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1、序号1周次1授课形式讲授授课章节名称1-1化工自动化发展概况 1-2自动化系统的组成与分类教学目的通过讲解，使学生了解化工自动化的发展概况，基本掌握自动化系统的组成框图与自动化系统的分类。教学重点自动化系统的基本组成，自控系统方框图教学难点自动化系统的基本组成，自控系统方框图使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容 课后体会这部分内容学生掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容简要分析一下整个课程内容。从自动化技术引入化工自动化的概念。一、化工自动化的发展概况1. 仪表自动化阶段由20世纪40年代前的机械式和液动式仪表到基地式仪表，再到气动、电动单元组合仪表（、型），目前型普及使用，部分型仍在使
2、用，型表已淘汰。2. 计算机控制阶段出现了以微处理器为核心的新型智能仪表。把工业控制计算机、微机、顺序控制装置、过程输入输出装置、现场仪表等有机融合在一起的集散型控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）已成为大型工业企业的主流自动化控制系统。3. 综合自动化阶段综合自动化系统称管理控制一体化系统，也称为计算机集成过程系统（CIPS），将计划优化、生产调度、经营管理和决策引入计算机控制系统，使市场意识与优化控制相集合，管理与控制相集合，促使计算机控制系统更加完善二、自动化系统的组成与分类1自动化系统的组成（1）生产装置被控对象生产过程中，需控制工艺参数的生产设备或机器、管道。一个设备上有多
3、个控制系统时，各控制系统的对象可以是生产设备的某一个部分。（2）自动化装置现场仪表：安装在生产装置上的各种参数的检测仪表（传感器及变送器）与执行器。传感器：检测元件；变送器：将传感器输出的信号变换成统一的标准信号进行远距离传送，如010mA电信号（电动型表）、420mA电信号（电动型）、20100Kpa气压信号（气动仪表）。执行器：包括执行机构与调节阀，按能源分有气动、电动和液动三种。控制装置：包括气动、电动控制器及可编程控制器、计算机控制装置等类型。显示仪表：以图表、数字、指示等方式显示被测参数。包括模拟仪表、数字仪表和计算机显示器，与记录仪表（有纸、无纸记录仪）。（3）自控系统方框图方框图
4、有四个要素：信号线、信号相加点、信号分支点和环节。其中每一个方块代表系统中的一个组成部分（环节）。以蒸汽加热器温度控制系统为例，介绍自控系统方框图。图中带箭头的线段仅表示各环节间信号的流向，并不表示物料的流向，有时会与物料的流向相反，这与工艺流程图不同。自动控制系统必须是闭环负反馈系统，否则会引起事故。显示仪表在闭环以外，所以不在框图中出现。图中，被控变量：对象内想要达到设定数值的工艺参数。设定值：被控变量的预定值。偏差：被控变量设定值与测量值之差。操作变量：受控制器操纵、用来克服干扰影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。2自动化系统的分类（1）按生产过程的要求分：自动检测系统：对生产过程
5、中的各种工艺变量自动、连续地进行测量和显示，以供操作者观察或直接自动地进行监督和控制生产。自动信号报警及联锁保护：在事故发生前，信号系统自动发出声光报警信号；联锁系统立即采取紧急措施，以保护人身和设备安全。自动操纵系统：按预定的步骤，自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动控制系统：利用自动控制装置，对生产中某些关键性变量进行自动控制，使其保持在规定范围内，保证生产过程正常进行。（2）按控制系统结构分闭环控制系统：分定值控制（设定值为常数）、随动控制（设定值不定）和程序控制（设定值为时间函数）三种形式。开环控制系统：控制器与被控对象间只有正向作用没有反向联系，未构成闭合回路。（3）按生产过程的
