《過程控制及儀表》教學大綱課程編號：13180335英文名稱：ProcessControlandInstrumentation學分：3學時：總學時56學時，其中理論40學時，實踐16學時先修課程：傳感器與檢測技術，自動控制原理，計算機控制技術課程類別：專業(yè)方向選修課程授課對象：自動化專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第6學期一、課程描述和目標本課程是自動化專業(yè)智能儀器方向課，具有較強的實踐性。課程由過程儀表應用設計與過程控制理論分析兩部分組成，其中過程儀表包括溫度、壓力、流量和物位等過程參數(shù)的檢測與變送原理，以及調節(jié)器參數(shù)調整和執(zhí)行器結構和組成原理；過程控制包括建立單回路控制系統(tǒng)數(shù)學模型和控制方案設計；串級控制系統(tǒng)分析和設計、復雜系統(tǒng)（如前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)等）分析和設計。通過學習過程控制儀表的基本原理、過程控制的基本理論，培養(yǎng)學生科學的思維方法、嚴謹?shù)脑O計態(tài)度和綜合職業(yè)能力。根據(jù)課程體系要求以及對應畢業(yè)要求指標點，本課程的課程目標如下：課程目標1：能夠分析過程檢測參數(shù)的原理，根據(jù)工藝要求確定合理的參數(shù)檢測方案，設計控制系統(tǒng)的控制器，評估控制系統(tǒng)的對產品質量、生產安全和環(huán)境的影響。課程目標2：能夠分析過程控制參數(shù)（如溫度、壓力、流量和物位等）的檢測原理、變送器原理、規(guī)格選型等，能有效獲取控制參數(shù)；能夠分析過程控制系統(tǒng)的特征，建立數(shù)學模型，分析系統(tǒng)的性能，選擇滿足系統(tǒng)性能指標的檢測單元、執(zhí)行器和控制器，設計合理的實驗方案。課程目標3：能夠分析過程檢測儀表的性能指標對控制系統(tǒng)質量的影響；能夠分析過程控制系統(tǒng)的性能指標要求，考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展指標，設計符合節(jié)能降耗的過程控制系統(tǒng)。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點課程目標權重3.4．能在自動化相關的設計中，考慮安全、健康、法律、文化及環(huán)境等制約因素。課程目標1H6.2.能分析和評價自動化相關領域的工程實踐對社會、健康、安全、法律、文化的影響，以及這些制約因素對項目實施的影響，并理解應承擔的責任。課程目標2M7.1.知曉和理解環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的理念和內涵，關注自動化相關領域的方針政策和法律法規(guī)。課程目標3H三、教學內容、基本要求與學時分配1理論教學序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1概述講解過程控制系統(tǒng)的組成及分類、發(fā)展歷史、測量儀表的性能指標、控制系統(tǒng)的質量指標、儀表的測量方法、測量儀表概念、儀表的性能指標?；疽螅赫莆者^程控制系統(tǒng)的組成和分類，發(fā)展歷史，儀表的性能指標；熟悉測量方法和測量儀表概念；了解儀表的防爆及防護知識。重點難點：過程控制系統(tǒng)的組成和分類；儀表的性能指標。德育要求：社會責任。2集中講授課堂演示課程目標1課程目標2課程目標32溫度測量儀表講解溫度檢測儀表的基本知識、常用溫度變送器的結構與原理、溫度測量儀表選用與安裝?；疽螅赫莆諢犭娕紲囟扔嫓y量原理、常用熱電偶冷端溫度處理的原理和方法，熱電阻溫度計測量原理；熟悉溫標概念及膨脹式溫度計的測溫原理；了解其它測溫方法；了解溫度變送器的安裝及校準；掌握兩線制變送器基本結構和設計方法。重點難點：溫度參數(shù)測量的不同方法的原理。德育要求：細心細致6集中講授課程目標1課程目標2課程目標33壓力測量講解壓力的概念及表示方法、常用壓力檢測方法、壓力和差壓變送器、壓力儀表選用、安裝及校驗?；疽螅阂髮W生了解壓力檢測方法，熟悉常用彈性式壓力計的結構及原理，掌握差壓變送器的簡單原理，壓力儀表選用，安裝及校準。重點難點：壓力參數(shù)測量原理。德育要求：實踐創(chuàng)新4集中講授課程目標1課程目標2課程目標34流量測量講解流量的概念及流量計分類、常用流量檢測方法、差壓式流量計和電磁流量計的結構及原理。基本要求：掌握差壓式流量計電磁流量計，了解其它流量檢測方法。重點難點：流量參數(shù)測量原理。德育要求：團隊合作4集中講授課程目標1課程目標2課程目標35物位測量講解物位的概念及物位計分類、常用物位檢測方法、差壓式液位計和浮力式液位計的結構及原理?；疽螅赫莆瘴镂坏母拍睿顗菏揭何挥嫿Y構及原理，熟悉浮力式液位計的結構及原理，了解其它物位檢測方法。重點難點：物位參數(shù)測量原理。德育要求：工匠精神2集中講授課程目標1課程目標2課程目標36調節(jié)器與執(zhí)行器講解PID調節(jié)器、氣動調節(jié)閥、電動執(zhí)行器的結構和原理組成?；疽螅赫莆諝鈩诱{節(jié)閥，熟悉PID調節(jié)器，電動執(zhí)行器結構及原理。重點難點：調節(jié)器參數(shù)整定方法和執(zhí)行器原理。