《過程控制系統(tǒng)及裝置》教學(xué)大綱

《過程控制系統(tǒng)及裝置》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05157231課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時：32學(xué)時（理論24學(xué)時，實驗8學(xué)時）先修課程：自動控制原理、計算機控制系統(tǒng)等后續(xù)課程：集散控制系統(tǒng)適用專業(yè)：測控技術(shù)與儀器開課單位：電氣工程與自動化學(xué)院一、課程說明《過程控制系統(tǒng)及裝置》是測控技術(shù)與儀器專業(yè)選修的一門專業(yè)技術(shù)課。本課程討論了過程控制系統(tǒng)的工作的原理與其所使用的控制裝置的構(gòu)成、特點等所涉及的知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種工業(yè)過程參數(shù)的測量方法以及各種自動化儀表的原理、使用等相關(guān)工作所必需的專業(yè)知識和能力。同時本課程在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和抽象思維能力、分析計算能力、總結(jié)歸納能力等方面起重要作用。為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本理論知識的深入學(xué)習(xí)，強調(diào)培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論知識解決生產(chǎn)實際中問題的能力，兼顧新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握各種工業(yè)過程參數(shù)的測量方法以及各種自動化儀表的原理、使用等相關(guān)工作所必需的專業(yè)知識。課程目標(biāo)2：掌握各種常見過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點、構(gòu)建及相應(yīng)儀器儀表選型、安裝、使用以及構(gòu)建簡單過程自動化控制系統(tǒng)的能力。課程目標(biāo)3：能夠理解并自覺遵守行業(yè)的工程職業(yè)規(guī)范和技術(shù)規(guī)范，樹立正確的勞動觀念和團(tuán)隊合作意識，基于科學(xué)原理和測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識，調(diào)研、分析和設(shè)計測控類復(fù)雜工程問題的解決方案；并能夠根據(jù)設(shè)計的解決方案，結(jié)合工程實際，設(shè)計合理的實驗方案，選擇實驗設(shè)備，構(gòu)建測控系統(tǒng)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《過程控制系統(tǒng)及裝置》課程教學(xué)目標(biāo)對測控技術(shù)與儀器畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1．3掌握專業(yè)相關(guān)的基本技能，能用于解決測控類復(fù)雜工程問題的系統(tǒng)設(shè)計、性能評估或技術(shù)革新。課程目標(biāo)1：掌握各種工業(yè)過程參數(shù)的測量方法以及各種自動化儀表的原理、使用等相關(guān)工作所必需的專業(yè)知識。M4.研究4.2能夠根據(jù)設(shè)計的解決方案，結(jié)合工程實際，設(shè)計合理的實驗方案。課程目標(biāo)3：能夠基于科學(xué)原理和測控技術(shù)與儀器專業(yè)知識，調(diào)研、分析和設(shè)計測控類復(fù)雜工程問題的解決方案；并能夠根據(jù)設(shè)計的解決方案，結(jié)合工程實際，設(shè)計合理的實驗方案，選擇實驗設(shè)備，構(gòu)建控制系統(tǒng)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.基本概念1.1過程控制的基本概念1.2過程控制裝置的基本概念教學(xué)要求：使學(xué)生了解過程控制的基本概念及其所使用的儀表。212.過程參數(shù)的檢測與變送2.1變送器2.2常用變送器2.3變送器的信號教學(xué)要求：使學(xué)生掌握常用變送器及其信號標(biāo)準(zhǔn)。重點：常用變送器、信號標(biāo)準(zhǔn)。41、2、33.過程控制儀表3.1控制器3.2執(zhí)行器3.3安全柵教學(xué)要求：使學(xué)生掌握常用過程控制儀表的效果知識和應(yīng)用方法。重點：控制器、執(zhí)行器。難點：控制器。421、2、34.被控過程的建模4.1過程建模的基本概念與方法4.2解析法建模4.3試驗法建模教學(xué)要求：使學(xué)生理解并掌握控制過程建模的基本知識和方法。重點：解析法建模、試驗法建模。難點：解析法建模、試驗法建模。421、2、35.簡單控制系統(tǒng)設(shè)計5.1簡單控制系統(tǒng)設(shè)計的基本概念和要求5.2控制方案的確定5.3控制參數(shù)整定教學(xué)要求：使學(xué)生掌握簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計所需的基本知識和方法。重點：控制方案、參數(shù)整定。難點：控制方案。421、2、36.常用高性能過程控制系統(tǒng)6.1串級控制系統(tǒng)6.2前饋控制系統(tǒng)6.3大滯后控制系統(tǒng)教學(xué)要求：使學(xué)生了解常見過程控制系統(tǒng)特點及構(gòu)成。重點:串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)。難點:大滯后控制系統(tǒng)。421、2、37.其它先進(jìn)過程控制系統(tǒng)7.1比值控制；7.2均勻控制；7.3分程控制；7.4自動選擇控制；7.5解耦控制；8.6自適應(yīng)控制；7.7推理控制；7.8預(yù)測控制教學(xué)要求：使學(xué)生了解常見先進(jìn)過程控制系統(tǒng)的基本概念及其特點。