《過程控制與自動化儀表》課程標準

“過程控制與自動化儀表”課程標準招生對象：高中畢業(yè)生及同等學力者教學時數：66H學歷層次：高職課程代碼：修業(yè)年限：全日制三年學分數：3.5適用專業(yè)：電氣自動化技術類專業(yè)制訂人：一、課程概述1．課程定位“過程控制與自動化儀表”是電氣自動化技術專業(yè)的核心課程，是針對電氣自動化設備裝配調試崗位的典型工作任務而設置的課程。通過本課程學習,使學生掌握過程控制基本知識和常用變送器、控制器、執(zhí)行器的基本應用，熟悉常用生產過程自動化設備和典型過程控制系統(tǒng)，具有過程控制系統(tǒng)的集成、組裝、調試、運行、維護、管理等職業(yè)能力。本課程的前導課程有“電子技術”、“電機與電氣控制”、“PLC控制技術”等，后續(xù)主要是“崗位綜合實訓”、“頂崗實習”等實踐教學環(huán)節(jié)。2．設計思路（1）內容設計根據電氣設備裝配調試員崗位中的儀表校準與參數調整、過程控制系統(tǒng)裝配與調試等典型工作任務，選擇來源于企業(yè)且涵蓋溫度、流量、壓力、物位等參量控制的典型過程控制系統(tǒng)，結合行業(yè)標準，選取液位定值控制系統(tǒng)、溫度定值控制系統(tǒng)等真實產品作為課程教學項目。遵循學生認知規(guī)律，按照由淺入深、由簡單到復雜的原則，進行項目序化，將自動控制系統(tǒng)的建模、自動控制系統(tǒng)的分析及校正無縫融合到項目教學過程中。按控制系統(tǒng)建模、分析及校正、變送器類型與選擇、執(zhí)行器設計與選型、控制器方案設計與調試等系統(tǒng)調試與運行維護的工作過程，組織精選教學內容。（2）教學設計項目教學以教師為主導、學生為主體，采用“理論+實踐”的方法組織實施。教學過程采用多媒體教學法、實踐操作法等教學方法相結合，在課堂教學、仿真教學與實驗操作教學等多種教學手段的配合下，經過理論考核、綜合平時表現及實驗考核對學生進行綜合評價，以實現本課程教學。二、課程目標1.掌握典型控制系統(tǒng)建模、性能分析及校正的方法；2.具備常用帶控制點工藝流程圖的識圖與制圖能力；3.具備根據工藝與控制要求，合理選擇變送器、執(zhí)行器的選型及調試能力；4.具備根據工藝和控制要求，合理整定智能PID控制器參數能力；5.掌握DCS和FCS控制系統(tǒng)安裝與調試方法；6.具有技術資料編寫能力；7.具有一定的溝通能力和團結協(xié)作精神。三、內容標準及實施建議1．課題/項目安排及學時分配在設計思路基礎上，按照自動控制基礎到過程控制系統(tǒng)的原則確定項目及學時，見表1。表1課題安排表課題序號課題名稱學時H1控制系統(tǒng)對象建模162控制系統(tǒng)分析方法143控制系統(tǒng)校正及控制規(guī)律64自動化儀表185控制系統(tǒng)方案設計及工程整定86計算機控制系統(tǒng)4合計662．課題/項目內容及實施在設計思路基礎上，從教學目標、教學內容、重點難點、教學實施建議、教學資源、教學方法等方面進行教學設計，形成課題教學設計表。表2課題1教學設計表課題1控制系統(tǒng)對象建模學時H16教學目標1．了解過程控制基本組成及評價指標；2．掌握微分方程建模方法；3．掌握拉氏變換和傳遞函數建模方法；4．掌握框圖建模及化簡方法；5．能對過程控制典型對象進行建模；6．能使用實驗法進行建模。教學內容1．過程控制系統(tǒng)組成及評價指標；2．微分方程、傳遞函數及系統(tǒng)框圖；3．典型環(huán)節(jié)傳遞函數；4．框圖變換及化簡；5．典型被控對象特性及建模；6．實驗法建模。重點難點重點：典型環(huán)節(jié)傳遞函數、對象建模方法難點：框圖變換及化簡教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1過程控制系統(tǒng)組成及評價指標多媒體教學法42微分方程、傳遞函數及系統(tǒng)框圖多媒體教學法43典型環(huán)節(jié)傳遞函數多媒體教學法24框圖變換及化簡多媒體教學法仿真教學法25典型被控對象特性及建模多媒體教學法26實驗法建模（實驗一：對象的特性測定）實踐操作法2采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合MATLAB輔助分析軟件進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦及MATLAB軟件資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：對象模型建立內容：微分方程分析建模、傳遞函數化簡、典型環(huán)節(jié)傳遞函數標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核表3課題2教學設計表課題2控制系統(tǒng)分析方法學時H14教學目標1．掌握常用典型輸入信號及表示方法；2．