西安石油大学教案(首页) 院(系) 电子工程 教研室(系):自动化 课程名称自动化仪表与过程控制 课程类别必修课()限选课(V)公共任选课() 总学时54学分 讲授46 学时 学时 专业 自动化 班级 任课教师 汤楠 职称 教授 《过程控制及自动化仪表》是自动化专业的一门专业基础课课,它的先修课程是《自动控制 原理》和《电子技术》,它以自动控制系统为体系(包括检测、变送、控制、执行及显示等), 着重叙述生产过程自动化系统和仪表的原理,系统组成的各个部分及其对控制质量的影响,详 细介绍了简单控制系统,复杂控制系统及新型控制系统的特点及使用场合,阐述了部分生产 教学目的过程的控制方案 和要求 学习了这门课,可以使学生掌握常用检测及控制仪表的原理和性能以及对如何实现生产 过程自动化有一定了解,为后续课程继续学习PLC、DCS、 SCADA、FCS、PCS工业计算机 控制系统打下基础 《过程控制及自动化仪表》是工科电类学生典型的专业基础课程,对于学生专业能力的 发展关系重大。国内很多高校都把它列为学位课和研究生入学考试的专业课 1过程控制基础:自动控制系统基本概念,自动控制系统的组成,过渡过程与品质指标 2被控对象特性:工业常用对象的特点及描述方法,对象特性参数及其测定方法,常见单容利 双容工业对象应用 3常用检测仪表:常用压力温度流量物位仪表的工作原理、特点、应用及选型 4控制仪表及及控制规律:基本控制规律及其对系统过渡过程的影响,PID运算原理,模拟 控制器基本原理,数字控制算法, 教学重点5执行器:执行器的基本组成,气动薄膜阀的结构、特点及应用,电动控制阀的结构、特 难点点及应用,执行器气开气关形式及控制器正反作用的选择,控制阀口径的选择,仪表防爆技 术 6计算机控制系统:计算机控制系统的组成与特点,DDC系统的基本原理,DCS、FCS和 SCADA等常见计算机过程控制系统的基本概念 7简单控制与复杂控制系统:简单控制系统的结构与组成,调节方案,调节规律及整定。串 级调节系统,比值调节系统,均匀调节系统和前馈调节系统 8工业自动化系统应用举例:石油加工,工业锅炉控制等 1.历玉鸣,《化工仪表及自动化》,化学工业出版社 教材和参2.赵玉珠,《测量仪表与自动化》,石油大学出版社 3.范玉久,《化工测量及仪表》,化学工业出版社 考书4.周泽魁,《控制仪表与计算机控制装置》,化学工业出版社
1 西安石油大学教案(首页) 院(系)： 电子工程 教研室(系)：自动化 课程名称 自动化仪表与过程控制 课程类别 必修课（ ）限选课（∨）公共任选课（ ） 总学时 54 学分 3 讲授 学时 46 上机 学时 实验 学时 8 专 业 自动化 班 级 任课教师 汤楠 职 称 教授 教学目的 和要求 《过程控制及自动化仪表》是自动化专业的一门专业基础课课，它的先修课程是《自动控制 原理》和《电子技术》，它以自动控制系统为体系（包括检测、变送、控制、执行及显示等）， 着重叙述生产过程自动化系统和仪表的原理,系统组成的各个部分及其对控制质量的影响，详 细介绍了简单控制系统，复杂控制系统及新型控制系统的特点及使用场合，阐述了部分生产 过程的控制方案。 学习了这门课，可以使学生掌握常用检测及控制仪表的原理和性能以及对如何实现生产 过程自动化有一定了解，为后续课程继续学习 PLC、DCS、SCADA、FCS、PCS 工业计算机 控制系统打下基础。 《过程控制及自动化仪表》是工科电类学生典型的专业基础课程，对于学生专业能力的 发展关系重大。国内很多高校都把它列为学位课和研究生入学考试的专业课。 教学重点、 难点 1 过程控制基础：自动控制系统基本概念，自动控制系统的组成，过渡过程与品质指标 2 被控对象特性：工业常用对象的特点及描述方法，对象特性参数及其测定方法，常见单容和 双容工业对象应用 3 常用检测仪表：常用压力温度流量物位仪表的工作原理、特点、应用及选型 4 控制仪表及及控制规律：基本控制规律及其对系统过渡过程的影响，PID 运算原理，模拟 控制器基本原理，数字控制算法， 5 执行器 ：执行器的基本组成，气动薄膜阀的结构、特点及应用，电动控制阀的结构、特 点及应用，执行器气开气关形式及控制器正反作用的选择，控制阀口径的选择，仪表防爆技 术 6 计算机控制系统：计算机控制系统的组成与特点，DDC 系统的基本原理，DCS、FCS 和 SCADA 等常见计算机过程控制系统的基本概念 7 简单控制与复杂控制系统：简单控制系统的结构与组成，调节方案，调节规律及整定。串 级调节系统，比值调节系统，均匀调节系统和前馈调节系统 8 工业自动化系统应用举例：石油加工，工业锅炉控制等 教材和参 考书 1. 历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社 2. 赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社 3． 范玉久，《化工测量及仪表》，化学工业出版社 4． 周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社
