《过程控制与自动化仪表》课程教案
教学
时间
教学内容注释5分钟回顾简单控制系统相关内容，进行复习提问。
80 分钟一、复杂控制系统的分类
复杂控制系统分为:串级控制、分程控制、均匀控制、比值控制、
前馈控制等。
二、串级控制系统
1．串级控制系统典型方块图
主变量——工艺最终要求控制的被控变量；
副变量——为稳定主变量而引入的辅助变量；
主对象——表征主变量的生产设备；
副对象——表征副变量的生产设备；
主控制器——按主变量与工艺设定值的偏差工作，其输出作为副控
制器的外设定值，在系统中起主导作用；
副控制器——按副变量与主控制器来的外设定值的偏差工作，其输
出直接操纵控制阀；
主测量变送器——对主变量进行测量及信号转换的变送器；
副测量变送器——对副变量进行测量及信号转换的变送器；
主回路——是指由主测量变送器，主、副控制器，执行器和主、副
对象构成的外回路，又叫主环或外环；
副回路——是指由副测量变送器、副控制器、执行器和副对象构成
的内回路，又称副环或内环。串级控制系统的组成方块图。
2．串级控制系统的特点
1）主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。
2）结构上是主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的
外设定，形成主、副两个回路，系统通过副控制器操纵执行器。
3）副回路对象时间常数小，动作迅速，但控制不一定精确，具有
先调、粗调、快调的特点；主回路对象时间常数大，动作滞后，但主控
（大屏幕投
影）
逐一解说串
级控制相关
知识，案例分
析让学生加
深印象。
制器能进一步消除副回路没有克服掉的干扰，具有后调、细调、慢调的特点。
4）抗扰动能力强，对进入副回路的扰动抑制力更强，控制精度高，控制滞后小。因此，它特别适用于温度对象等滞后大的场合。
3. 串级控制系统的控制方案设计
（1）副变量的选择串级控制系统中主变量和控制阀的选择与简单控制系统的被控变量与控制阀的选用原则相同。副变量的选择是设计串级控制系统的关键，在选择过程中应考虑以下原则：
1）副回路应包括尽可能多的扰动，尤其是主要的扰动。
2）尽量不要把纯滞后环节包含在副回路中，以提高副回路的快速抗干扰能力。
3）主、副对象的时间常数不能太接近。副对象的时间常数应小于主对象的时间常数，一般主、副对象的时间常数之比在3-10之间。
举例：
（2）主副控制器控制规律的选择
为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。
副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。
（3）主副控制器的正、反作用方式选择
1）串级控制系统中的副控制器作用方向的选择：
根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。
2）串级控制系统中主控制器作用方向的选择：
当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应
为了解决前后工序供求矛盾，达到前后兼顾协调操作，使液位和流量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。
（2）均匀控制的特点
1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。
2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动。
（3）均匀控制方案
2.比值控制系统
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。
（1）单闭环比值控制系统
相乘方案和相除方案
（2）双闭环比值控制系统（大屏幕投影）
逐一解说均匀控制及比值控制系统的由来及解决方案，案例分析让学生加深印象。
（3）变比值控制系统
要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样
就出现一种变比值控制系统，又称串级比值控制系统。
3.前馈控制系统
（1）前馈与反馈的区别
（大屏幕投
影）
逐一解说前
馈控制及分
程控制的特
点，案例分析
让学生加深
印象。
控制形式控制所依据
的信号
检测
信号
控制系统
组态
控制作用
发生的时间
反馈控制被控变量的偏
差大小
被控变
量
闭环偏差出现之后
前馈控制干扰量的大小干扰量开环偏差出现之前
（2）前馈控制的应用场合
1）系统中存在频繁且幅值大的干扰，这种干扰可测但不可控，对被控变量影响比较大，采用反馈控制难以克服，但工艺上对被控变量的要求又比较严格，可以考虑引入前馈回路来改善控制系统的品质。
2）当采用串级控制系统仍不能把主要干扰包含在副回路中时，采用前馈-反馈控制系统，可获得更好的控制效果。
3）当对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈-反馈控制系统，以提高控制质量。
4. 分程控制系统
分程控制系统是通过将一个控制器的输出分成若干个信号范围，每一个信号段分别控制一个控制阀，从而实现一个控制器对多个控制阀的开度控制，从而在较大范围内控制进入被控对象的能量或原料，实现对被控参数的控制。
5. 选择控制系统
在这些大型工艺生产过程中，除了要求控制系统在生产处于正常运行情况下，能够克服外界干扰，维持生产的平稳运行外，当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一种应变能力，能采取相应的保护措施，促使生产操作离开安全极限，返回到正常情况。
选择性控制系统有两种类型：被控变量的选择性控制系统及被控变量测量值的选择性控制系统。
5分钟小结。
作业：思考题与习题6.7，6.8。
对课程内容
进行总结，加
深学生印象。
