工业过程控制技术实践教程 第3章
过程控制工程第三版教学大纲
过程控制工程第三版教学大纲一、背景和介绍过程控制工程是一门涉及控制和监测工业过程的学科。
过程控制工程在化工、石油和制造业等领域广泛应用，是工业自动化中不可或缺的一部分。
本课程旨在为学生提供必要的知识和技能，以便他们在未来的职业生涯中成为过程控制工程师。
二、课程目标本课程的学习目标如下： - 理解过程控制工程的基本概念和原理，包括传感器、控制器、执行器等的使用。
- 学习如何设计和实现一个简单的过程控制系统，包括信号处理、模型建立和控制算法的应用。
- 掌握常见的控制策略，包括PID控制、模型预测控制、最优控制等，并了解如何选择和使用不同的控制策略。
- 学习如何使用计算机进行过程控制系统的建模和仿真。
- 掌握过程控制系统的调试和维护方法。
三、课程详细内容本课程的内容如下所述：第一章：控制系统概述•引言和概述•控制系统的基本要素•控制系统的分类•控制系统的性能指标第二章：传感器和执行器•传感器的基本原理和分类•信号处理和传输•执行器的基本原理和分类•报警和安全切断装置第三章：控制器•控制器的基本原理和分类•PID控制器及其参数调节•其他控制策略：模型预测控制、最优控制等•控制器的调试和维护第四章：过程建模和控制算法•过程建模的基本原理和方法•基于模型的控制算法•现场控制和优化第五章：计算机控制系统•实时控制系统概述•实时控制系统的硬件和软件•实时控制系统的设计与实现•实时控制系统的调试和维护四、教学方法和评估本课程的教学方法包括讲授、实验和综合性设计任务。
课堂讲授将介绍过程控制工程的基本知识和技能，实验和综合性设计任务将帮助学生巩固和应用所学知识。
评估方式包括平时成绩、考试和综合性设计任务。
五、参考书目•史密斯，卡尔. 过程控制工程[M]. 机械工业出版社, 2005.•埃尔曼. 过程控制[M]. 科学出版社, 2011.•陈学林, 王福梅. 控制工程实验教程[M]. 电子工业出版社, 2009.六、结论过程控制工程是工业自动化中不可或缺的一部分。
过程控制 习题与答案
第1章绪论思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。
1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。
被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。
设定值被控变量的预定值。
偏差被控变量的设定值与实际值之差。
1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类？解答：按照设定值的不同形式又可分为:1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。
1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
工业过程与过程控制实践报告
工业过程与过程控制实践报告英文回答：Industrial Process and Process Control: A Practice Report.Introduction.Industrial processes play a significant role in the production of goods and services. Process control iscrucial for ensuring efficient and reliable operation of these processes. This report aims to provide an overview of industrial process control practices, with a focus on the application of control systems in real-world scenarios.Process Control Fundamentals.Process control involves maintaining a process at a desired state by monitoring and adjusting the process variables. Feedback control loops are commonly used, wheresensors measure process variables, and controllers use this information to calculate appropriate control actions. Common control algorithms include proportional-integral-derivative (PID) controllers and model predictive control (MPC).Controllers and Instrumentation.Controllers are devices or systems that receive process sensor signals and calculate output signals to actuators. Controllers can range from simple analog