6、变量数分单输入单输出系统：可为单回路或多回路控制，主反馈只有一个。多输入多输出系统：有多个输入输出信号，且相互间有耦合。复杂控制系统。三、小结：1. 化工自动化的发展分为仪表自动化阶段、计算机控制阶段和综合自动化阶段。2. 自动化系统的方框图有信号线、信号相加点、信号分支点和环节四个要素，构成闭环负反馈系统，图中箭头只表示信号流向，并不表示物料流向。3. 自动化系统按生产过程的要求可分为自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种类型。四、作业 复习所学内容 序号2周次1授课形式讲授授课章节名称1-3控制系统的过渡过程 1-4工艺管道及控制流程图教学目的通过讲解，使同学们掌握自动控制系统过渡过程
7、的基本形式及其质量指标，基本掌握工艺管道及控制流程图。教学重点过渡过程的质量指标及其表示方法，工艺管道及控制流程图教学难点过渡过程的质量指标及其表示方法，工艺管道及控制流程图使用教具未使用教具。课外作业1复习所学内容 2P.17：2、6、8课后体会少部分学生对过渡过程的质量指标掌握得不够好，完成作业有困难，需进一步讲解。授课主要内容复习提问：自动控制系统的组成框图由哪几部分组成？如果干扰出现，系统将会这样动作？引入新课。一、过渡过程和品质指标 （一）过渡过程1. 控制系统的状态（1）静态（稳态）：被控变量不随时间变化的平衡状态。（2）动态：被控变量随时间变化的不平衡状态。（3）过渡过程：从原有
8、平衡状态过渡到新的平衡状态的过程，即从干扰开始，经过控制，直到系统重新达到新的平衡状态。也是控制作用不断克服干扰作用的过程。（4）干扰作用：破坏系统平衡，使被控变量偏离设定值的各种外来因素。2. 自动控制系统的过渡过程基本形式 （1）发散振荡：被控变量越来越偏离设定值，是不稳定状态，易引起事故。 （2）等幅振荡：被控变量始终在设定值附近上下波动，介于稳定和不稳定之间，是临界状态。 （3）衰减振荡：被控变量经振荡，越来越靠近设定值，是稳定状态。 （4）单调过程：属稳定状态，但变化过程过于缓慢。（二）品质指标1最大偏差最大偏差是指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。它描述了被控变量偏离设定值的
9、程度。超调量max：被控变量最大指示值与新稳态值之差。即以稳态值为基准的第一个波峰。max =B2衰减比：过渡过程曲线上同向相邻两个波的振幅之比。N=B/B 介于4:110:1之间 是动态指标。3余差：过渡过程结束时的残余偏差，为设定值与稳态值之差。余差是静态指标、精度指标。控制系统按有无余差分为有差控制系统（C0）和无差控制系统（C=0）。4过渡时间：过渡过程所经历的时间。是快速性指标。控制系统受到干扰作用后，被控变量从原有稳定状态过渡到新稳态值的5%（或2%）范围内，且不再越出时，所经历的时间。过渡时间越短，表示过渡过程进行得越迅速，越容易克服扰动。5振荡周期：过渡过程曲线上同向相邻两波峰
10、间的时间间隔。振荡周期越短，过渡过程时间越短，越易克服扰动。（三）系统响应从五个基本指标看系统的响应，可从稳定性、快速性、精确性三个方面考虑。二、影响系统品质指标的因素1. 对象特性2. 自动化装置的性能三、管道及控制流程图1化工生产的基本流程：原料输入设备前处理过程（分离或精制）化学反应过程后处理过程（提纯反应生成物、回收未反应原料及副产品）输出设备成品2工艺管道及控制流程图（P&ID）图：在工艺流程图上按流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统、自动报警及联锁保护系统等所构成的图。（1）标注含义：P&ID图中，每个仪表都有由字母代号组合和回路编号组成的仪表位号。字母代号中第一字母表示被
11、测变量，后续字母表示仪表的功能。回路编号第一位数表示工序号，后续数字(二位或三位)表示顺序号。（2）示例： 图中，圆圈外加方框表示集散型控制系统，圆圈外不加方框表示离散仪表；圆圈中无横线表示现场安装，有横线表示集中盘面安装（装于仪表盘）。图1表示温度检测，装于第一个工序第01个回路（位置）。图2表示第106号位置为液位指示控制回路（液位指示控制器装于仪表盘上）。图3表示第598号位置为流量指示控制单元（现场安装的集散型控制系统）四、小结：1. 掌握衰减振荡的品质指标有最大偏差、衰减比、余差、过渡时间及振荡时间等。必须根据具体的控制要求，优先保证主要的质量指标满足要求。2. 应能看懂工艺管道及控
