《化工仪表》课程标准.docx

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1、化工仪表课程标准（36学时）一课程性质和任务化工仪表及自动化是化工类专业的一门必修课。该课程从自动控制系统的基本概念入手，系统地讲述构成自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等；以及简单控制系统、复杂控制系统、新型控制系统与计算机控制系统；最后结合化工生产过程讲述几种典型化工单元操作的控制方案。二、课程教学目标（一）知识教学目标1 .了解化工自动化的基本知识。2 .理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用。3 .能根据工艺要求，与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；4 .能在工艺设计和技术改造中，与自控设计人员合作，综合考虑工

2、艺与控制两个方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件与数据；5 .能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系；6 .能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点。（二）能力培养目标1 .在生产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置,使它们充分发挥作用2 .能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法；3 .能在处理各类技术问题时，应用一些控制论、系统论、信息论的观点

3、来分析思考,寻求考虑整体条件、考虑事物间相互关联的综合解决方法。（三）思想教育目标1 .具有实事求是、严肃认真的科学态度和严谨求实、锐意进取的创新精神。2 .增强职业道德意识。三教学内容和要求基础模块（一）绪论教学内容化工自动化的意义及目的化工自动化的发展概况化工仪表及自动化系统的分类教学要求了解化工自动化的发展概况，理解化工自动化的意义及目的，掌握化工仪表及自动化系统的分类。（二）检测仪表基本知识教学内容一、测量过程与测量误差二、检测仪表的品质指标三、检测系统中的常见信号类型四、检测系统中信号的传递形式五、检测仪表与测量方法的分类六、化工检测的发展趋势教学要求了解化工检测的发展趋势。理解测量

4、过程与测量误差，检测仪表的品质指标。掌握检测系统中的常见信号类型、检测系统中信号的传递形式、检测仪表与测量方法的分类。（三）压力检测教学内容压力单位及测压仪表弹性式压力计一、弹性元件二、弹簧管压力表第三节电气式压力计一、变片式压力传感器二、压阻式压力传感器三、电容式压力传感器第四节智能式变送器一、能变送器的特点二、智能变送器的结构原理第五节压力计的选用及安装一、压力计的选用二、压力计的安装教学要求了解压力单位及测压仪表。理解并掌握各类压力计的机构原理和工作原理。掌握压力计的选用及安装。（四）流量检测教学内容差压式流量计一、节流现象与流量基本方程式二、标准节流装置三、力矩平衡式差压变送器四、差压

5、式流量计的测量误差第二节转子流量计一、工作原理二、电远传式转子流量计第三节漩涡流量计第四节质量流量计一、直接式质量流量计二、补偿式质量流量计第五节其他流量计一、靶式流量计二、椭圆齿轮流量计三、涡轮流量计四、电磁流量计教学要求了解节流现象与流量基本方程式。理解各类流量计的机构原理和工作原理。掌握差压式流量计和转子流量计工作原理。（五）物位检测教学内容第一节物位检测的意义及主要类型第二节差压式液位计一、工作原理二、零点迁移问题三、用法兰式差压变送器测量液位第三节其他物位计一、电容式物位计二、核辐射物位计三、雷达式液位计四、称重式液罐计量仪教学要求了解物位检测的意义及主要类型。理解零点迁移的原理并掌

6、握具体的计算方法。掌握各类液位测量仪表的测量原理和使用场合。（六）温度检测教学内容第一节概述一、测温仪表的分类二、温度检测的基本原理第二节热电偶温度计一、热电偶二、补偿导线与冷端温度补偿第三节热电阻温度计一、测温原理二、常用热电阻第四节温度变送器一、电动温度变送器二、一体化温度变送器三、智能式温度变送器教学要求了解测温仪表的分类和温度检测的基本原理。理解热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理。掌握补偿导线与冷端温度补偿的方法及相关计算，温度变送器实现远传的方法。（七）显示仪表教学内容第一节模拟式显示仪表一、自动平衡电子电位差计二、电子自动平衡电桥第二节数字式显示仪表一、数字式显示仪表

7、的原理及其特点二、模-数变换器三、电子计数器四、显示器五、数字式显示仪表的基本组成六、数字模拟混合记录仪第三节新型显示仪表一、无纸记录仪二、虚拟显示仪表教学要求了解新型显示仪表的发展趋势。理解模拟式显示仪表原理以及工作原理分析。掌握自动平衡电子电位差计、电子自动平衡电桥和数字式显示仪表的工作原理。（）自动控制系统概述教学内容第一节自动控制系统的组成第二节自动控制系统的方块图一、信号和变量二、自动控制系统方块图三、反馈四、自动控制系统的分类第三节过渡过程和品质指标一、控制系统的静态与动态二、控制系统的过渡过程三、控制系统的控制指标四、影响控制指标的主要因素教学要求掌握自动控制系统的组成，了解各组

