【应用化工系】化工仪表及其自动化——教学大

《化工仪表及自动化》课程教学大纲

 
第一部分  大纲说明
一、课程的性质与任务
《化工仪表及自动化》是中央广播电视大学开放教育应用化工技术专业(专科)的一门统设必修课程,共20学时,开设一学期。
 课程的任务是使学员初步掌握化工自动化及仪表方面的基础知识和技能。通过学习常见过程检测仪表的结构、特点和使用方法,能根据工艺参数进行常用仪表的选型;掌握控制器的基本控制规律及PID参数对过程控制系统品质指标的影响;并以工艺操作为出发点,重点介绍简单、复杂、集散型控制系统特点,了解化工生产中典型设备的控制方案。通过仪表和控制系统实训培养学员的实际动手能力和综合运用能力。
本大纲的编写立足于高素质人才的培养,在理论上以够用为度,加强实践能力培养,突出应用性和实用性,将本课程与应用化工职业的发展紧密结合,开拓思维和知识面,增强本专业对各化工岗位的适应性,为学员今后的职业发展打下基础。
二、与相关课程的关系
本课程是《化工单元操作技术》课程的后续课程,学员在掌握了一定的工艺类知识后再进行仪表和过程控制系统方面的学习。
三、课程的教学要求
《化工仪表及自动化》是一门理论与工程实践密切相关的课程,教学内容以化工仪表及自动化的基本知识和基本技能为主,注重学生分析问题、解决实际问题的能力培养,通过本课程的学习,应达到以下知识和能力要求:
(1)理解仪表自动化系统的组成及品质指标;
(2)掌握常用检测仪表的结构、功能、特点,能根据工艺要求选型;
(3)掌握控制器的基本控制规律及PID参数对系统品质指标的影响;
(4)理解简单控制系统构成及特点;
(5)了解复杂控制系统构成及特点;
(6)掌握典型化工单元的控制方案;
(7)理解集散控制的组成、功能和特点。
四、课程的教学方法和教学形式建议
本课程具有较强的综合性和实践性的特点,结合学员的实际情况,我们在重点和难点处配置相关的IP课件,在实训部分配置演示录像,在控制系统部分配置CAI课件等资源指导学员自主学习,使学员在掌握专业基础知识的同时,练就较强的基本技能,形成基本职业能力,如果条件允许的地方可实施“教、学、做”一体化的教学模式,教学效果会更理想。在教学方法上建议采用启发引导、案例分析、网络答疑等方法拓展学员的思维,突破教学难点。
五、课程教学要求的层次
本课程的教学要求分为了解、理解和掌握和三个层次。了解即能正确判别有关概念和方法;理解是能正确表达有关概念和方法的含义,并且能够进行简单分析和判断;掌握是在理解的基础上加以灵活应用。
课程考核内容(涵盖实训内容),掌握的内容约占总分数的60%左右,理解的内容约占30%左右,了解的内容约占10%左右。
第二部分  媒体使用与教学过程建议
一、课程学时分配
课程教学总学时数为54,其中授课学时为38(含面授、录像学时),实训课学时为16。各章学时分配如下:
教学内容 授课学时 实训学时
1 过程控制系统概述 1  
2 检测仪表的基本知识 1  
3 压力检测 1 1
4 流量检测 2  
5 物位检测 1  1
6 温度检测 2  
7 对象特性和建模 0  0
8 基本控制规律 1  
9 执行器 2  
10 简单控制系统 1 1
11 复杂控制系统 2  0
12 集散控制系统 1 0
13 典型化工单元控制方案 1 1
合计   16 4
 
二、多种媒体教材的总体说明
本课程使用的教学媒体有:文字教材、录像教材、IP课件和CAI课件。
1、文字教材
主要教学媒体。文字教材的内容是教学大纲所规定的教学基本内容,是本课程教与学和考核的基本依据。文字教材确保体系完整,适合成人自主学习的需求,体现电大教学的规律和特点。
2、录像教材
辅助媒体。展示仪表的结构和安装,帮助学员提高对仪表或设备的认识,在录像过程中依靠企业高技能人才,利用视频教材直观性的特点。
3、IP课件
辅助媒体。以课程的知识点为线索,采用系统讲授的方式制作,强调课程内容的系统性,帮助学员理解课程的重点和难点。
4、CAI课件
