成果导向的过程控制与自动化仪表课程教学设计
过程控制及仪表课程设计
过程控制及仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本原理，掌握仪表的种类及其工作原理；2. 使学生能够运用所学知识，分析实际工业生产过程中存在的问题，并设计合理的控制方案；3. 培养学生对过程控制及仪表相关知识的综合运用能力。
技能目标：1. 培养学生具备操作和调试常见仪表的能力；2. 培养学生运用计算机及相关软件进行过程模拟和优化的能力；3. 培养学生团队协作，沟通协调和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制及仪表技术的兴趣，激发学生的创新意识和探索精神；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践，提高学生的工程素养；3. 增强学生的环保意识，使其在设计和实施过程控制方案时，充分考虑节能、环保等因素。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，强调知识的应用性和实践性。
学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础知识，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程特点和学生实际，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高学生的实践操作能力。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
二、教学内容1. 过程控制基本原理：包括过程控制的基本概念、分类、性能指标、控制系统数学模型等，对应教材第1章内容。
2. 常见仪表的种类及工作原理：涵盖压力、温度、流量、液位等传感器及执行器的工作原理和特性，对应教材第2章内容。
3. 控制器的设计与实现：介绍PID控制算法、控制器参数整定方法，结合实际案例进行讲解，对应教材第3章内容。
4. 计算机过程控制系统：包括集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统等，对应教材第4章内容。
5. 过程控制系统的仿真与优化：运用计算机及相关软件进行过程控制系统的建模、仿真和优化，对应教材第5章内容。
6. 实践教学环节：组织学生进行仪表操作、调试和过程控制系统的设计、实施，提高学生的实际操作能力。
教学内容安排和进度：1. 第1-2周：过程控制基本原理、常见仪表的种类及工作原理；2. 第3-4周：控制器的设计与实现；3. 第5-6周：计算机过程控制系统；4. 第7-8周：过程控制系统的仿真与优化；5. 第9-10周：实践教学环节。
过程控制与自动化仪表课程设计
过程控制与自动化仪表课程设计前言过程控制与自动化仪表课程是工程领域中非常重要的基础课程之一，它涉及到工程研发、生产运营以及企业管理等多个方面。
本文将介绍一种基于实践的课程设计方法，旨在让学生深入掌握过程控制与自动化仪表的基础知识。
设计目标•确定学生对过程控制与自动化仪表的基本概念和技术掌握程度。
•培养学生的设计和实验能力，让他们能够运用所学知识分别设计并完成过程控制实验和自动化仪表实验。
•提高学生的团队合作和沟通能力，通过设计项目的过程，激发学生的创新潜力。
设计内容过程控制实验设计实验一：温度控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于PID控制算法的温度控制系统。
通过调整控制器的参数，让温度快速稳定在设定值附近，并且能够在温度变化时快速响应和自适应调整。
实验二：流量控制系统设计在该实验中，学生需要设计一个基于比例控制算法的流量控制系统。
通过调整控制器的参数，让流量在设定值附近稳定，并且能够在流量变化时快速响应和自适应调整。
自动化仪表实验设计实验三：温度传感器的实现在该实验中，学生需要实现一个基于热电偶的温度传感器。
通过校准测试，让学生了解测量误差来源和校准方法。
实验四：流量计的实现在该实验中，学生需要实现一个流量计，通过实验测试让学生了解其特性和测量误差来源。
设计方法阶段一：学习基础概念和技术在本阶段，学生需要学习过程控制和自动化仪表的基础概念和技术，包括控制系统、PID控制器、量程、精度等方面的知识。
阶段二：组建设计小组在本阶段，每个小组需要选择一个相对复杂的课程设计内容，进行深入的研究和讨论，拟定初步设计方案。
阶段三：设计与实现在本阶段，学生需要分成小组，负责具体的实验设计与实现。
在设计的过程中，需要充分考虑过程控制和自动化仪表的基本原理和设计要求。
在实现的过程中，需要用到软件工具和实验平台。
阶段四：实验测试与评价在本阶段，学生需要对实验设计进行测试，并记录数据处理结果。
测试过程中需要考虑实验中的各种随机与不确定因素。
程控制与自动化仪表课程设计
