工業(yè)過程控制課程教學大綱一、課程基本信息課程編號：201404112課程中文名稱：工業(yè)過程控制課程英文名稱：IndustryProcessControl課程性質(zhì)：專業(yè)核心課程/專業(yè)選修課開課專業(yè)：自動化、測控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動化開課學期：6總學時：40（其中理論32學時，實驗8學時）總學分：2.5二、課程目標目標1：掌握工業(yè)過程對象工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動態(tài)特性,掌握工業(yè)過程對象的分類、機理法建模、測試法建模等建模方法，使學生能夠建立被控過程數(shù)學模型、進行系統(tǒng)分析、并獲得有效結(jié)論。（對應指標點2-3）目標2：掌握工業(yè)自動化裝置、儀表和控制系統(tǒng)的有關專業(yè)基礎知識，使學生具備從事工業(yè)過程控制系統(tǒng)的分析、方案設計、工藝設計、儀表選型、校驗、調(diào)試、參數(shù)整定等工作的專業(yè)知識和工作能力。（對應指標點3-2）目標3：掌握工業(yè)過程控制控制系統(tǒng)分析方案設計、工藝設計、調(diào)試、參數(shù)整定實驗方法，進一步提高學生復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)的分析研究、設計、實現(xiàn)的能力。（對應指標點4-1）目標4：通過工業(yè)過程控制實驗及數(shù)據(jù)分析，能夠就復雜工程問題撰寫報告和設計文稿。（對應指標點10-1）目標5:通過對工業(yè)過程控制專業(yè)知識的學習，具備復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)研究、設計、實現(xiàn)的能力。備對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的意識，具備具備不斷學習、適應自動化工程領域發(fā)展的能力。（對應指標點7-1,12-2）通過本門課程的學習使學生了解工業(yè)自動化發(fā)展的動態(tài)和趨勢，掌握工業(yè)過程對象的分類、試驗建模方法;掌握典型自動化裝置和儀表的工作原理與工作性能,了解工業(yè)過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，培養(yǎng)學生具備從事工業(yè)過程控制系統(tǒng)的分析、方案設計、工藝設計、儀表選型、校驗、調(diào)試、參數(shù)整定等工作的專業(yè)知識和工作能力。結(jié)合實踐，進一步提高學生復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)的分析、設計、實現(xiàn)的能力，提高動手能力和應用技能，并使學生養(yǎng)成善于觀察、獨立思考的習慣，通過實踐環(huán)節(jié)訓練使學生具備不斷學習、適應工業(yè)生產(chǎn)過程控制領域發(fā)展的能力。三、教學基本要求1、通過工業(yè)過程對象工藝流程和生產(chǎn)過程的特性分析,掌握工業(yè)過程對象的分類及建模方法，能夠建立工業(yè)過程模型。通過學習了解工業(yè)自動化發(fā)展的動態(tài)和趨勢，了解工業(yè)過程系統(tǒng)控制要求，掌握過程控制系統(tǒng)的組成、分類及性能指標。了解被控過程數(shù)學模型的作用與要求。掌握機理建模方法，重點掌握實驗法建模方法，建立被控過程數(shù)學模型的方法。（對應目標1）2、通過學習自動化裝置和儀表工作原理與工作性能，能夠根據(jù)控制要求選擇適當?shù)臋z測儀表、控制儀表、執(zhí)行裝置和設備。掌握溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、物位檢測儀表組成原理，掌握儀表特性及選用方法。掌握工業(yè)常用控制器基本控制規(guī)律及特點及選用方法。掌握執(zhí)行器基本知識，重點掌握調(diào)節(jié)閥組成原理，掌握調(diào)節(jié)閥流量特性及調(diào)節(jié)閥選用方法。（對應目標2）3、通過學習簡單控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)分析設計方法，能夠根據(jù)實際工業(yè)過程設計要求完成工業(yè)過程單回路控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)的方案設計。