过程装备控制技术及应用课程教学大纲
过程装备控制技术及应用第二版教学设计
过程装备控制技术及应用第二版教学设计一、教学背景随着工业化进程的加速，过程装备运行控制技术的需求越来越迫切。
本课程侧重于介绍过程装备的控制方法和应用，使学生掌握过程装备控制技术的基础知识和运用能力。
二、教学目标•掌握过程控制系统的基本组成、结构和功能，了解系统的运作原理。
•理解控制对象的特性和模型，掌握控制方法的基本原理和应用。
•了解常见的反馈控制、前馈控制和组合控制方法，能够运用不同的控制策略解决过程控制问题。
•熟悉传感器、执行器、控制器和通信系统的应用原理和配置方法。
•能够依据实际过程需求选择合适的控制器、传感器和执行器，并能为不同的控制系统确定合适的技术方案。
•能够使用计算机辅助设计软件进行过程控制系统的设计、仿真和优化。
三、教学内容1.过程控制系统概述–过程控制概念和分类–过程控制系统的基本结构和组成–过程控制系统的运作原理和优化方法2.控制对象建模与控制方法–控制对象的特性和模型–控制方法的基本原理和应用–经典控制方法：PID控制、根轨迹控制、频域控制–先进控制方法：模型预测控制、自适应控制、智能控制3.控制策略及应用–反馈控制、前馈控制和组合控制–控制策略的选择和优化–控制系统的稳定性和性能分析4.控制器、传感器、执行器及通讯系统的应用–控制器的种类和特点，选择和应用–传感器和执行器的原理和应用–控制系统的通信方式和通讯协议5.过程控制系统的设计与仿真–过程控制系统的设计流程和方法–计算机辅助设计软件的应用–过程控制系统的仿真、优化和调试四、教学方法•理论授课与案例分析相结合•学生自主学习和团体讨论，探讨过程控制问题•实验操作，体验过程控制技术的应用•作业实践与课程设计，提高学生的实践能力五、教学评估方式•期末考试：占60%•平时成绩：占40%–实验报告和作业：占20%–课程设计报告和展示：占20%六、参考教材•《过程装备控制技术及应用》第二版，高等教育出版社•《过程控制技术与应用》第三版，高等教育出版社•《现代控制理论》第四版，清华大学出版社。
过程装备控制技术教学大纲
教学大纲一、课程名称、学时和学分、适用专业、开课单位《过程装备控制技术》 32学时 2学分适用专业：过程装备及控制工程开课单位：化工学院化工机械与控制工程系二、课程的性质、目的和任务过程装备控制技术课程可作为过程装备与控制工程专业及其相近专业的必修课或选修课。
本课程在介绍常见低压电器、可编程控制器的基础上，着重介绍常用过程装备如压缩机、泵、换热器、反应器等的控制系统的设计和实现实例。
通过介绍控制系统的设计与实现的工程样例，使学生具有综合运用相关知识，具备一定的设计和开发能力，为将来旧设备技术改造或新设备、新产品研制开发打下基础。
三、教学的基本要求本课程内容包括：第一部分：电器控制基础，包括常用低压电器元件、电器控制线路的基本规律和电器控制线路设计基础。
第二部分：可编程控制器，包括PC的结构和基本原理、可编程控制器程序设计基础和西门子可编程控制器介绍。
第三部分：常见过程装备控制的工程实例，包括传统的机器如压缩机、泵的控制、设备如换热器、塔器、反应器的控制和过程行业的集散控制系统及现场总线控制系统介绍。
四、各章教学内容、要求和学时分配第一章（4学时）介绍本课程特点，主要内容，要求及在专业技术中的地位；常用低压元器件的基本原理、结构以及选用原则等内容。
第二章（6学时）介绍电器控制线路的基本控制规律和设计基础。
