化工仪表及自动化教学大纲
课程类型: 专业基础必修课
教学时数: 170（理论授课78学时、实验课32学时、仿真实训60学时）
适用专业: 应用化工技术专业
开设学期: 第三学期、第四学期、第五学期 预修课程： 电工技术、化工单元操作及设备
本大纲是依据化工系《应用化工技术专业教学计划》的要求，参照有关院校的教学大纲，以国家高职高专规划教材《化工仪表及自动化》（第三版，厉玉鸣主编）为基本教材进行编写的，供本系应用化工技术专业教学使用。 一、说明
（一）课程的性质和内容
《化工仪表及自动化》是根据应用化工技术专业教学计划的要求，为培养高级化工工艺操作工而开设的一门实践性很强的专业课程。内容包括：化工检测仪表：检测仪表基本知识、压力检测、流量检测、物位检测、温度检测和显示仪表；化工自动化基础：自动控制系统概述、对象特性和建模、基本控制规律、自动控制仪表、执行器、简单控制系统、复杂控制系统、高级控制系统、计算机控制系统、可编程控制器、典型化工单元的控制方案。
（二）本课程主要任务
1、能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方
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法及其仪表的工作原理及特点；能根据工艺要求，正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表。
2、能了解工业自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的。
3、能根据工艺的需要，和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器参数整定。
4、能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。 （三）本课程的考试方式
本课程考试方式分为：平时成绩、理论考试（期末考试）和实验操作三种形式，其比重为平时成绩：理论考试：实验操作=20%：50%：30%。
（四）教学中应注意的问题
1、本课程是一门理论性和实践性都很强的专业技术课，教学中必须理论联系实际，结合本地化工企业的自控仪表及系统情况，因地制宜开展教学工作，提高学生观察、分析和解决实际问题的能力。
2、应结合每章后的实验练习，加深学生理解理论知识并提高操作水平。 二、学时分配表
课 时 章节 内 容 总学时 讲授 实验 绪论 化工自动化的意义、目的、备注 2 2
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发展概况及化工仪表和自动化系统的分类 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章 第十五章 第十六章 检测仪表的基本知识 压力检测 流量检测 物位检测 温度检测 显示仪表 自动控制系统概述 对象特性和建模 基本控制规律 自动控制仪表 执行器 简单控制系统 复杂控制系统 高级控制系统 计算机控制系统 可编程控制器 典型化工单元的控制方4 4 8 6 6 8 2 4 4 6 6 6 6 6 10 6 4 2 6 4 4 6 2 4 4 4 4 4 4 4 6 4 -- 2 2 2 2 2 -- -- -- 2 2 2 2 2 4 2 第十七章 案 合计 16 10 6 1178 32
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三、课程内容（理论授课78学时、实验课32学时） 绪论（讲授2学时） 教学要求和内容
使学生了解化工生产过程自动化的意义和目的；了解化工自动化的发展概况和化工仪表及自动化系统的分类知识。 教学建议
开课前先带领学生参观化工厂生产过程控制系统，使学生感性了解化工自动化的重要意义。
第一章 检测仪表基本知识（讲授4学时） 教学要求
1、了解检测误差和检测系统误差的基本知识；掌握检测仪表的品质指标。
2、了解检测系统中的常见信号类型、信号的传递形式、检测仪表与检测方法的分类。 教学内容
1、测量过程与测量误差；检测仪表的品质指标。
2、检测系统中的常见信号类型；检测系统中信号的传递形式；检测仪表与检测方法的分类。 3、化工检测的发展趋势。 教学建议
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1、本章重点为检测仪表的品质指标。