德育要求：學以致用6集中講授課程目標1課程目標2課程目標37單回路控制系統(tǒng)設計講解選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)、系統(tǒng)設計中的測量變送問題、調節(jié)閥的選擇、調節(jié)器的選擇、單回路控制系統(tǒng)投運、調節(jié)器參數(shù)整定。基本要求：掌握單回路控制系統(tǒng)被控參數(shù)選擇的原理、調節(jié)閥選擇和調節(jié)器選擇原則，調節(jié)器參數(shù)的整定方法，熟悉系統(tǒng)中的測量變送的實現(xiàn)。了解單回路控制系統(tǒng)的投運流程。重點難點：調節(jié)閥選擇和調節(jié)器選擇。德育要求：環(huán)境安全6集中講授課程目標1課程目標2課程目標38串級控制系統(tǒng)的設計討論串級控制系統(tǒng)應用條件，講解串級控制系統(tǒng)的特點與分析、串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用及實例、串級控制系統(tǒng)的設計、串級控制系統(tǒng)的調節(jié)器參數(shù)的整定。基本要求：掌握串級控制系統(tǒng)的設計，掌握串級控制的特點，掌握串級控制系統(tǒng)的應用范圍，熟悉串級控制系統(tǒng)參數(shù)整定。重點難點：串級控制的原理和特點。德育要求：節(jié)能降耗4集中講授課程目標1課程目標2課程目標39前饋、比值、選擇控制系統(tǒng)的設計講解前饋控制系統(tǒng)的設計分析、比值控制系統(tǒng)分析、選擇控制系統(tǒng)分析。基本要求：掌握前饋控制、比值控制、選擇控制等控制系統(tǒng)的特點及原理。重點難點：各個控制方案特點及使用場合。德育要求：誠信考試6集中講授課程目標1課程目標2課程目標3合計402實驗教學序號實驗項目實驗內容與要求學時類型對應課程目標1溫度變送器校驗實驗內容：能運用標準電阻箱，能使用三線制（PT100）溫度變送器，掌握溫度變送器校驗方法，并掌握誤差計算和分析。實驗要求：必修2驗證課程目標1課程目標2課程目標32壓力變送器校驗實驗內容：能運用活塞壓力計，掌握壓力變送器校驗方法，并掌握誤差計算和分析。實驗要求：必修2驗證課程目標1課程目標2課程目標33單回路液位控制實驗內容：能運用智能儀表實現(xiàn)單回路液位控制系統(tǒng)設計，掌握液位控制系統(tǒng)的特點，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計算和分析。實驗要求：必修4驗證課程目標1課程目標2課程目標34流量控制系統(tǒng)設計實驗內容：能運用智能儀表實現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設計，掌握流量控制系統(tǒng)的特點，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計算和分析。實驗要求：必修4驗證課程目標1課程目標2課程目標35溫度控制系統(tǒng)設計實驗內容：能運用智能儀表實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設計，掌握溫度控制系統(tǒng)的特點，完成PID參數(shù)整定，完成誤差計算和分析。實驗要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4驗證課程目標1課程目標2課程目標36液位-流量串級控制系統(tǒng)設計實驗內容：能運用智能儀表實現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設計，掌握流量控制系統(tǒng)的特點，掌握液位-流量串級控制參數(shù)整定。實驗要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4設計課程目標1課程目標2課程目標37溫度-流量串級控制系統(tǒng)實驗實驗內容：能運用智能儀表實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設計，掌握溫度控制系統(tǒng)的特點，掌握溫度-流量串級控制參數(shù)整定。實驗要求：(5)、(6)、(7)選修（三選一）。4設計課程目標1課程目標2課程目標3合計16注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設計等。四、課程教學方法1．理論教學以集中授課的形式為主，課內交互討論為輔；2．實踐教學在專業(yè)實驗中心完成，分組集中進行，實驗指導教師實時指導。五、學業(yè)評價和課程考核學業(yè)評價由課程實驗、平時作業(yè)和期末閉卷考試三部分組成，其中課程實驗和平時作業(yè)為平時考核，期末考試期終考核。（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求考核內容主要由平時作業(yè)、課程實驗、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占50%、平時作業(yè)成績占20%、課程實驗成績占30%。2.