化学化工学院应用化学专业《化工仪表及自动化》教学大纲文档格式.docx
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通过主讲老师讲授、同学们讨论、上习题课的方式进行。
采用多种教学方式与教学手段相结合。
注意把理论与开设的实验配套讲解。
(四)考核方式
本课程为考察课,平时成绩及作业40%+实验成绩40%+期末化工自动化单元小设计20%;
满分100分。
(五)教学内容与学时分配
教学章节
教学内容
学时安排
备注
1
自动控制系统的基本概念
3
2
过程特性及数学模型
检测仪表及传感器
9
4
自动控制仪表
5
执行器
6
简单控制系统
7
复杂控制系统
8
新型控制系统
1
二、大纲内容
第一章自动控制系统的基本概念
1.自动控制系统的组成
2.自动控制系统的方块图
3.过渡过程和品质指标
说明与要求:
(1)掌握自动控制系统的组成,了解各组成部分的作用以及相互影响和联系;
(2)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;
(3)熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义;
(4)了解控制系统的几种分类形式,掌握系统的动态与静态;
(5)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。
教学重点:
自动控制系统的组成及各环节作用,自动控制系统组成方块图,自动控制系统品质指标。
教学难点:
自动控制系统的过渡过程
第二章过程特性及数学模型
1.数学模型及描述方法
2.机理建模
3.描述对象特性的参数
4.实测建模
(1)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;
(2)掌握用机理建模的方法建立简单对象数学模型;
(3)掌握表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;
(4)了解被控对象特性的实验测定方法。
一阶对象、二阶对象特性参数K、T、τ含义及其对控制过程的影响。
对象数学模型建立的机理建模和实验建模,一阶对象、二阶对象特性参数K、T、τ含义及其对控制过程的影响。
第三章检测仪表及传感器
3.1检测仪表基本知识
1.测量过程与测量误差
2.检测仪表的品质指标
3.检测系统中的常见信号类型
4.检测系统中信号的传递形式
5.检测仪表与测量方法的分类
6.化工检测的发展趋势
(1)了解化工检测的发展趋势;
(2)理解测量过程与测量误差,检测仪表的品质指标;
(3)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。
测量误差、检测仪表的品质指标、常见信号类型、信号传递形式。
测量误差分析、检测仪表品质指标的计算确定、检测系统中信号的传递形式。
3.2压力检测
1.压力单位及测压仪表
2.弹性式压力计
3.电气式压力计
4.智能式变送器
5.压力计的选用及安装
(1)了解压力单位及测压仪表;
(2)理解并掌握各类压力计的机构原理和工作原理;
(3)掌握压力计的选用及安装。
弹性式压力计、电气式压力计的测压原理。
压力计的选用及安装。
3.3流量检测
1.差压式流量计
2.转子流量计
3.漩涡流量计
4.质量流量计
5.其他流量计
(1)了解节流现象与流量基本方程式;
(2)理解各类流量计的机构原理和工作原理;
(3)掌握差压式流量计和转子流量计工作原理。
各类流量计的测量原理和方法,流量变送器的工作原理。
差压式流量计、转子流量计、质量流量计、椭圆齿轮流量计工作原理分析。
3.4物位检测
1.物位检测的意义及主要类型
2.差压式液位计
3.其他物位计
(1)了解物位检测的意义及主要类型;
(2)理解零点迁移的原理并掌握具体的计算方法;
(3)掌握各类液位测量仪表的测量原理和使用场合。
差压式液位计和零点迁移问题。
法兰式差压变送器测量液位和零点迁移的判断及计算。
3.5温度检测
1.概述
2.热电偶温度计
3.热电阻温度计
4.温度变送器
(1)了解测温仪表的分类和温度检测的基本原理;
(2)理解热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理;
(3)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。
热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器的测量原理。
温度补偿理论及方法。
热电偶温度计、热电阻温度计、温度变送器工作过程的线路分析。
3.6显示仪表
1.模拟式显示仪表
2.数字式显示仪表
3.新型显示仪表
(1)了解新型显示仪表的发展趋势;
(2)理解模拟式显示仪表原理以及工作原理分析;
(3)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结构原理和工作原理。
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原理分析。
第四章自动控制仪表
1.控制仪表的作用与分类
2.模拟式控制仪表
3.数字式控制仪表
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。
DDZ-III型电动调节器、可编程调节器的基本构成及原理。
控制仪表的原理分析,KMM可编程调节器的实际运用。
第五章执行器
1.气动执行器
2.阀门定位器与电-气转换器
3.电动执行器
(1)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,
(2)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。
气动执行器的结构与工作原理,执行器气开气关形式及其选择,控制阀的流量特性及其种类。
控制阀的流量特性,电动执行器
第六章简单控制系统
2.被控变量的选择
3.操纵变量的选择
4.控制器控制规律的选择及参数整定
5.控制系统的投运及操作中的常见问题
(1)了解简单控制系统的结构、组成及作用;
(2)掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则;
(3)了解各种基本控制规律的特点及应用场合;
(4)掌握控制器正、反作用确定的方法;
(5)掌握控制器参数工程整定的方法。
被控变量、操纵变量的选择。
控制器控制规律的选择及参数整定。
控制器参数的整定方法,控制系统操作中的常见问题的分析及解决。
第七章复杂控制系统
1.串级控制系统
2.其他复杂控制系统
(1)掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合;
(2)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;
(3)了解串级控制系统中主副控制器参数的工程整定方法;
(4)理解设置均匀控制系统的目的及控制方案。
(5)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;
(6)掌握前馈控制系统的结构、特点及应用场合;
(7)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;
(8)理解分程控制系统的结构及应用场合;
(9)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。
串级控制系统的特点及应用。
主、副控制器控制规律的选择。
主、副控制器正反作用的选择。
控制器参数整定与系统投运。
根据实际情况控制规律的选择。
控制器正反作用的选择。
控制器参数整定方法与系统投运。
第八章新型控制系统
1.自适应控制系统
2.预测控制系统
3.智能控制系统
4.神经元网络控制
5.模糊控制系统
6.最优控制系统
7.控制管理一体化
教学要求:
(1)了解自适应控制系统的特点、用途及主要类型;
(2)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;
(3)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。
新型控制系统的类型及用途,以及未来新型控制系统的发展趋势。
各类新型控制系统的控制原理。
三、教材和主要参考书
教材:
厉玉鸣.化工仪表及自动化(第五版).北京:
化学工业出版社,2011.
