化工自動化

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化工儀表與自動化

一、課程說明

課程編號：150108Z10

課程名稱：化工儀表與自動化/ChemicalInstrument&Automation

課程類別：專業課

學時/學分：32/2

先修課程：化工原理，電工學

適用專業：化學工程與工藝（含卓越工程師班），制藥工程，應用化學

教材、教學參考書：

（1）厲玉鳴.化工儀表及自動化（第五版）[M].化學工業出版社，2011

（2）劉波峰.過程控制與自動化儀表[M].機械工業出版社，2012

二、課程設置的目的意義

本課程為化工工程專業本科生的選修課程，開設本課程的目的是讓學生了解化工自

動化的基本知識，理解自動調節系統的組成、基本原理，了解化工對象的基本特性及主

要工藝參數的基本測量方法和儀表的工作原理。任務是提高學生在自動控制系統運行過

程中發現問題、分析問題、解決問題的能力。

三、課程的基本要求

知識：本課程要求學生掌握化工生產過程自動化的基本知識，理解自動控制系統的

組成、基本原理以及化工對象的基本特性及其對調節過程的影響、基本調節規律；了解

主要工藝參數的基本測定方法、儀表的工作原理和簡單、復雜調節系統的組成及分析方

法。

能力：能根據化工工藝的要求，設計合理有效的自動化控制系統，正確選擇和使用

常見的顯示儀表、控制儀表和執行器，逐步提高在自動控制系統運行過程中發現問題、

分析問題、解決問題的能力（關聯畢業要求3-1：設計開發；關聯度：高）。

素質：對控制學、信息學等木屑蟲 領域的知識有初步的黨建工作職責 認識，并能夠將其與化工基本單元

操作以及常見儀表的知識聯系在一起，用于分析和解決化工生產過程中面臨的復雜的自

動化控制問題。

四、教學內容、重點難點及教學設計

章節教學內容總學時

學時分配

教學重點教學難點

教學方案設計（含教學

方法、教學手段）

講課

(含研討)

實踐

第1章

自動控制系

統基本概念

22

1.1

化工自動化

的主要內容

0.5

化工生產過程中

四種自動化系統

的概念。

自動控制系

統與其他三

種自動化系

統的區別

教學思路：由生活中常

見的自動化案例引入到

化工生產過程中四種自

動化系統。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂討論。

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章節教學內容總學時

學時分配

教學重點教學難點

教學方案設計（含教學

方法、教學手段）

講課

(含研討)

