《化工过程自动化及仪表》教学大纲

课程代码：0802017

课程英文名称：Process automation and instrumentation 课程总学时：56 讲课：48 实验：8 上机：0 适用专业：安全工程专业

大纲编写（修订）时间：2017年7月

一、 大纲使用说明

（一）课程地位及教学目标

本课程为安全工程专业的一门专业基础课，是安全工程师在生产的组织、管理、技术改造和技术革新中提供与电气工程师、自动化专业技术人员进行技术交流、技术协作的必要知识。

本课程注重学生实践能力的培养，注重学生工程思维能力的培养，使学生形成思维有序、有据，能够针对实际问题提出解决问题的合理、有效的方法。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求 针对教学的基本任务，该课程的知识体系应该围绕化工类专业实际工程需要所涉及的技术要求和技术难点为出发点。

本课程的知识体系应该由课堂教学、习题、实验环节组成。

在技能方面，通过本课程的学习，应具有分析基本电路的能力；会使用化工生产中的常用仪表；具有基本实际操作能力。

（三）实施说明

教学过程中，即注重基本理论知识的传授，更应该注重学生能力的培养，因此，在理论教学时应该深入浅出，使学生充分、深入的理解理论知识，并以此为基础，结合化工专业的具体特点，加强理论知识的应用能力的培养。

本课程主要为加强学生的理论知识、提高学生的工程实践能力，因此，在教学过程中注意理论联系实际，通过理论—实践—理论—实践这样的过程，使学生充分理解本课程的主要理论，并能学以致用。

在具体的教学方法上，采用以讲授为主，讨论为辅的教学方法，注意培养学生的学习兴趣，使学生主动的去学习。

（四）对习题课、实验环节的要求

本大纲以提高工程实践能力为教育目标而制定，所以对于化工专业而言，教师应该根据专业的具体要求掌握。

实验根据课程的教学进度不同而安排，具有系统性，能使学生逐渐加深对本课程的认识。 （五）对先修课的要求 无。

（六）课程考核方式 1.考核方式：考查

2.考核目标：考核学生对化工过程中经典“四大控制”的控制原理、控制方式、控制品质等以及仪表的种类、性能指标、作用原理等内容的掌握与理解程度。

3、成绩构成：平时成绩与期末考试成绩共同评定为课程总成绩：①平时成绩（作业、出勤

等）占总成绩的20%；②期末考查占总成绩的80%。

（七）参考书目： 《化工自动化及仪表》（第五版）历玉鸣 化学工业出版社 2008年 《过程自动化及仪表》（第二版）俞金寿 化学工业出版社 2007年

二、中文摘要

本课程是安全工程专业的专业基础课程。包括化工过程的特性、过程控制的基本形式和基本原理、控制方法和控制仪表等，通过课程的学习，对化工过程的自动控制及仪表建立起基本的认识，为后续化学工程课程和以后将从事的化工生产实际提供必要的化工自动化与仪表基础知识。

三、课程学时分配表

序号 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6 6.1 6.2 教学内容 自动控制系统基本概念 自动控制系统分类 化工自动控制系统组成 自动控制系统品质指标 系统数学建模 温度对象的位式控制 检测仪表与传感器 检测仪表概述 压力检测及仪表 流量检测及仪表 物位检测仪表 温度检测仪表 显示仪表 动圈式显示仪表 自动电子电位差计 自动平衡电桥与数字显示仪表 自动控制仪表 基本控制规律 模拟式控制器 数字式控制器 气动执行器 电动执行器 简单控制系统 简单控制系统的结构与组成 简单控制系统的参数整定 单容水箱液位的智能仪表控制 单容水箱液位的PLC控制 单容水箱液位的单片机控制 复杂控制系统 串级控制系统 均匀控制系统 学时 10 10 6 10 10 10 讲课 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 实验 2 2 2 2 上机 6.3 6.4 6.5 比值控制系统 前馈控制系统 其它控制系统 合计 56 2 2 2 48 8 四、教学内容及基本要求

第1部分 自动控制系统基本概念

总学时（单位：学时）10 讲课 8 实验2 上机0 第1.1部分 自动控制系统分类（讲课2学时） 具体内容：

1）化工自动控制系统组成 2）工艺管道及控制流程图； 重 点：工艺管道流程图

难 点：工艺管道图的物料流与信息流

第1.2部分 化工自动控制系统组成（讲课2学时） 具体内容：

化工自动控制系统方块图 重 点：系统方块图

难 点：自动控制系统方块图及其化简

第1.3部分 自动控制系统品质指标（讲课2学时） 具体内容：

各项控制指标的定义，意义与关系 重 点：控制指标的意义 难 点：各指标间的联系

第1.4部分 系统数学建模（讲课2学时） 具体内容：

过程控制过程中的一阶对象、二阶对象数学建模。 重 点：一阶对象数学建模 难 点：二阶对象数学建模。

第1.5部分 温度对象的位式控制（实验 2学时） 具体内容：

实验一 水槽温度的位式控制 习题：

1）自动控制系统主要有哪些环节构成？

2）在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

第2部分 检测仪表与传感器

总学时（单位：学时）10 讲课10 实验0 上机0 第2.1部分检测仪表概述（讲课2学时） 具体内容：

1）概述测量过程与测量误差 2）工工业仪表分类 3）仪表性能指标 重 点：仪表性能指标

难 点：仪表性能指标的计算

第2.2部分 压力检测及仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）压力检测原理

2）压力检测仪表的种类 重 点：压力表的工作原理 难 点：压力表结构

第2.3部分 流量检测及仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）流量检测的工作原理 2）流量检测仪表的种类

