PAGEPAGE67《化工儀表》課程標(biāo)準(zhǔn)(36學(xué)時)一、課程性質(zhì)和任務(wù)《化工儀表及自動化》是化工類專業(yè)的一門必修課。該課程從自動控制系統(tǒng)的基本概念入手，系統(tǒng)地講述構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的各個基本環(huán)節(jié)，包括被控對象、測量元件及變送器、顯示儀表、自動控制儀表、執(zhí)行器等；以及簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)、新型控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)；最后結(jié)合化工生產(chǎn)過程講述幾種典型化工單元操作的控制方案。二、課程教學(xué)目標(biāo)(一)知識教學(xué)目標(biāo)1．了解化工自動化的基本知識。2．理解自動控制系統(tǒng)的組成、基本原理及各環(huán)節(jié)的作用。3．能根據(jù)工藝要求，與自控設(shè)計人員共同討論和提出合理的自動控制方案；4．能在工藝設(shè)計和技術(shù)改造中，與自控設(shè)計人員合作，綜合考慮工藝與控制兩個方面，并為自控設(shè)計人員提供正確的工藝條件與數(shù)據(jù)；5．能了解化工對象的基本特性及其對控制過程的影響；能了解基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)與被控過程的控制質(zhì)量之間的關(guān)系；6．能了解主要工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量及物位）的基本測量方法和儀表的工作原理及其特點。(二)能力培養(yǎng)目標(biāo)1．在生產(chǎn)控制、管理和調(diào)度中，能正確地選用和使用常用的測量儀表和控制裝置，使它們充分發(fā)揮作用2．能在生產(chǎn)開停過程中，初步掌握自動控制系統(tǒng)的投運及控制器的參數(shù)整定；能在自動控制系統(tǒng)運行過程中，發(fā)現(xiàn)和分析出現(xiàn)的一些問題和現(xiàn)象，以便提出正確的解決方法；3．能在處理各類技術(shù)問題時，應(yīng)用一些控制論、系統(tǒng)論、信息論的觀點來分析思考，尋求考慮整體條件、考慮事物間相互關(guān)聯(lián)的綜合解決方法。(三)思想教育目標(biāo)1．具有實事求是、嚴肅認真的科學(xué)態(tài)度和嚴謹求實、銳意進取的創(chuàng)新精神。2．增強職業(yè)道德意識。三、教學(xué)內(nèi)容和要求基礎(chǔ)模塊（一）緒論教學(xué)內(nèi)容化工自動化的意義及目的化工自動化的發(fā)展概況化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類教學(xué)要求了解化工自動化的發(fā)展概況，理解化工自動化的意義及目的，掌握化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類。（二）檢測儀表基本知識教學(xué)內(nèi)容一、測量過程與測量誤差二、檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)三、檢測系統(tǒng)中的常見信號類型四、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式五、檢測儀表與測量方法的分類六、化工檢測的發(fā)展趨勢教學(xué)要求了解化工檢測的發(fā)展趨勢。理解測量過程與測量誤差，檢測儀表的品質(zhì)指標(biāo)。掌握檢測系統(tǒng)中的常見信號類型、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式、檢測儀表與測量方法的分類。（三）壓力檢測教學(xué)內(nèi)容壓力單位及測壓儀表彈性式壓力計一、彈性元件二、彈簧管壓力表第三節(jié)電氣式壓力計一、變片式壓力傳感器二、壓阻式壓力傳感器三、電容式壓力傳感器第四節(jié)智能式變送器一、能變送器的特點二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理第五節(jié)壓力計的選用及安裝一、壓力計的選用二、壓力計的安裝教學(xué)要求了解壓力單位及測壓儀表。理解并掌握各類壓力計的機構(gòu)原理和工作原理。掌握壓力計的選用及安裝。（四）流量檢測教學(xué)內(nèi)容差壓式流量計一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置三、力矩平衡式差壓變送器四、差壓式流量計的測量誤差第二節(jié)轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理二、電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計第三節(jié)漩渦流量計第四節(jié)質(zhì)量流量計一、直接式質(zhì)量流量計二、補償式質(zhì)量流量計第五節(jié)其他流量計一、靶式流量計二、橢圓齒輪流量計三、渦輪流量計四、電磁流量計教學(xué)要求了解節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式。理解各類流量計的機構(gòu)原理和工作原理。掌握差壓式流量計和轉(zhuǎn)子流量計工作原理。