基本规律包括：电器控制线路的若干原则；电动机控制的基本控制环节与方法；电器线路的保护措施以及常用典型控制线路；设计基础包括：过程设备电气设计的一般原则；电器控制线路设计的基本原则；电器控制线路的经验设计法和逻辑设计法；第三章（10学时）PLC的结构和工作原理；西门子S7 300系列PLC的特点和常用指令介绍；西门子S7 300 PLC编程实例；第四章（10学时）典型过程装备的控制及工程实例，包括：压缩机、泵、换热器、塔器和反应器的特点，工艺控制要求，设计方案和工程实例介绍；第五章（2学时）过程行业常见集散控制系统和现场总线控制系统简介。
大学过程装备控制技术及应用教案
大学过程装备控制技术及应用教案大学过程装备控制技术及应用教案一、课程名称大学过程装备控制技术及应用二、教学目标本门课程是一门面向化工、机械、材料等相关专业学生的，旨在培养学生的过程装备控制技术，使其能够掌握现代化工、机械、材料等领域中过程装备的运转方式，掌握常用的过程控制技术，并在实际工程中进行应用。
三、教学内容1. 过程装备控制概述2. 过程控制基础3. 过程控制器件与仪器4. 过程控制方法5. 通信方式与网络6. 工业过程控制应用实例四、教学方法1.讲授法通过教师的讲解、演示，介绍课程中的基础概念、基本理论和方法等。
2.实验法通过实验，经验化地掌握过程控制技术，在实验的过程中培养思考问题的能力。
3.案例分析法引导学生参与案例分析，加深对过程控制技术的理解。
五、教学资源1.教材本课程使用的教材为《过程控制技术及应用》。
2.实验设备本课程使用的实验设备为过程控制模拟实验箱、过程控制系统等。
六、考核方式：1.平时成绩包括课堂参与、作业情况等。
2.实验报告实验过程和结果的总结。
3.期末考试四大模块知识内容的综合考试。
七、参考文献1.丁松等，《过程控制技术及应用》，机械工业出版社2.张勇等，《过程控制技术与综合测试方法》，中国石化出版社3.钟颖，《工业自动化控制基础》，电子工业出版社八、教学总结通过本课程的学习，学生能够掌握现代化工、机械、材料等专业中常用的过程装备控制技术，培养学生独立思考和实践能力，为日后从事相关工作提供一定的基础。
同时，本课程也为学生自主学习以及后续职业规划提供了一个较好的基础。
过程装备控制技术及应用
过程装备控制技术及应用一、课程概要本课程是过程装备与控制工程专业的学科方向及核心专业课。
该课程系统讲授过程控制的基本概念和基础理论知识，过程设备测试技术，过程控制装置，计算机控制系统、典型过程控制系统应用等。
目的是使学生掌握控制系统的基本组成、结构及分类，掌握压力、温度、流量、液位和应力等参数的测量原理及方法，了解计算机测试系统的结构及工作原理，了解变送器、调节器和执行器的结构及原理，了解单回路控制系统和串级控制系统在流体输送设备上典型应用。
从而为后续的生产实习、专业实验、毕业环节以及毕业后从事过程装备的控制系统设计、维护和管理等工作奠定基础。
二、教学团队主讲教师一姚剑飞，北京化工大学机电工程学院副教授，硕士生导师。
2002年6月于北京化工大学机械工程及自动化专业本科毕业，并留校任教。
2008年6月于北京化工大学机械电子工程专业获得工学硕士学位。
2015年6月于北京化工大学动力工程及工程热物理专业获得工学博士学位。
现为北京化工大学机电工程学院过程装备与控制工程系专业实验室主任。
主要从事教学、科研工作。
主持和参与北京市自然基金、973项目及国家自然基金等多项科研项目。
主讲过程装备控制技术及应用、过程装备与控制工程专业实验等课程。
主讲教师二戴凌汉，北京化工大学机电工程学院高级工程师，硕士生导师。
1972年1月来北京化工学院工作。
1978年到1982年北京化工学院化工设备与机械专业本科学习。
主要从事本科教学和实验工作。
主讲过程装备控制技术等课程。
三、课程描述1.教学大纲及教案（新版教学大纲不用提供，我们有。
请各位老师提供教案（WORD或PDF）文档，参考附件1）2.课程录像（请各位老师提供课程录像）3.教学课件（请各位老师按课程章节提供教学课件（PPT或PDF版的PPT））。