各项控制指标的定义，意义与关系 重 点：流量检测仪表的工作原理 难 点：质量流量的测量原理

第2.4部分 物位检测及其仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）物位检测的工作原理 2）物位检测仪表的种类

重 点：物位检测仪表的工作原理

难 点：物位检测仪表的安装与使用原理

第2.5部分 温度检测及其仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）温度检测的工作原理

2）热电阻、热电偶补偿原理及方法 重 点：温度检测仪表的工作原理 难 点：热电阻、热电偶补偿原理 习题：

1）现有一压缩机气柜压力需要用电节点信号压力表控制在一定范围内，试画出控制的原理线路图。

2）电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？ 3）压力计安装要注意什么问题？

4）热电阻、热电偶温度计的测温原理是什么？各有什么需要注意的？二者有何区别？

第3部分 显示仪表

总学时（单位：学时）6 讲课6 实验0 上机0 第3.1部分 动圈式显示仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）动圈式显示仪表工作原理 2）动圈式仪表的结构 3）动圈式仪表性能

重 点：动圈式仪表工作原理 难 点：动圈式仪表的结构

第3.2部分 自动电子电位差计（讲课2学时） 具体内容：

1）自动电子电位差计工作原理 2）自动电子电位差计的结构

重 点：自动电子电位差计的工作原理 难 点：自动电子电位差计结构

第3.3部分 自动平衡电桥与数字显示仪表（讲课2学时） 具体内容：

1）自动平衡电桥工作原理与结构 2）数字显示仪表工作原理与结构

重 点：自动平衡电桥与数字显示仪表的工作原理 习题：

1）动圈式仪表的工作原理是什么？它由那些部分构成？各部分有何作用？

2）试分析当外接调整电阻增大（或减小）时，动圈仪表各点读数应如何变化？

3）试述电子自动平衡电桥的工作原理，当热电阻短路、断路或电源停电时，指针应指在什么地方？为什么？

4）数字式显示仪表主要由哪几部分组成？各部分有何作用？

第4部分 自动控制仪表

总学时（单位：学时）10 讲课10 实验0 上机0 第4.1部分 基本控制规律（讲课2学时） 具体内容：

1）基本控制规律

2）系统过渡过程与控制规律的关系

重 点：基本控制规律及对过渡过程的影响 难 点：基本控制规律对过渡过程的影响 第4.2部分 模拟式控制器（讲课2学时） 具体内容：

1）模拟式控制器的工作原理 2）模拟式控制器的构成

重 点：模拟式控制器的工作原理 难 点：模拟式控制器的构成

第4.3部分 数字式控制器（讲课2学时） 具体内容：

1）数字式控制器的工作原理 2）数字式控制器的构成

重 点：数字式控制器的工作原理 难 点：数字式控制器的构成

第4.4部分 气动执行器（讲课2学时） 具体内容：

1）气动执行器的工作原理 2）气动执行器的构成

重 点：气动执行器的工作原理 难 点：气动执行器的构成

第4.5部分 电动执行器（讲课2学时） 具体内容：

1）电动执行器的工作原理 2）电动执行器的构成

重 点：电动执行器的工作原理 难 点：电动执行器的构成 习题：

1)什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？

2)比例控制器的比例度队控制过程有什么影响？如何选择比例度？ 3)气动执行器有哪些部分组成？各有什么作用？

第5部分 简单控制系统

总学时（单位：学时）10 讲课4 实验6 上机0

第5.1部分 简单控制系统的结构与组成(讲课2学时） 具体内容：

1）简单控制系统的结构与组成 2）被控变量、操纵变量的选择 重 点：被控变量、操纵变量的选择 难 点：被控变量、操纵变量的选择

第5.2部分 简单控制系统的参数整定（讲课2学时） 具体内容：

1）控制器控制规律的选择 2）参数整定

重 点：控制规律的选择 难 点：参数整定

第5.3部分 单容水箱液位的智能仪表控制（实验2学时） 具体内容：

实验二 单容水箱液位的智能仪表控制

第5.4部分 单容水箱液位的PLC控制（实验2学时） 具体内容：

实验三 单容水箱液位的PLC控制

第5.5部分 单容水箱液位的单片机控制（实验2学时） 具体内容：

实验四 单容水箱液位的单片机控制 习题：

1）归纳不同控制系统的特点

2）简述控制器参数整定的基本步骤

第6部分 复杂控制系统

总学时（单位：学时）10 讲课10 实验0 上机0 第6.1部分 串级控制系统(讲课2学时） 具体内容：

1）串级控制的原理 2）串级控制过程的实例

重 点：过程串级控制过程的工程实例 难 点：串级控制原理

第6.2部分 均匀控制系统(讲课2学时） 具体内容：

1）均匀控制的原理 2）均匀控制过程的实例

重 点：均匀控制过程的工程实例 难 点：均匀控制原理

第6.3部分 比值控制系统(讲课2学时） 具体内容：

1）比值控制的原理 2）比值控制过程的实例

重 点：比值控制过程的工程实例 难 点：比值控制原理

第6.4部分 前馈控制系统(讲课2学时） 具体内容：

1）前馈控制的原理 2）前馈控制过程的实例

重 点：前馈控制过程的工程实例 难 点：前馈控制原理

第6.5部分其它控制系统简介(讲课2学时） 具体内容：

介绍分程控制、选择性控制、双重控制等过程控制类型 习题：

1、归纳不同复杂控制系统的特点

2、简述串级控制系统主副回路的确定原则