课程设计名称：过程控制与自动化仪表课程设计题目：管式换热器恒温控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 班级：自动化 姓名： 学号：
课程设计任务书
xxxxxx大学 课程设计成绩评定表
摘要 过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。 当前，过程控制已进入全新的、基于网络的计算机集成过程控制时代。DIPS是以企业整体优化为目标，以计算机及网络为主要技术工具，以生产过程的管理与控制为主要内容，将过去传统自动化的“孤岛”模式集成为一个有机整体，而网络技术、数据库技术、分布式控制、先进过程控制策略、智能控制等则成为实现CIPS的重要基础。可以预见，过程控制将在我国现代化建设过程中得到更快的发展和发挥越来越重要的作用。 本设计以过程控制理论为基础，全面阐述在工业生产过程中，换热器温度控制系统的设计过程，包括对被控参数、控制参数、调节器和调节阀的选定、调节器参数整定等相关方面的设计。 关键词：过程控制；工业生产；换热器
目录 1前言 (1) 2 控制方案的确定 (2) 2.1恒温控制系统生产工艺要求 (2) 2.2控制参数与被控参数的选择 (2) 2.2.1被控参数的选择 (2) 2.2.2 控制参数的选择 (2) 2.3系统原理图及方框图 (2) 2.3.1控制系统控制结构图 (2) 2.3.2系统框图 (3) 3测量仪表的选择 (4) 3.1变送器的选择 (4) 3.2调节阀的选择 (4) 3.2.1 调节阀的启开气关形式 (4) 3.2.2 调节阀的流量特性 (4) 3.2.3 调节阀的理想流量特性 (5) 3.3调节器的选择 (5) 3.3.1 调节规律的选择 (5) 3.3.2 调节器仪表的选择 (5) 3.3.3 调节器的内部结构 (6) 4调节器的参数整定 (11) 5结论 (12) 6设计体会 (13) 参考文献 (14)
《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲 英文名称：Automatic Instruments and Process Control 课程编号： 适用专业：自动化 学时： 54 学分： 3 课程类别：专业方向课 课程性质：限选课 一、课程的性质和目的 《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上，同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识，通过本课程的学习，使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。 二、课程教学内容 概述 主要内容： 1、自动化仪表的概念及其发展； 2、DDZ仪表及其控制系统； 3、自动化仪表的基本性能指标。 第一章检测仪表 基本内容和要求： 1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法； 2、掌握热电偶的测温原理及其应用； 3、掌握热电阻的测温原理及其应用； 4、理解温度变送器的基本结构； 5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理； 6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理； 7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。 8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用； 9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理； 10、了解成分分析仪表的基本概念。 教学重点： 1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。 2、分度表，分度号，热电偶的冷端延伸和冷端补偿，热电阻的三线制； 3、差动电容压力变送器工作原理； 4、差压流量计的流量公式； 5、差压变送器的零点迁移原理。 第二章调节器 基本内容和要求： 1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用； 2、理解PID模拟电路的结构原理；了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识； 3、理解数字PID算法基本表达式及其原理； 4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
《过程控制与自动化仪表》课程教案
教学 时间 教学内容注释5分钟回顾简单控制系统相关内容，进行复习提问。 80 分钟一、复杂控制系统的分类 复杂控制系统分为:串级控制、分程控制、均匀控制、比值控制、 前馈控制等。 二、串级控制系统 1．串级控制系统典型方块图 主变量——工艺最终要求控制的被控变量； 副变量——为稳定主变量而引入的辅助变量； 主对象——表征主变量的生产设备； 副对象——表征副变量的生产设备； 主控制器——按主变量与工艺设定值的偏差工作，其输出作为副控 制器的外设定值，在系统中起主导作用； 副控制器——按副变量与主控制器来的外设定值的偏差工作，其输 出直接操纵控制阀； 主测量变送器——对主变量进行测量及信号转换的变送器； 副测量变送器——对副变量进行测量及信号转换的变送器； 主回路——是指由主测量变送器，主、副控制器，执行器和主、副 对象构成的外回路，又叫主环或外环； 副回路——是指由副测量变送器、副控制器、执行器和副对象构成 的内回路，又称副环或内环。串级控制系统的组成方块图。 2．串级控制系统的特点 1）主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。 2）结构上是主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的 外设定，形成主、副两个回路，系统通过副控制器操纵执行器。 3）副回路对象时间常数小，动作迅速，但控制不一定精确，具有 先调、粗调、快调的特点；主回路对象时间常数大，动作滞后，但主控 （大屏幕投 影） 逐一解说串 级控制相关 知识，案例分 析让学生加 深印象。