controllers to advanced digital controllers with advanced control algorithms. Instrumentation provides the necessary sensors and transmitters to monitor process variables and communicate with controllers.Industrial Applications.Process control is applied in various industries, including:Manufacturing: Controlling production rates,temperature, and quality.Oil and gas: Monitoring pipelines, pressure, and flow.Chemical: Managing chemical reactions, temperature, and composition.Power generation: Regulating power output, fuel flow, and emissions.Challenges and Best Practices.Implementing and maintaining effective process control systems presents several challenges, including:Process complexity.Disturbances and noise.Control loop tuning.Operator training.Best practices for addressing these challenges include:Process modeling and simulation.Data analytics and optimization.Robust control algorithms.Comprehensive operator training.Conclusion.Process control is an essential aspect of modern industrial operations. By implementing appropriate control systems, industries can improve efficiency, reliability, and safety. Continuous innovation in control technologies and practices will continue to enhance the capabilities of industrial processes and drive industrial progress.中文回答：工业过程与过程控制实践报告。
过程装备控制技术及应用习题及参考答案.docx
过程裟备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1 •什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主耍包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的牛产设备，即被控对象。
自动控制系统常用的术语冇：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f—引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种I大I素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m-y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3•什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统屮各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形彖的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工牛产中物料和能量的变化过程，即原料一成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
工业过程控制教学大纲+考试大纲
《工业过程控制》教学大纲课程编号：176207课程名称：工业过程控制学时/学分：64 /4先修课程：《自动控制原理》、《传感器与自动检测技术》适用专业：自动化开课系或教研室：机电工程系一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是自动化类专业的重要课程，实用性很强。
包括“控制系统”、“过程控制仪表”等内容。
2．课程任务：通过本课程的教学，应使学生达到下列要求：了解控制系统的有关概念；掌握控制系统的常用分析方法；掌握简单控制系统的有关分析、设计等内容；掌握高性能过程控制系统的原理、设计等内容；熟悉有特殊工艺要求的过程控制；掌握过程控制仪表的“检测元件及变送器”、“调节器”和“执行器”这三部分中的每一部分的种类、组成及其原理等内容。