8、成部分的作用以及相互影响和联系；理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法；熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的动态与静态；掌握闭环控制系统在阶跃干扰（扰动）作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。（九）对象特性和建模教学内容第一节数学模型及描述方法一、被控对象数学模型二、数学模型的主要形式第二节机理建模一、一阶对象二、积分对象三、时滞对象第三节描述对象特性的参数一、放大系数K二、时间常数T三、滞后时间T第四节实测建模教学要求了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法；掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型；掌握表

9、征被控对象特性的三个参数，包括放大系数、时间常数、滞后时间的物理意义及其对控制质量的影响；了解被控对象特性的实验测定方法。（十）基本控制规律教学内容第一节位式控制一、双位控制二、具有中间区的双位控制三、多位控制第二节比例控制一、比例控制规律及其特点二、比例度及其对控制过程的影响第三节积分控制一、积分控制规律及其特点二、比例积分控制规律与积分时间三、积分时间对系统过渡过程的影响第四节微分控制一、微分控制规律及其特点二、实际的微分控制规律及微分时间三、比例微分控制系统的过渡过程四、比例积分微分控制教学要求理解基本控制规律的含义及作用。掌握各种基本控制规律的特点；熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制

10、系统的影响。掌握过度过程的概念，各种调节规律对过度过程的影响。（4一）自动控制仪表教学内容第一节控制仪表的作用与分类一、控制仪表的能源形式二、控制仪表的结构形式三、控制仪表的信号形式第二节模拟式控制仪表概述二、DDZ-IIl型电动调节器第三节数字式控制仪表一、概述二、可编程调节器的主要特点三、可编程调节器的基本构成及原理四、KMM可编程调节器教学要求了解自动控制仪表作用与分类，了解模拟式电动控制器的基本构成原理及各部分组成，掌握单回路数字控制器、可编程序控制器的基本情况。（十二）执行器教学内容第一节气动执行器一、气动执行器的组成与分类二、控制阀的流量特性三、控制阀的选择四、控制阀的安装和维护第

11、二节阀门定位器与电-气转换器一、气动阀门定位器二、电-气阀门定位器三、电-气转换器第三节电动执行器一、概述二、角行程电动执行机构三、直行程电动执行机构教学要求了解执行器的作用及种类，理解气动执行器的结构与工作原理，掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行器气开气关形式及其选择，理解控制阀的流量特性及其种类，了解电动执行器的组成及作用。（十三）简单控制系统教学内容第一节概述第二节被控变量的选择第三节操纵变量的选择第四节控制器控制规律的选择及参数整定一、控制规律的选择二、控制器参数的工程整定第五节控制系统的投运及操作中的常见问题一、控制系统的投运二、控制系统操作中的常见问题教学要求了解简单控制系

12、统的结构、组成及作用；掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则；了解各种基本控制规律的特点及应用场合；掌握控制器正、反作用确定的方法；掌握控制器参数工程整定的方法。（十四）复杂控制系统教学内容第一节串级控制系统一、串级控制系统概述二、串级控制系统的特点及应用三、主、副控制器控制规律的选择四、主、副控制器正反作用的选择五、控制器参数整定与系统投运第二节其他复杂控制系统一、均匀控制系统二、比值控制系统三、前馈控制系统四、取代控制系统五、分程控制系统六、多冲量控制系统教学要求掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；掌握串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正反作用的选择；了解串

13、级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法。理解设置均匀控制系统的目的及控制方案。了解比值控制系统的各种类型，掌握单闭环比值控制方案的结构及特点。掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合。理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案，了解开关型选择性控制系统，了解积分饱和现象的产生及防止方法。理解分程控制系统的结构及应用场合。了解多冲量控制系统的意义，理解三冲量控制系统的结构特点。选用模块（一）高级控制系统教学内容第一节自适应控制系统一、参考模型自适应控制系统二、具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统第二节预测控制系统第三节智能控制系统第四节神经元网络控制第五节模糊控制系统第六节最优控制系统

14、第七节控制管理一体化教学要求了解自适应控制系统的特点、用途及主要类型；了解预测控制系统、智能控制系统与专家系统、模糊控制系统额基本概念；对神经元网络控制、故障检测与故障诊断的基本概念有所了解。（二）计算机控制系统教学内容第一节计算机控制简述一、计算机控制系统的特点二、计算机控制系统的组成三、计算机控制系统的类型四、计算机控制系统的发展第二节集散控制系统概述一、集散控制系统的基本构成二、集散控制系统的特点第三节CENTUM-CS集散控制系统一、CENTUM-CS系统的构成二、ICS的组成及功能三、CRT显示画面的显示格式四、CENTUM-CS系统中的字母代号五、基本操作方法六、显示画面及操作第四

