《環(huán)境工程自動控制》教學(xué)大綱

《環(huán)境工程自動控制》課程教學(xué)大綱課程英文名AutomationControlofEnvironmentEngineering課程代碼06M0033學(xué)分2總學(xué)時32理論學(xué)時32實驗/實踐學(xué)時0課程類別學(xué)科專業(yè)課課程性質(zhì)必修先修課程控制工程基礎(chǔ)、水污染控制工程適用專業(yè)環(huán)境工程開課學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院一、課程的地位和任務(wù)（一）課程地位自動化控制技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域的重要性日趨明顯，其投資在整個處理系統(tǒng)中占的份額甚至可達(dá)20%—50%，自動控制技術(shù)不僅可以降低整個環(huán)境處理工程的系統(tǒng)能耗，還可保證處理效果穩(wěn)定，或增加處理能力，自動化控制措施已成為環(huán)境工程項目必要配套。因此，作為環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生，對環(huán)境工程領(lǐng)域的自控技術(shù)加深認(rèn)識和理解是十分必要的。本課程以廢水處理自動控制體系為講授核心，介紹儀表、控制和自動化（ICA）技術(shù)在污水系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及針對單元過程和完整工藝進(jìn)行控制的方法和手段，使學(xué)生對環(huán)境工程中儀表及自動化控制方法有初步認(rèn)識，可以進(jìn)行簡單的自控設(shè)計和運行操作。是環(huán)境工程專業(yè)的重要拓展型專業(yè)選修課。（二）課程目標(biāo)1.具有環(huán)境工程自動控制系統(tǒng)的基本知識：掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理和實現(xiàn)方式、深刻理解不同工藝的設(shè)計思想、深刻理解基于不同原理而來的工藝特征和應(yīng)用方向差異，厚重學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識。2.具有環(huán)境工程自動控制系統(tǒng)的識讀和分析能力：要求深刻理解與熟練掌握自動控制系統(tǒng)的內(nèi)容，了解及其由此而來的數(shù)據(jù)的不確定性，建立之間及未來采取的可能處理工藝之間的相應(yīng)邏輯關(guān)系。3.具有環(huán)境工程自動控制系統(tǒng)的設(shè)計能力：掌握簡單及復(fù)雜控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，能進(jìn)行被控參數(shù)、控制參數(shù)、執(zhí)行器、檢測儀的選擇、能進(jìn)行控制規(guī)律的設(shè)計、能進(jìn)行控制系統(tǒng)的整合、能進(jìn)行控制系統(tǒng)的編程與調(diào)試、參數(shù)整定。具有初步的環(huán)境工程自動控制系統(tǒng)設(shè)計的實踐能力，具有一定的利用工程思維分析和解決問題的能力。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)內(nèi)容課程目標(biāo)1講授第1、2部分知識以及作業(yè)1、環(huán)境工程自控技術(shù)概述2、帶控制點工藝流程圖的識讀課程目標(biāo)2講授第3-7部分及作業(yè)3、自控對象特性分析4、環(huán)境工程中檢測變送儀表的選擇5、環(huán)境工程中執(zhí)行器的選擇6、環(huán)境工程中控制規(guī)律7、PLC的基本命令和編程課程目標(biāo)3講授第8-10部分，本課程所有作業(yè)及實驗8、簡單控制系統(tǒng)9、復(fù)雜控制系統(tǒng)10計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求（支撐程度H、M、L）23課程目標(biāo)（1）HH課程目標(biāo)（2）HM課程目標(biāo)（3）HH注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。四、課程主要內(nèi)容與基本要求1、環(huán)境工程自控技術(shù)概述：介紹控制與自動化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，要求學(xué)生對此有概念性的認(rèn)識，了解優(yōu)先控制目標(biāo)。了解自控技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用，并對自控技術(shù)在環(huán)境工程中的發(fā)展趨勢有清晰的認(rèn)識。2、帶控制點工藝流程圖的識讀：了解和掌握設(shè)備、工藝管道、管件與閥門、儀表的表達(dá)與標(biāo)注。學(xué)習(xí)PID圖的繪制3、自控對象特性分析：介紹自動控制的基本概念與基本要求自控品質(zhì)的基本參數(shù)，學(xué)習(xí)被控對象的基本概念與基本參數(shù)，了解控制通道與干擾通道的表達(dá)模型。4、環(huán)境工程中檢測變送儀表的選擇：介紹環(huán)境工程中可能應(yīng)用到的傳感器/分析器，要求學(xué)生了解環(huán)境工程中常用的營養(yǎng)物傳感器/分析器，并對在線傳感器的特征有清晰的認(rèn)識。學(xué)習(xí)掌握常用控制儀表的選擇方法。5、環(huán)境工程中執(zhí)行器的選擇：介紹執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，掌握執(zhí)行器的工作流量特性，掌握執(zhí)行器的選擇方法及校驗方法，了解執(zhí)行器的安裝與維護(hù)方法。6、環(huán)境工程中控制規(guī)律：介紹PID控制器規(guī)律的定義、類型及特點，學(xué)習(xí)掌握比例控制、積分控制、微分控制的特征參數(shù)。了解其定性與定量設(shè)定方法。7、PLC的基本命令和編程介紹PLC的物理結(jié)構(gòu)和編程語言。應(yīng)用，要求學(xué)生了解PLC的基本命令，了解模擬量控制編程命令，掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換和量值整定方法。