二、课程教学基本要求共64学时，一个学期进行。
三、课程教学内容（一）绪论1. 过程控制概述2. 自动化仪表概述（二）过程参数的检测与变送※1. 参数检测与变送概述※2. 温度的检测与变送※3. 压力的检测与变送4. 流量的检测与变送5. 物位的检测与变送6. 成分的检测与变送（三）过程控制仪表1. 过程控制仪表概述※2. DDZ-III型模拟式调节器3. 数字式调节器※4. 执行器5. 安全栅（四）被控过程的数学模型1. 过程建模的基本概念※2. 解析法建立过程的数学模型3. 试验法建立过程的数学模型（五）简单控制系统设计1. 简单控制系统设计概述※2. 控制方案的确定※3. 调节器的参数整定4. 单回路控制系统设计实例（六）常用高性能过程控制系统※1. 串级控制系统2. 前馈控制系统3. 大滞后过程控制系统（七）实现特殊工艺要求的过程控制※1. 比值控制系统※2. 均匀控制系统3. 分程控制系统4. 自动选择控制系统五、教材及参考书教材：《过程控制与自动仪表》（第2版）主编：潘永湘出版社：机械工业出版社 2007.06 参考书：《过程控制》（第3版）主编：林锦国出版社：东南大学出版社执笔：甲乙审定：日期：工业过程控制课程考试大纲说明：1、如果课程采用平时分阶段考试、期中与期末结合考试或采用多种方法组成的综合性考试，需在备注栏内写明各部分考试所占分数的合成比例与方法。
精品课件-工业过程控制技术实践教程(徐兵)-第5章
项目五 萃取综合实训
此外，萃取塔内连续相所允许的极限速度(泛点速度)与液 滴的运动速度有关，而液滴的运动速度与液滴的尺寸有关。一 般较大的液滴，其泛点速度较高，萃取塔允许有较大的流通量； 相反，较小的液滴，其泛点速度较低，萃取塔允许的流通量也 较低。
液滴的分散可以通过以下几个途径实现： (1)借助喷嘴或孔板，如喷塔和筛孔塔。 (2)借助塔内的填料，如填料塔。 (3)借助外加能量，如转盘塔、振动塔、脉动塔、离心萃 取器等。液滴的尺寸除了与物理性能有关外，主要决定于外加 能量的大小。
项目五 萃取综合实训
2.液—液萃取塔的操作 1)分散相的选择 在萃取设备中，为了使两相密切接触，其中一相充满设备 中的主要空间，并呈连续流动，称为连续相;另一相以液滴的 形式分散在连续相中，称为分散相。哪一相作为分散相对设备 的操作性能、传质效果有显著的影响。分散相的选择可通过小 试或中试确定，也可根据以下几方面来考虑: (1)为了增加相际接触面积，一般将流量大的一相作为分 散相；但如果两相的流量相差很大，并且所选用的萃取设备具 有较大的轴向混合现象，此时应将流量小的一相作为分散相， 以减小轴向混合。
项目五 萃取综合实训
2)液滴的分散 为了使其中一相作为分散相，必须将其分散为液滴的形式， 一相液体的分散，亦即液滴的形成，必须使液滴有一个适当的 大小。因为液滴的尺寸不仅关系到相际接触面积，而且影响传 质系数和塔的流通量。 较小的液滴，固然相际接触面积较大，有利于传质；但是 过小的液滴，其内循环消失，液滴的形状趋于固体球，传质系 数下降，对传质不利。所以，液滴尺寸对传质的影响必须同时 考虑这两方面的因素。
项目五 萃取综合实训
3.萃取塔的操作 萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分 散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为 分散相时，应使分散相不断在塔顶分层凝聚，当两相界面维持 适当的高度后再开启分散相出口阀门，并依靠重相出口的口形 管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，分散相不断在塔 的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。
工业过程控制技术
《工业过程控制技术》课程设计指导书广东工业大学自动化学院二００六年十月课程要求课程的性质和目的《工业过程控制技术课程设计与实践》是完成《自动控制原理》、《自动控制系统》、《过程控制技术》、《电器与PLC》、《自动化仪表》、《DCS分布式控制》、《计算机控制》等理论与实验教学之后，为自动化专业本科生开设的一门综合性的专业课程，是较为重要的实践性教学环节。
学生通过借助“THSA—1型过程控制综合自动化系统实验平台”对一个实用工业过程控制系统的设计、安装、调试完成系统设计与开发，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升。
课程教学内容本课程为实践性教学环节，包含理论设计和实践调试两部分，强调理论必须联系实际、理论与实际相结合。
1、理论设计：根据所学的理论知识和实践技能设计一个实用的控制系统，包括系统的主电路和控制电路。
选择变送器、控制器、执行器等，画出系统电气原理图。
2、调试实践：根据设计题目，要求完成单元电路安装、系统组装、单元及系统调试等。
3、设计题目：单容水箱液位定值控制系统串级控制系统比值控制系统前馈—反馈水箱控制系统课程教学要求理论设计每个同学根据题目，自己独立完成课程设计内容，每人都要提交一份设计说明书。
实践部分按每个教学班分为若干小组，每个小组2－3人，每组根据实验室提供的设备和实验教师的设计要求，设计并制作、调试一个完整的自动控制系统或实验装置。
在实验室进行实际操作并调试通过。
选修课程本课程为自动化专业的主打课程之一。