课程设计名称：过程控制与自动化仪表课程设计题目：管式换热器恒温控制系统设计专业：电气工程及其自动化班级：自动化姓名：学号：课程设计任务书xxxxxx大学课程设计成绩评定表摘要过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。
20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。
60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。
70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。
80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。
当前，过程控制已进入全新的、基于网络的计算机集成过程控制时代。
DIPS是以企业整体优化为目标，以计算机及网络为主要技术工具，以生产过程的管理与控制为主要内容，将过去传统自动化的“孤岛”模式集成为一个有机整体，而网络技术、数据库技术、分布式控制、先进过程控制策略、智能控制等则成为实现CIPS的重要基础。
可以预见，过程控制将在我国现代化建设过程中得到更快的发展和发挥越来越重要的作用。
本设计以过程控制理论为基础，全面阐述在工业生产过程中，换热器温度控制系统的设计过程，包括对被控参数、控制参数、调节器和调节阀的选定、调节器参数整定等相关方面的设计。
关键词：过程控制；工业生产；换热器目录1前言 (1)2 控制方案的确定 (2)2.1恒温控制系统生产工艺要求 (2)2.2控制参数与被控参数的选择 (2)2.2.1被控参数的选择 (2)2.2.2 控制参数的选择 (2)2.3系统原理图及方框图 (2)2.3.1控制系统控制结构图 (2)2.3.2系统框图 (3)3测量仪表的选择 (4)3.1变送器的选择 (4)3.2调节阀的选择 (4)3.2.1 调节阀的启开气关形式 (4)3.2.2 调节阀的流量特性 (4)3.2.3 调节阀的理想流量特性 (5)3.3调节器的选择 (5)3.3.1 调节规律的选择 (5)3.3.2 调节器仪表的选择 (5)3.3.3 调节器的内部结构 (6)4调节器的参数整定 (11)5结论 (12)6设计体会 (13)参考文献 (14)1前言20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。
过程控制与仪表课程设计
过程控制与仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握仪表的种类、工作原理及其在工业中的应用。
2. 使学生掌握过程控制系统的数学模型，了解被控对象、控制器、执行器等组成部分的特性。
3. 让学生了解过程参数的检测与变送原理，掌握各类传感器的使用方法和调试技巧。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析、解决实际过程控制问题的能力，能设计简单的过程控制系统。
2. 培养学生动手操作仪表，进行系统调试、故障排除的能力。
3. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，能在小组合作中发挥各自优势，共同完成过程控制系统的设计与优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制与仪表领域的兴趣，激发学生主动学习的积极性。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合，提高学生的工程素养。
3. 引导学生关注过程控制技术在实际生产中的应用，认识到学习本课程的实际意义，增强学生的社会责任感。
课程性质：本课程为专业技术课程，旨在使学生掌握过程控制与仪表的基本理论、方法和技术，培养学生的实际操作能力和工程素养。
学生特点：高二年级学生，已具备一定的物理、数学基础，对工程技术有一定了解，具备初步的分析问题和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强化学生的实际操作能力，提高学生解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统的分类、性能指标、稳定性与可控性。
2. 仪表及传感器：仪表的分类及工作原理，常见传感器（如温度、压力、流量传感器）的原理与应用。
3. 过程控制系统的数学模型：被控对象、控制器、执行器的数学描述，传递函数与方框图。
4. 控制器设计：PID控制算法，参数整定方法，串、并联控制系统的设计与分析。
5. 过程参数检测与变送：检测原理，变送器的种类及特性，信号处理与传输。
6. 过程控制系统的实现：控制系统硬件、软件组成，系统调试与优化。
《过程控制与自动化仪表》—教学教案
《过程控制与自动化仪表》课程教案（2）闭环控制系统-输入量输出量反馈元件控制器被控对象+反馈量偏差不仅有一条从输入端到输出端的前向通路，还有一条从输出端到输入端的反馈通路。
输出量通过一个测量变送元件反馈到输入端，与输入量比较后得到偏差信号来作为控制器的输入，反馈的作用是减小偏差，以达到满意的控制效果。