西安石油大学教案 学时:2 章节 概述:0-1自动化仪表及其发展概况:0-2工业控制系统及其组成 识点利1、自动化仪表的概念及其发展: 分析方法 2、DDZ仪表及其控制系统 引入工业控制系统概念,介绍过程控制系统的结构特征 难点 介绍课程各章节内容在系统中的位置和作用 掌握学会常用一次仪表和二次仪表安装及其连线 要求掌握过程控制仪表的两线制连接 内容 过程控制仪表的活零点 教授思 路,采用 的教学方 法和辅介绍工业过程控制系统的基本概念 手段,引入电动单元组合仪表的概念 板书设讲授加多媒体演示 计,重点 公式推导用板书,各类仪表实物用多媒体 如何突 难点需举例说明 出,难点 如何解讨论:过程控制系统标准信号的特点及仪表精度指标应用 决,师生 互动等 本章思考思考题:现行国际电工委员会过程控制系统模拟信号标准为:直流电流信号 和题( ),直流电压信号(
2 西安石油大学教案 学 时： 2 章节 概述：0-1 自动化仪表及其发展概况；0-2 工业控制系统及其组成 知识点和 分析方法 1、自动化仪表的概念及其发展； 2、DDZ 仪表及其控制系统； 重点 难点 引入工业控制系统概念，介绍过程控制系统的结构特征 介绍课程各章节内容在系统中的位置和作用 掌握学会常用一次仪表和二次仪表安装及其连线 要求掌握 内容 过程控制仪表的两线制连接 过程控制仪表的活零点 教授思 路，采用 的教学方 法和 辅 助手段， 板书设 计，重点 如何突 出，难点 如何解 决，师生 互动等 介绍工业过程控制系统的基本概念 引入电动单元组合仪表的概念 讲授加多媒体演示 公式推导用板书，各类仪表实物用多媒体 难点需举例说明 讨论：过程控制系统标准信号的特点及仪表精度指标应用 本章思考题 和习题 思考题：现行国际电工委员会过程控制系统模拟信号标准为：直流电流信号 （ ），直流电压信号（ ）
历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版.化学工业出版社 吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社 刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社 参考资料侯志林、《过程控制及自动化仪表》,机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》.天津大学出版社
3 主要 参考资料 历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社 吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社 刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》. 天津大学出版社
西安石油大学教案 学时:4 章节 0-3自动化仪表的基本技术指标 识点和 析方法自动化仪表的基本性能指标 重点 难点 测量误差与仪表的精度的概念 要求掌握 内容 精度,变差,灵敏度,灵敏限等 教授思 路,采用 的教学方 法和辅 讲授加多媒体演示 手段 板书设引入仪表精确性、快速性和可靠性概念 通过日常生活经验讨论工业仪表技术指标应用 如何突讨论:过程控制系统标准信号的特点及仪表精度指标应用 次仪表的选型 如何解 决,师生 互动等 习题:0-1,0-3,0-4 本章思 和习题思考题:某精度为0.5级的测温仪表测温范围-100~100℃,问该仪表在正常使用情 况下的最大绝对误差是多少 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 主要 考资料天津大学化工学院主编,《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》.天津大学出版社
4 西安石油大学教案 学 时： 4 章节 0-3 自动化仪表的基本技术指标 知识点和 分析方法 自动化仪表的基本性能指标 重点 难点 测量误差与仪表的精度的概念 要求掌握 内容 精度，变差，灵敏度，灵敏限等 教授思 路，采用 的教学方 法和 辅 助手段， 板书设 计，重点 如何突 出，难点 如何解 决，师生 互动等 讲授加多媒体演示 引入仪表精确性、快速性和可靠性概念 通过日常生活经验讨论工业仪表技术指标应用 讨论：过程控制系统标准信号的特点及仪表精度指标应用 一次仪表的选型 本章思考题 和习题 习题：0-1,0-3,0-4 思考题：某精度为 0.5 级的测温仪表测温范围－100～100℃，问该仪表在正常使用情 况下的最大绝对误差是多少？ 主要 参考资料 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》. 天津大学出版社