过程装备控制技术教学大纲
《过程装备控制技术》教学大纲制订单位：机械工程学院化机系执笔人：孙杰一、课程基本信息1．课程中文名称：过程装备控制技术2．课程英文名称：Process Equipment and Control Technique3．适用专业：过程装备与控制工程4．总学时：56学时（理论50学时，实验6学时）5．总学分：3.5学分二、本课程在教学计划中的地位、作用与任务本课程是过程装备与控制工程专业的一门专业课，在专业教学中具有重要作用。
该课程主要讲授基本控制系统及其设计理论和方法，介绍过程装备的典型装置控制设计和应用。
通过本门课程学习，可以使学生了解和掌握设备控制技术，培养学生进行控制系统设计及应用的能力。
三、理论教学内容与教学基本要求1．控制系统的基本概念（2学时）课程内容：概述；控制系统的组成；控制系统的方框图；控制系统的分类；控制系统的过渡过程及其性能指标本章重点了解控制系统的组成、结构、分类及其过渡过程和性能指标。
2．过程装备控制基础（6学时）课程内容：被控对象的特性；单回路控制系统；复杂控制系统本章重点掌握过程控制的基础理论知识，包括被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统。
3．过程检测技术（16学时）课程内容：测量基本知识；误差基本知识；压力测量；温度测量；流量测量；液位测量；物质成分分析；传感器概述；计算机辅助测试系统本章重点掌握过程设备的测试技术，包括过程测量的基本概念和误差基本知识；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；新型传感器及计算机辅助测试系统。
4．过程控制装置（10学时）课程内容：变送器；调节器；执行器本章重点掌握过程控制装置，包括变送器、调节器和执行器三大部分。
5．计算机控制系统（10学时）课程内容：概述；计算机控制系统的组成及分类；A／D与D／A转换器；直接数字控制系统；计算机控制系统的设计与实现；提高计算机控制系统可靠性的措施；DDC的应用实例；可编程序控制器及其应用本章重点掌握计算机控制系统，包括计算机控制系统的组成及分类，A/D、D/A转换器，直接数字控制系统，计算机控制系统的设计与实现以及提高计算机控制系统可靠性的措施。
《过程装备控制技术及应用》教学大纲
《过程装备控制技术及应用》教学大纲二、课程目的和任务本课程为“过程装备与控制工程”专业的核心专业课。
过程装备技术的创新，其关键首先应着重于装备内件技术的创新，而其内件技术的创新又与过控原理和技术的创新以及成套装置工艺流程技术的创新密不可分，相辅相成。
要求学生将过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起，培养学生成为多学科知识与技能的复合型人才。
三、本课程与其它课程的关系本课程是在电工学、电子技术、普通物理、化工原理等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决化工类型生产中各种单元操作的控制问题的工程学科，是过程装备与控制工程专业的重要专业课程之一。
在本门课程中有关流量测量和化工原理的流量测量内容相近，互相补充。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）控制系统的基本概念（4学时）1、主要内容概述；控制系统的组成；控制系统的方框图；控制系统的分类；控制系统的过渡过程及其性能指标。
2、重点自动控制系统的组成。
3、教学要求了解自动控制系统组成部分；掌握方块图的意义及画法，控制系统过渡过程。