實踐

1.2

自動控制系

統的基本組

成及表現

形式

0.5

測量元件和變送

器，自動控制器，

執行器這三種自

動控制系統的基

本組成

用方框圖，

管道及儀表

流程圖來表

示自動控制

系統

教學思路：由貯槽的液

面控制方法引入到自動

控制系統的構建。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂討論。

1.3

自動控制系

統的分類

0.5

定值控制系統，

隨動控制系統和

程序控制系統的

概念。

三種控制系

統的應用

范圍。

教學思路：通過控制系

統的實際應用領域引導

學生理解它們之間的區

別。

教學模式：PPT電子課

件講授什么是創業 秦二世怎么死的 ，課堂研討。

1.4

自動控制系

統的過度過

程和品質

指標

0.5

最大偏差，超調

量，衰減比，余

差，過渡時間，

振蕩周期等品質

指標的概念

根據控制系

統的過渡過

程曲線計算

品質指標

教學思路：以過渡過程

曲線為線索講解各個指

標的定義。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂討論。

第2章

過程特性及

其數學模型

44

2.1

化工過程的

特點及描述

方法

1

參量模型和非參

量模型的概念

參量模型的

數學表達

教學思路：在講解模型

的數學表達式時應聯系

其化工工藝背景。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂研討。

2.2

對象數學模

型的建立

2

簡單控制系統和

RC電路的數學

模型

數學模型的

公式推導；

在控制系統

教學中談

RC電路的

意義

教學思路：以簡單的水

槽水位自動控制系統為

例推導該對象特性的一

階常系數微分方程表達

式。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂討論。

2.3

描述對象特

性的參數

1

放大系數，時間

常數，滯后時間

等參數的概念

描述對象特

性的參數的

數學表達以

及對應的化

工生產過程

教學思路：公式推導和

化工生產案例分析相結

合。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂研討。

第3章

檢測儀表與

傳感器

66

3.1概述1

工業儀表的分

類，儀表的性能

指標，誤差的概

念

根據測量需

求挑選儀表

的精度等級

教學思路：以生活中的

儀表實例導出本節內

容。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組研討。

3.2

壓力檢測及

儀表

1

壓力單位和常見

測壓儀表；彈性

式壓力計和電氣

式壓力計的構造

和原理；壓力計

的安裝

不同壓力計

的適用范圍

教學思路：從化工生產

對壓力表的需求引到不

同壓力表的設計思路和

適用范圍的差異。

教學模式：PPT電子課

件講授，壓力計展示，

課堂研討。

3.3

流量檢測及

儀表

1

流量單位和常見

流量計；差壓式

流量計和轉子流

不同流量計

的適用范圍

教學思路：從化工生產

對流量計的需求引到不

同流量計的設計思路和

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章節教學內容總學時

學時分配

教學重點教學難點

教學方案設計（含教學

方法、教學手段）

講課

(含研討)

實踐

量計的構造和原

理；流量計的

選型

適用范圍的差異。

教學模式：PPT電子課

件講授，流量計展示，

課堂研討。

3.4

物位檢測及

儀表

1

差壓式液位變送

器計，電容式物

位傳感器，核輻

射物位計等物位

檢測儀表的構造

和原理；物位測

量儀的選型

不同物位測

量儀的適用

范圍

教學思路：從化工生產

對物位測量儀的需求引

到不同物位測量儀的設

計思路和適用范圍的

差異。

教學模式：PPT電子課

件講授，課堂研討。

3.5

溫度檢測及

儀表

1

熱電偶溫度計，

熱電阻溫度計等

溫度測量儀表的

構造和原理；溫

度計計的選型

不同溫度量

計的適用范

圍

教學思路：從化工生產

對溫度計的需求引到不

同溫度計的設計思路和

適用范圍的差異。

教學模式：PPT電子課

件講授，溫度計展示，

課堂研討。

3.6顯示儀表1

數字式顯示儀

表，無筆無紙記

錄儀和虛擬顯示

儀表的概念

顯示儀表工

作過程中的

信號變換，

模數轉換和

標度變

換等。

教學思路：重點講解顯

示儀表中的信號變換和

模數變換。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

第4章

自動控制

儀表

44

4.1

基本控制規

律及其對系

統過渡過程

的影響

2

比例控制、積分

控制和微分控制

的概念

PID控制的

數學表達，

圖形表達和

應用范圍

教學思路：從三種控制

的不同點入手。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

4.2

模擬式控制

器與數字式

控制器

1

模擬式控制器和

數字式控制器的

主要特點和基本

構成

兩種控制器

的構成原理

教學思路：從兩種控制

器的實際應用舉例來講

它們的構造和區別。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

4.3

可編程序控

制器

1

可編程序控制器

的基本組成和編

程語言

面向過程的

編程思路及

其與化工生

產的聯系

教學思路：圍繞應用案

例講解面向過程的編程

思路。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

第5章執行器22

5.1氣動執行器1

執行器的結構與

工作原理；控制

閥的流量特性及

其種類。

執行器氣開

氣關形式及

其選擇；控

制閥的流量

特性。

教學思路：圍繞氣開型

執行器與氣關型執行器

的差異來講解不同流量

閥的結構特點。

教學模式：PPT電子課

件講授，氣動執行器工

作動畫演示，小組討論。

5.2

電動執行器，

電-氣轉化器

及電-氣閥門

定位器

0.5

電動執行器的組

成，電-氣轉換器

與電-氣閥門定

位器的原理

電信號與氣

信號的轉換

方式

教學思路：圍繞電氣裝

置的結構圖，講解信息

在其中的傳導和轉換

方式

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

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章節教學內容總學時

學時分配

教學重點教學難點

教學方案設計（含教學

方法、教學手段）

講課

(含研討)

