《能源生產(chǎn)過程控制》課程教學(xué)大綱

《能源生產(chǎn)過程控制》課程教學(xué)大綱課程編號：04510423課程性質(zhì)：專業(yè)方向課先修課程：材料物理適合專業(yè)：新能源科學(xué)與工程開設(shè)學(xué)期：第七學(xué)期考核方式：考試總學(xué)時數(shù)：54學(xué)分：3（一）課程教學(xué)目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對能源生產(chǎn)過程的控制知識的理解，掌握相關(guān)基本的理論與技能，提高學(xué)生控制系統(tǒng)的設(shè)計能力，使學(xué)生的能力和素養(yǎng)都有重要的提高。（二）課程的目的與任務(wù)能源生產(chǎn)過程控制是新能源科學(xué)與工程專業(yè)一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對于該專業(yè)學(xué)生能力的提高具有重要的作用，在課程教學(xué)和實踐過程中，能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和工作的能力，掌握必要的工作技能，對于學(xué)生今后就業(yè)或創(chuàng)業(yè)發(fā)揮著重要的作用。在總的目標下，著重要掌握能源生產(chǎn)過程控制等基本技能。（三）理論教學(xué)的基本要求學(xué)習(xí)了本課程以后，使學(xué)生在知識上、技能和能力上達到獨立調(diào)研文獻和市場分析的能力。了解能源生產(chǎn)過程控制的基本概念，了解各類過程控制系統(tǒng)的基本原理；設(shè)計和實施各類過程控制。（四）實踐教學(xué)要求無（五）教學(xué)學(xué)時分配數(shù)章次各章名稱總學(xué)時學(xué)時分配講課實驗上機課外小計第0章緒論333第一章過程控制基礎(chǔ)知識666第二章簡單控制系統(tǒng)999第三章串級控制系統(tǒng)666第四章前饋控制系統(tǒng)666第五章比值控制系統(tǒng)666第六章其他控制系統(tǒng)666第七章典型化工單元的控制666第八章控制系統(tǒng)工程設(shè)計666總計545454（五）大綱內(nèi)容第0章緒論教學(xué)大綱：0.1過程控制的定義和任務(wù)0.2過程控制的發(fā)展與趨勢0.2.1自動控制理論的發(fā)展歷程0.2.2過程控制系統(tǒng)的發(fā)展與趨勢教學(xué)目的與要求：掌握過程控制的概念以及任務(wù)，了解過程控制的發(fā)展趨勢，掌握自動控制理論的發(fā)展歷程和過程控制系統(tǒng)的發(fā)展與趨勢教學(xué)重點：過程控制的定義、自動控制理論的發(fā)展歷程、過程控制系統(tǒng)的發(fā)展與趨勢教學(xué)難點：過程控制的發(fā)展與趨勢第一章過程控制基礎(chǔ)知識1.1自動控制系統(tǒng)的組成及分類1.1.1人工控制與自動控制1.1.2自動控制的基本方式1.1.3自動控制系統(tǒng)的組成1.1.4自動控制系統(tǒng)的分類1.2系統(tǒng)運行的基本要求1.2.1系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)1.2.2基本要求1.3過程控制系統(tǒng)的過渡過程及控制性能指標1.3.1過程控制系統(tǒng)的過渡過程1.3.2過程控制系統(tǒng)的控制性能指標1.4過程動態(tài)特性與建模1.4.1數(shù)學(xué)模型的定義1.4.2被控過程的數(shù)學(xué)模型（過程特性）1.4.3傳遞函數(shù)1.4.4過程特性的一般分析1.4.5過程動態(tài)模型的實驗測取1.5過程控制系統(tǒng)的方框圖及傳遞函數(shù)1.5.1系統(tǒng)方框圖1.5.2方框圖的等效變換與化簡1.5.3過程控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1.6常規(guī)控制規(guī)律及其對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響1.6.1PID控制的特點1.6.2位式控制1.6.3比例控制（P）1.6.4積分控制（I）1.6.5微分控制（D）教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生了解過程控制基礎(chǔ)知識，包括自動控制系統(tǒng)的組成和分類、系統(tǒng)運行的基本要求、過程控制系統(tǒng)的過渡過程和控制性能指標、過程動態(tài)特性和建模、過程控制系統(tǒng)的方框圖和傳遞函數(shù)以及常規(guī)控制規(guī)律等；教學(xué)重點：自動控制系統(tǒng)的組成和分類、系統(tǒng)運行的基本要求、過程控制系統(tǒng)的過渡過程和控制性能指標教學(xué)難點：過程控制系統(tǒng)的過渡過程和控制性能指標、過程動態(tài)特性和建模第二章簡單控制系統(tǒng)教學(xué)大綱：2.1系統(tǒng)組成原理2.1.1簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成2.1.2控制過程分析2.1.3簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計概述2.2被控變量的選擇2.2.1被控變量的選擇方法2.2.2被控變量的選擇原則2.2.3被控變量的選擇實例2.3過程特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇2.3.1擾動通道特性對控制質(zhì)量的影響2.3.2控制通道特性對控制質(zhì)量的影響2.3.3操縱變量的選擇2.4執(zhí)行器（氣動薄膜控制閥）的選擇2.4.1控制閥概述2.4.2控制閥的結(jié)構(gòu)形式及選擇2.4.3控