先修课程为《自动控制系统》、《过程控制系统》、《自动化仪表》、《计算机控制》、《电器与可编程序控制器》、《自动控制原理》等。
学好本课程可为今后的毕业设计，毕业后的继续教育、科学研究、技术开发打下良好基础。
教材与参考书[1]自编《工业过程控制技术课程设计与实践》指导书[2]陈伯时编，《电力拖动自动控制系统》第三版，机械工业出版社，2003年8月[3]林德杰等编，《过程控制仪表与控制系统》，机械工业出版社，2004年6月设计实践内容水箱控制系统水箱结构本实验系统结构图和方框图如图1所示。
《工业过程控制》课程教学大纲
《工业过程控制》课程教学大纲课程名称：工业过程控制课程代码：ELEA2022英文名称：Process Control课程性质：专业选修课程学分/学时：2学分/36学时开课学期：第6学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：自动控制原理、检测技术与仪表、单片机原理与应用、信号与系统后续课程：无开课单位：机电工程学院课程负责人：大纲审核人：余雷一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：工业过程控制是电气工程及其自动化专业的一门选修课程。
本课程针对该专业的特点，专注于过程控制的研究性学习，旨在为从事石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等行业的温度、压力、流量、液位、成分等过程变量的过程控制系统的研发与生产工作，积累基本的自动化技术及其应用的理论基础和工程实践知识。
教学目标：过程控制技术是工业部门生产过程的自动化技术，过程控制系统设计是根据工业过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成反馈系统，再通过控制器参数整定，实现对生产过程的最佳控制，从而提高产品数量与质量、节能降耗与保护环境、增长经济效益与社会效益。
本课程的主要内容包括：（1）工业过程控制的特征；（2）生产工艺设备过程建模、过程变量检测与变送、控制器（调节器）和执行器（调节阀）；（3）过程控制系统的控制方案设计和工程设计要点、检测控制仪表的选择要求、直接数字控制技术、控制器参数的工程整定方法、串级控制及其工作特点；（4）复杂控制方式：前馈控制、大滞后补偿控制、比值控制、均匀控制、分程控制、选择性控制、多变量解耦控制；（5）计算机过程控制系统、液位控制系统演示实验。
通过上述相关内容的学习，将努力使学生掌握过程控制系统分析、设计和优化的基本原理和方法，为从事其工程技术的设计与制造、安装与调试、安全与维护等具备工程师素养而打下坚实的基础。
本课程的具体教学目标如下：1.掌握过程控制的特征以及过程控制系统中的四个基本单元的特性，包括过程建模方法、各种过程参数检测变送的原理与功能、量程与精度、选用与安装；电动调节阀和气动调节阀的工作原理；以及控制器在过程控制系统中的作用。
工业过程控制课程教学大纲
工业过程控制课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：201404112课程中文名称：工业过程控制课程英文名称：IndustryProcess Control课程性质：专业核心课程开课专业：自动化开课学期：6总学时：40（其中理论32学时，实验8学时）总学分：2.5二、课程目标本课程是在修完电子技术基础、自动控制理论和微机原理及应用等课程以后开设的控制类专业课，通过本课程的学习可以掌握典型自动化装置和仪表的工作原理与工作性能，及工业过程控制系统分析、设计方法。
它的主要任务是：使学生了解工业自动化发展的动态和趋势，掌握工业过程对象的分类、建模方法。
了解工业过程控制系统的结构和组成，掌握工业自动化装置和控制系统的有关专业基础知识；使学生具备从事工业过程控制系统的设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和工作能力。
三、教学基本要求为培养学生解决实际问题能力和创新能力，本课程结合理论教学配合有8学时实验，通过这些教学活动，学生应达到下列要求：（1）了解工业过程控制系统的发展、应用及其在本专业学科领域的地位与作用。
（2）过程控制系统的基本概念，过程控制系统的组成，特点及其分类。
（3）工业过程控制典型参数（温度、压力、流量、物位）检测与变送的原理和选用。
（4）调节器，执行器工作原理，性能特点及选用。
PID调节器控制规律特点，及对调节质量的影响。
（5）被控过程数学模型常用建模方法。
（6）单回路反馈控制系统的设计方法，参数整定方法。
（7）串级控制，复合控制系统，实现特殊要求控制系统的设计原则，参数整定方法。
（8）集散控制系统组成原理及设计方法。
四、教学内容与学时分配1绪论（2学时）了解工业过程控制的特点、发展概况，掌握过程控制系统的组成、分类及性能指标。
2过程参数检测仪表（6学时）掌握温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表组成原理，掌握仪表特性及选用方法。
3控制仪表（6学时）掌握工业常用控制器基本控制规律及特点、重点掌握DDZ-Ⅲ型调节器、可编程序数字调节器组成原理，掌握控制仪表特点及选用方法。
过程控制工程第三版1-3章习题ppt课件
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习题2-10
