总学时：32 总学分：2 实验学时：32
一、基本信息
课程名称：过程装备专题实验
英文名称：Professional Experiments for Process Control
课程性质：专业实践必修课
先修课程：控制工程基础、过程装备控制技术、智能仪表测试技术、可编程序控制器原理及应用。
开课单位：化工学院
实验类型：独立设课
适用专业：过程装备与控制工程
应开学期：6
二、课程简介
《过程装备与控制专题实验》是过程装备与控制工程专业的专业必修课程，主要以实验教学为主。过程装备与控制实验融合了过程机械的测试技术、过程装备的控制实验，介绍现代测试技术在化工机械中的应用和过程控制系统的控制原理、方式以及过程控制系统的设计及应用，把过程装备检测与控制专业理论与实践技术结合起来，掌握主要技术参数的测试原理、装置的试验方法，各种传感器、控制器件及执行机构的结构、原理和性能特点，了解各种控制器件在系统中的应用。利用实验手段深入认识过程控制系统的集成过程，培养学生研究过程装备检测与控制的实验设计、数据分析的能力和针对过程装备检测与控制领域复杂工程问题的分析与研究能力。
三、课程质量标准
1、课程的教学目标
通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备以下能力：
（1）教学目标1：掌握实验的基本原理，能够根据实验要求合理地选用仪器设备，在综合考虑安全、健康、法律、环境和文化等综合因素下分析并制定实验方案，组织完成对过程装备和控制系统进行测试、性能分析的实验过程。。
（2）教学目标2：能够运用专业知识分析实验装置运行与使用的特点，掌握过程装备实验安全操作规程和注意事项，提高学生的安全实验意识。
（3）教学目标3：熟悉实验数据的处理方法，了解使用计算、图表、图像等方法进行实验结果分析的方法，能够对实验结果进行客观、正确的评价。
（4）教学目标4：熟悉实验设备的操作，具备独立完成实验的能力。
（5）教学目标5：掌握测控系的硬件构成和软件使用方法，能够在计算机软件辅助下完成实验的模拟与仿真分析，并理解其局限性。
（6）教学目标6：能够在实验中与他人进行有效的沟通，能根据实验项目合理分配人员任务。
2、课程目标与毕业要求对应关系
课程目标与毕业要求的对应关系如下：
毕业要求 | 二级指标点 | 课程目标 |
3、设计/开发解决方案 | 3.2 能够在安全、健康、法律、环境和文化等现实约束条件下，制定和优化过程装备与控制系统的设计、制造、运行与管理技术方案。 | 教学目标1 |
4.研究 | 4.2 能够基于过程装备与控制工程专业基本理论和方法，安全开展实验。 | 教学目标2 |
4.3 能正确采集、整理实验数据，并将实验结果进行关联、分析和解释，以获得有效结论。 | 教学目标3 | |
5、使用现代工具 | 5.1 能正确使用计算机软、硬件技术和仿真工具，完成过程控制复杂工程问题的模拟与仿真分析，并能够理解其局限性； | 教学目标4 |
9、个人和团队 | 9.3 具备较强的组织能力和沟通能力，具备以过程装备与控制为主体，多学科背景下的技术总揽能力，在团队中发挥骨干领导作用。 | 教学目标5 教学目标6 |
3、课程体系概况
项目编号 | 实验项目名称 | 学时 | 每组人数 | 实验属性 演示/验证/综合/设计/创新 | 开出要求 必做/选做 |
01 | 实验室培训与安全考核 | 4 | 全体学生 | 综合 | 必做 |
02 | 电涡流传感器的特性影响实验 | 4 | 3-5 | 验证 | 必做 |
03 | 光纤传感器的应用实验 | 4 | 3-5 | 验证 | 必做 |
04 | 霍尔式传感器的位移特性实验 | 4 | 3-5 | 验证 | 选做 |
05 | 控制对象性能测试实验 | 4 | 3-5 | 设计 | 必做 |
06 | PLC温度控制实验 | 4 | 3-5 | 设计 | 选做 |
07 | 单回路PID控制实验 | 6 | 3-5 | 设计 | 必做 |
08 | 三层电梯控制系统实验 | 6 | 3-5 | 设计 | 必做 |
4. 实验内容与要求（依据课程体系逐一罗列每个项目）
项目编号：01
项目名称：实验室培训与安全考核
实验内容：带领学生到实验室现场，介绍实验室仪器设备使用方法，并重点强调实验过程的安全注意事项和防护方法，设计安全考核问卷，通过开卷考试方式对学生安全进行考核。
实验要求：学生记录实验设备情况，并对实验设备使用方法进行深入了解，记录使用细节问题，关注安全操作规程。
预习要求：对常规实验室安全操作规程进行文献检索与讨论。
操作与观察：实验室所有仪器设备。
实验报告要求：实验安全考核试卷。
项目编号：02
项目名称：电涡流传感器的特性影响实验
实验要求：熟悉电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，获取不同材质和面积被测体的位移与输出电压关系