（五）物位檢測教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)物位檢測的意義及主要類型第二節(jié)差壓式液位計一、工作原理二、零點遷移問題三、用法蘭式差壓變送器測量液位第三節(jié)其他物位計一、電容式物位計二、核輻射物位計三、雷達式液位計四、稱重式液罐計量儀教學(xué)要求了解物位檢測的意義及主要類型。理解零點遷移的原理并掌握具體的計算方法。掌握各類液位測量儀表的測量原理和使用場合。（六）溫度檢測教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述一、測溫儀表的分類二、溫度檢測的基本原理第二節(jié)熱電偶溫度計一、熱電偶二、補償導(dǎo)線與冷端溫度補償?shù)谌?jié)熱電阻溫度計一、測溫原理二、常用熱電阻第四節(jié)溫度變送器一、電動溫度變送器二、一體化溫度變送器三、智能式溫度變送器教學(xué)要求了解測溫儀表的分類和溫度檢測的基本原理。理解熱電偶溫度計、熱電阻溫度計、溫度變送器的測量原理。掌握補償導(dǎo)線與冷端溫度補償?shù)姆椒跋嚓P(guān)計算，溫度變送器實現(xiàn)遠傳的方法。（七）顯示儀表教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)模擬式顯示儀表一、自動平衡電子電位差計二、電子自動平衡電橋第二節(jié)數(shù)字式顯示儀表一、數(shù)字式顯示儀表的原理及其特點二、模-數(shù)變換器三、電子計數(shù)器四、顯示器五、數(shù)字式顯示儀表的基本組成六、數(shù)字模擬混合記錄儀第三節(jié)新型顯示儀表一、無紙記錄儀二、虛擬顯示儀表教學(xué)要求了解新型顯示儀表的發(fā)展趨勢。理解模擬式顯示儀表原理以及工作原理分析。掌握自動平衡電子電位差計、電子自動平衡電橋和數(shù)字式顯示儀表的工作原理。（八）自動控制系統(tǒng)概述教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的方塊圖一、信號和變量二、自動控制系統(tǒng)方塊圖三、反饋四、自動控制系統(tǒng)的分類第三節(jié)過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)二、控制系統(tǒng)的過渡過程三、控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)四、影響控制指標(biāo)的主要因素教學(xué)要求掌握自動控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用以及相互影響和聯(lián)系；理解自動控制系統(tǒng)中常用的各種術(shù)語，掌握方塊圖的意義及畫法；熟悉管道及控制流程圖上常用符號的意義；了解控制系統(tǒng)的幾種分類形式，掌握系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)；掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾（擾動）作用下，過渡過程的幾種基本形式及過渡過程品質(zhì)指標(biāo)的含義。（九）對象特性和建模教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)數(shù)學(xué)模型及描述方法一、被控對象數(shù)學(xué)模型二、數(shù)學(xué)模型的主要形式第二節(jié)機理建模一、一階對象二、積分對象三、時滯對象第三節(jié)描述對象特性的參數(shù)一、放大系數(shù)K二、時間常數(shù)T三、滯后時間τ第四節(jié)實測建模教學(xué)要求了解建立被控對象數(shù)學(xué)模型的意義及數(shù)學(xué)模型的建立方法；掌握用機理建模的方法建立簡單對象數(shù)學(xué)模型；掌握表征被控對象特性的三個參數(shù)，包括放大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響；了解被控對象特性的實驗測定方法。（十）基本控制規(guī)律教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)位式控制一、雙位控制二、具有中間區(qū)的雙位控制三、多位控制第二節(jié)比例控制一、比例控制規(guī)律及其特點二、比例度及其對控制過程的影響第三節(jié)積分控制一、積分控制規(guī)律及其特點二、比例積分控制規(guī)律與積分時間三、積分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響第四節(jié)微分控制一、微分控制規(guī)律及其特點二、實際的微分控制規(guī)律及微分時間三、比例微分控制系統(tǒng)的過渡過程四、比例積分微分控制教學(xué)要求理解基本控制規(guī)律的含義及作用。掌握各種基本控制規(guī)律的特點；熟悉比例度、積分時間、微分時間對控制系統(tǒng)的影響。掌握過度過程的概念，各種調(diào)節(jié)規(guī)律對過度過程的影響。（十一）自動控制儀表教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)控制儀表的作用與分類一、控制儀表的能源形式二、控制儀表的結(jié)構(gòu)形式三、控制儀表的信號形式第二節(jié)模擬式控制儀表概述二、DDZ-III型電動調(diào)節(jié)器第三節(jié)數(shù)字式控制儀表一、概述二、可編程調(diào)節(jié)器的主要特點三、可編程調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及原理四、KMM可編程調(diào)節(jié)器教學(xué)要求了解自動控制儀表作用與分類，了解模擬式電動控制器的基本構(gòu)成原理及各部分組成，掌握單回路數(shù)字控制器、可編程序控制器的基本情況。