《过程控制工程》课程教学大纲.docx

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1、过程控制工程教学大纲一、课程基本信息课程名称过程控制工程Process Control Engineering课程编码CTL121011025开课院部控制科学与工程学院课程团队过程控制工程教学团队学分2.5课内学时40讲授40实验0上机0实践0课外学时40适用专业自动化授课语言中文先修课程自动控制原理、专业认识实习、传感器与检测技术、现代控制理论、过程控制仪表与装置课程简介 （必修）过程控制工程是自动化专业的一门技术性、实践性很强的专业课，它是该专业的必修（学位）课程，也是对前面所学控制类课程的综 合。通过这门课的教学，培养学生能运用自动控制理论的能力，培养学生将控制理论结合生产过程机理，利用

2、自动化仪表及计算机技术掌 握工业生产过程控制系统的分析、设计、运行等专业知识的能力，提高学生解决自动化专业领域的复杂工程问题的能力。（对应毕业要求： 1.4、2.4、3.2、3.3、7. 1）Process control engineering is a technical and practical course, it is a compulsory (degree) of the professional course and the comprehensive control over what they have learned in front of the class cour

3、se. Through the teaching of this course, students can develop the ability to use automatic control theory, students can master analysis, design, operation and other professional knowledge of industrial process control system with the production mechanism of the use of automation instrument and compu

4、ter technology and improve the ability to solve complex engineering problems in the field of automation. (Corresponding to graduation requirements: ： 1.4、2.4、3.2、3.3、7. 1)负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：理解过程控制基本概念，掌握简单控制的基本组成以及各部分对控制系统的影响、掌握复杂 控制系统的组成、特点、原理以及应用场合。是1.42M2目标2：针对实际工业过程的现

5、有的控制方案，能够画出控制方框（块）图，分析现有控制系统的 各部分作用，以及控制性能优劣。是2.43M3目标3 ：掌握PID及其他复杂控制器的设计和实施方法；掌握执行器及变送器的特性对控制系统的影 响。是3.24M4目标4 ：能够针对石油化工中常见工业设备如加热炉、换热器、精镭塔、反应器等，掌握其工艺原 理，能够根据被控对象的特性及具体的控制要求，设计合理的控制方案。是3.35M5目标5 ：理解不同控制方案对产品质量、装置节能、环境保护和可持续发展的影响；是7. 1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第1章第1章概论本章重点：工业生产过

6、程控制概述，过程控制的发展与趋势； 过程控制工程的研究对象与任务；常规及先进控制策略；过程 控制工程的目的、性质与本专业的关系。M1,M5/21. 11.1课程教学目的过程控制的知识体系及教学目的。Ml0.5讲授0. 5自学31.21.2过程控制系统 的概念与分类过程控制的基本概念，术语；控制系统分类；引导学生思考反 馈和前馈的概念。M1,M50.5讲授0.5作业/自学41.31.3综合自动化体 系结构综合自动化体系结构，数字/智慧工厂等概念。Ml, M50.5讲授0.5作业/自学51.41.4控制系统的设 计与实施步骤控制系统设计目标、设计与实施步骤。Ml0.5讲授0.5作业/自学6第2章第

7、2章单回路控 制系统本章重点：单回路控制系统的分析、设计、参数整定与投运方 法；掌握各坏书的动态特性对系统性能的影响。本章难点：被 控对象建模、PID参数对控制性能影响。M1,M2,M3/72. 12.1回路控制系统 的结构及性能指标了解单回路控制系统的基本机构以及控制系统的评价指标。Ml, M20.5讲授0.5作业82.22. 2被控对象特性 及建模方法过程特性的类型，参数K、T、t对调节品质的影响，被控对象 的建模。Ml, M21讲授/讨论1作业/自学92.32.3检测元件与变 送器检测元件与变送器的动态特性，滞后问题对调节品质的影响。Ml, M20.5讲授/讨论0.5作业/自学102.4