闭环控制又称为反馈控制。
如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之，若二者相加，则称为正反馈。
控制系统中一般采用负反馈方式。
输入量与反馈量之差称为偏差信号。
系统的输出量能够自动地跟踪输入量，减小跟踪误差，提高控制精度，抑制扰动信号的影响。
案例分析：5.过程控制系统的特点（1）系统由被控对象与系列化生产的自动化仪表组成。
（2）被控对象复杂多样，通用控制系统难以设计。
（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高。
（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制。
（大屏幕投影）解说闭环控制系统，举例分析，让学生加深印象《过程控制与自动化仪表》课程教案教学时间教学内容注释5分钟回顾上节课内容，进行复习提问。
开环和闭环的特点。
80 分钟二、相关知识1.过程控制系统的组成过程控制系统一般由自动化装置及生产装置两部分组成。
（1）被控对象：又称为被控过程。
它是控制系统的主体，在过程控制系统中，是指需要控制其工艺变量的生产设备或机器。
（2）变送器：其作用是将被控制的物理量检测出来并转换成工业仪表间的标准统一信号。
（3）控制器：又称为调节器。
其作用是根据反馈量与输入量比较得出的偏差，按一定的规律运算后对执行器发出相应的控制信号或指令的装置。
（4）执行器：其作用是依据控制器发出的控制信号或指令，改变操纵变量，从而对被控对象产生直接的控制作用。
系统的各种作用量有以下几个：（1）被控变量：是表征生产设备或过程运行状况，需要加以控制的变量，也是过程控制系统的输出量，。
（2）设定值：又称给定值，是工艺要求被控变量需要达到的目标值，也是过程控制系统的输入量。
程控制与仪表课程设计
程控制与仪表课程设计一、教学目标本课程的教学目标分为三个维度：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标：学生需要掌握过程控制与仪表的基本理论、基本知识和基本方法，了解过程控制系统的原理和应用，熟悉常见仪表的构造、原理和应用。
2.技能目标：学生能够运用所学的理论知识分析和解决实际问题，具备过程控制与仪表的基本设计和调试能力，能够熟练操作和维护常见的仪表和控制系统。
3.情感态度价值观目标：培养学生对过程控制与仪表学科的兴趣和热情，使其认识到过程控制与仪表在现代工业中的重要地位，培养学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容分为七个部分：绪论、过程控制基础、过程检测与显示、控制算法、仪表与执行器、过程控制系统的设计与实施、案例分析。
1.绪论：介绍过程控制与仪表的发展历程、现状和未来趋势，明确本课程的研究对象和内容。
2.过程控制基础：讲解过程控制的基本概念、分类和原理，包括线性系统和非线性系统、定态和动态、开环和闭环控制等。
3.过程检测与显示：介绍常见的过程检测方法，如压力、温度、流量、液位等，以及显示技术的原理和应用。
4.控制算法：讲解常见的过程控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，分析其优缺点和适用场合。
5.仪表与执行器：介绍常见仪表的构造、原理和应用，如压力表、温度计、流量计、液位计等，以及执行器的原理和分类。
6.过程控制系统的设计与实施：讲解过程控制系统的设计方法，包括硬件选型、软件编程、系统调试等，以及实施过程中的注意事项。
7.案例分析：分析实际的过程控制与仪表应用案例，使学生能够将所学知识运用到实际工程中。
三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握过程控制与仪表的基本理论和知识。
2.讨论法：学生就某一问题进行讨论，激发学生的思考，培养学生的创新意识和团队合作精神。
3.案例分析法：分析实际案例，使学生能够将所学知识运用到实际工程中。
过程控制与自动化仪表教学教案(共19单元)15过程控制系统工艺流程图的绘制
《过程控制与自动化仪表》课程教案教学时间教学内容注释5分钟回顾过程控制系统变送器、执行器相关内容，进行复习提问。
80 分钟一、相关知识过程控制系统工艺流程图是用图示的方法把流程工业生产的工艺流程和所需的设备、管道、阀门、管件、管道附件及仪表控制点表示出来的一种图样，是设备布置和管道布置设计的依据，也是施工、操作、运行及检修的指南。
工艺流程图可分为工艺方案流程图、物料流程图和施工流程图二、设备的画法及标注1．设备的画法及标注（大屏幕投影）逐一解说设备的画法，案例分析让学生加深印象。
2．工艺流程线的画法及标注3．管件的画法及标注（大屏幕投影）逐一解说管线的画法，案例分析让学生加深印象。
4．仪表的画法及标注仪表的位号由字母代号和数字编号两部分组成，其中字母代号写在仪表圆圈的上半部，数字编号写上圆圈的下半部。