（二）过程装备控制基础（14学时）1、主要内容被控对象的特性；单回路控制系统；复杂控制系统。
2、重点单回路控制系统的设计和调节规律。
3、教学要求掌握单回路和复杂控制系统的设计，调节规律。
（三）过程检测技术（30学时）1、主要内容测量基本知识；误差基本知识；压力测量；温度测量；流量测量；液位测量。
2、重点测量过程与测量误差，仪表的性能指标；弹性式压力计，电气式压力计，压力计的选用及安装；差压式流量计，转子流量计；差压式液位变送器；热电偶温度计。
3、教学要求了解工业四大量（压力，温度，流量和液位）的测量仪表。
五、实践教学内容要求本课程无实践教学环节。
六、课程考核方式考试课，闭卷考试。
七、建议教材与教学参考书1、建议教材[1]王毅主编．过程装备控制技术及应用[M]．北京．化学工业出版社．20012、教学参考书[1]编写组合编．化工测量仪表[M]．上海．上海科学技术出版社．1989[2]厉玉鸣主编．化工仪表及自动化[M]．北京．化学工业出版社．1999。
过程装备控制技术及应用课程设计
过程装备控制技术及应用课程设计一、课程简介本课程旨在介绍过程装备控制技术的基本理论和应用，着重讲解工业过程中的自动化、过程参数控制和仪器测量技术，以及现代化工生产过程中过程控制的各种模型和算法。
同时，本课程还将培养学生灵活应用过程装备控制技术解决各种实际问题的能力。
二、课程大纲1. 过程控制基础知识•过程控制的定义和概念•过程控制中的信号、控制器、执行器以及过程变量•过程控制系统的基本要求2. 过程仪表的性能和选择•仪表的性能指标•传感器的选择和应用•仪表的安装和调试3. 控制回路基础•控制回路的基本原理•PID控制器原理及其参数调整•不同类型的控制回路4. 过程模型和仿真技术•过程建模的方法和基本概念•常用过程模型的详细介绍•仿真软件的应用和使用5. 其他过程装备控制技术•自适应控制技术•分布式控制系统•先进控制技术三、课程设计1. 题目设计一套工业液体混合设备的自动化控制系统，要求控制系统能够自动调整设备中各种液体的流量和温度，使得最终混合后的液体符合特定的生产要求。
2. 基本要求•设计一套完整的液体混合控制系统，包含传感器、控制器、执行器等多种元件。
•设计一个完整的控制回路，能够根据温度、压力等参数自动调整液体的流量和比例。
•在控制中应用PID控制技术和自适应控制技术，并对控制系统进行模型仿真。
•实现控制系统与计算机数据采集、处理和显示的接口，能够实时监测液体的流量、温度，输出相应的控制信号。
•设计系统的图形化界面，使得操作和监测更加方便。
3. 设计方法•了解液体混合设备的工作原理，理解流量和温度对混合液体质量的影响。
•选择合适的传感器和执行器，根据不同参数选择不同的采集方式。
•设计PID和自适应控制算法，优化控制回路参数，保证监测结果准确和稳定。
•利用MATLAB或Simulink等仿真软件进行模拟实验，验证控制系统的有效性和稳定性。
•设计图形界面，实现整个控制系统的可视化操作和监测。
四、课程考核1. 实验报告实验报告要求详细描述液体混合控制系统的设计思路、设计流程和仿真结果，包括图表、实验数据和分析等。
第一章-过程装备控制技术及应用
过程装备
过程装备 21世纪高新技术的重要工具
化工机械的由来
古代： 古代炼丹术通过炼金炼丹的研磨、蒸馏、升华、结晶、测定等计数操 作，积累了经书的置换、物质的化合、分解、氧化、还原等化学反应 方面的知识。 化学，走出化学家的实验室，与工程结合，还是这一百多年以来的事。
近代： 英国人 帕金 1856年 发现苯胺染料 实现工业化生产。 法国化学家 拜特洛 1856年 合成甲烷
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据过程控制的要求， 应用理论对控制系统进行分析和设计，最后采用适宜的技术手段加以实现。包括：