實踐

5.3

數字閥與智

能控制閥

0.5

數字閥與智能控

制閥的結構和

功能

數字閥與智

能控制閥的

原理

教學思路：圍繞控制閥

的結構圖，講解控制原

理

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論。

第6章

簡單控制

系統

4

6.1

簡單控制系

統的結構與

組成

1

簡單控制系統的

構成

用方框圖表

示簡單控制

系統

教學思路：圍繞簡單控

制系統的方框圖講解其

結構與組成

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

6.2

簡單控制系

統的設計

2

被控變量與操縱

變量的選擇，測

量元件特性的影

響，控制器控制

規律的選擇

對象特性，

測量元件特

性對控制效

果；如何根

據對象特性

和控制要求

選擇控制器

規律

教學思路：圍繞化工自

動化控制的實例講解對

象特性，測量元件特性

等因素對控制效果的影

響

教學模式：PPT普工工作 電子課

件講授，小組討論

6.3

控制器參數

的工程整定

1

臨界比例度法，

衰減曲線法，經

驗湊試法

控制器參數

整定方法的

原理

教學思路：通過過程曲

線的變化形象的降解參

數整定的過程

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

第7章

復雜控制

系統

6

7.1

串級控制

系統

1

串級控制系統的

目的和方案

串級控制系

統的特點和

應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解串級控制的方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小敬業的事例 組討論

7.2

均勻控制

系統

1

均勻控制系統的

目的和方案

均勻控制系

統的特點和

應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解均勻控制的方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

7.3

比值控制

系統

1

比值控制系統的

目的和方案

比值控制系

統的特點和

應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解比值控制的方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

7.4

前饋控制

系統

1

前饋控制系統的

目的和方案

前饋控制系

統的特點和

應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解前饋控制的方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

7.5

選擇性控制

系統

1

選擇性控制系統

的目的和方案

選擇性控制

系統的特點

和應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解選擇性控制的方

案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

第5頁/共6頁

章節教學內容總學時

學時分配

教學重點教學難點

教學方案設計（含教學

方法、教學手段）

講課

(含研討)

實踐

7.6

分程控制

系統

1

分程控制系統的

目的和方案

分程控制系

統的特點和

應用場合

教學思路：結合化工生

產過程中自動控制的實

例講解分程控制的方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

第8章

典型化工單

元的控制

方案

4

8.1

流體輸送設

備的控制

方案

1

離心泵，往復泵

和壓氣機的控制

方案

泵的流量特

性曲線與管

路特性曲線

教學思路：圍繞特性曲

線講解不同泵的控制特

點。

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

8.2

傳熱設備的

自動控制

1

一般傳熱設備的

控制和鍋爐設備

的自動控制

傳熱設備不

同控制方案

的工藝流

程圖

教學思路：圍繞工藝流

程圖講解傳熱設備的不

同控制方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

8.3

精餾塔的自

動控制

1

精餾塔自動控制

的工藝要求，干

擾因素和控制

方案

精餾塔不同

控制方案的

工藝流程圖

教學思路：圍繞工藝流

程圖講解精餾塔的不同

控制方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

8.4

化學反應器

的自動控制

1

化學反應器自動

控制的工藝要

求，干擾因素和

控制方案

化學反應器

不同控制方

案的工藝流

程圖

教學思路：圍繞工藝流

程圖講解化學反應器的

不同控制方案

教學模式：PPT電子課

件講授，小組討論

五、實踐教學內容和基本要求

無

六、考核方式國慶照片 及成績評定

考核內容考核方式成績比例（%）備注

過程考核及階段性考二年級解決問題100道 核

作業測評、平時測試、課堂考勤、課

堂參與積極性

40

期末考核閉卷筆試60

七、課程的持續改進

為了更好地服務于畢業要求指標點，本課程將積極持續改進、推進以下課程建設工

作：

（1）理論聯系實際，切實把提高學生對控制論和信息論的認識作為本課程的重要

目標，通過分組討論，鼓勵學生上臺發言等形式鼓勵學生運用控制論，信息論的知識分

析化工生產過程。

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（2）課后作業多元化，除了傳統的紙面題目外，適度布置一部分類似化工系統建

模，控制過程編程等需要通過計算機軟件完成的作業，為學生畢業后進入信息化工業生

產管理體系做鋪墊。

（3）期末考核做到統一命題、教考分離、科學評卷、流水作業，以保證學生課程

成績的公平公正。