被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母被测变量修饰词A C D E F I J K L M P Q R S T V W X Z 分析电导率密度或比重电压流量电流功率时间或时间程序物位水份或湿度压力或真空数量或件数放射性速度或频率温度黏度重量或力未分类参数位置差比扫描积分、累计安全安全（大屏幕投影）重点解说仪表的画法及标注，案例分析让学生加深印象。
5. 脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例逐一解说通过让学生动手练习加深印象。
5分钟小结。
作业：思考题与习题5.1。
对课程内容进行总结，加深学生的印象。
过程控制与仪表课程设计
过程控制与仪表课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握过程控制与仪表的基本概念、原理和方法，培养学生运用过程控制与仪表知识解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握过程控制的基本概念、分类和特点；（2）理解仪表的原理、结构和应用；（3）熟悉过程控制系统的组成、功能和性能。
2.技能目标：（1）能够分析简单的过程控制系统和仪表系统；（2）具备设计过程控制系统和仪表系统的基本能力；（3）能够运用过程控制与仪表知识解决实际工程问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的团队合作意识和沟通能力；（2）增强学生对过程控制与仪表工程实践的兴趣和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.过程控制基本概念：介绍过程控制的发展历程、分类、特点和应用领域；2.仪表原理与结构：讲述仪表的分类、原理、结构和应用，包括压力、温度、流量、液位等常见仪表；3.过程控制系统：介绍过程控制系统的组成、功能、性能指标和分类，包括单闭环控制系统、多闭环控制系统等；4.控制系统设计：讲解控制系统的设计方法和步骤，包括控制器选择、参数整定等；5.实际工程应用：分析实际工程中的过程控制与仪表问题，培养学生解决实际问题的能力。
三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合的方式，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：讲解基本概念、原理和知识点，确保学生掌握基础；2.讨论法：学生就特定问题进行讨论，培养学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题；4.实验法：进行实际操作实验，培养学生动手能力和实验技能。
四、教学资源本课程的教学资源包括以下几个方面：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的知识体系；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识视野；3.多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：配置齐全的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
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成果导向的过程控制与自动化仪表课程教学设计
成果导向教育（Outcome Based Education，简称OBE）是以“教学成果”为导向，在激发学生学习意愿的基础上，更重视学生自主学习能力的提升；在学习过程中不仅仅关注学生知识的量化增长，而重视学生取得成果的历程；课程的教学设计强调围绕职业范围、专业设置、学习任务展开，加强学生适应社会和未来的综合能力。
“过程控制与自动化仪表”课程是自动化专业的重要专业课，其主要任务是以自动检测技术、自动控制理论、计算机控制技术和自动化仪表为基础，运用控制技术并结合过程机理以及硬件和软件知识，进行控制系统的分析与工程设计。
该课程具有实践性强和工程背景强等特点，同时在教学过程中存在概念强、内容多、理论复杂等特点，近年来围绕“过程控制与自动化仪表”教学改革提出了一些有效的方法[2-4]。
针对国际专业认证的要求和卓越工程师培养目标，提出基于成果导向的“过程控制与自动化仪表”课程改革。
课程评价的重点是学生学习“成果”，并遵循反向设计原则，不断对教学内容进行优化；在教学方法上借助网络平台、信息化手段、团队学习等多元化手段进行改革；增加多元化考核方式，通过多种手段对学习“成果”进行检验。
1 明确成果内涵
为深入了解成果导向教育，应首先明确成果内涵，Richard认为成果指特定情境中完成任务的能力。
成果导向教育模式，重视学生取得成果的历程和在此历程中所掌握的技能体现。
从这个角度来讲，成果更强调在激发学习意识和学生学习意愿的基础上，提升自主学习的能力，进而做到对学生综合教育和综合发展的新型教育模式。
结合“过程控制与自动化仪表”课程的实际，将课程目标分为“知识”“技能”和“态度”3个领域。
