過程裝備與控制工程專業(yè)控制類課程教學與探討

左海強 張?zhí)m 劉仁桓 朱全民

中國石油大學（華東）化學工程學院 山東青島 266555

“過程裝備與控制工程”本科專業(yè)的前身是“化工設備與機械”（簡稱“化機”），成立于20世紀50年代初期。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化的需要和科技的發(fā)展，利用先進的計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)及控制理論，對生產(chǎn)過程及設備進行實時監(jiān)控與自動控制，使其處于最優(yōu)運行狀態(tài)，已成為過程工業(yè)裝備發(fā)展的主要趨勢。因此，為了順應科技時代的發(fā)展，教育部將專業(yè)拓寬為過程裝備與控制工程，形成了一個融“過程”“機械”和“控制”為一體，將“化工”“機械”和“信息”學科緊密結(jié)合而形成的“化—機—電”一體化的多科型、交叉型專業(yè)。目前國內(nèi)有過程裝備與控制工程專業(yè)的高校大概在110所。

專業(yè)要名符其實，過程裝備與控制工程的專業(yè)特色就在于學科交叉，其中“控制工程”占有舉足輕重的作用。過程裝備的高效運行，不僅取決于構(gòu)成生產(chǎn)裝備的各個單元設備的性能以及這些單元設備的組合方式，而且取決于對單元設備及成套裝置的控制水平。本文對中國石油大學（華東）控制類課程的設置、實踐教學以及筆者在教學過程中遇到的問題進行探討。

1 控制類課程的設置及實踐教學

1.1 控制類課程設置

目前學校過程裝備與控制工程專業(yè)為本科生開設的控制類課程有5門，其中必修課2門（過程裝備控制工程基礎和化工裝備測控技術(shù)），選修課3門（微控制器原理及應用、化工單元控制技術(shù)和現(xiàn)代測控儀表）。

過程裝備控制工程基礎教學的主要內(nèi)容包括自動控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、時域瞬態(tài)響應分析、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的誤差分析和計算、MATLAB及其應用等。通過該課程的學習，使學生掌握經(jīng)典控制理論的基本知識，使學生初步具備應用這些知識進行控制對象分析與綜合的基本能力，為后續(xù)控制類專業(yè)課的學習打下控制工程學科的基礎。

化工裝備測控技術(shù)教學的主要內(nèi)容包括過程裝備測控系統(tǒng)的基本概念，過程參數(shù)檢測技術(shù)，過程控制裝置，簡單控制 系統(tǒng)、復雜控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)的設計及運行，典型過程單元及對象的控制，先進控制系統(tǒng)等。通過該課程的學習，使學生掌握控制工程學科基礎理論的應用，初步具備應用這些知識進行檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設計與運用的基本能力。

微控制器原理及應用主要內(nèi)容包括微控制器的基本概念、構(gòu)成及特點，微控制器的CPU、指令系統(tǒng)及編程，微控制器基本系統(tǒng)的設計，微控制器的外圍模塊的特點及應用，微控制器的開發(fā)工具和軟件，基于微控制器的過程控制儀表等。通過該課程的學習，使學生具備應用這些知識進行微控制器系統(tǒng)設計與運用的基本能力。

化工單元控制技術(shù)主要內(nèi)容包括化工單元控制技術(shù)的基本概念、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，流體輸送設備、換熱設備、精餾塔和化學反應器這些典型化工單元的特性及針對性控制方案的設計與實現(xiàn)等。通過該課程的學習，使學生具備典型化工單元特性獲取與分析，控制系統(tǒng)設計與運用的基本能力。

現(xiàn)代測控儀表主要內(nèi)容包括自動檢測技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀、現(xiàn)代測控儀表的技術(shù)特征、現(xiàn)代測控儀表的原理及相關技術(shù)、現(xiàn)代測量儀表、現(xiàn)代控制儀表及成分分析儀表等。通過學習本課程使學生掌握目前在石油、石化等行業(yè)中應用的幾種較為先進的測量與控制儀表，具備解決過程參數(shù)檢測與控制的基本能力。

