化工自动化

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化工仪表与自动化

一、课程说明

课程编号：150108Z10

课程名称：化工仪表与自动化/ChemicalInstrument&Automation

课程类别：专业课

学时/学分：32/2

先修课程：化工原理，电工学

适用专业：化学工程与工艺（含卓越工程师班），制药工程，应用化学

教材、教学参考书：

（1）厉玉鸣.化工仪表及自动化（第五版）[M].化学工业出版社，2011

（2）刘波峰.过程控制与自动化仪表[M].机械工业出版社，2012

二、课程设置的目的意义

本课程为化工工程专业本科生的选修课程，开设本课程的目的是让学生了解化工自

动化的基本知识，理解自动调节系统的组成、基本原理，了解化工对象的基本特性及主

要工艺参数的基本测量方法和仪表的工作原理。任务是提高学生在自动控制系统运行过

程中发现问题、分析问题、解决问题的能力。

三、课程的基本要求

知识：本课程要求学生掌握化工生产过程自动化的基本知识，理解自动控制系统的

组成、基本原理以及化工对象的基本特性及其对调节过程的影响、基本调节规律；了解

主要工艺参数的基本测定方法、仪表的工作原理和简单、复杂调节系统的组成及分析方

法。

能力：能根据化工工艺的要求，设计合理有效的自动化控制系统，正确选择和使用

常见的显示仪表、控制仪表和执行器，逐步提高在自动控制系统运行过程中发现问题、

分析问题、解决问题的能力（关联毕业要求3-1：设计开发；关联度：高）。

素质：对控制学、信息学等木屑虫 领域的知识有初步的党建工作职责 认识，并能够将其与化工基本单元

操作以及常见仪表的知识联系在一起，用于分析和解决化工生产过程中面临的复杂的自

动化控制问题。

四、教学内容、重点难点及教学设计

章节教学内容总学时

学时分配

教学重点教学难点

教学方案设计（含教学

方法、教学手段）

讲课

(含研讨)

实践

第1章

自动控制系

统基本概念

22

1.1

化工自动化

的主要内容

0.5

化工生产过程中

四种自动化系统

的概念。

自动控制系

统与其他三

种自动化系

统的区别

教学思路：由生活中常

见的自动化案例引入到

化工生产过程中四种自

动化系统。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂讨论。

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章节教学内容总学时

学时分配

教学重点教学难点

教学方案设计（含教学

方法、教学手段）

讲课

(含研讨)