21、2、31.基本概念1.1過程控制的基本概念1.2過程控制裝置的基本概念教學(xué)要求：使學(xué)生了解過程控制的基本概念及其所使用的儀表。21合計2482.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.變送器的構(gòu)成與調(diào)校實驗內(nèi)容：對變送器零點和滿度進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行校驗。實驗要求：了解壓力變送器的組成結(jié)構(gòu)和靜態(tài)校驗方法。22、32.控制閥與閥門定位器校驗實驗內(nèi)容：通過閥門定位器調(diào)整并校驗控制閥開度。實驗要求：了解氣動調(diào)節(jié)閥及閥門定位器的結(jié)構(gòu)、原理和校驗方法。22、33.PID控制器應(yīng)用實驗實驗內(nèi)容：通過整定PID控制器參數(shù)準(zhǔn)確控制對象被控量。實驗要求：了解數(shù)字PID控制器的參數(shù)設(shè)定和使用方法。22、34.一階、二階系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)節(jié)實驗內(nèi)容：利用控制儀表調(diào)節(jié)一、二階對象的被控量。實驗要求：了解利用過程控制儀表構(gòu)建簡單過程控制系統(tǒng)的方法。22、3合計8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解各種過程控制儀表的原理與特點以及常見過程控制系統(tǒng)的相關(guān)知識，并在此基礎(chǔ)上，具備合理選擇相應(yīng)儀表解決實際問題的初步能力。實驗教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數(shù)據(jù)和分析實驗現(xiàn)象；介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實驗內(nèi)容的思路和方案設(shè)計等。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法；在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書；在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材：作者（譯者）.書名.出版社.出版時間．（1）楊延西，過程控制與自動化儀表，機械工業(yè)出版社，2017.04（2）王再英，過程控制系統(tǒng)與儀表，機械工業(yè)出版社，2020.092.參考書：作者（譯者）.書名.出版社.出版時間．（1）張勇，過程控制系統(tǒng)與儀表，\o"機械工業(yè)出版社"機械工業(yè)出版社，2013年9月；（2）利昂.烏爾巴斯，過程控制工程，\o"國防工業(yè)出版社"機械工業(yè)出版社，2018年7月；（3）慕延華，過程控制系統(tǒng)，\o"電子工業(yè)出版社"清華大學(xué)出版社，2018年7月；3.期刊：作者.文題.刊名，年，卷號（期號）．（1）儀器儀表學(xué)報，中國儀器儀表學(xué)會主辦．（2）電子測量與儀器學(xué)報，中國電子學(xué)會與中國儀器儀表學(xué)會聯(lián)合主辦．（3）電子學(xué)報，中國電子學(xué)會主辦（4）儀表技術(shù)與傳感器，沈陽儀器儀表工藝研究所主辦．（5）Measurement，Elsevier主辦（6）IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，IEEE主辦4.網(wǎng)絡(luò)資源：網(wǎng)站名，訪問路徑或者：作者.文題.更新和修改日期.訪問路徑．（1）億萬論壇，/Boards.asp（2）中國工控網(wǎng)，/（3）中國傳感器在線，/七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂考核10（1）根據(jù)課堂測驗情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?44實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的總值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！?0作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?35期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核傳感器基本原理、特性、測量電路、應(yīng)用等內(nèi)容。（3）考試題型為：名詞解釋題、填空題、簡答題、論述題和分析計算題等?！獭獭?52015合計：100分314525八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂測驗、實驗、作業(yè)、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末考核成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），以大作業(yè)形式定時完成，試題類型為簡答題、計算題、分析題、設(shè)計題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂測驗、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂測驗25準(zhǔn)確率大于90%。準(zhǔn)確率大于80%。準(zhǔn)確率大于70%。準(zhǔn)確率大于60%。準(zhǔn)確率小于60%。作業(yè)25作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%.不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%.準(zhǔn)確率小于60%。實驗50實驗預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