8、2. 4执行器对控制 系统的影响执行器的选择、类型、理想流量特性及工作流量特性，动态特 性。Ml, M20.5讲授/讨论0.5作业/自学112.52. 5 PID控制器参 数整定方法控制器正反作用的选择；连续PTD控制算法及对控制性能的影 响；继电特性与鲁棒PID参数整定方法；控制器投运及积分饱 防止。Ml, M2, M33讲授/讨论 /翻转课堂3作业/自学 /仿真12第3章第3章复杂控制 系统本章重点：复杂控制系统包括串级控制、均匀控制、比值控 制、前馈控制、分程控制、选择控制系统，掌握上述各种控制 系统的原理、功能、特点、应用场合；能针对实际问题，正确 的设计、实施、投运调节系统。本章难点

9、：串级控制、前馈控 制、选择控制。3,M4/133. 13. 1串级控制基本概念、原理与特点、方框图，串级控制系统的应用场合， 系统分析设计、投运及参数整定。3, M42.5讲授/讨论2. 5作业/自学 /仿真143.23. 2均匀控制基本概念及应用场合，常见均匀控制方案，参数整定。30.5讲授/讨论0. 5作业/自学 /仿真153.33. 3前馈控制基本概念、原理及特点，前馈类型，系统设计，前馈于反馈系 统的结合，工程实施中的若干问题。3, M42讲授/讨论2作业/自学 /仿真163.43.4比值控制基本概念，常见比值控制方案及其特点，比值控制方案的实 施，系统的投运与调节器参数整定，DCS

10、中比值控制的实现 等。3, M42讲授/讨论2作业/自学 /仿真173.53. 5分程控制基本概念，分程控制的目的，实施中的几个问题（控制阀形 式、分程区间，非线性补偿等）。3,M41讲授/讨论1作业/自学 /仿真183.63. 6选择控制基本概念与类型，工程设计与实施中的几个问题（积分饱和， 确定选择器），工程示例。3, M41讲授/讨论1作业/自学 /仿真19第4章第4章解耦控制 系统分析与设计本章重点：相对增益的定义及物理意义，被控变量与控制变量 的配对，耦合系统中控制器参数的整定，解耦器的设计与实 施。本章难点：相对增益的计算，解耦器的设计。M2, M4/204. 14.1相对增益相对

11、增益的基本概念和相对增益的物理意义，相对增益阵的求M21讲授1作业/自学取方法。引导学生对于耦合概念及耦合定量的分析的思考。214.24. 2耦合系统的变 量配对与控制参数 整定MTM0系统变量配对控制及控制参数整定。M40.5讲授/讨论0. 5作业/自学224.34. 3.多回路系统的 解耦设计串级解耦及前馈解耦控制方案及实施问题。M2, M41讲授/讨论1作业/自学 /仿真23第5章第5章先进过程 控制技术本章重点：史密斯补偿原理，内模控制系统的结构域性质，内 模控制器的设计方法，改进型内模控制系统，模型预测控制的 基本原理，先进控制及应用。本章难点：内模控制及预测控 制。M2, M5/2

12、45. 15.1史密斯预估控 制及内模控制史密斯补偿原理，内模控制结构及内模控制器设计方法及改 进。M21讲授/讨论1作业/自学 /仿真255.25. 2预测控制预控控制基本原理及算法。M2, M52讲授/讨论2作业/自学 /仿真265.35.3先进控制概 述及应用介绍先进控制算法及其应用情况；引导学生查阅文献，追踪当 前科技前沿。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学275.45. 4非线性液位控 制基于内模和预测控制的非线性液位控制。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学285.55.5加热炉支路平 衡控制常规加热炉支路平衡，基于能量平衡的加热炉控制。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学

13、295.65. 6工业大数据基 本概述及应用介绍工业大数据相关知识和应用情况。引导学生查阅文献，了 解当前大数据应用的最新技术。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学30第6章第6章传热设备 的控制本章重点难点：传热设备的种类，传热设备的特性，常见传热 设备包括加热炉和锅炉的控制方案。本章难点：锅炉控制方 案。M1,M2,M4/316. 16.1传热设备的特 性换热器的静特性、动特性。Ml, M21讲授1作业/自学326.26. 2 .换热器的控 制方案调节载热体流量，调节热体的汽化温度，调节传热面积将工艺 介质分路。41讲授/讨论1作业/自学336.36.3 .锅炉设备的 控制方案锅炉气包水