第二章 压力检测（讲授2学时 实验2学时） 教学要求
1、了解压力检测在生产过程控制中的意义及压力检测仪表的最新发展。
2、掌握压力的国际标准单位制及与其他压力单位的换算方法。 3、掌握弹性式压力计、电气式压力计、智能式变送器的结构、工作原理及使用方法。
4、通过实验练习，要求学生掌握压力表的选型及安装方法。 教学内容
1、压力单位及测压仪表；弹性式压力计；电气式压力计；智能式变送器。
2、压力计的选用及安装。 教学建议
1、本章重点为压力的国际标准单位制及与其他压力单位的换算方法；弹性式压力计、电气式压力计、智能式变送器的结构、工作原理及使用方法。
2、采用实验教学方式。
第三章 流量检测（讲授6学时 实验2学时） 教学要求
1、了解流量检测的意义，体积流量和质量流量的概念。
2、掌握差压式流量计、转子流量计、旋涡流量计的结构、工作原理、
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特点及使用方法。
3、掌握质量流量的检测方法及质量流量计的结构、工作原理、特点。 4、了解靶式流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、电磁流量计的工作原理、特点。 教学内容
1、流量检测的意义及测量流量的方法；
2、差压式流量计、转子流量计、漩涡流量计的结构、工作原理、特点及使用方法；质量流量计及其他流量计的工作原理、特点。 教学建议
1、本章重点为差压式流量计、转子流量计、旋涡流量计的结构、工作原理、特点及使用方法；质量流量的检测方法及质量流量计的结构、工作原理、特点。
2、采用实验教学方式。流量检测仪表种类繁多，可根据目标企业的实际情况增减教学内容。
第四章 物位检测（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、了解物位检测在化工生产中的重要性和物位检测仪表的主要类型。 2、掌握差压式液位计的工作原理、系统组成及其应用。
3、了解其他物位计(电容式物位计、核辐射物位计、雷达式液位计、称重式液罐计量仪)的工作原理和结构。 教学内容
1、物位检测的意义及主要类型；
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2、差压式液位计的工作原理及差压变送器的校准。
3、其他物位计介绍（电容式、核辐射物位计和雷达式液位计及称重式液罐计量仪）。 教学建议
1、本章重点为掌握差压式液位计的工作原理、系统组成及其应用。 2、采用实验教学方式。
第五章 温度检测（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、了解温度检测的基本原理及测温仪表的分类。
2、掌握热电偶的测温原理，常见热电偶的种类、构造及补偿导线与冷端温度补偿。
3、掌握热电阻的测温原理、分度及特性。 4、掌握温度变送器的工作原理。 教学内容
1、温度检测在化工生产中的重要作用；温度检测的基本原理及测温仪表的分类。
2、热电偶测温原理、补偿导线与冷端温度补偿。 3、热电阻测温原理和常用热电阻。
4、电动温度变送器、一体化温度变送器、智能式温度变送器工作原理。 教学建议
1、本章重点为热电偶的测温原理，常见热电偶的种类、构造及补偿
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导线与冷端温度补偿；热电阻的测温原理、分度及特性；温度变送器的工作原理。
2、采用实验教学方式。
第六章 显示仪表（讲授6学时 实验2学时） 教学要求
1、了解显示仪表在过程参数检测中的作用。
2、理解自动平衡电子电位差计和电子自动平衡电桥的工作原理。 3、掌握数字式显示仪表的工作原理、基本组成及使用方法。 4、了解无纸记录仪、虚拟显示仪表等新型显示仪表的工作原理和特点。 教学内容
1、显示仪表在生产过程检测中的作用；自动平衡电子电位差计的工作原理及测量桥路；平衡电桥测温原理和电子自动平衡电桥工作原理。
2、数字式显示仪表的原理、特点及基本组成。 3、无纸记录仪和虚拟显示仪表的工作原理。 教学建议
1、本章重点为数字式显示仪表的工作原理、基本组成及使用方法。 2、采用实验教学方式。
第七章 自动控制系统概述（讲授2学时） 教学要求
1、了解自动控制系统的用途及基本组成，了解各组成环节在自动控
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制系统中的作用。
