化工仪表及自动化课程整体教学设计

《化工仪表及自动化》课程整体教学设计一、管理信息课程名称：化工仪表及自动化课程代码:制定者：热西旦。阿不里孜制定时间：2010年8月28日所在部门：机电工程系批准人:二、基本信息学分：学时：教学对象：应用化工技术课程类型：先修课程：化工原理，电工电子技术、微机技术后续课程：计算机控制系统三、教学对象分析本课程授课对象为应用化工技术专业二年级学生，至今已经学过电气设备、电子技术、微机技术、自动控制原理等，但是化工仪表及自动化课程本学期才开始进行。《化工仪表及自动化》作为化工专业的核心课程，它涉及到各种测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器、简单控制系统、复杂控制系统、新型控制系统、计算机控制系统等。该课程理论和实践性强，学好这门专业课，对学生今后的工作将起到十分重要的作用。另外，该专业课对学生职业素质和职业能力的培养也很重要。开设该课的目的是使学生通过本课程的学习，掌握和石油化工生产密切相关的压力、流量、温度、物位以及成分等工艺参数的检测仪表在化工生产中的应用，认识到自动化控制在生产中的重要作用，并学会正确使用和维护仪表自动化控制设备以实现工艺的自动化生产，保证生产的质量和产量，保证生产安全、高效率、长周期运行。四、课程设计指导思想本课程教学内容突出行业的特殊性、知识的应用性，通过工学结合、案例分析、项目教学等教学模式来组织教学，倡导学生在理论和实践当中真正掌握自动化控制原理，学会使用和维护各种自动化生产设备。在教学过程中变“以教师为核心”为“以学生为主体，教师引导为辅”。在教学活动安排中，由教师引导学生实现对各种自动化设备的学习和使用，在操作中提高学生的技术应用能力，而教师则以答疑、评估等方式参与学生的学习活动。本课程的重点是如何让学生在掌握自动化生产原理的基础上，学会自动控制系统各种设备的使用和维护。针对这一重点，在教学内容的组织和安排上，一是在教学中，教师通过多种教学手段和多种形式，结合化工生产当中的实际情况进行教学，让学生有感性的体验，通过耐心的讲解使学生掌握自动控制系统的理论知识；二是积极创造实际使用自动化设备的实训环境，以任务驱动，以项目导向，让学生在实际课题的实训和实习中学习使用各种自动化设备，并具有一定的故障判断经验；三是重视培养学生的“爱岗、敬业、求精、安全、节能、环保”的职业道德素养。根据学生生源主要来省内不同地区的特点以及自动化技术应用的广泛性，确定了“抓基本、重应用、求能力”的课程建设思路，并以培养生产第一线的高等技能型人才为目标，实施了“工学结合，理论实践相促进”的教学改革。从而使教学内容更加贴切实际，学生的技术应用能力进一步增强。五、课程设计1．课程目标设计1.1能力目标（1）能够读懂、并能规范地绘制常用带控制点的工艺流程图。（2）能根据仪表技术说明书的要求正确使用常用检测仪表，能对变送器实施正确地调零、零点迁移、量程扩展操作；能根据工艺和控制要求，合理设置智能PID控制器的相关参数。（3）能根据仪表技术说明书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析，并加以排除。（4）能够根据工艺与控制要求合理选择常用的温度、压力、流量和物位检测仪表。（5）能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，设计出简单控制系统并加以实施。（6）能够根据被控参数和系统特点，运用临界比例度法、衰减曲线法两种工程整定方法，对简单控制、串级控制等控制系统，实施正确地调试，使系统在稳定性、准确性和快速性的三项指标基本优化，满足工艺要求。1.2知识目标（1）掌握常用工业过程控制系统的组成原理与性能特点，熟悉其适用场合。理解被控参数、调节参数对系统性能的影响，掌握被控参数与调节参数的合理确定方法。（2）掌握常用过程检测仪表的结构与测量原理；理解各种PID控制规律对系统的作用，掌握其使用方法；理解SLPC过程控制仪表的组成原理与运行机制，熟悉其功能，掌握功能指令的应用方法。