实践

1.2

自动控制系

统的基本组

成及表现

形式

0.5

测量元件和变送

器，自动控制器，

执行器这三种自

动控制系统的基

本组成

用方框图，

管道及仪表

流程图来表

示自动控制

系统

教学思路：由贮槽的液

面控制方法引入到自动

控制系统的构建。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂讨论。

1.3

自动控制系

统的分类

0.5

定值控制系统，

随动控制系统和

程序控制系统的

概念。

三种控制系

统的应用

范围。

教学思路：通过控制系

统的实际应用领域引导

学生理解它们之间的区

别。

教学模式：PPT电子课

件讲授什么是创业 秦二世怎么死的 ，课堂研讨。

1.4

自动控制系

统的过度过

程和品质

指标

0.5

最大偏差，超调

量，衰减比，余

差，过渡时间，

振荡周期等品质

指标的概念

根据控制系

统的过渡过

程曲线计算

品质指标

教学思路：以过渡过程

曲线为线索讲解各个指

标的定义。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂讨论。

第2章

过程特性及

其数学模型

44

2.1

化工过程的

特点及描述

方法

1

参量模型和非参

量模型的概念

参量模型的

数学表达

教学思路：在讲解模型

的数学表达式时应联系

其化工工艺背景。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂研讨。

2.2

对象数学模

型的建立

2

简单控制系统和

RC电路的数学

模型

数学模型的

公式推导；

在控制系统

教学中谈

RC电路的

意义

教学思路：以简单的水

槽水位自动控制系统为

例推导该对象特性的一

阶常系数微分方程表达

式。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂讨论。

2.3

描述对象特

性的参数

1

放大系数，时间

常数，滞后时间

等参数的概念

描述对象特

性的参数的

数学表达以

及对应的化

工生产过程

教学思路：公式推导和

化工生产案例分析相结

合。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂研讨。

第3章

检测仪表与

传感器

66

3.1概述1

工业仪表的分

类，仪表的性能

指标，误差的概

念

根据测量需

求挑选仪表

的精度等级

教学思路：以生活中的

仪表实例导出本节内

容。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组研讨。

3.2

压力检测及

仪表

1

压力单位和常见

测压仪表；弹性

式压力计和电气

式压力计的构造

和原理；压力计

的安装

不同压力计

的适用范围

教学思路：从化工生产

对压力表的需求引到不

同压力表的设计思路和

适用范围的差异。

教学模式：PPT电子课

件讲授，压力计展示，

课堂研讨。

3.3

流量检测及

仪表

1

流量单位和常见

流量计；差压式

流量计和转子流

不同流量计

的适用范围

教学思路：从化工生产

对流量计的需求引到不

同流量计的设计思路和

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章节教学内容总学时

学时分配

教学重点教学难点

教学方案设计（含教学

方法、教学手段）

讲课

(含研讨)

实践

量计的构造和原

理；流量计的

选型

适用范围的差异。

教学模式：PPT电子课

件讲授，流量计展示，

课堂研讨。

3.4

物位检测及

仪表

1

差压式液位变送

器计，电容式物

位传感器，核辐

射物位计等物位

检测仪表的构造

和原理；物位测

量仪的选型

不同物位测

量仪的适用

范围

教学思路：从化工生产

对物位测量仪的需求引

到不同物位测量仪的设

计思路和适用范围的

差异。

教学模式：PPT电子课

件讲授，课堂研讨。

3.5

温度检测及

仪表

1

热电偶温度计，

热电阻温度计等

温度测量仪表的

构造和原理；温

度计计的选型

不同温度量

计的适用范

围

教学思路：从化工生产

对温度计的需求引到不

同温度计的设计思路和

适用范围的差异。

教学模式：PPT电子课

件讲授，温度计展示，

课堂研讨。

3.6显示仪表1

数字式显示仪

表，无笔无纸记

录仪和虚拟显示

仪表的概念

显示仪表工

作过程中的

信号变换，

模数转换和

标度变

换等。

教学思路：重点讲解显

示仪表中的信号变换和

模数变换。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

第4章

自动控制

仪表

44

4.1

基本控制规

律及其对系

统过渡过程

的影响

2

比例控制、积分

控制和微分控制

的概念

PID控制的

数学表达，

图形表达和

应用范围

教学思路：从三种控制

的不同点入手。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

4.2

模拟式控制

器与数字式

控制器

1

模拟式控制器和

数字式控制器的

主要特点和基本

构成

两种控制器

的构成原理

教学思路：从两种控制

器的实际应用举例来讲

它们的构造和区别。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

4.3

可编程序控

制器

1

可编程序控制器

的基本组成和编

程语言

面向过程的

编程思路及

其与化工生

产的联系

教学思路：围绕应用案

例讲解面向过程的编程

思路。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

第5章执行器22

5.1气动执行器1

执行器的结构与

工作原理；控制

阀的流量特性及

其种类。

执行器气开

气关形式及

其选择；控

制阀的流量

特性。

教学思路：围绕气开型

执行器与气关型执行器

的差异来讲解不同流量

阀的结构特点。

教学模式：PPT电子课

件讲授，气动执行器工

作动画演示，小组讨论。

5.2

电动执行器，

电-气转化器

及电-气阀门

定位器

0.5

电动执行器的组

成，电-气转换器

与电-气阀门定

位器的原理

电信号与气

信号的转换

方式

教学思路：围绕电气装

置的结构图，讲解信息

在其中的传导和转换

方式

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

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章节教学内容总学时

学时分配

教学重点教学难点

教学方案设计（含教学

方法、教学手段）

讲课

(含研讨)