• 单位阶跃响应： y* y(t) y(0)
y() y(0)
• 取： y* (t1 ) 0 .4 , y* (t2 ) 0 .8
查表得： t123,
t243
因为： t1 0.53 0.46
t2
则说明该阶跃响应需要更高级的函数才能拟全的更好，
查表2-2得，n=3
• 为了绕过非线性系统在数学处理上的困难，对于大部分元件和系统来
说，当信号或变量变化范围不大或非线性不太严重时，都可以近似地
线性化，即用线性化数学模型来代替非线性数学模型。一旦用线性化
数学模型来近似地表示非线性系统，就可以运用线性理论对系统进行
分析和设计。
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习题2-6 测量变送环节如下：
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2-4 什么是线性化？为什么在过程控制中经常 采用近似线性化模型？
• 所谓线性化，就是在一定的条件下作某种近似，或者缩小一些工作范 围，而将非线性微分方程近似地作为线性微分方程来处理。
• 自然界中并不存在真正的线性系统，而所谓的线性系统，也只是在一 定的工作范围内保持其线性关系。实际上，所有元件和系统在不同程 度上，均具有非线性的性质。例如，机械系统中的阻尼器，在低速时 可以看作线性的，但在高速时，粘性阻尼力则与运动速度的平方成正 比，而为非线性函数关系。又例如，电路中的电感，由于磁路中铁心 受饱和的影响，电感值与流过的电流呈非线性函数关系。对于包含有 非线性函数关系的系统来说，非线性数学模型的建立和求解，其过程 是非常复杂的。
习题讲解
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第一章P16页思考与习题
工业过程控制课程设计
工业过程控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解工业过程控制的基本概念、原理和方法；2. 掌握工业过程控制系统中常见设备的结构与功能；3. 学会分析工业过程控制系统的性能和稳定性；4. 了解工业过程控制技术在现代工业中的应用和发展趋势。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的工业过程控制系统；2. 能够运用相关软件对工业过程控制系统进行模拟与优化；3. 能够对工业过程控制系统进行故障分析及处理；4. 能够撰写关于工业过程控制的设计报告和论文。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工业过程控制技术的兴趣和热情；2. 增强学生的团队合作意识和责任感；3. 培养学生严谨、务实的科学态度和刻苦钻研的精神；4. 引导学生关注工业过程控制技术对环境保护和社会发展的意义。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，旨在培养学生掌握工业过程控制的基本理论、方法和技术，提高学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：高年级学生，具有一定的工业过程控制理论基础，对实际操作和案例分析感兴趣，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实践能力和创新精神。
通过课程学习，使学生能够达到上述知识、技能和情感态度价值观目标，为将来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 工业过程控制基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及性能指标- 控制系统的数学模型- 控制系统的稳定性分析2. 工业过程控制设备及其功能- 检测仪表、执行器和控制器的基本结构及原理- 常见工业控制设备的选型与应用3. 工业过程控制策略与方法-PID控制原理及参数整定方法-先进控制策略（如模糊控制、神经网络控制等）介绍4. 工业过程控制系统的设计与实施- 控制系统的设计步骤与方法- 控制系统的仿真与优化- 控制系统在现场的实施与调试5. 工业过程控制案例分析- 典型工业过程控制系统的案例分析- 故障分析与处理方法6. 工业过程控制技术的发展趋势- 工业互联网、大数据等新兴技术在工业过程控制中的应用- 绿色制造与智能制造背景下工业过程控制技术的发展方向教学内容安排与进度：第1-2周：工业过程控制基本概念与原理第3-4周：工业过程控制设备及其功能第5-6周：工业过程控制策略与方法第7-8周：工业过程控制系统的设计与实施第9-10周：工业过程控制案例分析及发展趋势教材章节及内容关联：教学内容与教材章节紧密关联，涵盖教材第1章至第5章的主要内容，同时结合实际案例分析，使学生能够将理论知识与实际应用相结合。
《工业过程控制》教学大纲
《工业过程控制》教学大纲Industry Process Control课程编号：2000512 学时数：24适用专业：电气工程及其自动化学分数：1.5编写者：编写时间：2002.5一、课程的性质和任务课程性质：工业过程控制是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要研究以工业过程模型为被控对象、模拟控制和数字控制为手段的工业过程计算机控制系统，是自动化类专业的主干课。