8、簡單控制系統(tǒng)：介紹簡單控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成，以環(huán)境工程的單元控制為案例，要求學(xué)生對過程控制的特征有較深入的理解，并掌握簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計的常規(guī)步驟，掌握如何選擇被控變量和操縱變量，如何進(jìn)行控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定。9、復(fù)雜控制系統(tǒng)：介紹串級控制和比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理，介紹分析溫度、DO、等因子串級控制方案、比值控制系統(tǒng)在自來水消毒體系中的應(yīng)用均勻控制和分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理、在曝氣池液位流量系統(tǒng)控制和優(yōu)化中的應(yīng)用、分程控制系統(tǒng)在工業(yè)廢水pH控制中的應(yīng)用等案例。10計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用（參觀模擬系統(tǒng)及簡單操作）主要以污水系統(tǒng)運行觀點綜合介紹自動化控制在環(huán)境工程廠（站）的應(yīng)用，要求學(xué)生掌握集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過案例分析建立控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化概念。五、課程教學(xué)學(xué)時安排教學(xué)內(nèi)容教學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)環(huán)境工程自控技術(shù)概述2了解自控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和自控品質(zhì)表達(dá)方式1帶控制點工藝流程圖的識讀2繪制帶控制點的污水處理工藝流程圖1自控對象特性分析2了解自控對象的控制通道與干擾通道2環(huán)境工程中檢測變送儀表的選擇2掌握檢測儀的精度和量程的選擇2環(huán)境工程中執(zhí)行器的選擇2課后作業(yè)2題目2環(huán)境工程中控制規(guī)律2列出P、PI、PID控制優(yōu)缺點，適用范圍2PLC的基本命令和編程2編制SBR控制程序2簡單控制系統(tǒng)2進(jìn)行水泵控制系統(tǒng)分析與選擇3復(fù)雜控制系統(tǒng)4進(jìn)行風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)分析與選擇3計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用2參觀污水處理模擬控制系統(tǒng)3六、實踐環(huán)節(jié)及基本要求實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容主要以單元設(shè)計方式開展，根據(jù)學(xué)習(xí)情況和從以下實驗內(nèi)容中選取1單元過程——泵及水泵站的控制（液位控制系統(tǒng)）主要針對水泵的運行方式和液位及調(diào)節(jié)容量的控制進(jìn)行介紹，要求學(xué)生對流量控制的控制值設(shè)定的因果深入理解，能對集水井、高位水塔、和調(diào)節(jié)池的的水泵運行控制邏輯進(jìn)行確定和控制。2單元過程——過濾系統(tǒng)的控制（壓力控制系統(tǒng)）主要針對濾池的運行方式和壓力控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，要求學(xué)生對濾池控制壓力或處理容量的控制值設(shè)定的因果深入理解，能對給水濾池、生物濾池及大氣處理的布袋除塵系統(tǒng)（拓展內(nèi)容）的運行控制邏輯進(jìn)行確定和控制。3單元過程控制——曝氣量和溶解氧的控制（工藝參數(shù)控制系統(tǒng)）主要針對曝氣量和溶解氧的控制進(jìn)行介紹，要求學(xué)生對溶解氧的控制值設(shè)定的因果深入理解，能對完全混合曝氣反應(yīng)器中DO設(shè)定值、推流式反應(yīng)器DO設(shè)定值和間歇運行系統(tǒng)曝氣階段反應(yīng)時間進(jìn)行確定和控制。4單元過程——污泥、混合液和污水量的控制（綜合要求型控制系統(tǒng)）主要針對污泥、混合液和污水量的控制進(jìn)行介紹，要求學(xué)生理解硝化液回流量、外碳源投加量、SRT和污泥排放量、污泥回流量、分段進(jìn)水、污水調(diào)節(jié)池的自動化控制。5單元過程——SBR池的控制（時序型控制系統(tǒng)）主要針對序批式反應(yīng)器（SBR）的控制進(jìn)行介紹，要求學(xué)生理解SBR反應(yīng)器中控制值設(shè)定的工藝原理和實現(xiàn)方法。序號實驗項目學(xué)時基本要求學(xué)生任務(wù)實驗性質(zhì)實驗類別1水泵及水泵站的控制4設(shè)計利用液位進(jìn)行高低位水塔水泵控制的PLC程序設(shè)計控制方案、設(shè)計PLC程序設(shè)計必做2快濾池的控制4設(shè)計利用壓力或時間周期進(jìn)行濾池控制的PLC程序設(shè)計控制方案、設(shè)計PLC程序設(shè)計選做3SBR池的控制4設(shè)計利用時間周期進(jìn)行SBR池控制的PLC程序設(shè)計控制方案、設(shè)計PLC程序設(shè)計必做4風(fēng)機(jī)控制4設(shè)計利用DO變化值進(jìn)行風(fēng)機(jī)運行控制的PLC程序設(shè)計控制方案、設(shè)計PLC程序設(shè)計選做七、考核方法及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核含到課率、課堂討論發(fā)言、平時作業(yè)等點名記錄討論發(fā)言記錄作業(yè)批改成績10實驗考核實驗操作、實驗報告根據(jù)實驗的預(yù)習(xí)情況和報告情況打分30期末考核開卷試卷參考答案和評分標(biāo)準(zhǔn)60考核類別考查成績登記方式百分制八、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：1．《污水系統(tǒng)的儀表、控制和自動化》，奧爾森等著，馬勇、彭永臻譯，中國建筑工業(yè)出版社，2015年7月，第三版2．《給排水工程儀表與控制》，崔福義、彭永臻，中國建筑工業(yè)出版社，2006年7月，第二版3．《環(huán)境工程機(jī)械化與自動化》，夏暢斌，化學(xué)工業(yè)出版社，2008年7月，第二版（二）主要參考書：1、《城市環(huán)境工程系統(tǒng)運行及過程控制》，馬勇，科學(xué)出版社，2007年7月，第二版2、施漢昌，\t"_bl