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇2.4.4控制閥流量特性的選擇2.4.5控制閥口徑的選擇2.4.6閥門定位器的正確使用2.5測量變送環(huán)節(jié)的選取及其對控制質(zhì)量的影響2.5.1對測量變送環(huán)節(jié)的基本要求2.5.2測量誤差分析2.5.3減小動態(tài)誤差的方法2.6控制器的選擇2.6.1控制器控制規(guī)律的選擇2.6.2控制器正、反作用方式的選擇2.7簡單控制系統(tǒng)的投運和整定2.7.1控制系統(tǒng)的投運2.7.2控制系統(tǒng)的整定2.8簡單控制系統(tǒng)的故障與處理2.8.1故障產(chǎn)生的原因2.8.2故障判斷和處理的一般方法2.8.3故障分析舉例教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生了解系統(tǒng)組成原理，掌握變量的選擇；了解簡單控制系統(tǒng)的投運和整定；學(xué)會簡單控制系統(tǒng)的故障與處理教學(xué)重點：簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，控制過程分析，簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計，變量的選擇，系統(tǒng)的故障與處理教學(xué)難點：簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，變量的選擇第三章串級控制系統(tǒng)教學(xué)大綱：3.1基本原理和結(jié)構(gòu)3.1.1串級控制系統(tǒng)的組成原理3.1.2串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1.3串級控制系統(tǒng)的控制過程3.2串級控制系統(tǒng)的特點3.3串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍3.3.1用于具有較大純滯后的過程3.3.2用于具有較大容量滯后的過程3.3.3用于存在變化劇烈和較大幅值擾動的過程3.3.4用于具有非線性特性的過程3.4串級控制系統(tǒng)的設(shè)計3.4.1主、副被控變量的選擇3.4.2主、副控制器控制規(guī)律的選擇3.4.3主、副控制器正、反作用的選擇3.4.4串級控制系統(tǒng)的實施3.5串級控制系統(tǒng)的投運和整定3.5.1串級控制系統(tǒng)的投運3.5.2串級控制系統(tǒng)的整定教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生掌握串級控制系統(tǒng)的組成原理和控制過程，掌握串級控制系統(tǒng)的特點，串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，能設(shè)計和實施串級控制系統(tǒng)。教學(xué)重點：串級控制系統(tǒng)的組成原理，串級控制系統(tǒng)的特點，串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；教學(xué)難點：串級控制系統(tǒng)的組成原理和控制過程，設(shè)計和實施串級控制系統(tǒng)第四章前饋控制系統(tǒng)教學(xué)大綱：4.1前饋控制原理4.2前饋控制的特點及局限性4.2.1前饋控制的特點4.2.2前饋控制的局限性4.3前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結(jié)構(gòu)形式4.3.1單純的前饋控制系統(tǒng)4.3.2前饋-反饋控制系統(tǒng)4.3.3前饋-串級控制系統(tǒng)4.4前饋控制系統(tǒng)的實施及應(yīng)用4.4.1前饋控制系統(tǒng)的實施4.4.2前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用教學(xué)目的與要求：了解前饋控制原理，掌握前饋控制的特點及局限性，前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結(jié)構(gòu)形式，了解前饋控制系統(tǒng)的實施及應(yīng)用教學(xué)重點：前饋控制原理，前饋控制的特點及局限性，前饋控制系統(tǒng)的幾種主要結(jié)構(gòu)形式教學(xué)難點：前饋控制原理，前饋控制系統(tǒng)的實施及應(yīng)用第五章比值控制系統(tǒng)5.1概述5.2比值控制系統(tǒng)的類型5.2.1單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.2.2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)5.2.3變比值控制系統(tǒng)5.3比值系數(shù)的計算5.3.1流量與測量信號成線性關(guān)系時的折算5.3.2流量與測量信號成非線性關(guān)系時的折算5.4比值控制系統(tǒng)的實施5.4.1兩種實施方案5.4.2比值控制系統(tǒng)中的信號匹配問題5.5比值控制系統(tǒng)的投運與整定教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生掌握比值控制系統(tǒng)概念，了解比值控制系統(tǒng)的類型，掌握比值系數(shù)的計算教學(xué)重點：比值控制系統(tǒng)概念，比值控制系統(tǒng)的類型教學(xué)難點：比值系數(shù)的計算第六章其他控制系統(tǒng)教學(xué)大綱：6.1均勻控制系統(tǒng)6.1.1均勻控制原理6.1.2均勻控制方案6.2選擇性控制系統(tǒng)6.2.1選擇性控制原理6.2.2選擇性控制系統(tǒng)的類型6.2.3選擇性控制系統(tǒng)工程設(shè)計和實施時的幾個問題6.3分程