課程目標達成考核與評價序號教學環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)848202課程實驗12612305期末考試20102050課程目標對應分值402040100注：(1)考勤不加分，但曠課1次扣平時分1分，扣滿5分為止；(2)期末總成績不能低于50分；低于50分者，其總評成績?yōu)椴患案?。（二）考核與評價標準1.平時作業(yè)考核與評價標準作業(yè)成績平時以優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級登記，期末時折算為百分制計入總分。等級觀測點優(yōu)（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）作業(yè)能夠很好地應用過程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，按時完成，解答答案正確或合理，字跡工整，完成質量高。能夠較好應用過程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，解答答案基本正確或合理，字跡工整，完成質量較高。能夠應用過程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，解答答案大部分正確或合理，字跡比較工整，完成質量一般。能夠大部分應用過程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，計算、解答答案錯誤較多，字跡基本工整，完成質量尚可。能夠小部分應用過程控制理論分析系統(tǒng)性能，完成儀表選型，計算、解答答案錯誤較多或者不答，字跡潦草，完成質量差，或有抄襲行為。2.課程實驗考核與評價標準課程實驗成績平時以優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級登記，期末時折算為百分制計入總分。等級觀測點優(yōu)（90-100分）良（80-89分）中（70-79分）及格（60-69分）不及格（0-59分）課程實驗能根據(jù)要求搭建實驗裝置，圓滿完成實驗任務，準確處理獲得的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出優(yōu)秀的系統(tǒng)分析和設計實現(xiàn)能力。能根據(jù)要求搭建實驗裝置，自行完成實驗任務，較為準確處理獲得的數(shù)據(jù)，具有較好的系統(tǒng)分析和設計實現(xiàn)能力。能根據(jù)要求搭建實驗裝置，自行完成大部分實驗任務，能處理獲得的數(shù)據(jù)，具有一定的系統(tǒng)分析和設計實現(xiàn)能力。能根據(jù)要求完成部分實驗任務，系統(tǒng)分析和設計實現(xiàn)能力較弱，處理數(shù)據(jù)能力一般。無法根據(jù)要求完成部分實驗任務，不具備系統(tǒng)分析和設計實現(xiàn)能力。3.期末試卷考核與評價標準分值觀測點90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分期末考試過程控制及儀表基本概念描述準確，計算準確。準確分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)，準確選擇控制器、執(zhí)行機構等設備。準確建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學模型，準確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設計考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過程控制及儀表基本概念描述較準確，計算較準確。較準確分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)，準確選擇控制器、執(zhí)行機構等設備。較準確建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學模型，較準確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設計考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過程控制及儀表基本概念描述基本準確，計算準確。分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)基本準確，選擇控制器、執(zhí)行機構等設備基本準確。建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學模型，準確分析控制系統(tǒng)參數(shù)基本準確，選擇較合適控制方案。設計考慮安全、環(huán)境等因素，符合法律法規(guī)。過程控制及儀表基本概念描述大部分準確，計算大部分準確。分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)大部分準確，選擇控制器、執(zhí)行機構等設備大部分準確。建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學模型，準確分析控制系統(tǒng)參數(shù)大部分準確，選擇基本準確控制方案。設計考慮基本安全、環(huán)境等因素，基本符合法律法規(guī)。過程控制及儀表