课程类别：学科基础教育课程 课程名称：化工仪表及自动化

开课单位：化工与环境学院 课程编号：02042102

总学时：40 学 分：2.5

适用专业：化学工程与工艺、特种能源工程与烟火技术等

先修课程：《计算机基础》、《化工原理》、《电路与电子技术》

一、课程在培养方案中地位、作用

《化工仪表及自动化》是一门综合性的课程，它涵盖了控制科学与工程、仪器科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程等学科的理论与技术，同时课程自始至终贯串着化工生产过程方面的知识，与化学工艺和设备有着极紧密的联系。实际上任何一个现代化的化工厂，其设备、机械和各种自动化装置都已经是一密不可分的有机整体了，因此工艺人员必须具有自动化方面的基本知识。另外，自动化技术是国家重点发展的一个高科技领域，自动化技术的研究开发和应用水平是衡量一个国家发达程度的重要标志，是企业具有创新和竞争能力的必备条件。因此，这门课程又是体现本科教育“厚基础、宽口径”教育理念的一门很好的学科基础教育课程。

二、课程内容、基本要求

绪论

1、了解课程的性质和内容。

2、了解课程的目的和任务。

第一章 自动控制系统基本概念

1、掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系。

2、理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法。

3、熟悉工艺管道及控制流程图上常用图形符号和字母代号的意义。

4、了解控制系统的几种分类形式，掌握系统的动态与静态。

5、掌握闭环控制系统在阶跃干扰（扰动）作用下，过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。

第二章 被控对象的数学模型

1、了解建立被控对象数学模型的意义及数学模型的建立方法。

2、掌握用机理建模的方法建立简单对象的数学模型。

3、掌握表征被控对象特性的三个参数—放大系统K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响。

4、了解被控对象特性的实验测定方法。

第三章 检测仪表与传感器

1、掌握仪表精度的意义及与测量误差的关系。

2、了解仪表的性能指标。

3、初步掌握各种压力仪表的基本原理及压力表的选用方法和安装注意事项。

4、熟悉各种流量计的测量原理。

5、了解物位的测量方法及测量仪表的工作原理和特点；初步掌握液位测量中零点迁移的意义及计算方法。

6、掌握热电偶温度计及热电阻温度计的测温原理；熟悉热电偶温度测量中的冷端温度补偿的作用及方法。

7、了解电动温度变送器的作用及原理。

8、了解自动控制系统中常用成分分析仪表。

第四章 显示仪表

1、了解动圈式显示仪表的基本结构及原理。

2、了解自动电子电位差计和自动电子平衡电桥的工作原理。

3、了解DDZ-Ⅲ型显示仪表的基本结构及原理。

4、掌握数字式显示仪表的工作原理与组成。

5、初步了解无笔、无纸记录仪的工作原理和组成。

第五章 自动控制仪表

1、了解自动化仪表发展历程。

2、掌握各种基本控制规律及其特点。

3、熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响。

4、了解DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型控制器的特点和基本组成

5、掌握数字式控制器的工作原理和用法。

第六章 执行器

1、掌握控制阀的流量特性的意义。

2、了解气动薄膜控制阀的基本结构、主要类型及使用场合。

3、理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则。

4、了解电动执行器电气转换器及电-气阀门定位器的用途及工作原理。

5、了解电动执行器的基本原理。

第七章简单控制系统

1、了解简单控制系统的结构、组成及作用。

2、掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择的一般原则。

3、了解各种基本控制规律的特点及应用场合。

4、掌握控制器正、反作用确定的方法。

5、掌握控制器参数工程整定的方法。

第八章复杂控制系统

1、掌握串级控制系统的结构、工作过程、特点及应用场合；串级控制系统中副变量的确定及主、副控制器正、反作用的选择。

2、了解串级控制系统中主、副控制器参数的工程整定方法。

3、熟悉设置均匀控制系统的目的及控制方案。

4、了解比值控制系统的各种类型；熟悉单闭环比值控制方案的结构及特点。

5、熟悉前馈控制系统的结构、特点及应用场合。

6、理解连续型选择性控制系统的结构特点及控制方案；分程控制系统的结构及应用场合。

7、了解开关型选择性控制系统、积分饱和现象的产生及防止方法。

第九章新型控制系统

1、了解自适应控制系统的特点、用途及主要类型。

2、初步了解预测控制系统、智能控制与专家系统、模糊控制系统的基本概念。

3、了解神经元网络控制、故障检测和故障诊断的基本概念。

第十章计算机控制系统

1、了解计算机控制系统的发展历程。

2、了解DDC系统的基本组成与作用。

3、初步掌握全开放集散控制系统DCS的特点及基本组成。

4、了解DCS现场控制站及操作站的硬件与软件。

5、初步了解现场总线控制系统的特点及基本设备。

第十一章典型化工单元的控制方案

1、掌握离心泵和往复泵控制方案的特点。

2、熟悉传热设备控制的一般方法。

3、熟悉精馏塔提馏段温控与精馏段温控的特点与方法。

4、了解釜式、固定床、流化床反应器控制的一般方法。

三、实验

实验一 数字式测温仪表示值校验

1、了解热电偶、热电阻测温元件的结构和分类。

2、掌握温度显示仪表的校验方法。

实验二 对象特性的实验测试

1、熟练利用机理建模的方法建立简单对象的数学模型。

2、掌握表征被控对象特性的三个参数――放大系统K、时间常数T、滞后时间τ的物理意义及其对控制质量的影响。

实验三 化工自动化基础综合实验

1、掌握系统投运与整定的基本方法。

2、理解控制器参数对控制质量的影响。

3、初步掌握全开放集散控制系统DCS的特点及基本组成。

四、学时分配