2、掌握被控变量、给定值、干扰作用、控制作用、反馈等专业名词的含义。
3、了解自动控制系统的过渡过程及四种基本的过渡形式，认识它们的特点。
4、掌握衰减比、最大偏差、余差、过渡时间、振荡周期等描述自动控制系统控制质量好坏的品质指标的定义。 教学内容
1、自动控制系统的组成；信号和变量、自动控制系统方块图、反馈及自动控制系统的分类。
2、控制系统的静态与动态、过渡过程、控制指标及影响控制指标的主要因素。 教学建议
1、本章重点为被控变量、给定值、干扰作用、控制作用、反馈等专业名词的含义；衰减比、最大偏差、余差、过渡时间、振荡周期等描述自动控制系统控制质量好坏的品质指标的定义。
2、采用多媒体课件或到企业参观的方式组织教学，让学生对自动控制系统有一个直观的感性认识。
第八章 对象特性和建模（讲授4学时 ） 教学要求
1、了解被控对象数学模型的含义、作用和建立途径及数学模型的主要形式；了解机理建模的方法。
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2、掌握描述对象特性的方法及特性参数的定义。 3、掌握对象特性的测试方法；了解实测建模的方法。 教学内容
1、被控对象数学模型，数学模型的主要形式。 2、一阶对象、积分对象和时滞对象的机理建模方法。
3、描述对象特性的参数：放大系数K，时间常数T，滞后时间τ。 4、实测建模的作用和方法。 教学建议
1、本章重点为描述对象特性的方法及特性参数的定义；对象特性的测试方法。
第九章 基本控制规律（讲授4学时） 教学要求
1、了解控制器的种类及特性。
2、熟悉基本控制规律及其对过渡过程的影响。 教学内容
1、控制器的特性及控制器的控制规律。 2、位式控制规律及其特点。
3、比例控制规律及其特点，比例度及其对控制过程的影响。 4、积分控制规律及其特点，比例积分控制规律与积分时间，积分时间对系统过渡过程的影响。
5、微分控制规律及其特点，实际的微分控制规律及微分时间，比例微分控制系统的过渡过程，比例积分微分控制。
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第十章 自动控制仪表（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、熟悉控制仪表的分类、特点及其信号制。
2、对模拟式、数字式控制仪表的基本组成、原理、特点、通讯及信号制有总体的认识和理解，可以正确操作KMM可编程调节器。 教学内容
1、控制仪表的作用与分类：能源形式、结构形式、信号形式。 2、模拟式控制仪表的特点、组成及功能；DDZ-Ⅲ型电动控制器的特点、结构和使用。
3、数字式控制仪表的主要特点、基本构成及原理；KMM可编程调节器的正确使用。 教学建议
1、根据实际情况，相对模拟式仪表偏重讲解一下数字式控制仪表。 2、对DDZ-Ⅲ型电动控制器和KMM可编程调节器进行重点讲解和实验指导。
第十一章 执行器（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、理解执行器在生产过程控制中的地位和作用；熟悉执行器的组成、动作原理。
2、熟悉气动薄膜阀执行机构的结构与分类，理解控制阀的流量特性，具有控制阀的选择、安装和一般维护能力。
3、理解阀门定位器和电-气转换器的功能、作用、结构和作用原理。
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4、了解电动执行器的特点、组成。 教学内容
1、执行器的作用与分类；气动执行器的组成与分类，控制阀的流量特性，控制阀的选择、安装和维护。
2、气动阀门定位器，电-气阀门定位器，电-气转换器。
3、电动执行器的特点与组成，角行程电动执行机构与直行程执行机构。 教学建议
1、利用实物进行直观教学。
第十二章 简单控制系统（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、掌握组成简单控制系统的基本原则和被控变量、操纵变量的选择方法。
2、掌握控制器规律的选择方法和控制器参数的工程整定方法。 3、掌握控制系统投运操作和常见问题的判别方法。 教学内容
1、简单控制系统的结构、原理；被控变量的选择，操纵变量的选择。 2、控制器控制规律的选择；控制器参数的工程整定方法步骤。 3、控制系统的投运操作程序；控制系统操作中常见问题的判别方法。 教学建议