12、制流程图，找出测量点、控制点、控制系统等，明确其标注含义。五、作业：1. 复习所学内容 2. P.17：2、6、8序号3周次2授课形式讲授授课章节名称2-1概述 2-2检测环节的质量指标教学目的通过讲解，使学生基本掌握自动检测系统的组成与检测环节的质量指标。教学重点检测仪表的质量指标。教学难点检测仪表的质量指标。使用教具未使用教具。课外作业复习所学内容课后体会少数学生对精度的计算掌握得不好，需进一步讲解。授课主要内容复习上一章节的内容，由检测仪表引入新课。一、概述1自动检测系统的组成 自动检测系统中主要的自动化装置为传感器和显示仪表。其中传感器一般包括敏感元件、传感元件（转换元件）和测量转换电
13、路三部分。显示仪表是自动检测系统显示或输出被测量数值的装置。其显示方式可以是指针式（模拟式）、数字式、图形显示等几种。2. 检测环节常见信号类型化工生产中，常见的被测量类型有热工量、机械量、物质的性质和成分量、电工量等。为了便于传输、处理和显示，非电量的被测参数通常转换成电气、压力、光等信号类型。 3. 检测环节中的信号传递形式模拟信号、数字信号、开关信号。二、测量过程与测量误差（一）测量过程：被测变量信号通过能量的不断变换和传递，并与相应的测量单位进行比较的过程。（二）测量误差：测量值与被测参数真实值之间的差距。1. 测量误差的分类（1）系统误差：误差的大小和符号均不随测量过程而改变，有规律
14、，可修正。主要由仪表本身的缺陷，观测者的习惯、单因素环境条件的变化等引起。（2）随机误差：同样测量条件下，多次测量结果都不重复的误差。 随机误差在多次测量时，其总体服从统计规律，大多服从正态分布，具有对称性、有界性、抵偿性和单峰性等特点。（3）疏忽误差：由测量者在测量过程中疏忽大意造成，应避免。2. 测量误差的表示方法：（1）绝对误差：测量值与真实值之差。=（2）相对误差：绝对误差与真实值的百分比。 （3）相对百分误差（允许误差）：绝对误差限与仪表量程的百分数表示。=m/(仪表上限-仪表下限)*100%三、检测仪表的质量指标1精度（准确度）：一般用引用误差表示。引用误差用仪表的绝对误差与该仪表
15、量程的百分比表示，即将最大引用误差的“”和%去掉后的数值与国标规定的精度等级相靠拢。工业用表的精度等级有：0.5、1.0、1.5、2.5、4.0。2回差（恒定度）：用同一仪表对相同变量值进行正、反行程测量时，其指示值间的最大差值，用输出量程的百分数表示。注意：正常仪表的回差应小于其允许误差，否则，应及时检修。3灵敏度与灵敏限灵敏度指仪表稳定后，指针位移量与被测变量的变化量之比。 灵敏限指引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。一般仪表的灵敏限不大于仪表允许绝对误差的一半4线性度：反映检测仪表输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。用实际测得的输入-输出曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与
16、测量仪表量程范围之比的百分数来表示。 5测量范围与量程：测量范围的上限值 与下限值 之差就是检测仪表的量程。6稳定性：检测仪表在规定的条件下保持其检测特性恒定不变的能力。五、小结：测量仪表的质量指标有精度、回差、灵敏度、线性度和稳定性等。其中精度和回差最主要的指标。应注意合格测量仪表的回差不能超过其允许误差，否则应检修或降级使用。六、作业：复习所学内容。序号4周次2授课形式讲授授课章节名称2-3检测环节对控制品质的影响 2-4仪表设备的防护教学目的通过讲解，使学生基本掌握影响控制品质的主要因素，掌握仪表设备的防护方法。教学重点仪表设备的防护方法。教学难点仪表设备的防护方法。使用教具未使用教具。
17、课外作业P3：6、7、8、9课后体会学生这部分内容掌握得较好，完成教学任务，实现教学目的。授课主要内容复习提问：检测环节的质量指标有哪些？引入新课。一、检测环节对控制品质的影响1稳定性与可靠性（1）仪表的稳定性与可靠性越好，其维护量越小（2）仪表的电磁兼容性直接影响测量的准确性电磁兼容性指电气设备在规定的电磁环境中能正常工作，而不对该环境或其分设备造成不允许扰动的能力，包括抗电磁干扰能力和发射电磁干扰的极限值。仪表的抗电磁干扰能力越强，而发射电磁干扰的极限值越小，电磁兼容性越好。（3）检测环节的防护能力：包括气象环保能力、防爆性能、机械特性、电气特性 （4）仪表安装、使用和维修：合理安装、正确