（十二）執(zhí)行器教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)氣動執(zhí)行器一、氣動執(zhí)行器的組成與分類二、控制閥的流量特性三、控制閥的選擇四、控制閥的安裝和維護第二節(jié)閥門定位器與電-氣轉(zhuǎn)換器一、氣動閥門定位器二、電-氣閥門定位器三、電-氣轉(zhuǎn)換器第三節(jié)電動執(zhí)行器一、概述二、角行程電動執(zhí)行機構(gòu)三、直行程電動執(zhí)行機構(gòu)教學(xué)要求了解執(zhí)行器的作用及種類，理解氣動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理，掌握執(zhí)行機構(gòu)正反作用、控制機構(gòu)正反裝、執(zhí)行器氣開氣關(guān)形式及其選擇，理解控制閥的流量特性及其種類，了解電動執(zhí)行器的組成及作用。（十三）簡單控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)被控變量的選擇第三節(jié)操縱變量的選擇第四節(jié)控制器控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定一、控制規(guī)律的選擇二、控制器參數(shù)的工程整定第五節(jié)控制系統(tǒng)的投運及操作中的常見問題一、控制系統(tǒng)的投運二、控制系統(tǒng)操作中的常見問題教學(xué)要求了解簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及作用；掌握簡單控制系統(tǒng)中被控變量、操縱變量選擇的一般原則；了解各種基本控制規(guī)律的特點及應(yīng)用場合；掌握控制器正、反作用確定的方法；掌握控制器參數(shù)工程整定的方法。（十四）復(fù)雜控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)串級控制系統(tǒng)一、串級控制系統(tǒng)概述二、串級控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用三、主、副控制器控制規(guī)律的選擇四、主、副控制器正反作用的選擇五、控制器參數(shù)整定與系統(tǒng)投運第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)一、均勻控制系統(tǒng)二、比值控制系統(tǒng)三、前饋控制系統(tǒng)四、取代控制系統(tǒng)五、分程控制系統(tǒng)六、多沖量控制系統(tǒng)教學(xué)要求掌握串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作過程、特點及應(yīng)用場合；掌握串級控制系統(tǒng)中副變量的確定及主、副控制器正反作用的選擇；了解串級控制系統(tǒng)中主副控制器參數(shù)的工程整定方法。理解設(shè)置均勻控制系統(tǒng)的目的及控制方案。了解比值控制系統(tǒng)的各種類型，掌握單閉環(huán)比值控制方案的結(jié)構(gòu)及特點。掌握前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用場合。理解連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點及控制方案，了解開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)，了解積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生及防止方法。理解分程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場合。了解多沖量控制系統(tǒng)的意義，理解三沖量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點。選用模塊（一）高級控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)自適應(yīng)控制系統(tǒng)一、參考模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)二、具有被控對象數(shù)學(xué)模型在線辨識的自適應(yīng)控制系統(tǒng)第二節(jié)預(yù)測控制系統(tǒng)第三節(jié)智能控制系統(tǒng)第四節(jié)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制第五節(jié)模糊控制系統(tǒng)第六節(jié)最優(yōu)控制系統(tǒng)第七節(jié)控制管理一體化教學(xué)要求了解自適應(yīng)控制系統(tǒng)的特點、用途及主要類型；了解預(yù)測控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)與專家系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)額基本概念；對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、故障檢測與故障診斷的基本概念有所了解。