制器能进一步消除副回路没有克服掉的干扰，具有后调、细调、慢调的特点。 4）抗扰动能力强，对进入副回路的扰动抑制力更强，控制精度高，控制滞后小。因此，它特别适用于温度对象等滞后大的场合。 3. 串级控制系统的控制方案设计 （1）副变量的选择串级控制系统中主变量和控制阀的选择与简单控制系统的被控变量与控制阀的选用原则相同。副变量的选择是设计串级控制系统的关键，在选择过程中应考虑以下原则： 1）副回路应包括尽可能多的扰动，尤其是主要的扰动。 2）尽量不要把纯滞后环节包含在副回路中，以提高副回路的快速抗干扰能力。 3）主、副对象的时间常数不能太接近。副对象的时间常数应小于主对象的时间常数，一般主、副对象的时间常数之比在3-10之间。 举例： （2）主副控制器控制规律的选择 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。 副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。 （3）主副控制器的正、反作用方式选择 1）串级控制系统中的副控制器作用方向的选择： 根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。 2）串级控制系统中主控制器作用方向的选择： 当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应
《过程控制与自动化仪表》 课程教案
一、相关知识 1. 自动控制定义 是指在没有人直接参与的情况下，利用外加设备或控制装置使生产 过程或被控对象中的某一物理屋或多个物理虽自动地按照期望的规律 运行或变化。这种外加的设备或控制装置就称为自动控制装置。 2. 过程控制定义 是指根据工业生产过程的特点，采用测虽仪表、执行机构和计算机 等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业 生产过程的自动化。 3. 发展过程 (1 ) 20世纪50年代，单输入单输出的单回路定值控制系统，多采 用基地式仪 表、气动组合仪表和气动仪表控制器来完成简单控制。 (2 ) 20世纪60年代，集中控制及直接数字控制。电动仪表开始使 用，并逐步 取代气动仪表，单元组合式仪表和组装式仪表。 (3 ) 20世纪70年代，集散控制系统(DCS 先进控制技术、数字 化仪表、计 算机，特别是网络通信技术的进一步发展，体现“分散控制， 集中管理“的理念。 (4 ) 20世纪70年代，集散控制系统(DCS 先进控制技术、数字 化仪表、计 算机，特别是网络通信技术的进一步发展，体现“分散控制， 集中管理“的理念。 4. 开环与闭环的概念 (1 )开环控制系统 开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，仅有从输入到输 出的前向通路，而没有从输出到输入的反馈通路。 缺点：控制精度取决于组成系统的元件的精度，因此对元器件的要 求比较高。由 于输出屋不能反馈回来影响控制部分，所以输出虽受扰动 信号的影响比较大，系统抗干扰能力差。 案例分析： 教学 时间 教学内容 85 分钟 (大屏幕投 影) 讲解过程控 制的基本 概 (大屏幕投 影) 解说开环控 制 系统，举例 分析，让学生 加深印象
过程控制与仪表课程设计报告 课题名称：电加热炉内胆温度-夹套温度的串级控制系统的设计 学院(部）：电气与信息工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：测控1102 学生姓名：李辉 学号: 11401600240 指导老师: 文定都
目录 一．设计任务与要求 (3) 二．总体设计方案 (3) 1.串级控制系统 (3) 2.串级控制系统的工作过程 (3) 3.串级控制系统特点及分析 (4) 4.过程工艺流程图 (4) 5.串级控制系统的设计 (5) 5.1串级系统主、副回路的设计 (5) 5.2执行器的选择 (5) 5.3测温元件及变送器的选择 (5) 5.4主、副调节器正反作用方式的确定 (5) 5.5主、副调节器调节规律的选择 (6) 5.6串级控制原理框图 (6) 6.调节器参数整定 (7) 三．仪表接线图 (9) 四．实验结果与分析 (9) 五．设计总结 (11)
一．设计任务与要求 1、了解“EFPT-1-0l型过程控制系统实验装置”，熟悉该过程工艺流程。 2、在熟悉了该过程工艺流程的基础上，设计电加热炉内胆温度-夹套温度的串级控制系统，并画出带控制点的工艺流程图。 3、画出仪表的接线图。 4、调试系统，要求温度为90℃±1℃。 二．总体设计方案 1.串级控制系统 串级控制系统：两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 2.串级控制系统的工作过程 当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特
