工业过程控制
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spContent=石油、化工、船舶、核能、电力、冶金等形形色色的行业,林林总总的工业生产任务中,温度、压力、流量、液位、成分和物性等,连续生产过程中的关键工艺参数控制关乎生产命脉。想知道如何对其进行控制来保证生产过程稳定、安全、可靠运行,进而提高生产效率以及资源和能源利用效率吗?这门课会给你答案!
—— 课程团队
课程概述

工业过程控制是自动化领域重要分支,是指工业生产过程自动化,它泛指石油、化工、船舶、核能、电力、水利、冶金、轻工、纺织、制药、建材、环境工程等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制,工业生产过程控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上,根据安全性、经济性和稳定性三项要求,应用理论对控制系统进行分析和设计,最后采用适宜的技术手段加以实现。主要包括系统方案设计、工程设计、工程安装与仪表选型调校、及调节器参数整定。本课程以单回路控制系统为主线,脉路清晰的讲解了单回路控制系统组成及其四大组成部分:被控对象建模方法,检测仪表、执行器、控制器的原理、类型、选型方法等,然后由浅入深的介绍单回路控制系统设计、复杂控制系统设计(串级、前馈、大滞后过程控制及非线性增益补偿)、实现特殊需求的过程控制系统(比值、均匀、分程、选择,解耦控制)本课程的重点和难点是过程控制系统方案设计和工艺设计。最后介绍了船舶特辅装置过程控制系统分析设计方法和步骤,使学生掌握实际生产过程控制系统整体设计步骤和调试方法,激发学生学习、解决工程问题的兴趣。

本课程在国内课程中率先完成了数字化资源和同步教材的慕课建设。其中,数字化资源分别在爱课程“中国大学MOOC”和“超星”两平台发布,通过教学视频再现教学精华;同步教材将于2018年10月在高等教育出版社出版,目前先提供自编电子教材,实现了教材内容与教学视频的一对一。同时在中国大学MOOC平台上,为学习者提供了教学PTT、单元测验与作业、讨论题和网上答疑等互动学习体验环节。相信学习者通过“视频、PPT,同步慕课教材、学习体验平台”的学习套餐,会有深刻的体验和重要收获。


授课目标

使学生了解工业自动化发展的动态和趋势,掌握工业过程对象的分类、建模方法。了解工业过程控制系统的结构和组成,掌握工业自动化装置和控制系统的有关专业基础知识;使学生具备从事工业过程控制系统方案设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和能力。

课程大纲
第1章 绪论

1.1 工业过程控制的组成、特点、任务

1.2 工业过程控制的分类、指标、现状

第1章 PPT

第2章 被控过程的数学模型

2.1 被控过程数学模型的作用与要求

2.2 利用机理法建立被控过程数学模型

2.3 试验法建立被控过程数学模型

2.4 试验法建立被控过程数学模型(二)

第2章 PPT

第2章 单元测试

第3章 过程参数检测仪表及变送器

3.1 测量误差与仪表的基本技术指标

3.2温度检测及变送

3.3 压力检测及变送

3.4 流量检测及变送

3.5 物位检测及变送

第3章 PPT

第3章 单元测试

第4章 执行器

4.1 执行器概述、气动调节阀结构与类型

4.2 调节阀结构特性和流量特性

4.3 调节阀的选择

4.4 电/气转换器、电动调节阀

第4章 PPT

第4章 单元测试

第5章 控制器

5.1 比例积分微分(PID)控制

5.2 DDZ-III控制器

5.3 数字控制器

5.4 KMM可编程调节器功能模块及编程方法

第5章 PPT

第5章 单元测试

第6章 单回路控制系统设计

6.1 控制系统设计概述、被控参数和控制参数选择

6.2 检测变送环节、调节阀及调节器的选择

6.3 调节器参数整定

第6章 PPT

第6章 单元测试

第7章 复杂控制系统设计

7.1 串级控制系统分析

7.2 串级控制系统设计及调节器参数整定

7.3 前馈控制系统

7.4 大滞后过程控制系统

7.5 非线性增益补偿控制系统

第7章 PPT

第7章 单元测试

第8章 实现特殊需求的过程控制系统

8.1 比值控制系统

8.2 均匀与分程控制系统

8.3 选择性控制系统

8.4 多变量系统的耦合及相对增益

8.5 解耦控制系统设计

第8章 PPT

第8章 单元测试

第9章 应用实例-船舶燃油粘度控制系统设计

船舶机船过程控制中较为典型的燃油粘度控制系统进行分析设计

第9章 PPT

实验

双容水箱液位数学模型的建立\双容水箱液位单回路控制实验

双容水箱液位串级控制实验

实验 PPT
预备知识

电工基础,模拟电子技术,数字电子技术,微机原理及应用,自动控制理论。

证书要求

本课程的学习环节包含:观看讲课视频、完成课后作业、完成单元测验题、参与课程讨论、参加期末考试。

课程学习成绩由两个部分构成:

1)单元测验占课程成绩的70%

2)课程结束后,学生参加课程的最后考试,成绩占30%

 完成课程学习并考核合格(>=50)的可获得合格证书,成绩优秀(>=75)的可获得优秀证书。

参考资料

[1] 《工业过程控制》.彭秀艳,韩云涛,梁洪,自编电子教材

[2] 《过程控制系统及仪表》.张勇,王玉坤等编。机械工业出版社,2013年9月

[3] 《过程控制及仪表》.王再英等.机械工业出版社,2005年11月   

[4] 《过程控制》.金以慧.清华大学出版社

[5] 《过程控制及仪表》.邵裕森.高教出版社,2000年6月


常见问题

Q :  错过开课时间是否可以学习?

A :  开课时间内,任意时间段都可学习,超过开课时间,如果曾经选学过本课程的同学也可反复学习。

Q :  遇到困惑,该如何与老师沟通?

A :  由于教学视频是预先录制的,因此,无论教师如何设计教学环节,也很难达到课堂与学生的互动效果。为此,MOOC平台开辟了讨论区,有问题的同学可在讨论区与教师和选修本门课程的同学互动来答疑解惑。

Q :  该如何使用该MOOC课程?

A :  因人而异:课前学习利于翻转课堂或预习;课后学习利于知识补充或复习。最佳的学习方式是学校采用“翻转课堂”教学:“课前预习”提高自学能力,“课中研讨”提高探究能力何团队合作意识,“课后归纳”提高综合或创新能力。

Q : 前序课程时间长忘记了怎么办?

A : 工业过程控制涉及测控技术、自动控制理论、计算机技术等领域的知识,这些作为理论分析基础或工具,对课程学习影响不会太大。但要注意前序课程有些知识忘记了不要着急去补,影响本课程学习。遇到这种情况可以先接受、先应用涉及到的前序知识和结论,等本课程结束后,再去复习相应知识。或在答疑时与老师讨论,老师也会在课上尽量把涉及到前序课程知识点交代清楚。

Q : 教材中的内容都要掌握吗?

A : 教材编写过程中,为了体系的完整,以及覆盖各类读者可能会感兴趣的领域,会尽可能地涵括各方面的知识。作为学习者,根据课堂教学内容,重点阅读相应章节。而很多更加深入的内容,具备一定基础后,学生可以课后自己研读。

Q : 学习过程中的系统方案设计和工程实现是难点,如何学习?

A : 多看工程应用实例,多做设计题。我们会为大家提供充足的应用设计题,并与大家在讨论区讨论答疑。