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象。
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，结论明确。
项目编号：03
项目名称：光纤传感器的应用实验
实验内容：光纤传感器测量振动和测量速度实验
实验要求：熟悉光纤位移传感器动态特性，并获得不同振动频率下，示波器波形及峰-峰值规律，以及转速数值。
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象。
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，结论明确。
项目编号：04
项目名称：霍尔式传感器的位移特性实验
实验要求：熟悉霍尔式传感器原理与应用，获得两种激励情况下，霍尔式传感器的位移与输出电压之间对应数值。
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象。
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，结论明确。
项目编号：05
项目名称：控制对象性能测试实验
实验内容：参照实验指导，设计实验方案，测取相应控制对象的动态特性，绘制其阶跃响应曲线，求出相关参数。
实验要求：熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线，根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，确定它们的参数。
预习要求：实验前提交实验预习报告和实验数据记录表。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象。
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，误差分析评价结果，结论明确。
项目编号：06
项目名称：PLC温度控制实验
实验内容：在西门子S7-200的编程软件进行编辑程序，下载到控制器中并进行运行调试。
实验要求：熟悉使用西门子S7-200系列PLC的温度控制，通过对实例的模拟，熟练地掌握PLC控制的流程和程序调试。
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，误差分析评价结果，结论明确。
项目编号：07
项目名称：单回路PID控制实验
实验内容：利用阶跃扰动和改变PI参数，记录系统输出响应曲线及对象变化过程，求出系统动、静性能指标。
实验要求：掌握动态模型的创建方法，掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法，了解调节参数对控制品质的影响。
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：实验系统设备检测仪表、控制开关及实验现象
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，误差分析评价结果，结论明确。
项目编号：08
项目名称：三层电梯控制系统实验
实验内容：设计三层电梯控制系统的PLC程序，将自行编制的程序在过程控制装置上调试运行。
实验要求：进一步熟悉PLC的I/O连接，编辑三层电梯控制系统的下位机程序并下载到控制器中，在控制装置上调试运行。
预习要求：实验前提交实验预习报告。
操作与观察：将程序编译调试，写入PLC中，观察实验现象。
实验报告要求：结构完整，内容详实，数据可靠，误差分析评价结果，结论明确。
5. 课程考核
考核方式为考查。学生成绩采用多种方式综合评价，总成绩包括实验安全考试20%，实验报告成绩占40%，综合设计实验报告成绩40%。安全考试形式为开卷考试。
四、课程师资队伍
《过程控制专题实验》课程实行课程负责人制，由课程负责人全面负责本课程的教学组织及课程建设等工作，课程主讲教师主要由课程负责人承担，还可以由长期承担控制类课程具有丰富的教学经验的教师和具有博士学位的优秀青年教师担任。
五、教学资源要求
实验室名称：过程装备与控制工程实验中心
主要设备、材料：
对象特性装置实训平台、传感器测控制实验台。
建议使用教材：
（1）《过程装备与控制专题实验指导书》，自编。
（2）《过程装备与控制工程专业实验》，化学工业出版社，2005。
六、说明
（1）本课程教学质量标准也适用于全校其他非过控类理工科本科专业。
（2）本课程教学质量标准的变更应由课程负责人提出，专业负责人审批并报学院和教务部备案。
（3）实验项目可根据当年实验室教学情况、学生选题情况适当调整。
制定者：王启立
窦东阳
王光辉
沈利民
审定者：李海生
批准者：周长春