1.3素质目标各个项目都分组进行，锻炼同学们竞争、合作、领导、服从、答辩方面的素质。2．教学内容设计课程总学时72课时（含机动4节）。具体内容见表一所示。表一课程模块及对应学时序号项目子项目主要内容课时1第1单元压力检测仪表专题1过程检测技术基础测量概念测量误差及处理检测仪表的组成与分类检测仪表性能指标2专题2认识压力检测压力概念与压力单位压力测量仪表的分类3专题3弹性式压力计弹性元件弹簧管压力表电接点压力表4项目1弹簧管压力表的拆装与校验压力表的拆装、校验、选择2专题5电气式压力表电感式压力计霍尔式压力计应变式压力计压电式压力计电容式差压变送器智能型压力（差压）变送器4项目2电容式差压变送器校验22锅炉液位串级控制系统集成与调试液位串级控制方案串级控制原理及各部分作用2系统调试与投运衰减曲线法系统整定方法，串级控制参数确定原则4差压变送器的选用仪表精度概念和变送器的选用2执行器的选用（电动调节阀）流量系数和流量特性等、选择方法63电加热锅炉恒温控制系统集成与调试电加热温度控制方案位式控制原理、可控硅调压原理2温度传感器选用测温原理、温度传感器选择与使用方法3温度变送器和可控硅电力控制器选用温度变送器和可控硅电力控制器的选用2系统调试与投运临界比例度或衰减曲线法系统整定。44电加热锅炉恒温供水控制系统的开发与实施恒温压供水综合实践指导书实训一周5蒸汽温压补偿测量方法SLPC可编程调节器的基本使用SLPC可编程调节器结构、功能和工作原理，操作方法。4孔板流量计流量测定孔板流量计测量原理、操作方法2SLPC*E可编程调节器的程序编制与调试SLPC*E组态方法，SPRG编程器的编程方法及连机调试。66锅炉二冲量控制系统控制方案前馈/反馈控制原理，前馈/反馈控制应用方法2气动调节阀的选用气动调节阀的结构原理与使用，阀门定位原理与使用2控制程序编制SLPC可编程调节器的控制功能，SPRG编程器的编程方法。4系统调试与投运静态增益法系统参数整定4考核实践考核4合计683、能力训练项目设计能力训练项目能力训练子项目拟实现的能力目标相关支撑知识训练方式手段及步骤液位1.1能确定合理的液位控制方案1.1.1能正确分析单回路控制原理，并正确应用。1.1.2能绘制规范的控制系统结构图和方框图。单回路反馈控制原理。常用仪表的图形符号表示方法。由电加热锅炉控制引出课程目标，并通过人工控制——自动控制对比说明。定值控制系统与调试1.2能用差压变送器正确测量液位1.2.1能读懂变送器铭牌数据。1.2.2能正确实施变送器的调零、零点迁移和量程调整操作。1.2.3能正确分析系统信号传递关系。差压变送器测量原理、结构和操作方法，信号制概念。由信号传递引出信号制概念，在学做合一的过程中学会变送器的操作。1.3能合理使用智能PID调节器1.3.1能识读调节器面板显示数据，并能进行手动/自动操作。1.3.2能读懂AI-519产品说明书，并能正确设置操作参数。1.3.3能根据控制要求正确接线。调节器的调节规律，结构和操作方法。以说明书为实例讲解操作方法与步骤，并通过当场训练掌握。在这基础上进行控制规律的讲解，以提高理论知识。1.4能合理使用电动调节阀1.4.1能读懂调节阀铭牌数据。1.4.2能进行电动调节阀的电气接线。1.4.3能进行电动调节阀行程的简单测量与调整。电动调节阀的功能、结构和工作原理。先分析电动调节阀的结构与功能，再进行分组的电动调节阀电气接线与行程调整操作训练，最后进行工作原理分析。1.5液位定值控制系统调试与投运1.5.1能正确联接管路、电路，并正确操作监控系统。1.5.2能根据过渡过程曲线的特点，对系统品质作正确的评价。1.5.3能用临界比例度法整定系统参数。1.5.4能按正确步骤投运系统。THJ-2实验装置结构特点，控制系统性能评价方法与指标，单回路系统整定方法。教师讲解方法后，作操作演示。分组进行系统调试练习。应注意操作规范。液位/流量串级2.1能确定合理的液位串级控制方案2.1.1能正确分析串级控制系统。