西安石油大学教案 学时:4 章节 第一章检测仪表:1.1温度检测仪表工作原理及其应用 1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法 i识点利2、掌握热电偶的测温原理及其应用 析方法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 热电偶的冷端延伸和冷端补偿 重点 难点 热电势公式的推导和应用 热电阻的三线制: 分度表,分度号,第三导体定理,热电阻公式,热电偶、热电阻在工业现场的基本 要求掌握 内容 热敏电阻 常用温度仪表(如热电阻、热电偶)及显示仪表的工作原理、特点应用及选型 温度变送器的基本结构及应用 教授思 路,采用 的教学 讲授加多媒体演示 法和辅可以带传感器和变送器实物来教室教学 助手段,膨胀式温度计、压力式温度计、非接触式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计 板书设重点是热电偶和热电阻 计,重点简介工业温度检测的历史与发展 如何突讨论题:温度的实质是什么? 如何可以到达检测的目的? 如何解 在线检测的特点时什么? 互动等
5 西安石油大学教案 学 时： 4 章节 第一章 检测仪表：1.1 温度检测仪表工作原理及其应用 知识点和 分析方法 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； 重点 难点 热电偶的冷端延伸和冷端补偿， 热电势公式的推导和应用 热电阻的三线制； 要求掌握 内容 分度表，分度号，第三导体定理，热电阻公式，热电偶、热电阻在工业现场的基本 应用 热敏电阻 常用温度仪表（如热电阻、热电偶）及显示仪表的工作原理、特点应用及选型 温度变送器的基本结构及应用 教授思 路，采用 的教学方 法和 辅 助手段， 板书设 计，重点 如何突 出，难点 如何解 决，师生 互动等 讲授加多媒体演示 可以带传感器和变送器实物来教室教学 膨胀式温度计、压力式温度计、非接触式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计 重点是热电偶和热电阻 简介工业温度检测的历史与发展 讨论题：温度的实质是什么？ 如何可以到达检测的目的？ 在线检测的特点时什么？
习题:1-1,1-2 思考题:在用热电偶测温时常需要采用补偿导线。补偿导线的作用是()。 a.为了接入其它测量仪表 本章思考题b为了延伸冷端,使冷端远离热端 和习题 c.与第三种导线的作用相同 d为了补偿回路的热电势 思考题:热电阻温度计是根据()原理来测量温度的 思考题:工业热电偶应用时使用补偿导线的目的是什么? 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 主要侯志林,《过程控制及自动化仪表》机械工业出版社 参考资料 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》.天津大学出版社
6 本章思考题 和习题 习题：1-1,1-2 思考题：在用热电偶测温时,常需要采用补偿导线。补偿导线的作用是（ ）。 a.为了接入其它测量仪表 b.为了延伸冷端，使冷端远离热端 c.与第三种导线的作用相同 d.为了补偿回路的热电势 思考题：热电阻温度计是根据（ ）原理来测量温度的。 思考题：工业热电偶应用时使用补偿导线的目的是什么? 主要 参考资料 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》. 天津大学出版社. 备注
西安石油大学教案 学时:2 章节 12压力检测仪表工作原理及其应用 识点和了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理 析方法理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理 重点 难点 差动电容压力变送器工作原理 求掌握常用压力检测仪表(如弹簧管压力表、电容式压力传感器等)的基本原理、特点应用 内容及选型 教授思 路,采用 的教学方 法和辅弹性压力计、力平衡式压力计、位移式压力计、固态测压仪表 功手段,注意本节个别内容在“工业检测技术”课程内有所涉及。具体分工是:“工业检测技 板书设术”强调传感器原理,本课程则以工业现场应用技术为主 讲授,讨论加多媒体演示 如何突 注意压力的概念在工业领域中与物理概念的区别 强调法定物理单位 如何解 互动等
7 西安石油大学教案 学 时： 2 章节 1.2 压力检测仪表工作原理及其应用 知识点和 分析方法 了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理； 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； 重点 难点 差动电容压力变送器工作原理 要求掌握 内容 常用压力检测仪表(如弹簧管压力表、电容式压力传感器等)的基本原理、特点应用 及选型 教授思 路，采用 的教学方 法和 辅 助手段， 板书设 计，重点 如何突 出，难点 如何解 决，师生 互动等 弹性压力计、力平衡式压力计、位移式压力计、固态测压仪表 注意本节个别内容在“工业检测技术”课程内有所涉及。具体分工是：“工业检测技 术”强调传感器原理，本课程则以工业现场应用技术为主。 讲授，讨论加多媒体演示 注意压力的概念在工业领域中与物理概念的区别 强调法定物理单位