掌握簡單控制系統(tǒng)分析、設計方法，重點掌握調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇，掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法；掌握串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)組成原理、特點、應用場合及分析、設計方法，了解大滯后過程控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、解耦控制系統(tǒng)的組成、特點及分析設計方法。（對應目標3）4、通過工業(yè)過程系統(tǒng)分析、設計訓練，實驗結(jié)果分析、研究，實驗報告的撰寫，使學生具備就復雜工程問題撰寫報告和設計文稿的能力。掌握實驗數(shù)據(jù)分析及總結(jié)實驗結(jié)果方法，撰寫包括實驗步驟、方法、結(jié)論等的實驗報告。（對應目標4）5、通過復雜工業(yè)過程系統(tǒng)分析設計，具備復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)研究、設計、實現(xiàn)的能力。具有環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的意識，具備具備不斷學習、適應自動化工程領域發(fā)展的能力。掌握復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)的方案設計、工藝設計及調(diào)試，并在設計中具有環(huán)境意識。（對應目標5）四、教學內(nèi)容與學時分配1緒論（2學時）1.1過程控制系統(tǒng)的組成及分類

1.2工業(yè)過程與控制的特點

1.3過程控制的發(fā)展概況和趨勢1.4過程控制的任務和要求1.5過程控制系統(tǒng)的性能指標2過程參數(shù)檢測儀表和變送器（6學時）2.1測量誤差與儀表的基本技術(shù)指標2.2溫度檢測及變送——溫度檢測方法，熱電偶，熱電阻，溫度變送器。2.3壓力檢測及變送——壓力檢測方法，彈性式壓力計，電氣式壓力計，工業(yè)用壓力表的選用與安裝。2.4流量檢測及變送——流量的基本概念及檢測方法，速度式流量計，容積式流量計，差壓流量計工業(yè)選用原則及安裝要求。2.5物位檢測及變送——物位概念及檢測方法，物位測量及儀表，物位測量儀表的工業(yè)選用原則。3控制儀表（4學時）3.1概述3.2比例積分微分控制及調(diào)節(jié)過程——比例控制（P），比例積分控制（PI），比例微分控制（PD）。3.3DDZ-Ⅲ控制器3.4數(shù)字式控制器——數(shù)字可編程控制器軟硬件構(gòu)成，數(shù)字PID控制算法，可編程控制器功能模塊及編程方法，可編程控制器應用實例。4執(zhí)行器及安全柵（4學時）4.1概述4.2氣動調(diào)節(jié)閥——氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與類型，調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性和流量特性，氣動調(diào)節(jié)閥選型，電/氣轉(zhuǎn)換器，閥門定位器，電/氣閥門定位器4.3電動調(diào)節(jié)閥4.4智能調(diào)節(jié)閥4.5安全柵——安全防爆概念，安全火花防爆系統(tǒng)5被控過程的數(shù)學模型（4學時）5.1概述5.2機理法建?！獑稳葸^程建模，多容過程建模。5.3試驗法建?！憫€法，頻域法，統(tǒng)計相關法，最小二乘法。6單回路控制系統(tǒng)設計（4學時）6.1單回路控制系統(tǒng)設計概述6.2單回路控制系統(tǒng)方案設計——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(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇，調(diào)節(jié)器的選擇。6.3單回路控制系統(tǒng)投運6.4調(diào)節(jié)器參數(shù)整定6.5單回路控制系統(tǒng)的設計實例7復雜控制系統(tǒng)設計（4學時）7.1串級控制系統(tǒng)——串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，串級控制系統(tǒng)的分析，串級控制系統(tǒng)的設計，串級控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用。7.2前饋控制系統(tǒng)——前饋控制的結(jié)構(gòu)形式，前饋控制系統(tǒng)的工程整定，前饋控制系統(tǒng)工業(yè)應用。7.3大滯后過程控制系統(tǒng)——改進型常規(guī)控制方案，大滯后過程的預估補償控制，大滯后過程的采樣控制。8實現(xiàn)特殊需求的過程控制系統(tǒng)（4學時）8.1比值控制系統(tǒng)——比值控制系統(tǒng)的類型，比值控制系統(tǒng)的的設計與參數(shù)整定。