2.1.2能绘制规范的控制系统结构图和方框图。2.1.3能合理选择控制参数。串级控制原理，串级控制参数确定原则，常用仪表的图形符号表示方法。先体验单回路控制系统加入流量干扰结果，并努力由学生处理，在这基础上集中讨论串级控制原理。控制系统与调试2.2串级控制系统调试与投运2.2.1能正确联接管路、电路，并熟练操作监控系统。2.2.2能熟练使用差压变送器和智能PID调节器。2.2.3能按衰减曲线法整定系统参数。2.2.4能按正确步骤投运系统。串级控制原理，衰减曲线法参数整定方法。教师讲解方法后，作操作演示。分组进行系统调试练习。应注意操作规范。2.3差压变送器和调节器的选用2.3.1能读懂差压变送器和智能调节器的产品说明书。2.3.2能根据仪表的检测数据对仪表的品质作合理评价。2.3.3能根据工艺特点与要求正确填写差压变送器和智能调节器的产品购置单。2.3.4能根据工艺特点与控制要求合理选择仪表型号。仪表的品质指标，仪表选用原则和方法。先分析仪表的品质指标，再以厂家产品实例说明选用方法。2.4执行器的选用2.4.1能读懂执行器产品说明书。2.4.2能正确填写执行器的产品订购单。2.4.3能根据工艺特点与要求进行在线的调节阀选择计算。流量系数和流量特性意义及确定方法。执行器选用方法与步骤，执行器作用方式、开度和可调比概念与方法。先讨论基本概念与方法，再通过在线的调节阀选择计算及实际的产品订购单填写加以掌握。电加热温度控制系统与调3.1能确定合理的温度控制方案3.1.1能根据工艺特点与要求，用双位式和三位式控制器组成合理的温度控制系统。3.1.2能根据工艺特点与要求，用可控硅电力控制器等自动化仪表组成合理地温度定值控制系统。位式控制规律与性能特点。可控硅电力控制器的工作原理，单回路控制原理。教师讲解原理后，提问检查。3.2温度检测仪表的选用3.2.1能读懂产品说明书。3.2.2能正确工艺特点与控制要求选择热电偶与热电阻传感器型号与结构。温度测量原理、分类与选择方法。教师讲解基本概念后，以实际的产品选型表为例介绍仪表的选用知识试3.3能合理选用温度变送器和可控硅电力控制器3.3.1能读懂温度变送器和晶闸管调整器的产品说明书。3.3.2能根据工艺特点与控制要求正确选择温度变送器和晶闸管调整器的结构与型号。温度变送器和晶闸管调整器的工作原理与结构。教师在介绍基本功能后，以实际的产品选型表为例介绍仪表的选用知识3.4温度控制系统调试与投运3.4.1能用常用仪表组成合理的温度位式控制系统，并根据工艺要求调试好系统。3.4.2能用控制仪表组成温度定值控制系统，并用相关的参数整定方法调试好系统，使系统的品质指标最佳。位式控制规律和系统结构，可控硅电力控制器的工作原理与使用方法，单回路系统调试技术。由学生根据控制任务，小组独立完成整个实验过程。注意操作规范。蒸汽流量温压补偿测量5.1能正确操作SLPC可编程调节器5.1.1能识读面板显示信息。5.1.2能对SLPC*E实施基本操作（设定值、手动/自动、作用方式、PID控制参数等）。SLPC可编程调节器结构、功能和工作原理，操作方法。教师以实物作操作演示与说明，各组根据要求，写出操作方法与步骤，确认后上机练习。注意操作规范。5.2能正确使用孔板流量计测量流量5.2.1能识读孔板流量计技术说明书。5.2.2能正确操作三阀组，使差压计投入正常运行。5.2.3能排除泄漏等常见故障。孔板流量计测量原理、操作方法。教师讲解方法后，分组练习。5.3能编制和调试程序5.3.1能用编程器编制程序。5.3.2能调试程序，并下载到SLPC可编程调节器内。5.3.3能组成合理的测量系统，并正确调试系统。SLPC*E组态方法，SPRG编程器操作方法。教师操作演示后，分组练习。教师应积极指导。锅炉二冲量控6.1能确定合理的锅炉液位控制方案6.1.1能正确分析前馈/反馈控制原理，并正确应用。6.1.2能绘制规范的控制系统结构图和方框图。前馈/反馈控制原理，前馈/反馈控制应用方法。观察单回路控制系统加入流量干扰结果，引出前馈/反馈控制原理。并比较与串级控制差别。