方案设计 工程设计 工程安装 仪表调校 调节器参数整定
1.确定控制 目标，选择 被控参数
6.系统调 试和运行
2.建立被控过 程模型，选择 控制参数
过程控制 主要任务
重要作用
环境治理的手段
能源开发转化的核心
覆盖面宽 能源耗量大 资源消耗大 污染严重 产值比例高 发展前景好
过程与装备关系
工艺 （Technology）
过程 (Process)
装备 (Equipment)
装置 (Unit)
化学
三传一反
材料、机械制造与 系统集成与优化 控制
研究与开发 化学工程 原理
放大与设计 化学工艺
利用一些自动控制仪表及装置，对生产过程中某些重 要的工艺变量进行自动调节。
过程控制的特点
特点1
由过程检测、 变送和控制 装置组成。
特点2
被控过程 属于慢过 程。
特点3
具有非线 性、时变、 时滞及不 定性。
特点4
控制方案 和实施手 段的多样 性。
特点5
控制系统 分类多样 化（随动 控制、定 值控制）
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《过程装备控制技术及应用》课程教学大纲
课程编号：04021006
课程名称：过程装备控制技术及应用
英文名称：Control Technique and Application of Process Equipment
课程类型：必修课
课程性质：专业课
总学时：48 讲课学时：42 实验（实践）学时：6
学分：3
适用对象：过程装备与控制工程专业全日制本科生
先修课程：普通物理、电工与电子技术基础、大学计算机基础、化工原理
一、编写说明
（一）制定大纲的依据
依据教育部过程装备与控制工程专业教学指导分委员会制定的过程装备与控制工程专业培养方案，并参照本学科专业人才培养规格与培养模式的要求进行编写。
（二）课程简介
本课程主要讲授过程装备控制系统组成、结构、分类及性能指标；被控对象特性、简单控制系统和复杂控制系统；压力、温度、流量、液位、物质成分等参数的测量原理、方法及应用；传感器、过程控制变送器、调节器、执行器；计算机控制系统，先进控制系统；典型过程控制系统应用方案；培养“过程—装备—控制”一体化的复合型专业技术人才。
（三）课程的地位与作用
本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程之一，可以使本专业的学生将过程工艺、过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起；培养具有多学科知识与技能的复合型人才；本课程与其他专业课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械）互相联系，构成过程装备与控制工程的主干专业课程体系。
（四）课程性质、目的和任务
课程性质：过程装备与控制工程专业（本科）的主干专业课程。
课程目的：通过教学过程使学生掌握过程控制的基本理论、过程检测技术方法及检测仪表、过程控制装置组成、工作原理及技术性能、化工过程典型控制系统应用方案。
课程任务：培养学生对过程装备进行控制方案分析、控制系统设计及先进控制技术的应用和开发能力。
（五）与其他课程的联系
本课程学习需具备微机原理及电子技术基础知识，与其他课程（化工原理、过程设备设计、过程流体机械等）互相联系、渗透，相辅相承，构成专业课程体系。
（六）对先修课的要求
普通物理：电路原理、电容、电感。
电工与电子技术基础：模拟电路、数字电路的设计基础。
大学计算机基础：计算机系统组成、原理及应用。
化工原理：过程工艺原理与技术，过程工艺特性及控制要求。
二、大纲内容.