14、位的自动控制，蒸汽过热系统的自动控制，锅炉燃 烧系统的自动控制实例。43讲授/讨论 /翻转课堂3作业/自学34第7章第7章精镭塔的 自动控制本章重点：精僧塔的控制目标，精馄塔的静态特性，精僧塔质 量指标的选择，精镭塔的基本控制方案以及精储塔的复杂控制 方案。本章难点：精僧塔的先进控制方案。M1,M2,M4/357. 17.1精镭塔的特性精镭塔的静态特性，动态特性。Ml, M21讲授1自学367.27. 2精镭塔的基本 控制方案精循塔控制要求，精镭段的控制方案，提储段的控制方案，精 福塔的压力控制等。Ml, M2, M42讲授2作业/自学377.37. 3精僧塔先进控 制方案灵敏板温差控制，双温

15、差控制，内回流控制，热蛤控制，产品 质量控制等。41讲授/讨论1作业/自学 /仿真387.47. 4常减压控制方 案介绍常减压装置的控制方案。41讲授/讨论 /翻转课堂1作业/自学39第8章第8章化学反应 过程控制本章重点：化学反应器的类型，化学反应的基本规律，化学反 应器的基本动态方程式及热稳定性，化学反应器的温度控制、 外围条件的稳定控制，几种典型化学反应器的控制方案。4/408. 18.1化学反应过程 概述及动态模型介绍化学反应动力学相关知识和反应器动态建模，分析反应器 的热稳定性。Ml, M21讲授1作业418.28. 2反应器的基本 控制方案介绍化学反应器的基本控制方案和工业中典型的

16、反应器的控制 方案。41讲授/讨论1作业/自学42第9章第9章过程安全 与控制本章重点：过程控制安全的概念和要求，SIS系统。本章难 点：安全仪表SIL等级的评估与实施M2, M5/439. 19.1控制系统安全 设计介绍过程安全的概念及要求，ESD、SIS、BMS的控制方案。引 导学生思考安全的概念及安全与社会的关系。M2, M51讲授/讨论1自学449.29. 2安全仪表系统 应用介绍工艺安全设计及安全仪表SIL等级的评估与实施。M2, M51讲授/讨论1自学45第10第10章过程优 化与智能工厂本章重点：过程控制安全的概念和要求，sis系统。本章难 点：安全仪表S1L等级的评估与实施。M

17、2, M5/4610. 110.1石油化工过 程智能工厂介绍智能工厂架构以及其中的BPC、APC、RTO、优化调度、控 制器性能监控、过程报警管理。M2, M51讲授/讨论1作业4710.210. 2过程优化生产过程中的实时优化问题描述、优化算法及应用案例。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学4810.310.3控制器性能 评价PID控制器性能评价、回路调节阀粘滞特性判断。查阅文件， 了解最新技术。M2, M50.5讲授/讨论0.5自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时表现1 .完成每章布置的作业。2 .参加课堂活动，如果随堂测试、提问、课堂讨论等。10%2在线学习1 .完成在线

18、课堂的各章节知识点学习。2 .完成在线课堂的各章测试。3 .完成在线综合测试。10%3小组讨论1.在讨论课中，对学生进行分组，按照小组完成情况和个人表现进行评分。10%4期末考试1 .闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2 .主要考核学生对过程控制系统基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有 填空题、简答题、分析题、设计题等。70%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时表现30%A-能够熟练掌握简单控制系统的各部分的基本概念及其对控制性能的影响。能够熟练掌握复杂控制系统的 原理和特点。B-能够熟练掌握简单控制系统的各部分的基本

19、概念及其对控制性能的影响。能够基本掌握复 杂控制系统的原理和特点。C-基本掌握简单控制系统的各部分的基本概念及其对控制性能的影响。能够基 本掌握复杂控制系统的原理和特点。D-不能掌握复杂控制系统的原理和特点。基本掌握简单控制系统各部 分作用。2Ml在线学习40%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩。3Ml期末考试30%依据试卷评分标准4M2平时表现20%A-能够熟练画出控制系统的方框图。能够熟练分析控制器的正反作用及执行器的气开气关选择。结合实际 系统，能够熟练分析控制系统出现问题的原因。B-能够熟练画出控制系统的方框图。能够熟练分析控制器 的正反作用及执行器的气开气关选择。结合实际系统

