(jù)使用場合和控制要求選擇流量傳感器4．了解流量傳感器的使用與維護1.熟悉差壓式流量計、轉子流量計、橢圓齒輪流量計、渦輪流量計、電磁流量計、旋渦流量計、堰式流量計、質量流量計的原理2.熟悉各種流量計的選用與使用系統(tǒng)的安裝與調試21．會單回路流量控制系統(tǒng)的安裝與接線2．能完成智能控制器參數(shù)的設置3．能完成流量控制系統(tǒng)控制參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)的調試4．了解流量控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護熟悉系統(tǒng)的安裝，工程整定方法與調試四、恒壓供水壓力控制系統(tǒng)的集成與安裝調試控制方案的組成，執(zhí)行器—變頻器的選擇與使用21．能理解流量單回路控制的組成及各環(huán)節(jié)的作用2．能理解恒壓控制中變頻器的作用與原理3．能使用變頻器、進行參數(shù)設置1.了解控制系統(tǒng)的組成2.了解變頻器原理與應用（復習）壓力傳感器的選擇21．能理解各種壓力傳感器的測量原理與特點2．會根據(jù)使用場合和控制要求選擇各種壓力傳感器1.熟悉壓力單位與測壓儀表，彈性式壓力計、壓阻式壓力傳感器、擴散硅式壓力傳感器、應變片式壓力傳感器、電容式壓力傳感器原理，2.熟悉各種壓力傳感器的選用與使用系統(tǒng)的安裝與調試41．會單回路壓力控制系統(tǒng)的安裝與接線2．能完成壓力傳感器的選用、使用和安裝3．會壓力控制系統(tǒng)的工程整定與現(xiàn)場調試4．熟悉壓力控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護1.了解壓力計的選用與安裝2.掌握壓力控制的工程整定五、儲水罐液位控制系統(tǒng)的集成與安裝調試控制方案的組成與執(zhí)行器的選用21．會理解單回路液位控制系統(tǒng)的組成及各個環(huán)節(jié)的作用2．能根據(jù)使用場合和控制要求選擇調節(jié)閥門1.了解控制方案的組成2.熟悉調節(jié)閥門的選用物位測量傳感器的選擇與使用21．能理解各種常用的物位傳感器的原理與特點2．能根據(jù)使用場合和控制要求選用物位傳感器3．能理解和完成壓式物位傳感器的零點調整1.熟悉差壓式液位變送器與零點遷移，電容式物位傳感器，音叉料位計,核輻射料位計等原理2.熟悉它們的選用與使用系統(tǒng)的安裝與調試41．掌握水位控制系統(tǒng)的接線和傳感器的安裝2．掌握液位控制系統(tǒng)的工程整定與總系統(tǒng)調試3．熟悉液位控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護1.熟悉系統(tǒng)的接線安裝2.熟悉工程整定方法六、反應釜溫度串級控制系統(tǒng)的集成與調試控制方案與控制系統(tǒng)組成、特點21．了解串級控制系統(tǒng)的結構、特點、適用場合2．能理解串級控制的工作原理、工作過程1.了解串級控制系統(tǒng)的結構2.熟悉工作原理、工作過程、特點與適用場合串級控制系統(tǒng)副回路、副變量的選擇21．能確定串級控制系統(tǒng)的副回路2．能確定串級控制系統(tǒng)的副變量1.熟悉串級控制系統(tǒng)副回路確定原則2.熟悉副變量的選擇原則主副控制器控制規(guī)律及正反作用的選擇21．能確定主、副控制器控制規(guī)律2．能確定主副控制器的正反作用1.熟悉主副控制器控制規(guī)律2.熟悉正反作用選擇的原則系統(tǒng)的安裝與調試41．會串級控制系統(tǒng)的安裝、接線2．能完成串級控制系統(tǒng)主副控制器控制參數(shù)的工程整定、系統(tǒng)的整體調試3．熟悉串級控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護1.熟悉主副控制器控制參數(shù)的工程整定2.了解一步整定法、兩步整定法七、間歇式生產化學反應過程的溫度分程控制系統(tǒng)集成與調試控制方案與執(zhí)行器11．能理解分程控制系統(tǒng)的組成、特點2．能選擇分程控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器1.了解控制方案的組成2.了解分程控制的特點與執(zhí)行器的選用分程控制應用場合11．