15、节现场总线控制系统一、现场总线系统的产生和特征二、现场总线国际标准化三、主要的现场总线系统简介教学要求掌握直接数字控制（加C）的PlD算法。了解DDC系统的基本组成与作用。掌握全开放集散控制系统（DCS）的特点及基本组成。了解DCS现场控制站及操作站的硬件与软件。了解全开放式控制软件ONSPEC的特点及用途。了解现场总线的特点及基本设备。（三）可编程控制器教学内容第一节可编程控制器概述一、可编程控制器（PLC）的发展过程二、可编程控制器的功能与特点第二节可编程控制器的基本构成及工作原理一、可编程控制器的基本组成二、可编程控制器的软件系统三、可编程控制器的分类第三节OMRONC系列PLC一、简介

16、二、OMRONPLe指令第四节应用示例一、水箱液位控制二、变量越限报警控制三、自动包装机控制了解可编程控制器的功能与特点。理解OMRONPLC指令系统。掌握利用PLC实现对水箱液位控制、变量越限报警控制的操作方法。（四）典型化工单元的控制方案教学内容第一节流体输送设备的自动控制一、离心泵的自动控制方案二、往复泵的自动控制方案三、压气机的自动控制方案第二节传热设备的自动控制一、两侧均无相变化的换热器控制方案二、载热体进行冷凝的加热器自动控制三、冷却剂进行汽化的冷却器自动控制第三节精储塔的自动控制一、精储塔的干扰因素及对自动控制的要求二、精储塔的控制方案第四节化学反应器的自动控制一、化学反应器的控

17、制要求二、釜式反应器的温度自动控制三、固定床反应器的自动控制四、流化床反应器的自动控制教学要求掌握离心泵和往复泵控制方案的特点。了解离心式压缩机防喘振控制的一般方法。理解传热设备控制的一般方法。理解精储塔提储段温控与精储段温控的特点和方法。了解釜式、固定床、流化床反应器控制的一般方法。（五）实验内容及实验要求1、化工生产过程主要参数的检测变送单元实验掌握检测仪表（一次仪表，传感器）的构成及工作原理；掌握检测仪表的调校及使用方法；了解测量点位置对测量结果的影响；了解检测仪表的特性及信号处理方法。选择一到二种典型的测量仪表（温度、压力、流量、物位、位移、成份等）构成测量实验回路，设置相应的实验内容

18、记录并分析实验数据。目前已开的实验有：热电阻温度计校验；热电偶温度计校验；弹簧管压力表校验；加ZTI型温度变送器校验实验。2、显示单元仪表及装置实验掌握模拟显示仪表的工作原理及基本组成，了解数字显示仪表的构成原理及调校，学会仪表的调整、接线及使用方法，了解与一次仪表的配套使用。目前已开设动圈仪表校验实验；数字显示仪表校验实验。3、化工生产过程自动控制单元仪表及装置实验以加Z-II、DDZ-In型调节器、PC控制器或PLC等控制器之一为实验装置，构成化工生产过程自动控制系统实验，通过实验，使学生掌握控制单元仪表及装置的构成及工作原理；掌握控制单元仪表及装置的使用方法；掌握控制器参数的设置及调整

19、了解其输入输出特性。目前实验有DDZ-II、DDZTn型调节器、PLC控制器等实验。4、控制系统实验用液位控制系统或温度控制系统实验装置，进行对象特性测取，控制参数确定、系统投运、手、自动切换等实验。使学生掌握过程控制系统的构成；掌握控制系统的整定及投运过程；学会对象特性的测取方法；了解干扰位置对系统特性的影响。5、化工生产过程自动控制系统仿真实验学会自动控制系统仿真系统DCS3000的使用，掌握各种典型自动控制系统的特点。四、学时分配建议类另U序号教学内容学时数小计讲课实验基1绪论22础模块2检测仪表基本知识223压力检测224流量检测225物位检测226温度检测227显示仪表228自动控

20、制系统概述229对象特性和建模2210基本控制规律2211自动控制仪表2212执行器2213简单控制系统22机动合计2626选用模块14高级控制系统2215高级控制系统2216可编程控制器2217典型化工单元的控制方案18实验内容及实验要求合计66实践教学模块19基本实验22综合实验22合计44总计36324五、说明1、本课程以课堂教授为主，并安排一定量的习题。对于实践较强的章节，配以相应的实习课程。理论与实际相结合，帮助学生掌握所学内容。课堂教学采用常规教学手段与多媒体辅助教学手段相结合的模式。2、教材名称：化工仪表及自动化（化工类专业适用）。编者：厉玉鸣。出版社:化学工业出版社。版本：第三版。3、本教材为教育部高职高专规划教材。