掌握控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法；3．掌握控制系統(tǒng)動態(tài)性能的判斷方法；4．掌握穩(wěn)態(tài)誤差的計算方法；5．能使用MATLAB仿真軟件進行性能分析。教學內容1．典型輸入信號；2．時域分析法分析穩(wěn)定性；3．時域分析法分析動態(tài)性能；4．穩(wěn)態(tài)誤差計算；5．頻率特性表示方法及典型環(huán)節(jié)頻率特性；6．開環(huán)頻率特性繪制；7．頻率特性分析控制系統(tǒng)性能。重點難點重點：穩(wěn)定性分析、動態(tài)性能分析難點：穩(wěn)態(tài)誤差計算教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1控制系統(tǒng)時域分析（實驗二：MATLAB的基本使用、時域分析）多媒體教學法實踐操作法42控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析多媒體教學法仿真教學法23穩(wěn)態(tài)誤差計算多媒體教學法仿真教學法24控制系統(tǒng)頻率特性及伯德圖多媒體教學法25控制系統(tǒng)頻率特性分析多媒體教學法26頻率特性分析控制系統(tǒng)性能（實驗三：MATLAB在頻域分析中的應用）多媒體教學法實踐操作法2采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合MATLAB輔助分析軟件進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦及MATLAB軟件資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：時域和頻率分析法內容：穩(wěn)定性分析、動態(tài)性能分析、穩(wěn)態(tài)誤差計算標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核表4課題3教學設計表課題3控制系統(tǒng)校正及控制規(guī)律學時H6教學目標1．掌握系統(tǒng)校正的基本概念；2．掌握雙位控制及特點；3．掌握比例控制及特點；4．掌握積分控制和比例=積分控制及特點；5．掌握微分控制和比例=微分控制及特點；6．掌握PID控制及特點。教學內容1．校正方式及校正裝置；2．雙位控制及適用條件；3．比例、積分、微分控制及適用條件；4．PI、PD調節(jié)及仿真效果分析；5．PID調節(jié)及仿真效果分析。重點難點重點：PID調節(jié)難點：PID調節(jié)教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1校正基本概念多媒體教學法仿真教學法22控制規(guī)律多媒體教學法仿真教學法23實驗四：MATLAB在系統(tǒng)校正中的應用實踐操作法2采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合MATLAB輔助分析軟件進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦及MATLAB軟件資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：PID調節(jié)內容：校正基本概念、PID調節(jié)標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核表5課題4教學設計表課題4自動化儀表學時H18教學目標1．能進行儀表的連接及準確度選擇；2．掌握溫度測量儀表的種類及選型；3．掌握壓力測量儀表的種類及選型；4．掌握流量測量儀表的種類及選型；5．掌握物位測量儀表的種類及選型；6．掌握數字調節(jié)器的使用方法；7．掌握調節(jié)閥的類型及使用方法。教學內容1．儀表基本概念（信號制、連接方法及準確度）；2．各種溫度檢測儀表的種類及使用；3．各種壓力檢測儀表的種類及使用；4．各種流量檢測儀表的種類及使用；5．各種物位檢測儀表的種類及使用；6．AI818的使用；7．氣動與電動調節(jié)閥的使用。重點難點重點：各種儀表的選型難點：調節(jié)器的使用教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1自動化儀表概述多媒體教學法22溫度變送器多媒體教學法43差壓變送器（實驗五：壓力變送器的調校）多媒體教學法實踐操作法44流量變送器多媒體教學法25液位變送器多媒體教學法26控制器多媒體教學法27執(zhí)行器多媒體教學法2采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合圖片等多媒體教學工具進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦及MCGS組態(tài)軟件資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：各種儀表的選型及使用內容：儀表的選型、數字調節(jié)器及執(zhí)行器使用標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核表6課題5教學設計表課題5控制系統(tǒng)方案設計及工程整定學時H8教學目標1．