能根據(jù)應用場合和控制要求構建分程控制系統(tǒng)了解分程控制應用于擴大控制閥的可調范圍、用于控制兩種不同的介質、用于生產安全防護八、鍋爐三沖量控制系統(tǒng)控制方案的組成21．了解鍋爐控制的特點2．能理解鍋爐控制引入多沖量控制的原因3．能掌握多沖量控制的組成結構、特點1.了解鍋爐控制系統(tǒng)的特點2.了解多沖量控制的組成前饋控制原理21．能理解前饋控制的控制原理、特點2．能掌握前饋控制與反饋控制的區(qū)別與聯(lián)系3．能完成前饋控制器控制參數(shù)的設置1.了解使用蒸汽流量前饋控制的原理2.熟悉前饋控制與反饋控制的聯(lián)系與區(qū)別九、安全檢測與控制安全與風險21．能了解安全與風險的概念2．能進行簡單的風險計算、功能安全與安全完整性等級分析3．能了解風險降低與安全技術的措施安全與風險概念，風險降低與安全技術，功能安全及安全完整性等級，安全生命周期與安全評估防爆與防雷21．能了解防爆場合分類，防爆等級分類2．會根據(jù)防爆要求選擇防爆產品3．能了解雷電防護概念與等級4．初步會根據(jù)使用場合與要求采取合適的防雷措施，采取合適的防雷設計防爆的等級、場合等概念，防爆的各種措施與適用場合；雷電防護概念、防護等級，防雷工程方法，防雷工程設計規(guī)范4.1教材編寫(或教材參考書選用)（1）厲玉鳴，《化工儀表及自動化》，化學工業(yè)出版社，1999年11月第三版。（2）陳夕松、李木蘭，《過程控制系統(tǒng)》，科學出版社，2005年7月第一版。（3）侯之林，《過程控制及自動化儀表》，西安交大出版社，2000年6月。（4）柳國柱，《檢測技術及應用》，電子工業(yè)出版社，2003年８月。4.2教學建議4.3教學評價課程考核評價一覽表序號項目考核項目評價內容與標準1一階單容上水箱對象特性測試實驗1、熟悉單容水箱的數(shù)學模型及其階躍響應曲線。2、根據(jù)由實際測得的單容水箱液位的階躍響應曲線，用相關的方法分別確定它們的參數(shù)。1、會分析一階單容上水箱回路控制系統(tǒng)的組成。2、會系統(tǒng)安裝與接線。3、會根據(jù)實際測得的單容水箱液位的階躍響應曲線，用相關的方法分別確定它們的參數(shù)。2二階雙容下水箱對象特性測試實驗1、熟悉雙容水箱的數(shù)學模型及其階躍響應曲線。2、根據(jù)由實際測得的雙容液位階躍響應曲線，分析雙容系統(tǒng)的特性。1、會分析二階單容上水箱回路控制系統(tǒng)的組成。2、會系統(tǒng)安裝與接線。3、會根據(jù)由實際測得的雙容液位階躍響應曲線，分析雙容系統(tǒng)的特性。3鍋爐內膽溫度位式控制實驗1、熟悉實驗裝置，了解二位式溫度控制系統(tǒng)的組成。2、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理、控制過程和控制特性。1、會分析鍋爐內膽溫度位式控制系統(tǒng)的組成。2、會系統(tǒng)安裝與接線。3、分析位式控制特點4P參數(shù)對上水箱液位控制系統(tǒng)特性的影響1、通過實驗熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、分析用P調節(jié)時的過程圖形曲線。3、定性地研究P參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。1、能完成液位控制系統(tǒng)的接線與安裝2、能完成智能儀表的接線與參數(shù)的設置3、能根據(jù)控制要求完成P參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)調試5I參數(shù)對上水箱液位控制系統(tǒng)特性的影響1、通過實驗熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、分析分別用PI調節(jié)時的過程圖形曲線。3、定性地研究I參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。1、能完成液位控制系統(tǒng)的接線與安裝2、能完成智能儀表的接線與參數(shù)的設置3、能根據(jù)控制要求完成P、I參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)調試4、了解液位控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護6D參數(shù)對鍋爐內膽水溫控制系統(tǒng)特性的影響1、了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。