《环境工程自动控制》课程教学大纲（本科）.docx

环境工程自动控制课程教学大纲课程英文 名Automation Control of Environment Engineering课程代码06M0033学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别学科专业课课程性 质必修先修课程控制工程基础、水污染控制工程适用专业环境工程开课学院质量与安全工程学院执笔人审定人制定时间2022年12月一、课程的地位和任务（-）课程地位自动化控制技术在环境工程领域的重要性日趋明显，其投资在整个处理系统中占的份额 甚至可达20%50%,自动控制技术不仅可以降低整个环境处理工程的系统能耗，还可保证 处理效果稳定，或增加处理能力，自动化控制措施已成为环境工程项目必要配套。因此，作 为环境工程专业的学生，对环境工程领域的自控技术加深认识和理解是十分必要的。本课程 以废水处理自动控制体系为讲授核心，介绍仪表、控制和自动化（ICA）技术在污水系统的 应用现状，以及针对单元过程和完整工艺进行控制的方法和手段，使学生对环境工程中仪表 及自动化控制方法有初步认识，可以进行简单的自控设计和运行操作。是环境工程专业的重 要拓展型专业选修课。（二）课程目标1 .具有环境工程自动控制系统的基本知识：掌握自动控制系统的基本概念、基本原理和 实现方式、深刻理解不同工艺的设计思想、深刻理解基于不同原理而来的工艺特征和应用方 向差异，厚重学生的专业基础知识。2 .具有环境工程自动控制系统的识读和分析能力：要求深刻理解与熟练掌握自动控制系 统的内容，了解及其由此而来的数据的不确定性，建立之间及未来采取的可能处理工艺之间 的相应逻辑关系。3 .具有环境工程自动控制系统的设计能力：掌握简单及复杂控制系统的设计方法，能进 行被控参数、控制参数、执行器、检测仪的选择、能进行控制规律的设计、能进行控制系统 的整合、能进行控制系统的编程与调试、参数整定。具有初步的环境工程自动控制系统设计 的实践能力，具有一定的利用工程思维分析和解决问题的能力。二、课程目标达成的途径与方法课程目标教学环节对应内容课程目标1讲授第1、2部分知识以及作业1、环境工程自控技术概述2、带控制点工艺流程图的识读课程目标2讲授第3-7部分及作业3、自控对象特性分析4、环境工程中检测变送仪表的选择5、环境工程中执行器的选择6、环境工程中控制规律7、PLC的基本命令和编程课程目标3讲授第8-10部分，本课程所有 作业及实验8、简单控制系统9、复杂控制系统10计算机控制系统的应用三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标毕业要求(支撑程度H、M、L)23课程目标(1)HH课程目标(2)HM课程目标(3)HH注：1 .支撑强度分别填写H、M或L (其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低)。 四、课程主要内容与基本要求1、环境工程自控技术概述：介绍控制与自动化技术的现状和发展，要求学生对此有概念性的认识，了解优先控制目 标。了解自控技术在环境工程中的应用，并对自控技术在环境工程中的发展趋势有清晰的认 识。2、带控制点工艺流程图的识读：了解和掌握设备、工艺管道、管件与阀门、仪表的表达与标注。学习PID图的绘制3、自控对象特性分析：介绍自动控制的基本概念与基本要求自控品质的基本参数，学习被控对象的基本概念与 基本参数，了解控制通道与干扰通道的表达模型。4、环境工程中检测变送仪表的选择：介绍环境工程中可能应用到的传感器/分析器，要求学生了解环境工程中常用的营养物传 感器/分析器，并对传感器的特征有清晰的认识。学习掌握常用控制仪表的选择方法。5、环境工程中执行器的选择：介绍执行器的结构组成与工作原理，掌握执行器的工作流量特性，掌握执行器的选择方 法及校验方法，了解执行器的安装与维护方法。6、环境工程中控制规律：介绍PID控制器规律的定义、类型及特点，学习掌握比例控制、积分控制、微分控制的 特征参数。了解其定性与定量设定方法。7、PLC的基本命令和编程介绍PLC的物理结构和编程语言。应用，要求学生了解PLC的基本命令，了解模拟量控制编程命令，掌握数模转换和量值整定方法。8、简单控制系统：介绍简单控制系统的基本结构与组成，以环境工程的单元控制为案例，要求学生对过程 控制的特征有较深入的理解，并掌握简单控制系统的设计的常规步骤，掌握如何选择被控变 量和操纵变量，如何进行控制系统的投运与参数整定。