《過程控制及儀表》教學(xué)大綱課程編號：13180335英文名稱：ProcessControlandInstrumentation學(xué)分：3學(xué)時：總學(xué)時56學(xué)時，其中理論40學(xué)時，實踐16學(xué)時先修課程：傳感器與檢測技術(shù)，自動控制原理，計算機控制技術(shù)課程類別：專業(yè)方向選修課程授課對象：自動化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)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(yīng)用設(shè)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(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整和執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和組成原理；過程控制包括建立單回路控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和控制方案設(shè)計；串級控制系統(tǒng)分析和設(shè)計、復(fù)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(shè)計。通過學(xué)習(xí)過程控制儀表的基本原理、過程控制的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)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(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點，本課程的課程目標(biāo)如下：課程目標(biāo)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(shè)計控制系統(tǒng)的控制器，評估控制系統(tǒng)的對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)安全和環(huán)境的影響。課程目標(biāo)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(xué)模型，分析系統(tǒng)的性能，選擇滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的檢測單元、執(zhí)行器和控制器，設(shè)計合理的實驗方案。課程目標(biāo)3：能夠分析過程檢測儀表的性能指標(biāo)對控制系統(tǒng)質(zhì)量的影響；能夠分析過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，考慮環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，設(shè)計符合節(jié)能降耗的過程控制系統(tǒng)。二、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)權(quán)重3.4．能在自動化相關(guān)的設(shè)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(biāo)1H6.2.能分析和評價自動化相關(guān)領(lǐng)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(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。課程目標(biāo)2M7.1.知曉和理解環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念和內(nèi)涵，關(guān)注自動化相關(guān)領(lǐng)域的方針政策和法律法規(guī)。課程目標(biāo)3H三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1理論教學(xué)序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標(biāo)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(biāo)、控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)、儀表的測量方法、測量儀表概念、儀表的性能指標(biāo)。基本要求：掌握過程控制系統(tǒng)的組成和分類，發(fā)展歷史，儀表的性能指標(biāo)；熟悉測量方法和測量儀表概念；了解儀表的防爆及防護(hù)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(biāo)。德育要求：社會責(zé)任。2集中講授課堂演示課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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(jié)構(gòu)與原理、溫度測量儀表選用與安裝。基本要求：掌握熱電偶溫度計測量原理、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(biāo)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(zhǔn)；掌握兩線制變送器基本結(jié)構(gòu)和設(shè)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(xì)心細(xì)致6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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。基本要求：要求學(xué)生了解壓力檢測方法，熟悉常用彈性式壓力計的結(jié)構(gòu)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(zhǔn)。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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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(jié)構(gòu)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(tuán)隊合作4集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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(jié)構(gòu)及原理。基本要求：掌握物位的概念，差壓式液位計結(jié)構(gòu)及原理，熟悉浮力式液位計的結(jié)構(gòu)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器講解PID調(diào)節(jié)器、氣動調(diào)節(jié)閥、電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和原理組成。基本要求：掌握氣動調(diào)節(jié)閥，熟悉PID調(diào)節(jié)器，電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及原理。重點難點：調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法和執(zhí)行器原理。德育要求：學(xué)以致用6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)37單回路控制系統(tǒng)設(shè)計講解選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)、系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題、調(diào)節(jié)閥的選擇、調(diào)節(jié)器的選擇、單回路控制系統(tǒng)投運、調(diào)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(diào)節(jié)閥選擇和調(diào)節(jié)器選擇原則，調(diào)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(diào)節(jié)閥選擇和調(diào)節(jié)器選擇。德育要求：環(huán)境安全6集中講授課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)38串級控制系統(tǒng)的設(shè)計討論串級控制系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)用及實例、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計、串級控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。基本要求：掌握串級控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握串級控制的特點，掌握串級控制系統(tǒng)的應(yīng)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)39前饋、比值、選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計講解前饋控制系統(tǒng)的設(shè)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計402實驗教學(xué)序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標(biāo)1溫度變送器校驗實驗內(nèi)容：能運用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32壓力變送器校驗實驗內(nèi)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33單回路液位控制實驗內(nèi)容：能運用智能儀表實現(xiàn)單回路液位控制系統(tǒng)設(shè)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)34流量控制系統(tǒng)設(shè)計實驗內(nèi)容：能運用智能儀表實現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設(shè)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)35溫度控制系統(tǒng)設(shè)計實驗內(nèi)容：能運用智能儀表實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設(shè)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(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)36液位-流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計實驗內(nèi)容：能運用智能儀表實現(xiàn)流量控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)37溫度-流量串級控制系統(tǒng)實驗實驗內(nèi)容：能運用智能儀表實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)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(shè)計等。四、課程教學(xué)方法1．理論教學(xué)以集中授課的形式為主，課內(nèi)交互討論為輔；2．實踐教學(xué)在專業(yè)實驗中心完成，分組集中進(jìn)行，實驗指導(dǎo)教師實時指導(dǎo)。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核學(xué)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(gòu)成與要求考核內(nèi)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(biāo)達(dá)成考核與評價序號教學(xué)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）課程目標(biāo)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(biāo)對應(yīng)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)椴患案瘛＃ǘ┛己伺c評價標(biāo)準(zhǔn)1.平時作業(yè)考核與評價標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(zhì)量高。能夠較好應(yīng)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(zhì)量較高。能夠應(yīng)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(zhì)量一般。能夠大部分應(yīng)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(zhì)量尚可。能夠小部分應(yīng)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(zhì)量差，或有抄襲行為。2.課程實驗考核與評價標(biāo)準(zhǔn)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?zāi)芨鶕?jù)要求搭建實驗裝置，圓滿完成實驗任務(wù)，準(zhǔn)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(shè)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(wù)，較為準(zhǔn)確處理獲得的數(shù)據(jù)，具有較好的系統(tǒng)分析和設(shè)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(wù)，能處理獲得的數(shù)據(jù)，具有一定的系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力。能根據(jù)要求完成部分實驗任務(wù)，系統(tǒng)分析和設(shè)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(wù)，不具備系統(tǒng)分析和設(shè)計實現(xiàn)能力。3.期末試卷考核與評價標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確，計算準(zhǔn)確。準(zhǔn)確分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)，準(zhǔn)確選擇控制器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備。準(zhǔn)確建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設(shè)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(zhǔn)確，計算較準(zhǔn)確。較準(zhǔn)確分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)，準(zhǔn)確選擇控制器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備。較準(zhǔn)確建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，較準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)，選擇合適控制方案。設(shè)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(zhǔn)確，計算準(zhǔn)確。分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)基本準(zhǔn)確，選擇控制器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備基本準(zhǔn)確。建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)基本準(zhǔn)確，選擇較合適控制方案。設(shè)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(zhǔn)確，計算大部分準(zhǔn)確。分析計算變送器量程、誤差等參數(shù)大部分準(zhǔn)確，選擇控制器、執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備大部分準(zhǔn)確。建立過程控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確分析控制系統(tǒng)參數(shù)大部分準(zhǔn)確，選擇基本準(zhǔn)確控制方案。設(shè)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