1、采用计算机仿真技术开展教学。
第十三章 复杂控制系统（讲授4学时 实验2学时）
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教学要求
了解常见复杂控制系统的基本原理、特点及应用。 教学内容
1、串级控制系统组成原理及常用名词的含义；串级控制系统的特点及应用；串级控制系统主、付控制器控制规律的选择及主、付控制器正反作用的选择；控制器参数整定与系统投运。
2、其他复杂控制系统（均匀控制系统、比值控制系统、前馈控制系统、取代控制系统、分程控制系统、多冲量控制系统）的基本特点及组成。 教学建议
1、作一般性介绍，使学生有初步的了解。 第十四章 高级控制系统（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、了解高级控制系统的主要特征和基本原理。 教学内容
1、高级（新型）控制系统的主要特征。
2、自适应控制系统、预测控制系统、智能控制系统、神经元网络控制、模糊控制系统、最优控制系统的基本原理。 3、控制管理一体化的基本概念。 教学建议
1、作一般性介绍，使学生有初步的了解。
第十五章 计算机控制系统（讲授6学时 实验4学时）
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教学要求
1、了解计算机控制系统的特点、类型及其发展情况。 2、了解集散控制系统的基本构成和特点。
3、熟悉CENTUM-CS系统的构成、ICS的组成及功能、CRT显示画面的显示格式、系统中的字母代号、基本操作方法及及显示画面的操作方法。
4、了解现场总线控制系统的产生和特征、国际标准化和主要的现场总线系统的简况。 教学内容
1、计算机控制系统的特点、组成、类型及发展情况。 2、集散控制系统的基本构成、特点。
3、CENTUM-CS集散控制系统的构成、ICS的组成及功能、CRT显示画面的显示格式、系统中的字母代号、基本操作方法、显示画面及操作。 4、现场总线控制系统的产生和特征、现场总线国际标准化及主要的现场总线系统简介。 教学建议
1、采用实验教学方式。如本地企业无CENTUM-CS系统，可改为CENTUM-XL系统或μXL系统进行讲授和实验练习。 第十六章 可编程控制（讲授4学时 实验2学时） 教学要求
1、了解可编程控制器（PLC）的发展过程、功能与特点。 2、了解可编程控制器的基本构成、分类及工作原理。
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3、了解OMRON C系列PLC的基本情况及PLC在工业生产中的应用情况。 教学内容
1、可编程控制器（PLC）的发展情况、功能与特点。 2、可编程控制器的基本组成、软件系统和分类。 3、OMRON C系列PLC简介。 4、PLC应用示例。 教学建议 1、实物教学。
第十七章 典型化工单元的控制方案（讲授10学时 实验6学时） 教学要求
通过对典型化工单元控制方案的分析，使学生能理解和掌握确定控制方案的共同原则和方法。 教学内容
1、流体输送设备（离心泵、往复泵、压气机）的自动控制方案。 2、传热设备（两侧均无相变化的换热器、载热体进行冷凝的加热器、冷却剂进行气化的冷却器）的自动控制方案。
3、精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求，精馏塔的自动控制方案。 4、化学反应器的控制要求，釜式反应器的温度自动控制方案，固定床反应器的自动控制方案，流化床反应器的自动控制方案。 教学建议
1、采用计算机仿真技术进行教学，或以实际的DCS系统为教学平台，
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以一个简单的工程项目的实施为教学内容开展教学。 四、实训内容（DCS控制单元仿真实训 60学时）
序号 实训名称 动力设备：压缩机单元、学 时 12 12 12 12 12 60 备 注 实训1 CO2压缩机工段、离心泵单元、真空系统 传热设备：锅炉单元、换 实训2 热器单元、管式加热炉单元、 复杂控制：液位控制系统实训3 单元 塔设备：精馏塔单元、吸实训4 收解吸单元、催化剂萃取控制 实训5 合计
五、教材
罐区：罐区仿真 1. 国家高职高专规划教材《化工仪表及自动化》第三版 厉玉鸣主编
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