主要参考书:
1.孙自强.生产过程自动化及仪表.上海:
华东理工大学出版社,1999.
2.乐建波.化工仪表及自动化(第二版).北京:
化学工业出版社,2005.
修订/制定人:
李梅生审核人:
修订/制定日期:
2013年09月
附实验大纲:
(一)实验目的、要求
1.本实验是为配合《化工仪表及自动化》课程的课题教学开设的。
通过实验操作,使学生加深对《化工仪表及自动化》课程内容的理解,掌握教学大纲要求的相关内容,在提高理性认识的同时增加感性认识,培养学生的实际动手能力。
2.掌握化工生产过程主要参数(温度、压力、流量、物位等)测量装置的工作原理,使用方法。
3.掌握化工生产过程自动控制系统中主要控制设备及装置的构成及工作原理。
4.掌握自动控制系统的构成原理及控制系统的投运过程。
5.了解自动控制系统的仿真技术及其使用方法。
(二)实验内容的选取和实施中注意的问题
本实验内容选取根据理论课所学内容和实验课时数选取四个典型的实验,尽量含盖所学内容,使学生理论联系实际,帮助学生掌握所学内容。
同时选取一些选做实验,学生根据自己的兴趣课余选取完成,选做实验不做强性要求。
本课程以实验为主。
(三)考核方式与要求
采用理论与实践相结合的评定方法,满分100分,具体为:
预习占20%,实验操作占40%,实验报告占40%。
(四)实验项目与时数安排
序号
实验名称
教学时数
单容自蘅水箱液位特性测试实验
必做
双容水箱特性的测试
上下水箱液位串级控制
单容液位定值控制系统
锅炉内胆水温定值控制系统
选做
锅炉内胆温度特性的测试
单闭环流量比值控制系统
下水箱液位前馈-反馈控制系统
盘管出水口温度滞后控制系统
二、实验内容
实验一:
1.掌握单容水箱的阶跃响应测试方法;
2.掌握同一控制系统采用不同的控制方案的实验过程。
说明和要求:
首先了解实验装置结构和组成;
观察试验装置中各种仪表,记录各种仪表的规格并完成实验报告。
实验二:
1.掌握双容水箱的阶跃响应测试方法;
详细记录测试数据,画出特性曲线图,完成实验报告。
实验三:
1.了解复杂过程控制系统的构成;
2.掌握复杂过程控制一—串级控制方法;
3.控制要求:
超调量σ<20%,调节时间Ts≤3T,余差<5%。
学会水箱液位串级控制操作,详细记录测试数据,完成实验报告。
实验四:
1.了解简单过程控制系统的构成;
2.掌握简单过程控制的原理;
详细记录测试数据,画出定值控制特性曲线图,完成实验报告。
实验五:
锅炉内胆水温定值控制系统(选做)
1.了解单回路温度控制系统的组成及工作原理;
2.研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用;
3.分析动态水温与静态水温在控制效果上有何不同。
详细记录测试数据,画出单回路温度控制定值控制特性曲线图,完成实验报告。
实验六:
锅炉内胆温度特性的测试(选做)
1.了解锅炉内胆温度特性测试系统的组成原理;
2.掌握锅炉内胆温度特性的测试方法。
实验七:
单闭环流量比值控制系统(选做)
1.了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成;
2.掌握比值计算方法;
掌握比值控制系统的参数设定和投运方法。
实验预习报告及实验报告。
实验八:
下水箱液位前馈-反馈控制系统(选做)
1.了解液位前馈-反馈控制系统的结构与原理;
2.掌握前馈补偿器的设计与调试;
3.掌握前馈-反馈控制系统的参数设定和投运方法。
实验九:
盘管出水口温度滞后控制系统(选做)
1.认识滞后的形成,及其对系统动态性能的影响;
2.掌握滞后控制系统的常规PID调节器的参数整定方法。
三、实验教材和主要参考书
应化教研室.化工仪表及自动化实验指导书.自编.2006.
1.厉玉鸣.化工仪表及自动化(第五版).北京:
2.钟汉武主编.化工仪表及自动化实验.北京.化学工业出版社.1999.
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- 化工仪表及自动化 化学 化工学院 应用化学 专业 化工 仪表 自动化 教学大纲