1.2 控制類課程的實踐教學

過程裝備與控制工程本科專業(yè)培養(yǎng)的是以工程師為主的應用研究型專門人才，因此，在教學內(nèi)容中必須強調(diào)工程實踐，注重學生動手能力的培養(yǎng)。

過程裝備控制工程基礎課程的實踐教學內(nèi)容主要包括使用MATLAB建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，控制系統(tǒng)的時域分析、頻域分析、穩(wěn)定性分析等?；ぱb備測控技術(shù)的實踐教學內(nèi)容主要包括熱電偶及溫度測量、壓力表校驗及壓力測量、簡單控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定、串級控制系統(tǒng)設計、簡單PLC控制系統(tǒng)程序設計等內(nèi)容。微控制器原理及應用的實踐教學內(nèi)容主要包括用單片機匯編語言編程、C語言編程以及利用單片機控制LED指示燈或電動機等?；卧刂萍夹g(shù)的實踐教學內(nèi)容主要包括換熱器對象特性的測取及控制、離心式壓縮機控制、化學反應器特性模擬及控制等。此外，在專業(yè)課學習之前，安排有認識實習，主要參觀校辦勝華煉油廠、墾利石化總廠以及勝利石化總廠等企業(yè)，這些企業(yè)的自動化程度很高，擁有先進的DCS或FCS控制系統(tǒng)，且過程裝備控制中的溫度、壓力、流量、液位（或物位）、成分和物性等主要參數(shù)齊全，讓學生在學習專業(yè)課之前對控制系統(tǒng)有一個初步的感性認識。在專業(yè)課學習之后，還有專業(yè)實習，主要安排在大型的齊魯石化等企業(yè)進行，學生可以結(jié)合課堂上學到的理論知識，對一些重要的生產(chǎn)單元（如催化、重整、焦化、乙烯等）和關鍵設備（如離心式壓縮機、往復式壓縮機等）的控制進行實習。

2 加強控制類課程教學效果探討

在近幾年從事過程裝備與控制工程專業(yè)控制類課程的教學過程中，筆者對如何加強控制類課程教學效果進行了思考與探討。

1）學生數(shù)學基礎相對薄弱，學生大多沒有學習過復變函數(shù)與積分變換等數(shù)學內(nèi)容，因而在講解拉氏變換和幅角定理時，學生理解起來有一定的難度。建議講授這部分內(nèi)容時，要給學生補充相關的數(shù)學知識，并放慢講課節(jié)奏。

2）應結(jié)合學校自身的特點，加強特色教材建設。學校培養(yǎng)的過程裝備與控制工程本科專業(yè)畢業(yè)生主要面向石油石化領域就業(yè)?，F(xiàn)階段選用的控制類教材有些是適用于機械領域，有些適用于交通領域。應當結(jié)合自身的特色和特殊的環(huán)境，有針對性地編寫適用于石油石化領域的特色教材。如在石油石化領域廣泛地采用DCS控制系統(tǒng)進行控制，而DDZ-Ⅲ型控制器則較少采用，因而DCS編程與組態(tài)內(nèi)容應作為教學的重點。

3）由于學院和學科布局調(diào)整，過程裝備與控制工程專業(yè)從原來的機電工程學院調(diào)整到化學工程學院，這意味著過程裝備與控制工程專業(yè)中的“化工”“機械”和“控制”的比重也會做適當?shù)恼{(diào) 整，適當改變過去機械占主導的地位，適度增加“化工”和“控制”的比重。專業(yè)要名副其實，把握好“控制工程”的尺度，這也是當前教學改革上的一個難點。

4）專業(yè)課要向科學前沿靠攏，控制領域知識淘汰與更新比較迅速。教師要緊跟時代的步伐，及時更新自己的知識，把學科前沿的東西帶到課堂上。同時要注意培養(yǎng)學生的興趣，發(fā)現(xiàn)學生的特長，鼓勵創(chuàng)新。

3 結(jié)束語

“控制工程”在過程裝備與控制工程專業(yè)教學中占有舉足輕重的作用。本文對中國石油大學（華東）過程裝備與控制工程專業(yè)控制類課程設置、實踐教學以及存在的問題進行總結(jié)和分析，同時對如何增強控制類課程的效果進行探討。

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