8.2均勻控制系統(tǒng)——均勻控制的目的和要求，均勻控制系統(tǒng)設計。8.3分程控制系統(tǒng)——分程控制原理及類型，分程控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用。8.4選擇型控制系統(tǒng)——選擇性控制系統(tǒng)的類型，選擇性控制系統(tǒng)設計及工業(yè)應用。8.5解耦控制系統(tǒng)——多變量系統(tǒng)的耦合及解耦。五、教學方法及手段（含現(xiàn)代化教學手段及研究性教學方法）1、以課堂教學形式達成課程目標分析重點難點，精選內(nèi)容，組織教案。根據(jù)課程基本要求，首先通過工業(yè)過程控制實例讓學生了解過程控制系統(tǒng)的組成及分類、

特點

、任務和要求、及過程控制系統(tǒng)的性能指標。從簡單過程控制系統(tǒng)四大組成部分被控對象、過程參數(shù)檢測儀表和變送器、控制儀表、執(zhí)行器入手讓學生掌握試驗建模方法，自動化儀表和裝置基礎知識和選型方法。重點介紹簡單控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)分析、設計、調(diào)試、參數(shù)整定方法，培養(yǎng)學生應用所學知識解決實際工程問題。將科研最新成果和工業(yè)過程控制發(fā)展趨勢引入教學中，保持教學內(nèi)容的新穎性，啟發(fā)學生對本專業(yè)的興趣；課后提出問題，利于同學深入思考，最終以試卷和作業(yè)形式進行考核。2、以實踐性教學形式達成課程目標強調(diào)理論教學與實驗環(huán)節(jié)有效結(jié)合對達成課程目標的作用，綜合考慮本課程在課程體系中的作用和授課時間節(jié)點的要求，將課堂講授內(nèi)容和實驗內(nèi)容相結(jié)合，通過系統(tǒng)建模分析實驗、系統(tǒng)設計綜合實驗作為達成課程相關內(nèi)容培養(yǎng)目標的主要途徑，本課程安排共8學時實驗，采用分組形式完成，每組4人。3、以各種多媒體信息化資源輔助教學形式達成課程目標結(jié)合多種多媒體等現(xiàn)代教學手段，對特殊抽象或微觀內(nèi)容，利用動畫提高教學效果，并激發(fā)學生主動探究的興趣，實現(xiàn)學生主動建構(gòu)知識的目的。采用吸引、探究、解釋、遷移、評價5個階段達成課程相關內(nèi)容的培養(yǎng)目標。授課教師應用基于微信公眾號的輔助教學平臺為學生提供教學資源，輔助學生完成預習和復習的學習過程。應用網(wǎng)絡信息化技術(shù)實現(xiàn)師生在線交流，達到課程培養(yǎng)的目標要求。六、實驗（或）上機內(nèi)容實驗一：單容/雙容水箱液位數(shù)學模型測定實驗（2學時）——根據(jù)實驗法建立數(shù)學模型的方法及原理，用階躍響應曲線法辨識一階和二階過程對象。實驗二：雙容水箱液位定值控制實驗（2學時）——根據(jù)單回路控制系統(tǒng)設計原理及方法，利用“組態(tài)王”監(jiān)控軟件、智能調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)雙容水箱液位定值控制實驗，分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。實驗三：雙容水箱液位串級控制實驗（4學時）——根據(jù)串級控制系統(tǒng)設計原理及方法，利用“組態(tài)王”監(jiān)控軟件、智能調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)液位串級控制實驗，通過分析選擇主、副回路控制算法，對串級控制系統(tǒng)進行參數(shù)整定。前續(xù)課程、后續(xù)課程前續(xù)課程:電工基礎，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，微機原理及應用，自動控制理論等。后續(xù)課程：無八、參考教材及學習資源[1]《過程控制系統(tǒng)及儀表》張勇、王玉昆等編.機械工業(yè)出版社，2013年9月[2]《過程控制及儀表》王再英等.機械工業(yè)出版社，2005年11月[3]《過程控制系統(tǒng)》林錦國.東南大學出版社，2002年1月[4]《過程控制及自動化儀表》侯志林.機械工業(yè)出版社，1998年12月[5]《過程控制及儀表》邵裕森.高教出版社，2000年6月九、考核方式教學要求考核形式占總成績的比例通過工業(yè)過程對象工藝流程和生產(chǎn)過程的特性分析,掌握工業(yè)過程對象的分類及建模方法，能夠建立工業(yè)過程模型。卷面考試10%通過學習自動化裝置和儀表工作原理與工作性能，能夠根據(jù)控制要求選擇適當?shù)臋z測儀表、控制儀表、執(zhí)行裝置和設備。卷面考試30%通過學習簡單控制系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)分析設計