习题:1-5 思考题:哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的 思考题:电容式差压变送器测量部分如图所示,问其中哪部分是作为测量膜片的电 容动极片? 本章思 和习题 范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 主要侯志林.《过程控制及自动化仪表》机械工业出版社 考资料天津大学化工学院主编,《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》.天津大学出版社
8 本章思考题 和习题 习题：1-5 思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的 思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电 容动极片？ 主要 参考资料 范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》. 天津大学出版社. 备注
西安石油大学教案 学时:2 章节 13流量检测仪表工作原理及其应用 i识点利理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用 析方法理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用 重点差压流量计的流量公式及其推导 难点 差压变送器的零点迁移原理 腰求掌握掌握常用流量仪表(如差压式流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、 内容「电磁流量计及旋涡流量计等)的工作原理、特点应用及选型 教授思 路,采用 的教学方 法和辅 讲授,讨论加多媒体演示 功手段, 板书公式推导板书完成 ,重点差压流量测量公式完整推导,其它流量公式推导简化 如何突测量过程用动画演示:节流现象,椭齿工作原理,涡轮流量测量 由,难点应用伯努利方程的公式推导,尽量从原理上介绍 如何解 互动等 习题:1-7 思考 章思考1,电容差压传感器与力矩平衡式相比在结构上的突出优点是什么? 和习题 2,差压流量计的流量方程是根据哪些基本物理定律推导出来的? 思考题:流量计中哪一个最适合小流量、小管经和低雷诺数的流量测量?
9 西安石油大学教案 学 时： 2 章节 1.3 流量检测仪表工作原理及其应用 知识点和 分析方法 理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。 理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用； 重点 难点 差压流量计的流量公式及其推导； 差压变送器的零点迁移原理。 要求掌握 内容 掌握常用流量仪表（如差压式流量计、转子流量计、椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、 电磁流量计及旋涡流量计等）的工作原理、特点应用及选型 教授思 路，采用 的教学方 法和 辅 助手段， 板书设 计，重点 如何突 出，难点 如何解 决，师生 互动等 讲授，讨论加多媒体演示 公式推导板书完成 差压流量测量公式完整推导，其它流量公式推导简化 测量过程用动画演示：节流现象，椭齿工作原理，涡轮流量测量 应用伯努利方程的公式推导，尽量从原理上介绍 本章思考题 和习题 习题：1-7 思考题： 1，电容差压传感器与力矩平衡式相比在结构上的突出优点是什么？ 2，差压流量计的流量方程是根据哪些基本物理定律推导出来的？ 思考题：流量计中哪一个最适合小流量、小管经和低雷诺数的流量测量？
范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 主要侯志林.《过程控制及自动化仪表》机械工业出版社 考资料天津大学化工学院主编《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》.天津大学出版社
10 主要 参考资料 范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社 吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社 侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社 天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟 试题》. 天津大学出版社