(二)計算機控制系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)計算機控制簡述一、計算機控制系統(tǒng)的特點二、計算機控制系統(tǒng)的組成三、計算機控制系統(tǒng)的類型四、計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展第二節(jié)集散控制系統(tǒng)概述一、集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成二、集散控制系統(tǒng)的特點第三節(jié)CENTUM-CS集散控制系統(tǒng)一、CENTUM-CS系統(tǒng)的構(gòu)成二、ICS的組成及功能三、CRT顯示畫面的顯示格式四、CENTUM-CS系統(tǒng)中的字母代號五、基本操作方法六、顯示畫面及操作第四節(jié)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一、現(xiàn)場總線系統(tǒng)的產(chǎn)生和特征二、現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化三、主要的現(xiàn)場總線系統(tǒng)簡介教學(xué)要求掌握直接數(shù)字控制（DDC）的PID算法。了解DDC系統(tǒng)的基本組成與作用。掌握全開放集散控制系統(tǒng)（DCS）的特點及基本組成。了解DCS現(xiàn)場控制站及操作站的硬件與軟件。了解全開放式控制軟件ONSPEC的特點及用途。了解現(xiàn)場總線的特點及基本設(shè)備。（三）可編程控制器教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)可編程控制器概述一、可編程控制器(PLC)的發(fā)展過程二、可編程控制器的功能與特點第二節(jié)可編程控制器的基本構(gòu)成及工作原理一、可編程控制器的基本組成二、可編程控制器的軟件系統(tǒng)三、可編程控制器的分類第三節(jié)OMRONC系列PLC一、簡介二、OMRONPLC指令第四節(jié)應(yīng)用示例一、水箱液位控制二、變量越限報警控制三、自動包裝機控制了解可編程控制器的功能與特點。理解OMRONPLC指令系統(tǒng)。掌握利用PLC實現(xiàn)對水箱液位控制、變量越限報警控制的操作方法。（四）典型化工單元的控制方案教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)流體輸送設(shè)備的自動控制一、離心泵的自動控制方案二、往復(fù)泵的自動控制方案三、壓氣機的自動控制方案第二節(jié)傳熱設(shè)備的自動控制一、兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案二、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制三、冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制第三節(jié)精餾塔的自動控制一、精餾塔的干擾因素及對自動控制的要求二、精餾塔的控制方案第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)器的自動控制一、化學(xué)反應(yīng)器的控制要求二、釜式反應(yīng)器的溫度自動控制三、固定床反應(yīng)器的自動控制四、流化床反應(yīng)器的自動控制教學(xué)要求掌握離心泵和往復(fù)泵控制方案的特點。了解離心式壓縮機防喘振控制的一般方法。理解傳熱設(shè)備控制的一般方法。理解精餾塔提餾段溫控與精餾段溫控的特點和方法。了解釜式、固定床、流化床反應(yīng)器控制的一般方法。（五）實驗內(nèi)容及實驗要求1、化工生產(chǎn)過程主要參數(shù)的檢測變送單元實驗掌握檢測儀表（一次儀表，傳感器）的構(gòu)成及工作原理；掌握檢測儀表的調(diào)校及使用方法；了解測量點位置對測量結(jié)果的影響；了解檢測儀表的特性及信號處理方法。選擇一到二種典型的測量儀表（溫度、壓力、流量、物位、位移、成份等）構(gòu)成測量實驗回路，設(shè)置相應(yīng)的實驗內(nèi)容，記錄并分析實驗數(shù)據(jù)。目前已開的實驗有：熱電阻溫度計校驗；熱電偶溫度計校驗；彈簧管壓力表校驗；DDZ-II型溫度變送器校驗實驗。2、顯示單元儀表及裝置實驗掌握模擬顯示儀表的工作原理及基本組成，了解數(shù)字顯示儀表的構(gòu)成原理及調(diào)校，學(xué)會儀表的調(diào)整、接線及使用方法，了解與一次儀表的配套使用。目前已開設(shè)動圈儀表校驗實驗；數(shù)字顯示儀表校驗實驗。3、化工生產(chǎn)過程自動控制單元儀表及裝置實驗以DDZ-II、DDZ-III型調(diào)節(jié)器、PC控制器或PLC等控制器之一為實驗裝置，構(gòu)成化工生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)實驗，通過實驗，使學(xué)生掌握控制單元儀表及裝置的構(gòu)成及工作原理；掌握控制單元儀表及裝置的使用方法；掌握控制器參數(shù)的設(shè)置及調(diào)整；了解其輸入輸出特性。目前實驗有DDZ-II、DDZ-III型調(diào)節(jié)器、PLC控制器等實驗。4