18、操作、方便维修便于提高控制质量二、纯滞后由于检测元件的安装位置所引入的纯滞后，会使测量信号不能及时反映被控变量的实际值，影响控制质量，应尽量减小。三、测量滞后由检测元件的时间常数所引起的动态误差，由检测元件的特性所决定。可通过选择快速检测元件、正确使用微分环节等途径来克服。四、电气防爆1. 设计防爆：根据爆炸危险场所的区域等级，设计相应的防爆仪表和电气设备。（1）爆炸性危险场所的划分根据国标规定，爆炸性气体危险场所按危险程度的大小，分为0区、1区和2区三个级别，爆炸性粉尘危险场所分为10区、11区两个级别。危险性前者大于后者。（2）爆炸性危险场所使用的电气设备防爆电气设备分为：类：煤矿井下用电
19、气设备；类：工厂用电气设备增安型“e”：正常运行时不产生点燃爆炸性混合物的火花、电弧或危险温度。隔爆型“d”：具有隔爆外壳，打开外壳前，应先切断电源，否则有爆炸危险。本安型“i”：本质安全，适用于一切危险场所和爆炸性气体，通电时可进行维护。必须和安全栅及外部配线一起构成本安电路，才能防爆。本安型按安全程度和使用场所不同，可分为ia和ib两个等级，ia防护等级高于ib，ia适用于0区和1区，通常用于工厂，ib用于1区，一般用于煤矿井下。正压型“p”：向外壳内充入惰性气体，使内部压力高于周围危险性环境的压力，以阻止外部爆炸性混合物进入壳内引起爆炸。充油型“o”：把带电部件浸入变压器油中，使其不致引
20、起爆炸性混合物爆炸。充砂型“q”：在外壳内充填细砂，使产生的电弧等不能点燃爆炸性混合物。无火花型“n”：在正常运行条件下，不会发生点燃作用的故障。特殊型“s”：采取其他防爆措施的电气设备。（3）防爆电气设备的选型各类防爆电气均设置永久性铭牌标志。铭牌应包括以下主要内容：防爆总标志“Ex”：表示该设备为防爆电气设备；防爆结构型式：表示该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型；防爆设备型式：类：煤矿井下用电气设备；类：工厂用电气设备防爆级别：分A、B、C三级，说明其防爆能力的强弱；温度组别：分为T1T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值；防爆合格证编号及产品出厂日期或编号。2.安装防爆按相应操作
21、规程进行。3.检修防爆定期检查维护，维修工具要合适，测试仪表应为经鉴定的防爆型或本安型仪表，以避免引起诱发性火花或把过高的电压引向不适当的部位。照明灯具要符合防爆要求，采用24V安全电压，使用防爆接头，不在有压力的情况下拆卸仪表。五、仪表及设备的防腐保温1.防腐措施采用防腐材料；采用表面或内壁涂覆耐腐材料；采用隔离防腐。2.保温（1）蒸汽伴热蒸汽伴热一般是将通有蒸汽的伴热管路与仪表管路敷设在一起，再外加保温措施，以达到防冻保温的目的。（2）电伴热以电热元件为热源，属于较稳定的热源，伴热温度可通过温度开关控制；电热元件通常有加热电缆和电热带两种。六、仪表设备的防护等级外壳防护等级由代码字母IP（
22、IP含义为国际防护）、第一位特征数字（表示外壳防止固体异物进入和防止接近危险部件的人手、工具的防护等级）、第二位特征数字（表示外壳防止由于进水对设备造成有害影响的能力）、附加字母、补充字母组成。不要求规定数字时，该处以字母X代替，附加字母和补充字母不要求时，可以不标注。七、小结：检测环节对控制品质的影响主要表现在稳定性和可靠性、安装位置的确定产生的纯滞后及传感器本身的测量滞后。仪表设备的防护包括电气防爆、防腐和保温等。八、作业：P35：6、7、8、9序号5周次3授课形式讲授授课章节名称第三章 工艺参数的检测变送装置 1压力检测之一教学目的通过讲解使学生基本掌握弹性式压力计、电气式压力计的工作原