主要任务：培养学生1．掌握工业过程对象的分类、建模的分析和试验方法。
2．了解工业过程控制系统的结构和组成，具有进行系统设计的初步能力。
3．掌握单回路计算机控制系统、串级计算机控制系统、前馈计算机控制系统和有纯延迟的过程计算机控制系统的结构和数字算法，并熟练写出其控制算法的差分方程和计算机控制的程序流程框图。
4．掌握系统的性能指标及参数整定方法。
5．了解工业自动化发展的动态和趋势。
二、课程教学内容、重点和难点第一章绪论 (讲课1学时)工业自动化发展的历史、现状和发展趋势。
工业过程控制系统的结构和组成，性能参数指标，设计步骤及应用举例。
第二章过程数学模型及其建立方法 (讲课2学时)工业过程对象的建模，测定动态特性的时域法。
重点：单溶模型的推导，阶跃响应和脉冲响应的关系，用绘图法和两点法求对象的传函。
第三章单回路计算机控制系统 (讲课7学时)单回路计算机控制系统的结构和组成，执行器的种类和选择，控制器的选择，PID的物理意义及离散化算法，位置式和增量式PID的差分方程，控制器的程序框图，数字PID控制算法的改进，单回路系统的参数整定。
重点：控制器的选择，PID的物理意义及离散化算法，位置式和增量式PID的差分方程，计算机控制系统的程序流程图，不完全微分法，微分先行PID算法，积分分离PID算法，单回路系统的参数整定。
第四章串级计算机控制系统 (讲课4学时)串级控制原理及特点，系统设计、控制器的选择、参数整定以及计算机控制系统的程序流程图，串级计算机控制系统的设计举例。
工业过程控制
第一章：1.过程控制定义 ：所谓过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、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，实现工业生产过程自动化。
2.通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。
连续生产过程中自动控制系统的被控参数往往是温度、压力、流量、物位和成分等变量。
3.球磨给矿过程控制示意图 球磨给矿过程控制方框图4.硫酸工艺流程压力控制方框图5.过程控制目的：目的：抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。
具体来说：保证质量；提高产量；节能降耗；安全运行；保护环境；改善劳动条件；提高管理水平等 。
6.过程控制系统组成：1.被控过程，指运行中的多种多样的工艺生产设备；2.过程检测控制仪表，包括：测量变送；控制器、执行器。
7. 被控参数（变量）y(t ) 控制（操纵）参数（变量）q(t) 扰动量f(t) 给定值r(t) 当前值z(t) 偏差e(t) 控制作用u(t) 8.过程控制的主要特点：被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等； 定值控制是主要控制形式。
9.过程控制系统的分类 ：按系统的结构特点来分 ：反馈控制系统 、前馈控制系统 、复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分：定值控制系统 、随动控制系统 反馈控制系统 ：偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。
前馈控制系统：扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。
属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。
复合控制系统（前馈-反馈控制系统） ：充分发挥了前馈和反馈的各自优点。
10.过程控制系统的性能评价：一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应能迅速、平稳、准确地达到或趋近给定值。
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(5)掌握双组分连续精馏塔理论板数的确定、实际塔板数的确 定。
(6)掌握最小回流比计算、回流比影响及选择，会确定适宜回 流比。
(7)掌握灵敏板的确定、灵敏板温度的控制、各个参数 对灵敏板温度的影响。
(8)了解塔压降变化对塔操作的影响。 (9)了解进料大小和组分变化对塔操作的影响。 (10)了解塔顶冷凝剂量对塔操作的影响。 (11)了解塔底采出量大小对塔操作的影响。 (12)了解加压、减压对精馏塔操作的影响。 (13)了解改变进料口位置对塔操作的影响。 (14)了解强制回流和自然回流的优缺点。 (15)了解安全及环境保护知识、消防知识相关法律、法 规知识。
非均相物系和均相物系。非均相物系的分离主要依靠质点运 动与流体流动原理来实现；而化工中遇到的大多是均相混合 物，例如，石油是由许多碳氢化合物组成的液相混合物，空 气是由氧气、氮气等组成的气相混合物。
均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系，然后依 据物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某 些组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的。精馏是分 离液体混合物的典型单元操作，它是通过加热造成气、液两 相物系，利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的 目的。通常，将低沸点的组分称为易挥发组分，高沸点的组 分称为难挥发组分。