掌握帶控制點的工藝流程圖的識圖方法；2．掌握簡單控制系統(tǒng)設計及參數整定的方法；3．了解復雜控制系統(tǒng)設計及參數整定的方法；4．掌握典型控制單元的控制方案。教學內容1．工藝流程圖繪制與識圖；2．簡單控制系統(tǒng)方案設計及參數整定；3．復雜控制系統(tǒng)方案設計；4．典型單元控制方案的分析與設計。重點難點重點：簡單控制系統(tǒng)方案設計及參數整定難點：復雜控制系統(tǒng)方案設計教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1工藝流程圖繪制與識圖多媒體教學法22簡單控制系統(tǒng)及工程整定（實驗六：單回路液位定值控制系統(tǒng)）多媒體教學法實踐操作法43復雜控制系統(tǒng)多媒體教學法實踐操作法2采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合MATLAB仿真工具進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦及MCGS組態(tài)軟件資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：簡單控制系統(tǒng)方案設計內容：工藝流程圖識圖、簡單控制系統(tǒng)方案設計及參數整定標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核表7課題6教學設計表課題6計算機控制系統(tǒng)學時H4教學目標1．了解計算機控制系統(tǒng)結構與分類；2．掌握集散控制系統(tǒng)體系及軟硬件功能；3．掌握PLC液位控制系統(tǒng)的安裝與調試；教學內容1．計算機控制系統(tǒng)結構與分類；2．集散控制系統(tǒng)體系結構；3．PLC液位控制系統(tǒng)；重點難點重點：集散控制及現場總線控制難點：系統(tǒng)組建教學實施建議步驟內容方法、資源運用課時1計算機控制系統(tǒng)概述多媒體教學法12集散控制系統(tǒng)多媒體教學法23現場總線控制系統(tǒng)多媒體教學法1采用“理論+實踐”的教學方法開展教學，對理論分析過程盡量簡化，結合集散控制系統(tǒng)及現場總線控制系統(tǒng)實訓裝置進行教學。教學資源場地：多媒體教室、過程控制實訓室設備、工具等：多媒體設備、電腦資料：教材、PPT、視頻等考核評價重點：集散控制及現場總線控制內容：計算機控制系統(tǒng)分類、集散控制及現場總線控制系統(tǒng)組建方法。標準：理論+實操方式：平時成績+期末考核四、考核評價課程考核分平時成績考核和學期期末考核兩部分。平時成績考核包括作業(yè)、出勤率和實驗報告三部分。學期期末考核包括應知考核和應會考核兩部分，采用集中考核的方式。課程考核內容如表8所示。表8課程考核內容考核形式考核內容分值比例平時考核作業(yè)10出勤10實驗報告10學期考核應知考核40應會考核30合計100五、教學實施條件1．師資基本條件教師應具有企業(yè)經歷，熟悉本行業(yè)技術動態(tài)，具有扎實的專業(yè)知識和熟練的過程控制系統(tǒng)設計及調試技能，具備較強的語言表達能力及教學組織能力。2．實踐教學條件為配合課程教學目標的實現，配有過程控制實訓室作為教學場地。過程控制實訓室配有“THJ-4型高級過程控制系統(tǒng)實驗平臺”4套及各類控制對象，可實現智能儀表、PLC和DDC三種控制。通過流量控制系統(tǒng)安裝與調試、液位控制系統(tǒng)安裝與調試、鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)安裝與調試等項目實訓，可培養(yǎng)工業(yè)測量儀表應用、過程控制系統(tǒng)安裝調試技能，同時使學生能熟悉相關崗位工作技能、學習標準和規(guī)范、培養(yǎng)職業(yè)素質。3．教學資源條件（1）教材的編寫與使用建議教材編寫以本課程標準為依據，遵循知識夠用為度，重點培養(yǎng)學生實踐能力。知識內容應與教學項目緊密相關，并適當拓寬知識面。（2）其他教學資源課程配有網絡教學資源，不僅教師可以利用這些資源進行教學，學生也可以通過課程資源進行自主學習。課程網絡教學資源應包括：課程標準、任務書、電子課件、電子教材、在線測試、視頻動畫庫、圖片庫、虛擬仿真庫等內容。六、其它建議和說明1．教學建議（1）課程教學建議盡量降低理論知識難度，用MATLAB輔助分析軟件進行仿真教學。（2）本課程對實踐經驗及操作技能要求較高，建議由專業(yè)技能熟練的骨干教師或企業(yè)技術人員擔任主講教