23、理。教学重点几种常用测压仪表的工作原理。教学难点弹簧管压力表的结构及测量原理、电气式压力计的工作原理。使用教具未使用教具。课外作业复习所学知识课后体会大部分学生这部分内容掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：化工检测中的四大参数是什么？引入新课。一、压力的概念1压力：介质垂直作用在单位面积上的力。2表示方法：绝对压力、表压力、负压力（真空度）当P绝P大气压时，P表=P绝-P大气压 当P绝 h1）当H=0时，P=（h1 h2）2g0，I出0，I出4mA；要使H=0时，I出=4mA，可调整迁移弹簧。迁移的判断：列出P表达式，当H=0时，若P=0，则无迁移；若P0，则为正迁移；若P0，则为
24、负迁移。迁移量：q=|P|（H=0）迁移的标注：在差压变送器的型号后加“A”正迁移；加“B”负迁移。三、法兰式差压变送器1适用范围：腐蚀性或含杂质、结晶颗粒及粘度大、易凝固液体的液位测量。2基本结构：测量头（法兰）、毛细管、变送器法兰及毛细管均充有硅油，作为压力传递介质，并使被测液体不进入毛细管和变送器，以免堵塞。法兰式差压变送器的工作原理及动作过程同普通差压变送器。四、沉筒式液位计1检测元件：沉筒 仪表量程即为沉筒的长度，一般为3002000mm2工作原理：根据变浮力原理工作当液位低于沉筒时，沉筒重力作用在扭力管上，此时作用在扭力管上的扭力矩最大，其自由端逆转的角度最大，从而带动芯轴朝同一方
25、向转过一个相应的角度0当液位高于沉筒下端时，作用于沉筒上的力为沉筒的重量和所受浮力的叠加，作用在扭力管上的扭力矩减小， 扭力管顺时针转回一个角度 hF浮作用力矩M四、大型油罐计量仪1工作原理：实质是差压式测量液位。根据天平原理设计的。罐顶压力P1与罐底压力P2分别引至有效面积相等的两波纹管，产生的作用力使杠杆系统失去平衡，信号经发讯器、控制器，接通电机线路，使可逆电机旋转，并通过丝杠带动砝码移动，直至砝码作用于杠杆的力矩与测量力作用于杠杆的力矩平衡时，电机才停止转动。2特点：按天平原理工作，有较高的精度和灵敏度。可数字显示，读数方便。五、物位仪表的选用1 仪表型号的选用：由被测对象的特点和工艺
26、要求确定。2 测量范围的选用：由工艺要求定。3 精度等级的选用：由生产所允许的最大绝对误差和仪表量程确定。本节小结：差压变送器是最常用的液位测量仪表，使用时要注意迁移问题。对含有杂质或高粘度易凝固的液体，可采用法兰式差压变送器。沉筒式液位根据变浮力原理测量，可测液位或界面。作业：复习所学内容。扬州工业职业技术学院教案序号9周次5授课形式讲授授课章节名称3-4 温度检测之一教学目的通过讲解，使学生掌握热电偶的构成及其测温原理，掌握常用热电偶的特性。教学重点热电偶的测量原理及其计算。教学难点热电偶的计算。使用教具未使用教具。课外作业1.复习所学内容；2.P89：17、25、26课后体会大部分学生基
27、本概念掌握得较好，完成教学任务。授课主要内容复习提问：几种常用液位计的工作原理，以及使用时要注意的迁移问题。引入新课。一. 温度检测的方法按测温元件是否与被测对象接触分为：接触式测温与非接触式测温。 1. 接触式测温：利用热交换原理进行温度测量。 优点：结构简单、可靠，测温精度较高；缺点：不适合于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象，不适于直接对腐蚀性介质测量。常用的接触式测温仪表：（1）液体膨胀式温度计：根据液体膨胀原理工作。（2）固体膨胀式温度计：根据金属受热线性膨胀原理工作。（3）压力式温度计：根据温包内气、液体或者蒸汽受热压力改变的原理工作。（4）热电阻温度计：根据导体或
28、半导体的热阻效应原理进行测量。（5）热电偶温度计：根据金属的热电效应原理进行测量。 2. 非接触式测温：利用热辐射或热对流实现热交换进行温度测量的。优点：测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有较强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量精度较低，且结构复杂，价格比较昂贵。常用的非接触式测温仪表：辐射高温计，光学高温计等。二、热电偶一般测量范围-200+1600。1. 热电偶测温原理热电效应。将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一个闭合回路，而且两个接点的温度tt0， 回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。2热电偶的