所谓理论板，是指在其上气、液两相都充分混合，且传 热和传质过程阻力为零的理想化塔板。因此不论进入理论板 的气、液两相组成如何，离开该板时气、液两相达到平衡状 态，即两温度相等，组成互相平衡。
实际上，由于板上气、液两相接触面积和接触时间是有 限的，因此在任何形式的塔板上，气、液两相难以达到平衡 状态，即理论板是不存在的。理论板仅用作衡量实际板分离 效率的依据和标准。通常，在精馏计算中，先求得理论板数， 然后利用塔板效率予以修正，即求得实际板数。引入理论板 的概念，对精馏过程的分析和计算是十分有用的。
现取第n层板(如图3－1所示)为例来分析精馏过程和原 理。
图3－1 第n层板的质量和热量衡算图
塔板的形式有多种，最简单的一种是板上有许多小孔(称 筛板塔)，每层板上都装有降液管，来自下一层(n+1层)的蒸汽 通过板上的小孔上升，而来自上一层(n-1层)的液体通过降液管 流到第n层板上，在第n层板上气、液两相密切接触，进行热量 和质量的交换。进、出第n层板的物流有下列四种：
(1)由第n-1层板溢流下来的液体量为Ln-1，其组成为xn-1， 温度为tn-1。
(2)由第n层板上升的蒸汽量为Vn，组成为yn，温度为tn。 (3)从第n层板溢流下去的液体量为Ln，组成为xn，温度为tn。 (4)由第n+1层板上升的蒸汽量为Vn+1，组成为yn+1，温度为 tn+1。
因此，当组成为xn-1的液体及组成为yn+1的蒸汽同时进入 第n层板，由于存在温度差和浓度差，气、液两相在第n层板 上密切接触进行传质和传热的结果会使离开第n层板的气、 液两相平衡(如果为理论板，则离开第n层板的气、液两相成 平衡)，若气、液两相在板上的接触时间长，接触比较充分， 那么离开该板的气、液两相相互平衡，通常称这种板为理论 板(yn、xn成平衡)。精馏塔中每层板上都进行着与上述相似 的过程，其结果是上升蒸汽中的易挥发组分浓度逐渐增高， 而下降的液体中的难挥发组分越来越浓，只要塔内有足够多 的塔板数，就可使混合物达到所要求的分离纯度(共沸情况 除外)。
项目三 精馏单元综合实训
3.1 实训目的 3.2 实训原理 3.3 精馏单元实训装置介绍 3.4 实训要求 3.5 实训内容
3.1 实训目的
(1)掌握精馏分离过程的原理和流程，精馏塔的操作及影响因 素。
(2)了解筛板塔流体的力学性能(塔板压降、液泛、漏液、雾 沫夹带)。
(3)了解板式塔的结构与类型(泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、喷 射塔)。
对于二元物系，如已知其气液平衡数据，则根据精馏塔 的原料液组成、进料热状况、操作回流比及塔顶馏出液组成、 塔底釜液组成，可由图解法或逐板计算法求出该塔的理论板 数NT。按照下式可以得到总板效率ET，其中NP为实际塔板 数。
ET
NT 1 100% NP
3.3 精馏单元实训装置介绍
3.3.1 精馏分离的原理 混合物的分离是化工生产中的重要过程。混合物可分为
(16)能识读精馏岗位的工艺流程图、设备示意图、设备 的平面图和设备布置图。
(17)了解精馏塔、塔釜再沸器、塔顶全凝器等主要设备 的结构、功能和布置。
(18)了解电器、仪表测量原理及使用方法。 (19)掌握精馏操作、故障分析。 (20)会正确使用灭火器及处理各种安全事故。
3.2 实训原理
精馏分离是根据溶液中各组分挥发度(或沸点)的差异， 使各组分得以分离。其中较易挥发的称为易挥发组分(或轻 组分)，较难挥发的称为难挥发组分(或重组分)。它通过气、 液两相的直接接触，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥 发组分由汽相向液相传递，是气、液两相之间的传递过程。
根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作， 必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预 热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。再沸器的 作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶 液相产品及保证有适宜的液相回流，因而使精馏能连续稳定 地进行。
3.3.2 精馏分离的特点 精馏分离具有以下特点： (1)通过精馏分离可以直接获得所需要的产品。 (2)精馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合
加料板把精馏塔分为两段，加料板以上的塔，即塔上半 部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的难挥发组分，因而 称为精馏段；加料板以下(包括加料板)的塔，即塔的下半部 完成了下降液体中难挥发组分的提浓，除去了易挥发组分， 因而称为提馏段。一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段。
精取决于物系的性质和操作 条件，而且还与塔板结构有关，因此它们很难用简单方程加 以描述。引入理论板的概念，可使问题简化。