2、研究P、PI、PD和PID四種調節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。3、改變P、PI、PD和PID的相關參數(shù)，觀察它們對系統(tǒng)性能的影響。4、了解PID參數(shù)自整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。1、能完成溫度控制系統(tǒng)的接線與安裝2、能完成智能儀表的接線與參數(shù)的設置3、能根據(jù)控制要求完成PID參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)調試4、了解溫度控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護7串接雙容液位下水箱控制實驗態(tài)1、熟悉單回路雙容液位控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調節(jié)器時的控制性能。3、定性地分析P、PI和PID調節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。1、能完成串接雙容液位下水箱控制系統(tǒng)的接線與安裝2、能完成智能儀表的接線與參數(shù)的設置3、能根據(jù)控制要求完成PID參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)調試4、了解液位控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護8渦輪流量計流量PID控制實驗1、了解渦輪流量計的結構及其使用方法。2、熟悉單回路流量控制系統(tǒng)的組成。3、試比較渦輪流量計和電磁流量計之間的不同之處。1、會單回路流量控制系統(tǒng)的安裝與接線2、能完成智能控制器參數(shù)的設置3、能完成流量控制系統(tǒng)控制參數(shù)的工程整定與系統(tǒng)的調試4、了解流量控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護9串級控制系統(tǒng)連接實踐1、熟悉試驗裝置。2、利用所提供的實驗裝置連成一個鍋爐夾套與鍋爐內膽溫度串級控制系統(tǒng)。3、利用所提供的實驗裝置連成一個鍋爐內膽溫度與流量串級控制系統(tǒng)。1、了解串級控制系統(tǒng)的結構、特點、適用場合2、能理解串級控制的工作原理、工作過程3、會串級控制系統(tǒng)的安裝、接線10反應釜溫度串級控制系統(tǒng)1、熟悉串級控制系統(tǒng)的結構與控制特點。2、掌握串級控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定方法3、研究階躍擾動分別作用在副對象和主對象時對系統(tǒng)主被控量的影響。1、會反應釜溫度串級控制系統(tǒng)的安裝、接線2、能完成串級控制系統(tǒng)主副控制器控制參數(shù)的工程整定，系統(tǒng)的整體調試3、熟悉串級控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護11上水箱液位和渦輪流量串級控制實驗1、掌握串級控制系統(tǒng)的基本概念和組成。2、掌握串級控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定方法。3、研究階躍擾動分別作用在副對象和主對象時對系統(tǒng)主被控量的影響。1、會上水箱液位和渦輪流量串級控制系統(tǒng)的安裝、接線2、能完成串級控制系統(tǒng)主副控制器控制參數(shù)的工程整定，系統(tǒng)的整體調試3、熟悉串級控制系統(tǒng)的故障維修與系統(tǒng)的維護12鍋爐內膽溫度和小流量泵流量串級控制系統(tǒng)1．會理解單回路液位控制系統(tǒng)的組成及各個環(huán)節(jié)的作用2．能根據(jù)使用場合和控制要求選擇調節(jié)閥門1、會鍋爐內膽溫