第一章过程控制基本概念 教学要求：了解过程控制的发展概况及特点； 掌握过程控制系统各部分作用，系统的组成； 掌握管道及仪表流程图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号； 学会绘制简单系统的管道及仪表流程图； 掌握控制系统的基本控制要求（稳定、快速、准确）； 掌握静态、动态及过渡过程概念； 掌握品质指标的定义，学会计算品质指标。 重点：自动控制系统的组成及各部分的功能； 负反馈概念； 控制系统的基本控制要求及质量指标。 难点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）； 根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。 §1.1 过程控制的发展概况及特点 一、过程控制的发展概况 在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段： 20世纪40年代： 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到 的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代： 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 部分生产过程实现了仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。
自动化仪表与过程控制第四版教学设计 一、教学目标 自动化仪表与过程控制课程是电气工程及相关专业本科生必修课程之一。本课程的目标是培养学生掌握自动化仪表与过程控制相关技术与知识，提高其综合实践能力和解决工程问题的能力。具体目标如下： •掌握自动化控制及仪表系统组成、功能及应用。 •熟悉现代测量仪器与控制器的原理、参数设置及应用。 •能够分析并设计自动化控制系统电路及控制程序。 •了解自动化运动控制及应用。 二、教学内容 本课程的教学内容主要包括以下几个方面： 1. 自动化控制及仪表系统概述 这部分内容主要介绍自动化控制系统的概念、分类、组成和工作原理，以及仪表系统的分类、特点和应用。 2. 现代测量仪器与控制器技术 这部分内容主要介绍流量测量、压力测量、温度测量、湿度测量、电量测量等方面的测量仪器与控制器的原理、参数设置及应用。 3. 自动化控制系统设计 这部分内容主要介绍自动化控制系统的设计方法与技术，包括控制系统的模型建立、控制器的选型与参数设置、控制程序的编制与测试等内容。
4. 自动化运动控制 这部分内容主要介绍自动化运动控制的基本原理和应用，包括运动控制系统的组成结构、运动控制的方法及控制器的选型与参数设置等。 三、教学方法 本课程采用多种教学方法，包括： 1. 理论授课 在理论课中，教师将介绍课程内容，并让学生通过案例讨论、问题解决等方式掌握相关知识。 2. 实验教学 本课程的实验教学分为两部分：模拟实验和实物实验。模拟实验主要采用计算机仿真软件进行，实物实验包括电机控制、温度测量、流量测量等实验内容。 3. 上机练习 为了让学生更好地掌握和应用课程内容，本课程将安排一定数量的上机练习。 4. 课程设计 在课程设计中，学生将根据自己所学知识设计一个实际的自动化控制系统，并进行实现与测试。 四、教学评估 本课程的评估主要采用以下两种方式： 1. 考试评估 本课程将安排2次考试，分别为期中考试和期末考试。考试内容将涵盖理论知识及实验技能等方面内容。
《化工过程自动控制与仪表》实验教学大纲 大纲制定（修订）时间： 2017 年7 月 课程名称：《化工过程自动控制与仪表》课程编码：080642017 课程类别：专业课课程性质：必修 适用专业：安全工程 课程总学时：56 实验（上机）计划学时： 8 开课单位：环境与化学工程学院 一、大纲编写依据 1.安全工程专业2018教学计划； 2.安全工程专业《过程自动化及仪表》课程教学大纲对实验环节的要求； 3.近年来《过程自动化及仪表》实验教学经验。 二、实验课程地位及相关课程的联系 1.《过程自动化及仪表》是安全工程专业的专业课； 2.本实验项目是《过程自动化及仪表》课程知识的综合运用； 3.本实验是入门级实践课程。通过实验，使巩固学生在课堂上所学的知识，建立过程控制的感性认识与理解。 三、本课程实验目的和任务 1.理解过程控制的基本理论，通过实验初步认识过程控制的基本方法。建立过程控制系统与仪表的感性认识。 2.训练学生理解化学工程中的控制问题的解决方案及其实现方法； 3.通过实验使学生对智能仪表、可编程控制器、单片机控制等控制设备和各类检测仪表、传感器等建立初步的认识； 4.通过实验，使学生对过程控制的品质指标及其控制、调整建立初步理解； 5.培养正确记录实验数据和现象，正确处理实验数据和分析实验结果及调试控制参数的能力，正确书写实验报告的能力。 四、实验基本要求 1.实验项目的选定依据教学计划对学生实践能力培养的要求； 2.巩固和加深学生过程自动控制的理解，并初步认识相关的各类仪表和控制元器件； 3.实验项目要求学生掌握过程控制的基础知识、仪表与执行机构的部分知识、能运用相关知识自行设计控制方案，完成具有特定控制能力简单控制系统。 4.通过实验，要求学生做到： （1）能够预习实验，自行设计实验方案，并撰写实验报告； （2）学会简单控制系统的建立与使用，能使用系统对规定对象的完成控制； （3）能够独立分析控制品质，调试系统使其正常运行。 五、实验内容和学时分配
化工仪表及自动化教案 教案标题：化工仪表及自动化教案 教学目标： 1. 理解化工仪表及自动化的基本概念和原理； 2. 掌握化工仪表的分类、特点和应用领域； 3. 了解自动化控制系统的组成和工作原理； 4. 学习使用常见的化工仪表和自动化控制设备； 5. 培养学生的实验操作能力和问题解决能力。 教学内容： 1. 化工仪表的分类和特点： a. 按功能分类：测量仪表、控制仪表、调节仪表等； b. 按测量对象分类：压力仪表、温度仪表、流量仪表等； c. 仪表的特点和应用领域。 2. 化工仪表的工作原理： a. 压力测量原理及常用压力传感器； b. 温度测量原理及常用温度传感器； c. 流量测量原理及常用流量传感器； d. 液位测量原理及常用液位传感器； e. 分析仪表的基本原理。 3. 自动化控制系统的组成和工作原理： a. 控制系统的基本组成：传感器、执行器、控制器、通信网络等； b. 自动化控制系统的工作原理；