（一）教学目的和任务：
通过教学过程使学生掌握过程控制的基本概念、基本理论、过程参数（压力、温度、流量、液位）检测技术方法及检测仪表、过程控制装置组成、工作原理及技术性能、化工过程典型控制系统应用方案。
培养学生对过程装备进行控制方案分析、控制系统设计及先进控制技术的应用和开发能力。
（二）教学基本要求：
第一章控制系统的基本概念
掌握过程控制的任务和要求；掌握控制系统的组成、分类；掌握控制系统的过渡过程及性能指标。
第二章过程装备控制基础
理解被控对象的特性及数学描述；掌握单回路控制系统的设计、调节器的调节规律；理解串级、比值、前馈、选择性及均匀控制系统。
第三章过程检测技术
掌握测量、误差基本知识；掌握压力、温度、流量、液位测量技术及测量仪表；理解传感器特性、种类及选用；理解计算机辅助测试系统。
第四章过程控制装置
掌握差压变送器、防爆安全栅、温度变送器原理及特性；掌握调节器调节规律的实现方法；
掌握PID调节器硬件结构；掌握气动执行器、电动执行器、转换器及阀门定位器工作原理；掌握压力、温度、流量、液位控制原理及实现。
第五章计算机控制系统
理解计算机控制系统组成、分类；理解计算机控制系统的设计与实现。
第六章典型过程控制系统应用方案
理解热交换器温度反馈—静态前馈控制系统；理解单回路控制系统应用方案；理解流体输送设备的控制、反应器的控制。
掌握筛板式酒精精馏塔过程控制实验（单元设备控制技术及实现、过程装备控制方法）
（三）教学重点及难点
教学重点；控制系统的组成、分类；控制系统的过渡过程及性能指标；单回路控制系统、复杂控制系统；温度、压力、流量、液位检测技术；过程控制变速器、调节器、执行器的工作原理及结构；计算机控制系统；典型过程控制系统应用方案。
教学难点：单回路控制系统的设计、串级、比值、前馈、选择性及均匀控制系统；差压变送器、防爆安全栅、温度变送器原理及特性；调节器的调节规律的实现方法；计算机控制系统的应用方案。
（四）教学建议与说明：
本课程涉及到过程控制的基本理论、过程参数检测技术、化工过程工艺技术，计
算机理论及应用，内容较广，教学难度主要表现在如何使机械类的学生，在不增加更多基础知识的情况下比较好地掌握过程控制方面的内容；建议以基本概念、基本原理、基本应用为教学重点、加大课程知识的宽度，削减课程知识的纵向深度；注重构建知识体系框架；启发学生思考问题并解决问题；培养学生的素质和能力。
（五）教学内容
第一章控制系统的基本概念
第一节过程装备控制概述
第二节控制系统的组成
第三节控制系统的方框图
第四节控制系统的分类
第五节控制系统的过渡过程及性能指标
第二章过程装备控制基础
第一节被控对象的特性及数学描述
第二节单回路控制系统的设计、调节器的调节规律
第三节复杂控制系统（串级、比值、前馈、选择性及均匀控制系统）
第三章过程检测技术
第一节测量基本知识
第二节误差基本知识
第三节压力测量
第四节温度测量
第五节流量测量
第六节液位测量
第七节物质成分分析
第八节传感器、计算机辅助测试系统
第四章过程控制装置
第一节变送器
第二节调节器
第三节执行器
第五章计算机控制系统
第一节概述
第二节计算机控制系统组成、分类
第三节 A/D与D/A转换器
第四节直接数字控制系统
第五节计算机控制系统的设计与实现
第六章典型过程控制系统应用方案
第一节热交换器温度反馈—静态前馈控制系统
第二节单回路控制系统应用方案
第三节炉温控制系统
第四节流体输送设备的控制、反应器的控制
三、实验实践环节及要求
实验教学的基本要求：
了解过程控制系统组成、结构及性能；掌握过程参数的测量原理、方法及应用；掌握变送器、调节器及执行器特点、原理、种类及设计方法；掌握温度、压力、液位控制原理及系统性能的影响因素；掌握过程装备控制系统的设计与实现。
实验项目：
1．PCS过程控制教学实验系统。
2．筛板式酒精精馏塔过程控制实验。
四、习题课程讨论要求
每节课给出1～３道习题或思考题，加强对重点掌握课程内容的理解。
五、教学方法与手段
板书讲解
六、各教学环节学时分配
七、教学形式与考核方式
1.教学形式：
传统教学。
1.考核方式：
闭卷笔试。
八、推荐教材和参考书
教材：《过程装备控制技术及应用》，王毅主编，化学工业出版社，2001年。
参考书：《化工仪表及自动化》，历玉鸣主编，化学工业出版社，1997年。
《过程控制系统及设计》，朱麟章主编，机械工业出版社,1996年。