控制系統(tǒng)6.3.1分程控制系統(tǒng)的組成及工作原理6.3.2分程控制的應(yīng)用場合6.3.3分程控制系統(tǒng)的實施6.4自動保護系統(tǒng)6.4.1自動信號報警系統(tǒng)6.4.2自動聯(lián)鎖保護系統(tǒng)教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生掌握均勻控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)以及自動保護系統(tǒng)教學(xué)重點：均勻控制系統(tǒng)的原理和方案，選擇性控制系統(tǒng)的類型和原理，分程控制系統(tǒng)的原理教學(xué)難點：各類控制系統(tǒng)的原理第七章典型化工單元的控制教學(xué)大綱：7.1流體輸送設(shè)備的控制7.1.1泵的控制7.1.2壓縮機的控制7.1.3離心式壓縮機的防喘振控制系統(tǒng)7.2傳熱設(shè)備的控制7.2.1傳熱設(shè)備的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型7.2.2一般傳熱設(shè)備的控制7.2.3管式加熱爐的控制7.3鍋爐設(shè)備的控制7.3.1鍋爐汽包水位的控制7.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制7.3.3蒸汽過熱系統(tǒng)的控制7.4精餾塔的控制7.4.1精餾塔的工藝要求和擾動分析7.4.2精餾塔被控變量的選擇7.4.3精餾塔的控制方案7.4.4復(fù)雜控制和新型控制方案在精餾塔中的應(yīng)用7.5化學(xué)反應(yīng)器的控制7.5.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求和被控變量的選擇7.5.2化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略7.5.3幾種典型反應(yīng)器的控制方案教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生掌握流體輸送設(shè)備的控制，了解傳熱設(shè)備的控制，鍋爐設(shè)備的控制，精餾塔的控制，化學(xué)反應(yīng)器的控制教學(xué)重點：流體輸送設(shè)備的控制，傳熱設(shè)備的控制，化學(xué)反應(yīng)器的控制教學(xué)難點：流體輸送設(shè)備的控制，化學(xué)反應(yīng)器的控制第八章控制系統(tǒng)工程設(shè)計教學(xué)大綱：8.1工程設(shè)計的基本知識8.1.1工程設(shè)計的基本任務(wù)和設(shè)計步驟8.1.2工程設(shè)計的內(nèi)容8.1.3自控系統(tǒng)工程設(shè)計的方法8.2控制方案及工藝控制流程圖的設(shè)計8.2.1工程設(shè)計的圖例符號8.2.2控制方案的設(shè)計8.2.3工藝控制流程圖的繪制8.3控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇8.3.1儀表自動化設(shè)備的選型8.3.2檢測儀表的選擇8.3.3顯示控制儀表的選型8.3.4自控設(shè)備表8.4儀表盤正面布置圖和背面電氣接線圖8.4.1儀表盤正面布置圖8.4.2儀表盤背面電氣接線圖8.5其他設(shè)計文件簡介教學(xué)目的與要求：要求學(xué)生掌握工程設(shè)計的基本知識，了解控制方案及工藝控制流程圖的設(shè)計，掌握控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇教學(xué)重點：工程設(shè)計的基本任務(wù)和設(shè)計步驟，控制流程圖的設(shè)計，控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇教學(xué)難點：控制流程圖的設(shè)計，控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇（六）課程有關(guān)說明制定依據(jù)：本大綱根據(jù)2015版新能源科學(xué)與工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案制定。課程大綱的設(shè)置為專業(yè)服務(wù)，課程標準的確立堅持“以能力為本位，以就業(yè)為導(dǎo)向”的理念，以“加強素質(zhì)教育，強化職業(yè)道德”為宗旨。立足河南省的產(chǎn)業(yè)背景，適應(yīng)21世紀社會對材料物理專業(yè)人才的需求，建立完善的《能源生產(chǎn)過程控制》的教學(xué)大綱。根據(jù)新的教學(xué)大綱要求，參考國內(nèi)有關(guān)教材，結(jié)合新的教學(xué)理念、方法和手段，編寫新教材。在進行本課程學(xué)習(xí)前應(yīng)該先學(xué)習(xí)材料物理學(xué)、固體物理學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，并且對于上述課程的學(xué)習(xí)起到促進作用。在執(zhí)行本大綱時應(yīng)注意與實際應(yīng)用相結(jié)合，加強對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。合理處理重點和難點之間的關(guān)系，對重點和難點問題進行詳細講解。考核方式將閉卷考試和課堂考察相結(jié)合，加強對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。（七）主要教學(xué)方法與媒體要求課堂講授，課堂討論，案例教學(xué)，研究性教學(xué)，提問式教學(xué)，師生互動。需要多媒體。（八）使用教材及主要參考書1.王永紅主編：《過程控制系統(tǒng)》(第2版)，電子工業(yè)出版