c. PID控制器的原理和调参方法。 4. 常见化工仪表和自动化控制设备的使用： a. 压力变送器的安装和调试； b. 温度传感器的选择和安装； c. 流量计的选型和安装； d. 液位计的使用和维护； e. PLC控制器的编程和应用。 教学方法： 1. 理论讲解：通过教师讲解、多媒体演示等方式，介绍化工仪表及自动化的基 本概念、原理和应用。 2. 实验操作：安排学生进行化工仪表及自动化实验，实践操作各种仪表设备， 并进行数据采集和处理。 3. 讨论与交流：组织学生进行小组讨论，分享实验心得和问题解决方法，促进 学生之间的交流和合作。 4. 案例分析：引导学生分析和解决实际化工过程中的问题，培养学生的问题解 决能力和创新思维。 评估方法： 1. 实验报告：要求学生完成实验报告，包括实验目的、步骤、结果分析和心得 体会。 2. 课堂测试：通过课堂测试考察学生对于化工仪表及自动化的理解和掌握程度。 3. 项目设计：要求学生进行小组项目设计，包括化工仪表的选择和应用，以及 自动化控制系统的设计方案。
自动化仪表与过程控制课程设计 课程背景 自动化仪表与过程控制是现代工业制造过程中不可或缺的技术手段之一。通过自动化仪表和过程控制技术，可以实现工业制造过程的自动控制和优化，提高工业生产效率和产品质量。本课程旨在通过理论讲解和实际操作，让学生了解自动化仪表和过程控制的相关概念、原理和应用，并通过课程设计的实践环节，培养学生的自主探究能力和技术应用能力。 课程设计目标 本次自动化仪表与过程控制课程设计的目标是让学生了解PID控制器的基本原理和应用，通过选定的温度控制实验任务，进行自主开发和设计，了解PID控制器在工业生产过程中的重要性。 课程设计内容 本次课程设计主要分为理论部分和实习部分两个环节，其中理论部分主要介绍PID控制器的基本概念、工作原理、控制参数的选取方法等，实习部分则是让学生通过选定的温度控制实验，进行自主开发和设计，加深对PID控制器的了解和应用技能。 理论部分 第一部分：PID控制器概述 主要介绍PID控制器的基本概念、工作原理、特点和常见应用场景。
第二部分：PID控制器的工作原理 详细讲解PID控制器的控制过程和控制原理，并了解三个参数的具体含义，分析如何选择最佳控制参数。 第三部分：PID控制器参数调节方法 介绍PID控制器参数调节的方法和技巧，并通过实例讲解如何选择合适的控制参数。 第四部分：PID控制器应用案例 通过实际案例介绍PID控制器的应用场景和效果。 实习部分 第一部分：实验背景和目的 介绍本次温度控制实验的背景和目的，指导实验参与者明确实验任务和要求。 第二部分：实验方案设计 通过实验方案设计，让学生了解自动控制和过程控制的实际应用场景，在实践中学习PID控制器的具体应用。 第三部分：实验过程操作 指导学生进行实验操作，加深对PID控制器的理解和掌握控制技能。 第四部分：实验结果分析 让学生自行进行实验结果分析，掌握数据处理和实验结果分析的方法和技巧，加深对PID控制器的理解和应用技能。
过程控制与自动化仪表第三版课程设计 一、设计背景与意义 随着现代工业的飞速发展，过程控制与自动化仪表的应用在工业生产中变得越来越普遍，技术的更新换代也要求掌握这方面的知识是现代化生产必不可少的一部分。因此，针对这一需求，我们决定设计一门《过程控制与自动化仪表》的课程，以培养具备相关专业知识和技能的工程技术人才。 二、课程设计思路 本课程设计以国内外先进课程为基础，紧密结合国内过程控制与自动化仪表行业的需求，和学生们的实际情况，制定一套科学系统的教学计划，通过理论讲解、案例分析和实践操作等形式，培养学生的实际操作能力和分析问题的能力，让学生们逐步了解和掌握过程控制和自动化仪表的原理和设计方法，推动他们在今后的学习和工作中不断提高。 三、课程教学内容 1. 过程控制基础 通过本章节的学习，学生们将了解控制系统的概念，基本组成部分和基本控制原理，学习一些过程控制的基本概念，如静态误差、动态响应等，同时引入PID控制，让学生们初步了解和掌握PID调节器。 2. 自动化仪表 本章节主要介绍自动化仪表的原理和设计方法，包括温度测量、压力测量、流量测量等，让学生们通过理论学习和实验操作来了解仪表参数和调整方法，同时也重点讲解了仪表的灵敏度和稳定性等相关问题。
3. 控制器的选型 通过本章节的学习，学生们将了解到不同的控制器类型和特点，如PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等，让学生们了解如何根据实际情况选择合适的控制器。 4. 控制系统的设计 在本章节中，我们将介绍控制系统的设计流程，包括控制系统的选型，系统参 数的确定和控制策略的选择等，同时也通过实例讲解如何设计一个完整的控制系统，让学生们学以致用。 四、教学方法与考核 本课程采用理论授课和实验实践相结合的教学方法，采用小组讨论、案例分析 和实验操作等方式进行教学。期末考核由理论考核和实验实践考核两部分组成，其中理论考核占40分，实验实践考核占60分。 五、师资队伍 本课程的教学团队由多位有丰富教学经验、掌握核心技术的工程师和教授组成，他们将会为学生们提供最专业的指导，让学生们掌握更多新的知识。 六、结语 通过以上内容的学习，学生们将能够了解并掌握过程控制和自动化仪表的原理、设计和调试方法，具备相关的理论知识和实际操作能力，是适合现代化生产的合格工程技术人才。
自动化仪表与过程控制第五版课程设计 一、引言 自动化是现代工业生产中不可或缺的组成部分。它利用各种不同类型的器件、 传感器和计算机技术，实现自动化管理和监控生产过程。在工业领域，自动化设备的应用很广泛，特别是在生产工艺控制和监测方面。 本课程设计旨在帮助学生加深对自动化仪表与过程控制的理解，熟悉常见自动 化设备的原理、类型、使用和维护，通过实际的实验和编程练习，了解控制系统的应用。 二、课程设计目标 本课程设计的目标有以下几个方面： 1.理解自动化仪表的基本原理和组成结构，了解各种常见类型传感器和 仪表的使用和维护方法。 2.学习控制系统的设计和构建，了解各种控制器的基本原理和常见控制 方法。 3.掌握工业自动化过程控制的方法和策略，学会使用PLC和DCS等工控 系统设备进行过程控制。 4.能够熟练使用自动化软件，掌握PLC编程和HMI界面设计的基本方法。 5.能够独立完成自动化系统的设计与实现，对现代工业自动化有更深刻 的理解和认识。 三、课程设计内容 本课程设计的内容包括以下几个方面：