辅助媒体。通过动画、演示等手段,展示实训操作的过程和方法,通过交互的方式提高学员的技能水平。
三、教学环节
1、自学
自学是学员重要的学习手段,要求以文字教材为主,辅以录像教材、IP课件、CAI课件和网上教学资源进行学习。录像教材、IP课件和CAI课件强化课程的重点、难点内容、实训的演示与交互,案例分析等,可加深学员对课程内容的理解。网上教学资源与教学进度同步,侧重于对学员教学过程的辅导,解决学员在学习过程中遇到的问题。学员应注意自学能力的培养,保证必要的自学时间。
2、面授辅导
面授辅导由地方电大辅导教师担任,由于本课程是一门理论性和实践性均很强的课程,建议适当增加面授学时比例。各地辅导教师应以文字教材为依据,采用讲解、分析、作业讲评等方式,讲解课程的重点和难点,思路与方法,进行讨论和分析、解答作业、指导实训等。
3、实训
实训是本课程的重要组成部分,由地方电大组织实施。学员应认真完成本课程所规定的实训,未做实训或实训不及格者没有资格参加本课程的期末考试。
4、作业
作业是巩固和检验学习效果的有效手段,中央电大统一下发形成性考核作业册,学员应根据学习进度认真完成。
四、考核
考核是对学员学习效果的检查和验收。本课程的考核采用终结性考核和形成性考核相结合的方式。终结性考核由中央电大根据教学大纲统一命题;形成性考核包括实训和平时作业,由地方电大组织实施并核定成绩。
第三部分 教学内容和教学要求
第1过程控制系统概述
教学内容
1、化工自动化的发展概况;
2、过程控制系统的组成及表示方法;
3、过程控制系统的品质指标。
教学要求
1、掌握过程控制系统的组成及方框图表示方法;
2、掌握过程控制系统品质指标的意义;
3、掌握对象的特性参数对系统品质指标影响;
4、能正确识读常规控制流程图,掌握过程控制系统带控制点工艺流程图图形符号表示方法。
第2检测仪表的基本知识
教学内容
1、测量过程与测量误差;
2、检测仪表的品质指标;
3、检测系统中的常见信号类型;
4、检测仪表与测量方法的分类;
5、化工检测的发展趋势。
教学要求
1、了解测量误差的分类;
2、理解仪表准确度等级、变差和灵敏度的计算;
3、了解测量方法及应用。
第3压力检测
教学内容
1、压力单位及测压仪表分类;
2、弹簧管压力表;
3、电容式压力变送器;
4、扩散硅式压力变送器;
5、智能式压力变送器;
6、典型压力计的选用。
教学要求
1、了解测压仪表分类;
2、了解弹簧管压力表、电容式压力变送器、扩散硅式压力变送器的结构和应用;
3、掌握智能式变送器的特点和结构原理;
4、掌握各种压力计的特点及选型。
第4流量检测
教学内容
1、差压式流量计;
2、转子流量计;
3、电磁流量计;
4、质量流量计;
5、涡街流量计;
6、超声波流量计;
7、椭圆齿轮流量计。
教学要求
1、掌握差压式流量计的测量误差产生原因及选用;
2、了解其它流量计的结构特点及应用。
第5物位检测(
教学内容
1、物位测量的主要类型介绍;
2、差压式液位计;
3、电容式液位计;
4、超声波液位计;
5、雷达液位计。
教学要求
1、掌握差压式液位计的工作原理及零点迁移消除问题;
2、了解其它物位计的结构特点及应用。
第6温度检测
教学内容
1、温度检测仪表的分类;
2、热电偶温度计;
3、热电阻温度计;
4、温度变送器。
教学要求
1、掌握热电偶温度计的分度号意义,补偿导线与冷端温度补偿的方法;
2、理解热电阻温度计的测温原理;
3、了解热电偶、热电阻与温度变送器配合测量温度的基本工作原理。
第7章  对象特性和建模(选学)
 教学内容
1、数学模型及描述方法;
2、机理建模;
3、描述对象特性的参数;
教学要求
1、了解被控对象数学模型建立的重要性;
2、了解一阶对象建模的方法;
3、掌握对象特性参数对系统的影响。
第8基本控制规律
教学内容
1、比例控制规律;
2、积分控制规律;
3、微分控制规律;
4、复合控制规律。
教学要求
1、理解基本控制规律的的特点;
2、掌握比例度、积分时间、微分时间对过程控制系统品质指标的影响;