9、复杂控制系统：介绍串级控制和比值控制系统的结构与原理，介绍分析温度、DO、等因子串级控制方案、 比值控制系统在自来水消毒体系中的应用均匀控制和分程控制系统的结构与原理、在曝气池 液位流量系统控制和优化中的应用、分程控制系统在工业废水pH控制中的应用等案例。10计算机控制系统的应用（参观模拟系统及简单操作）主要以污水系统运行观点综合介绍自动化控制在环境工程厂（站）的应用，要求学生掌握集散控制系统、现场总线控制系统的结构，通过案例分析建立控制系统的结构化概念。五、课程教学学时安排教学内容教学 时数学生任务对应课程 目标1.环境工程自控技术概述2了解自控系统的基本结 构和自控品质表达方式12.带控制点工艺流程图的识读2绘制带控制点的污水处 理工艺流程图13.自控对象特性分析2了解自控对象的控制通 道与干扰通道24.环境工程中检测变送仪表的选择2掌握检测仪的精度和量 程的选择25.环境工程中执行器的选择2课后作业2题目26.环境工程中控制规律2列出P、PI、PID控制优 缺点，适用范围27. PLC的基本命令和编程2编制SBR控制程序28.简单控制系统2进行水泵控制系统分析 与选择39.复杂控制系统4进行风机控制系统分析 与选择310.计算机控制系统的应用2参观污水处埋模拟控制 系统3六、实践环节及基本要求实践环节的教学内容主要以单元设计方式开展，根据学习情况和从以下实验内容中选取 1单元过程泵及水泵站的控制（液位控制系统）主要针对水泵的运行方式和液位及调节容量的控制进行介绍，要求学生对流量控制的控 制值设定的因果深入理解，能对集水井、高位水塔、和调节池的的水泵运行控制逻辑进行确定和控制。2单元过程过滤系统的控制（压力控制系统）主要针对滤池的运行方式和压力控制系统进行介绍，要求学生对滤池控制压力或处理容 量的控制值设定的因果深入理解，能对给水滤池、生物滤池及大气处理的布袋除尘系统（拓 展内容）的运行控制逻辑进行确定和控制。3单元过程控制曝气量和溶解氧的控制（工艺参数控制系统）主要针对曝气量和溶解氧的控制进行介绍，要求学生对溶解氧的控制值设定的因果深入 理解，能对完全混合曝气反应器中DO设定值、推流式反应器DO设定值和间歇运行系统曝 气阶段反应时间进行确定和控制。4单元过程污泥、混合液和污水量的控制（综合要求型控制系统）主要针对污泥、混合液和污水量的控制进行介绍，要求学生理解硝化液回流量、外碳源 投加量、SRT和污泥排放量、污泥回流量、分段进水、污水调节池的自动化控制。5单元过程SBR池的控制（时序型控制系统）主要针对序批式反应器（SBR）的控制进行介绍，要求学生理解SBR反应器中控制值设 定的工艺原理和实现方法。序 号实验项目学时基本要求学生 任务实验 性质实验 类别1水泵及水泵 站的控制4设计利用液位进行高低位水 塔水泵控制的PLC程序设计控制方案、设计PLC程序设计必做2快滤池的控 制4设计利用压力或时间周期进 行滤池控制的PLC程序设计控制方案、设计PLC程序设计选做3SBR池的控 制4设计利用时间周期进行SBR 池控制的PLC程序设计控制方案、设计PLC程序设计必做4风机控制4设计利用DO变化值进行风 机运行控制的PLC程序设计控制方案、设计 PLC程序设计选做七、考核方法及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成 绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发 言、平时作业等点名记录讨论发言记录作业批改成绩10实验考核实验操作、实验报告根据实验的预习情况和报告情况打分30期末考核开卷试卷参考答案和评分标准60考核类别考查成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1 .污水系统的仪表、控制和自动化，奥尔森等著，马勇、彭永臻译，中国建筑工业出 版社，2015年7月，第三版2 .给排水工程仪表与控制，崔福义、彭永臻，中国建筑工业出版社，2006年7月， 第二版3 .环境工程机械化与自动化，夏畅斌，化学工业出版社，2008年7月，第二版（二）主要参考书：1、城市环境工程系统运行及过程控制，马勇，科学出版社，2007年7月，第二版2、施汉昌，柯细勇， 编著，环境工程监测仪器原理与应用，北京：化学工业出版社, 2008