3.1 仪表原理和维护 1.仪表类型、特点、应用范围和功能分类。 2.传感器原理和常见类型，如压力传感器、温度传感器和流量传感器等。 3.信号调理电路设计和现场仪表校验。 4.仪表维护与保养。 3.2 控制系统设计 1.反馈控制原理和控制系统的组成结构。 2.控制器类型和控制方式，如PID控制、模糊控制和神经网络控制等。 3.控制系统参数调节和优化。 4.控制系统建模和仿真。 3.3 过程控制系统 1.工业过程控制系统的组成和分类，如PLC、DCS和SCADA等。 2.工业通讯协议和现场总线技术。 3.过程控制编程和HMI界面设计。 4.过程控制算法和策略。 3.4 实验设计与模拟 1.选取典型的自动化系统并进行分析和实验。 2.进行控制系统调试和参数调节优化。 3.进行HMI界面设计和PLC编程实现。 4.模拟和仿真控制系统，提高解决问题的能力。 3.5 综合设计项目 1.根据实际需求和工艺生产过程的特点，进行自动化系统的综合设计。 2.利用软件工具进行系统仿真和参数调节优化。 3.进行实际设备安装和调试。
自动化仪表与过程控制课程设计 引言 自动化是现代科学技术的重要分支之一，是制造业和生产过程中提高企业自动化水平的重要手段。而在自动化过程中，仪表的作用愈发重要，是自动化控制的重要组成部分。因此，在工科专业中，自动化仪表与过程控制课程的设计至关重要。 本文将介绍一份适用于大学本科工科专业的自动化仪表与过程控制课程设计，主要针对课程设置、课程内容及教学方法进行说明。 课程设置 本课程适用于大学自动化、机电、电子等工科专业及相关专业的本科生。设置为必修课程。 课时数：64学时，分为48学时的理论课和16学时的实验课。 课程内容 第一章仪表基础知识 1.1 仪表的定义及分类 1.2 量的概念 1.3 误差及其类型 1.4 仪表的精度 1.5 温度补偿技术 1.6 信号变换与传输
第二章传感器 2.1 传感器的概述 2.2 压力传感器 2.3 温度传感器 2.4 液位传感器 2.5 光电传感器 2.6 传感器的选择和应用 第三章过程控制基础 3.1 进程控制的基本概念 3.2 线性控制系统 3.3 非线性控制系统 3.4 离散控制系统 3.5 工艺数学模型 3.6 控制系统的组成要素 第四章模拟控制技术 4.1 信号的超前/滞后、反向作用及校正4.2 模拟控制系统的组成 4.3 PID控制器 4.4 模拟控制器的调节 4.5 工业过程控制的典型应用 第五章数字控制技术 5.1 数字控制系统的组成 5.2 采样定理及信号处理 5.3 数字控制器
5.4 数字化控制系统的参数调节 5.5 数字化控制器的应用 第六章实验 6.1 传感器基本实验及性能测试 6.2 测量实验 6.3 PID控制实验 6.4 数字化控制实验 教学方法 本课程采用理论授课与实验相结合的教学方法。理论授课重点讲解基础理论知识，注重理论与实际应用的结合，引导学生了解自动化及仪表测控原理，为后续应用理论打下基础。 实验课重点围绕课程内容，从器件的使用、检测及调整、故障分析与处理等角 度进行讲解，让学生实际操作并获得实际经验。 在平时教学过程中，老师应设置互动环节，引导学生思考、发问、交流，以达 到更好的教学效果。 结论 本课程紧紧围绕自动化及仪表测控原理进行设计，注重理论与实际应用的结合，能够提高学生对自动化仪表及过程控制的认识，为计算机科学与技术这一专业领域的发展培养更多的专业人才。同时，本设计能够为其他专业课程的设计提供参考。
《过程控制与仪表》课程教学大纲 课程编码：AL042720 课程性质：专业任选课 适用专业：电气工程及其自动化 学时学分：32学时，2学分，其中理论28学时，实验4学时 所需先修课：大学物理、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术 一、课程说明 1．课程简介 本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要内容包括各种常用的工业过程检测仪表的工作原理及使用特点、过程对象的数学建模方法及简单过程控制系统设计。其先修课程为大学物理、电路原理、模拟电子技术、数字电子技术等课程，后续课程为毕业综合实习及毕业设计，为后续从事过程控制及仪表安装、检测维护及运行工作奠定基础。 2．教学目标要求 本课程应达到以下基本要求： 1）能够掌握过程控制系统的单项性能指标和综合性能指标； 2）掌握各类检测仪表的基本理论和工作原理、主要性能及其应用； 3）能够根据被测参量合理选择常用检测仪表、控制仪表及执行器； 4）掌握过程控制系统的建模理论、设计方法，以保证过程控制系统达到工业要求的动态和静态性能指标； 5）能熟练地正确调试简单控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力； 3．教学重点难点 1）控制系统的单项性能指标和综合性能指标； 2）典型PID控制仪表的原理及应用； 3）单容对象的机理法建模； 4）串级过程控制系统、选择性控制系统、解耦控制系统等复杂控制系统原理及特点。
5．主要教法、学法 本课程以课堂讲授为主、自学为辅的方式开展教学，着重对学生的分析问题能力、理论综合能力以及实验研究能力等方面的培养。 研发并采用多媒体教学方式。 6．考核方式及标准 1）考核目的： 考核学生对常用检测仪表及各种控制系统的理解和认识，能合理设置PID控制器的相关参数；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，促进学生提高分析和解决实际问题的能力。 2）考核形式： 卷试。 3）主要考核内容： 常用的工业过程检测仪表工作原理及使用特点；执行器和防爆珊原理及应用；简单过程控制系统设计方案；调节器的调节规律、特性测定及参数整定；PID 特性及PID调节器实际线路及应用；单容对象的数学建模。 4）考核题型： 填空，选择，计算或综合分析。 5）成绩评定： 考试成绩占总成绩的70%，其他（包括考勤、作业、讨论、实验等）成绩占总成绩的30%。 二、各部分教学纲要 第一部分检测仪表、控制仪表、执行器与安全栅（24学时） 教学目标 通过该部分内容的学习,了解自动化仪表发展概况、组成、电动单元组合仪表，掌握过程控制系统基本指标；掌握常用的测温传感器测量方法；掌握典型热电偶变送器的电路工作原理；熟悉常用的压力测量传感器，掌握测量方法；了解各种常用的流量检测仪表；掌握物位检测仪表及动圈式仪表的工作原理；了解DDZ-III型PID控制仪表结构及各部分功能；掌握PID调节规律及在控制中的作用；掌握PID调节器的阶跃响应和频率特性等概念；熟悉典型PID调节器的线路及应用；了解气动执行机构的工作原理；熟悉电动执行机构的工作原理；了解安