1.1 知识领域
“知识领域”的学习结果，是指学生通过学习以后，能了解、记忆、
应用和分析相关知识，包括“过程控制与自动化仪表”的术语、基本知识点及控制系统的分析方法。
具体包括概念知识，即过程控制系统组成及特点，过程控制系统分类及性能指标等基本概念知识；进一步通过比较各种控制系统的优缺点在更为广阔的结构下建立彼此关系；程序知识，即如何对被控对象进行建模的知识，包括掌握典型过程的传递函数、机理建模方法、时域响应建模方法、频域建模方法、最小二乘建模方法等；元认知知识，学习者借以调节感知、思维、记忆等内部心理过程的知识。
知识领域是“核心能力”形成的重要组成，它不仅是一种重要的能力，也是进一步学习的条件。
1.2 技能领域
由于先决知识并不能直接转化为“核心能力”，所以此时技能就成为联络知识的桥梁。
在以成果为导向的教育模式中，技能是运用知识和经验顺利完成某种任务的主观能力。
“过程控制与自动化仪表”在技能领域方面更关注于培养学生的综合实践能力，包括方案设计能力、信息获取能力、知识总结能力、实际操作能力和创新能力等，通过综合设计、实验来提高学生对知识的综合应用能力和工程设计水平，满足用人单位的需求。
1.3 态度领域
明确的目标、踏实的态度、强烈的责任心、积极的上进心，这些更是毕业生在职场中取得进步的关键因素。
因此，在“知识领域”和“技能领域”成果达成的同时提出“态度领域”的具体目标，并通过各种手段完成目标的达成度将对学生的职业发展起到更大的推动作用。
将成果导向“过程控制与自动化仪表”课程目标划分为“知识”“技能”和“态度”3个领域，有利于目标的具体化、操作化。
进一步根据分解目标确定学习内容、完善学习方法、调整考核方式将有利于目标的最终实现。
2 学习内容的确定
对上述目标进行分解，并据此对教学内容进行优化。
此次授课选用的教材是厉玉鸣主编，化学工业出版社出版的《化工仪表及自动化》
第5版。
该教材是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，同时荣获中国石油和化学工业优秀教材奖一等奖，综合了编者多年的教学经验和多个高等院校的意见反馈，在内容和章节安排上突出了重点、分散了难点、将理论与实际紧密结合起来。
该教材还配有《化工仪表及自动化例题习题集》，利于学生的自主学习和检测。
针对目标达成度的要求和学时要求，需要对教学内容进行调整和精化。
2.1 理论教学内容
伴随着科学技术的迅猛发展，生产过程也日趋连续化、大型化和复杂化，对过程控制的新要求、新知识的不断涌现。
因此，需要对教学内容进行优化和筛选，在保留基本知识和精髓的原则上给学生留出自主学习的空间。
“过程控制与自动化仪表”课程以自动检测技术、自动控制理论、计算机控制技术和自动化仪表为基础，在了解过程机理的基础上结合软硬件知识，运用控制技术对控制系统进行分析和设计，实现对工业生产过程的自动控制。
其选修课程主要包括：“电力电子技术”“电机及拖动基础”“检测技术”“自动控制原理”“电气与PLC控制”和“微机原理及接口技术”等。
在教材的基础上考虑课程之间的内在关系，避免在相关课程之间出现内容大量重复，将教学内容进行优化和精简，整合为四个模块：基础知识、控制系统分析、计算机过程控制系统、典型过程控制系统分析。
通过上述四个模块的学习完成知识领域的目标。
（如表1）
由于现代生产过程也日趋连续化、大型化和复杂化，现代控制系统都离不开计算机和网络通讯技术，所以在讲解计算机过程控制系统模块时注重对PLC、DCS、IPC和FieldBus等计算机和通讯技术方面知识的介绍。
而在典型过程控制系统分析模块中更是增加了国内外最新技术成果的介绍，如：预测控制、多变量解耦控制、推理控制等。
2.2 实践教学内容
过程控制与工程的实践教学依托浙江天煌科技实业有限公司研发的TKGK-1型过程控制实验装置以及北京华晟高科教学仪器有限公司的A3000过程控制实验系统来实施。
TKGK-1型过程控制实验装置
设备是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。
它的特点在于集成了实际生产过程中进行过程控制的四大参数：温度、压力、液位、流量的检测；控制方式多样，能实现位式控制、模拟PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等；使学生对控制仪表和实际对象有一个直观认识。
A3000过程控制实验系统的特点是构建了资源能够共享的工控机板卡测控系统、基于PC机的集散控制系统（PC-DCS）和现场总线控制系统。
工业控制对象采用真实典型的工业器件，系统在控制柜面板上引出标准AI/AO接口，为做各类单回路控制、复杂控制以及高等控制实验提供条件。
为了增加学生综合设计能力，注重对实验室的二次开发利用，在教学中安排《基于PLC和组态王的过程控制系统》实训课程和专业认知实习。
一方面使学生讲PLC、组态软件、过程控制等知识融合在一起进行综合系统的设计；另一方面组织学生到企业（如：生物发酵、化工、冶金、造纸等行业）参观实习，通过工程实际使学生体验到过程控制的强大作用和魅力。