3、根据工艺要求正确选择控制规律。
第9执行器
教学内容
1、气动执行器;
2、阀门定位器与电-气转换器;
3、电动执行器。
教学要求
1、了解执行器的作用及种类,了解电动执行器的组成及作用;
2、理解气动执行器的结构及工作原理;
3、掌握执行机构正反作用、控制机构正反装、执行器气开气闭形式及其选择,会进行气动薄膜调节阀与阀门定位器联校。
第10简单控制系统
教学内容
1、简单控制系统的组成特点;
2、被控变量的选择;
3、操纵变量的选择;
4、控制规律的选择及参数整定。
教学要求
1、了解被控对象的特点;
2、理解被控变量、操纵变量的选择原则及控制器正、反作用确定的方法。
3、掌握简单控制系统的构建和调试。
第11复杂控制系统
教学内容
1、串级控制系统的组成特点;
2、主副控制器控制规律的选择;
3、主副控制器正反作用的选择;
4、其它复杂控制系统。
教学要求
1、了解串级、分程等复杂控制系统的结构、特点及应用场合;
2、了解串级控制系统主副变量的选择原则;
3、理解串级控制系统的构建和调试。
第12章  集散控制系统
教学内容
1、集散控制系统的硬件组成、功能及特点;
2、集散控制系统组态软件;
3、能正确计算机控制流程图;
4、生产过程的监控。
教学要求
1、理解集散控制系统的硬件组成;
2、理解集散控制系统(DCS)的现场控制站及操作站的作用;
3、了解控制系统组态方法。
第13典型化工单元控制方案
教学内容
1、流体输送设备的自动控制;
2、传热设备的自动控制;
3、精馏塔的自动控制;
教学要求
1、了解离心式压缩机防喘振控制的一般方法,掌握离心泵和往复泵控制方案的特点;
2、理解传热设备控制的一般方法;
3、精馏塔生产工艺介绍;
4、掌握精馏塔的典型控制方案。
 
第四部分   实训内容和实训要求
实训项目1:压力表的校验
 实训内容:
弹簧管压力表的校验。
实训要求:
1、学会正反行程的校验和误差计算方法;
2、学会填写校验单。
实训项目2差压变送器的应用 
实训内容:
EJA智能差压变送器的调校。
实训要求:
1、学会正确组态仪表位号,量程,迁移量;
2、学会填写校验单。
实训项目3:一阶对象特性测试
 实训内容:
利用实训装置的单容水箱测试特性参数。
实训要求:
1、熟悉实训装置;
2、掌握单容水箱特性测试并计算特性参数。
实训项目4:气动薄膜调节阀调校 
实训内容:
气动薄膜调节阀与电气阀门定位器联校。
实训要求:
1、掌握接线并进行正、反行程校验;
2、学会填写校验单。
实训项目5:精馏塔液位控制系统的构建
实训内容:
以化工生产中典型单元(精馏塔)为被控对象,对塔底液位控制系统的构建。
实训要求:
1、学会依据控制要求,进行检测仪表和执行仪表的选择,构建控制系统;
2、学会智能调节器参数设置及整定;
3、学会手动操作使系统稳定后进行无扰切换;
4、掌握系统品质指标分析。
实训项目6:精馏塔温度与流量串级控制系统的构建
实训内容:
以化工生产中典型单元(精馏塔)为被控对象,对塔釜进行温度和流量串级控制系统的构建。
实训要求:
1、学会依据控制要求,进行检测仪表和执行仪表的选择,构建串级控制系统;
2、学会智能调节器参数设置及整定;
3、学会手动操作使系统稳定后进行无扰切换;
4、掌握系统品质指标分析。
实训项目7:集散控制系统组态
实训内容:
1、精馏塔塔顶简单温度控制系统的构建;
2、使用PID模块进行参数设置;
3、绘制工艺流程图、创建控制模块、仿真运行;
4、控制系统投入运行。
实训要求:
1、学会集散控制系统组态方法;
2、学会构建简单控制系统控制策略。
实训项目8:精馏塔塔顶压力分程控制系统构建
实训内容:
以化工生产中典型单元(精馏塔)为被控对象,实现塔顶压力分程控制系统的构建。
实训要求:
1、了解构建分程控制系统构建方法;
2、了解分程控制的参数设定方法。
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