本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 《自动化仪表与过程控制》是自动化专业的一门专业核心课程。本课程包括自动化仪表和过程控制系统两个部分，自动化仪表是研究自动化仪表的理论、分析设计和应用的一门应用技术课程，是构成过程控制系统的重要组成单元，是学习和研究过程控制系统的基础。自动化仪表部分主要内容包括变送器、控制器、执行器等。过程控制是控制理论在工业生产过程中的重要应用，它以控制理论为基础，研究过程控制系统的分析、设计及参数整定方法。主要介绍单回路控制、复杂控制、先进控制、集散控制系统与现场总线控制系统、典型设备及典型工业过程控制等。 2.设计思路： 本课程的核心教学内容依照教育部自动化专业教学指导委员会的相关要求而制定。教学环节分为理论教学、课下作业和课程实验三个环节。在理论教学中注重基本理论和方法的深度分析；注重紧密联系先修课程，增强学生对自动化课程体系的理解，培养学生的系统观；注重培养学生的工程意识，能够从工程需要的角度看待自动化仪表和过程控制中的技术与发展趋势。 (1)理论教学：理论教学以讲授为主，辅助以电子教案和多媒体课件，重点讲授 - 1 -
自动化仪表和过程控制系统的基本理论和方法。 (2)课下作业：课下作业包括对理论教学内容的基本练习，查阅资料了解最新的 发展方向和趋势，仿真分析与设计。其中仿真分析与设计，也作为课程实验的 前期准备工作。 (3)课程实验：实验内容包括仪表校准、单回路控制系统设计、串级控制系统设 计、前馈-反馈复合控制系统设计等。以分组方式开展实验，实验环节包括实 验理论分析设计、实际操作、数据分析和实验报告。 3. 课程与其他课程的关系： 过程控制与运动控制是自动化专业两大方向，本课程对应过程控制方向，另一门平行设置的专业核心课程《电力拖动控制系统》对应运动控制方向。这两门课程是自动化专业课程体系中属于系统级的课程。本课程所涉及的内容，几乎覆盖到此前所学的所有专业课程，其中《检测技术与海洋智能仪器》课程中的检测技术部分，特别是温度、压力检测的原理和方法，是自动化仪表课程的基础。《自动控制原理》作为过程控制系统部分的理论基础。此外，《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电力电子技术基础》、《微机原理及接口技术》、《C++程序设计》等课程内容均有不同程度涉及。与本课程平行开设的相关课程还有选修课《现场总线技术》，后置课程包括必修课《计算机控制技术》，以及选修课程《系统辨识》、《智能控制》。 二、课程目标 (1)学生将系统的学习过程控制系统、自动化仪表的原理、基本结构、设计与分析 方法。能够用系统的观点研究过程控制系统，能够对自动化专业课程体系的设 置有更为系统的认识和理解； (2)掌握过程控制领域所必须的工艺方法和工艺装备等知识，以及过程控制系统设 计的基本理论和方法； (3)学生能够运用数学、物理、自动控制原理的知识，对过程控制系统的典型对象 - 2 -
《自动化仪表与过程控制》教学大纲 课程编号：13100370 课程性质：一般必修 课程名称：自动化仪表与过程控制学时/ 学分：32/2 英文名称：Automatic Instruments and Process Control 考核方式：闭卷笔试 选用教材：《化工仪表及自动化》厉玉鸣等化学工业出 版社 大纲执笔人： 《过程自动化及仪表》俞金寿等化学工业出 版社 先修课程：高等数学、化工原理、化学工艺学大纲审核人： 适用专业：化学工程与工艺及相近专业 一、教学目标 通过本课程的学习，学生全面掌握化工自动化、自动控制的基本知识，掌握化工检测仪表、控制仪表和执行器的工作原理与结构等知识，掌握表达复杂化工过程的自动化控制系统设计和运行的基本规律，并进行有效分析。使学生具备下列能力： 目标1：能认识到解决化工单元设计和化工过程设计等复杂化学工程问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可代替的解决方案。（2.3） 二、课程目标与毕业要求的对应关系 三、教学活动对教学目标支撑矩阵
四、教学基本内容
注：★表示重点内容，▲表示难点内容，*表示选讲或自学内容。课外时间为课内时间1.5倍。 五、教学方法与考核方式 （一）教学环节要求 本课程的基本理论部分进行系统讲授。讲课的内容注意系统性和逻辑性。讲课时做到概念准确，重点突出，板书清楚，层次清晰，条理分明，并能承前启后，适当介绍实际应用的科研与工程实例。 课程教学形式采用多媒体课件与黑板讲授相结合的教学方式，合理运用问题教学或项目教学的教学方法。每次课都确定一个或几个需要解决的问题，然后围绕“问题”展开教学。每一章都进行复习与总结。 本课程完整的教学过程包括：理论教学、作业两部分；理论讲解采用课堂教学方式，以作业形式完成习题的练习。 （二）教学方式 1. 阐述基本原理，理论联系实际，培养学生创新能力 2. 采用多媒体课件、电子备课和传统教学相结合进行教学。 3. 通过案例分析，能表达化工过程的自动化控制系统设计和运行的基本规律，并进行有效分 析。 （三）考核方式及成绩评定 本课程成绩由平时成绩、期末考试组合而成，采用百分计分制。各部分所占比例如下：