实践

5.3

数字阀与智

能控制阀

0.5

数字阀与智能控

制阀的结构和

功能

数字阀与智

能控制阀的

原理

教学思路：围绕控制阀

的结构图，讲解控制原

理

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论。

第6章

简单控制

系统

4

6.1

简单控制系

统的结构与

组成

1

简单控制系统的

构成

用方框图表

示简单控制

系统

教学思路：围绕简单控

制系统的方框图讲解其

结构与组成

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

6.2

简单控制系

统的设计

2

被控变量与操纵

变量的选择，测

量元件特性的影

响，控制器控制

规律的选择

对象特性，

测量元件特

性对控制效

果；如何根

据对象特性

和控制要求

选择控制器

规律

教学思路：围绕化工自

动化控制的实例讲解对

象特性，测量元件特性

等因素对控制效果的影

响

教学模式：PPT普工工作 电子课

件讲授，小组讨论

6.3

控制器参数

的工程整定

1

临界比例度法，

衰减曲线法，经

验凑试法

控制器参数

整定方法的

原理

教学思路：通过过程曲

线的变化形象的降解参

数整定的过程

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

第7章

复杂控制

系统

6

7.1

串级控制

系统

1

串级控制系统的

目的和方案

串级控制系

统的特点和

应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解串级控制的方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小敬业的事例 组讨论

7.2

均匀控制

系统

1

均匀控制系统的

目的和方案

均匀控制系

统的特点和

应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解均匀控制的方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

7.3

比值控制

系统

1

比值控制系统的

目的和方案

比值控制系

统的特点和

应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解比值控制的方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

7.4

前馈控制

系统

1

前馈控制系统的

目的和方案

前馈控制系

统的特点和

应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解前馈控制的方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

7.5

选择性控制

系统

1

选择性控制系统

的目的和方案

选择性控制

系统的特点

和应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解选择性控制的方

案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

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章节教学内容总学时

学时分配

教学重点教学难点

教学方案设计（含教学

方法、教学手段）

讲课

(含研讨)

实践

7.6

分程控制

系统

1

分程控制系统的

目的和方案

分程控制系

统的特点和

应用场合

教学思路：结合化工生

产过程中自动控制的实

例讲解分程控制的方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

第8章

典型化工单

元的控制

方案

4

8.1

流体输送设

备的控制

方案

1

离心泵，往复泵

和压气机的控制

方案

泵的流量特

性曲线与管

路特性曲线

教学思路：围绕特性曲

线讲解不同泵的控制特

点。

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

8.2

传热设备的

自动控制

1

一般传热设备的

控制和锅炉设备

的自动控制

传热设备不

同控制方案

的工艺流

程图

教学思路：围绕工艺流

程图讲解传热设备的不

同控制方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

8.3

精馏塔的自

动控制

1

精馏塔自动控制

的工艺要求，干

扰因素和控制

方案

精馏塔不同

控制方案的

工艺流程图

教学思路：围绕工艺流

程图讲解精馏塔的不同

控制方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

8.4

化学反应器

的自动控制

1

化学反应器自动

控制的工艺要

求，干扰因素和

控制方案

化学反应器

不同控制方

案的工艺流

程图

教学思路：围绕工艺流

程图讲解化学反应器的

不同控制方案

教学模式：PPT电子课

件讲授，小组讨论

五、实践教学内容和基本要求

无

六、考核方式国庆照片 及成绩评定

考核内容考核方式成绩比例（%）备注

过程考核及阶段性考二年级解决问题100道 核

作业测评、平时测试、课堂考勤、课

堂参与积极性

40

期末考核闭卷笔试60

七、课程的持续改进

为了更好地服务于毕业要求指标点，本课程将积极持续改进、推进以下课程建设工

作：

（1）理论联系实际，切实把提高学生对控制论和信息论的认识作为本课程的重要

目标，通过分组讨论，鼓励学生上台发言等形式鼓励学生运用控制论，信息论的知识分

析化工生产过程。

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（2）课后作业多元化，除了传统的纸面题目外，适度布置一部分类似化工系统建

模，控制过程编程等需要通过计算机软件完成的作业，为学生毕业后进入信息化工业生

产管理体系做铺垫。

（3）期末考核做到统一命题、教考分离、科学评卷、流水作业，以保证学生课程

成绩的公平公正。