20、，基本能够分析控制系统出现问题的原因。C-能够熟 练画出控制系统的方框图。能够基本分析控制器的正反作用及执行器的气开气关选择。D-无法画出系统的 方框图，无法分析控制器的正反作用及执行器气开气关选择。5M2在线学习20%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩。6M2小组讨论20%A-在课堂讨论中，能够熟练画出控制系统的方框图。能够熟练分析控制器的正反作用及执行器的气开气关 选择。结合实际系统，能够熟练分析控制系统出现问题的原因。B-在课堂讨论中，能够熟练画出控制系统 的方框图。能够熟练分析控制器的正反作用及执行器的气开气关选择。结合实际系统，基本能够分析控制 系统出现问题的原因。c-在课堂

21、讨论中，能够熟练画出控制系统的方框图。基本可以分析控制器的正反作 用及执行器的气开气关选择。D-在课堂讨论中，无法画出系统的方框图，无法分析控制器的正反作用及执 行器气开气关选择。7M2期末考试40%依据试卷评分标准8M3平时表现40%A-熟练掌握PID参数整定方法，熟练掌握史密斯预估控制器及解耦控制器的设计方法。了解预测控制器的 基本原理。B-熟练掌握PID参数整定方法，熟练掌握史密斯预估控制器及解耦控制器的设计方法。C-基本 掌握PID参数整定方法，基本掌握史密斯预估控制器及解耦控制器的设计方法。D-无法掌握PID参数整定 方法，无法掌握史密斯预估控制器及解耦控制器的设计方法。9M3在线学

22、习40%根据在线学习任务完成情况及测试结果评定成绩。10M3期末考试20%依据试卷评分标准11M4平时表现20%A-熟练掌握控制方案的设计方法。根据控制要求，正确设计合理的控制方案。能够画出控制系统的方框图 和带控制点的工艺流程图。设计出控制系统各坏书的细节。B-熟练掌握控制方案的设计方法。根据控制要 求，正确设计合理的控制方案。能够画出控制系统的方框图和带控制点的工艺流程图。c-根据控制要求， 正确设计合理的控制方案。基本能够画出控制系统的方框图和带控制点的工艺流程图。D-无法根据控制要 求，设计合理的控制方案。不会画出控制系统的方框图和带控制点的工艺流程图。12M4在线学习20%根据在线学

23、习任务完成情况及测试结果评定成绩。13M4小组讨论20%A-在课堂讨论中，熟练掌握控制方案的设计方法，画出控制系统的方框图和带控制点的工艺流程图，并完 成细节设计。B-在课堂讨论中，正确设计合理的控制方案。能够画出控制系统的方框图和带控制点的工艺 流程图。C-在课堂讨论中，能正确设计合理的控制方案。基本能够画出控制系统的方框图和带控制点的工 艺流程图。D-在课堂讨论中，无法根据控制要求，设计合理的控制方案。不会画出控制系统的方框图和带 控制点的工艺流程图。14M4期末考试40%依据试卷评分标准15M5小组讨论100%A-在课堂讨论中，能够较好的理解控制方案对环境保护和可持续发展的。在控制方案设

24、计中考虑环境保护 的因素。B-在课堂讨论中，能够理解控制方案对环境保护和可持续发展的。在控制方案设计中考虑环境保 护的因素。C-在控制方案设计中考虑环境保护的因素。D-无法理解控制方案对环境保护和可持续发展的。评分等级说明：A, B, C, D, E=90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C=90-100, 75-89, 60-74, 0-59; M, N = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1过程控制工程，戴连奎，化学工业出版社，2012, ISBN:978-7-122-14946-6. （*主教材）2图书1过程控制，潘立登，机械工业出版社，2008.3图书1过程控制工程，俞金寿，顾幸生，高等教育出版社，2012.4图书 Process Dynamics and Control, Dale E. Seborg, Library of Congress catalogging-in-Publication Data, 2016, ISBN:978-1-119- 28591-5.