第一章 1、不设反馈环节的，称为开环控制系统；设有反馈环节的，称为闭环控制系统。 2、开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，仅有从输入益到输出端的前向通路，而没有从输出端到输入端的反馈通路。 3、开环控制系统的特点是：操纵情度取决于组成系统的元器件的精度，因此对元器件的要求比较高。 4、开环控制系统普通是根据经验来设计的。 5、为了实现系统的自动控制,提高控制精度，可以改变控制方法，増加反馈回路来构成闭环控制系统。 6、系统的输岀量通过测量变送元件返回到系统的输入端，并和系统的输入量作比较的过程就称反馈。 7、如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之若二者相加，则成为正反馈。 8、闭环控制系统的自动控制或者自动调节作用是基于输出信号的负反馈作用而产生的，所以经典控制理论的主要研究对象是负反馈的闭环控制系统，研究目的是得到它的普通规律，从而可以设计岀符合要求的、满足实际需要的、性能指标优良的控制系统。 9、由人工来直接进行的控制称为人工控制。 10、人在控制过程中起到了祖测、比较、判断和控制的作用，而这个调基过程就是n栓测偏差、纠正偏差”的过程。 11、液位变送器代替玻璃管液位计和人眼；控制器代替人脑；调节阀代替人手。 过程控制系统普通由自动化装置及生产装置两部份组成。生产装置包括：被控对象；自动化装置包括：变送器，控制器，执行器。 12、系统的各种作用虽:①被控变量②设定值③测量值④控制变量⑤扰动量⑥偏差 13、在生产过程中,如果要求控制系统使被控变量保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的设定值不变，则将这种控制系统称为定值控制系统。 14、该定值是一个未知变化虽的控制系统称为随动控制系统,又称为自动跟踪系统。
自动化仪表与过程控制 在当今的工业环境中，自动化仪表与过程控制已经成为了提高效率、降低成本、优化产出的关键因素。随着技术的不断进步，这两者之间的也变得越来越紧密，为工业生产带来了巨大的变革。 自动化仪表，也称为自动化设备，是工业自动化系统中的重要组成部分。它们的主要功能是收集、处理和记录生产过程中的各种数据，如温度、压力、流量、物位等，从而帮助企业实现生产过程的自动化和智能化。 自动化仪表的应用领域非常广泛，包括石油、化工、电力、食品、医药等行业。在这些行业中，自动化仪表的使用大大提高了生产效率，降低了人力成本，同时也为企业的安全生产提供了有力保障。 过程控制系统是一种专门用于控制工业生产过程的系统。它通过对生产过程中的各种参数进行监控、调整和控制，确保生产过程的稳定性和一致性，从而达到提高产品质量、降低能源消耗和保护环境的目的。随着技术的发展，过程控制系统也在不断演变和进步。现代的过程控制系统越来越趋向于智能化和网络化。人工智能、物联网、大数据等技术的引入，使得过程控制系统可以更好地适应各种复杂的环境和需
求，为企业提供更加精准、可靠的控制策略。 自动化仪表与过程控制系统的结合，可以实现更高效、更智能的生产过程。例如，通过自动化仪表收集到的数据，过程控制系统可以实时监控生产过程中的各种参数，并根据预设的控制策略进行调整。这不仅可以提高生产效率，还可以降低能源消耗，减少废品率，提高产品质量。 自动化仪表与过程控制的结合还可以实现远程监控和诊断。通过物联网技术，企业可以在线实时监控各个生产现场的运行状态，及时发现和解决问题，提高生产效率和设备利用率。同时，通过大数据分析和人工智能技术，企业可以对海量的生产数据进行挖掘和分析，为决策提供更加科学、准确的数据支持。 随着工业0和智能制造的快速发展，自动化仪表与过程控制的应用前景更加广阔。未来，随着技术的不断创新和发展，这两者之间的结合将更加紧密，功能将更加丰富和强大。它们将不仅仅局限于简单的数据采集和监控，还将具备预测性维护、故障预警、优化调度等多种高级功能。这将进一步推动工业生产的数字化、智能化和绿色化发展。自动化仪表与过程控制是现代工业生产中不可或缺的重要元素。它们通过不断提高自身的技术水平和应用范围，为企业的生产效率和竞争
《自动化仪表与过程控制》课程标准
课程代码 课程类型 课程学分 修读学期 020******* 理实一体课程 3 学分 第 4 学期 课程类别 课程性质 课程学时 适用专业 专业课程 必修课程 48 学时 电气自动化技术
合作开发企业 执笔人
一汽轿车有限公司、长春轨道客车股份有限公司 审核人 杨华
杨华、陈刚
1．课程定位与设计思路 1．1 课程定位 自动化仪表与过程控制课程是电气自动化技术专业的一门专业核心课程， 专业必修 课程。本课程的作用是通过学习性的工作任务教学方式，采取情境教学方法培养学生具 有相应的构建过程控制系统和综合分析能力。 本课程通过前修课程高等数学、 电工基础、 传感器与自动检测的学习， 将传感器在过程控制系统中应用和电学相关的简单电路知识 融合在本课程的教学中，使复杂的理论知识变的简单，便于学生理解和掌握；通过前修 课程自动控制系统中反馈控制系统、前馈控制系统等控制方案的学习，应使学生了解自 动控制系统方框图的原理，并能进行初步设计。为后续的生产过程自动控制实训、毕业 设计的学习打下必要的理论知识和实践基础。 1．2 设计思路 整个课程设计一个大的总体项目——电加热锅炉自动控制系统开发与实施。 设计自 动化仪表与过程控制系统的认识与描述、检测变送仪表、控制仪表、执行器及安全栅、 被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、提高控制质量的控制系统、满足特定要 求的过程控制系统共计六个教学环节，通过“教、学、做”一体化的教学方法，熟悉过 程控制系统组成原理、 学会仪表的使用、 掌握系统调试方法， 综合应用知识与各种方法， 最终具备能够分析设计符合各种要求的综合过程控制系统的能力。 学习项目一预计参考学时为 4 学时，学习项目二预计参考学时为 12 学时，学习项
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