《過程控制系統(tǒng)》在獨(dú)立學(xué)院中的教學(xué)改革

張曉倩　黃瀚

【摘 要】《過程控制系統(tǒng)》課程旨在使學(xué)生獲得過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)能力。本文分析了《過程控制系統(tǒng)》課程教學(xué)現(xiàn)狀，針對獨(dú)立學(xué)院的特殊教學(xué)環(huán)境，提出了《過程控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的措施和方法。在理論教學(xué)中，把Matlab/simulink仿真手段引入課堂教學(xué)，使抽象的過程控制具象化。在實(shí)踐教學(xué)中引入組態(tài)，并通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置完成一個(gè)完整的過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】過程控制系統(tǒng)； 教學(xué)改革； 實(shí)踐教學(xué)；Matlab；組態(tài)

《過程控制系統(tǒng)》是控制理論、檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等知識相結(jié)合的一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程[1]，主要介紹生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基本概念、自動(dòng)化儀表、以及各類過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對過程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)能力，從過程控制的角度培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

國內(nèi)的多數(shù)獨(dú)立學(xué)院中，學(xué)生對抽象的理論知識的學(xué)習(xí)有很強(qiáng)的抵觸心理，而《過程控制系統(tǒng)》理論教學(xué)中關(guān)于生產(chǎn)過程的建模及各類復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都具有很強(qiáng)的理論深度，而且相關(guān)實(shí)驗(yàn)為趣味性和操作性不強(qiáng)的慢過程實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對《過程控制系統(tǒng)》這門課程的學(xué)習(xí)效果不好。

1.《過程控制系統(tǒng)》教學(xué)現(xiàn)狀分析

《過程控制系統(tǒng)》課程傳統(tǒng)教學(xué)過程中，先介紹過程參數(shù)的檢測與變送、過程控制儀表以及生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，使學(xué)生初步了解過程控制系統(tǒng)，然后講解簡單的過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各類復(fù)雜的、高性能的、實(shí)現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后介紹典型的生產(chǎn)過程控制與工程設(shè)計(jì)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)級的層面分析和設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)。而且對于各類過程控制系統(tǒng)的講解僅僅通過文字和簡單圖片的說明，難以在學(xué)生的腦海中建立清晰的概念。

《過程控制系統(tǒng)》課程的實(shí)踐教學(xué)，一階二階對象特性測試、上水箱液位PID控制、上中水箱液位串級控制等實(shí)驗(yàn)在中控的AE2000型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置[2]上接線和數(shù)據(jù)處理都是比較簡單，很多學(xué)生不會將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論知識結(jié)合，完成實(shí)驗(yàn)后也并沒有加深對理論知識的理解。

2 .《過程控制系統(tǒng)》理論教學(xué)的改革措施

經(jīng)過對《過程控制系統(tǒng)》課程的教學(xué)研究，提出幾點(diǎn)建議。

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

《過程控制系統(tǒng)》課程的教學(xué)內(nèi)容主要是過程參數(shù)的檢測與變送、過程控制儀表、生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，以及由以上幾個(gè)部分綜合所構(gòu)成的各類過程控制系統(tǒng)。第一章緒論部分以單容水箱液位PID控制系統(tǒng)為實(shí)例講解，引出過程控制系統(tǒng)的組成，并分析過程控制的特點(diǎn)、任務(wù)及要求。第二章參數(shù)檢測與變送部分，依托于學(xué)院的過程控制實(shí)驗(yàn)室的硬件條件，詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)室中需要檢測幾種過程參數(shù)以及相關(guān)檢測方法。結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置及課本的理論知識，講解工藝參數(shù)的基本概念、檢測方法及應(yīng)用。這樣加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)知識的理論認(rèn)識的同時(shí)提高學(xué)生聽課的積極性。在第三章過程控制儀表的講解中，采用同樣的方法，以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的過程控制儀表引出相關(guān)知識要點(diǎn)。第四章生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型的講解中，以實(shí)驗(yàn)裝置上的相關(guān)被控對象作為數(shù)學(xué)建模的對象，從中引出建模的方法。第五、六、七、八章主要講解各類過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，可以結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)過程實(shí)例講解各個(gè)控制系統(tǒng)，達(dá)到理論知識應(yīng)用于實(shí)例的目的。對于最后一章典型生產(chǎn)過程控制與工程應(yīng)用，可以講解當(dāng)今流行或者超前的控制系統(tǒng)實(shí)例，使得教學(xué)內(nèi)容緊跟技術(shù)潮流，將最新的技術(shù)和實(shí)例引進(jìn)課堂。

2.2教學(xué)手段的改革

在多媒體講課的時(shí)代，對于《過程控制系統(tǒng)》課程某些內(nèi)容的講解采用視頻講解的方式。例如對于各類過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例可以通過視頻的方式，更加直觀的呈現(xiàn)在學(xué)生面前。對于生產(chǎn)過程建模，以及各類控制系統(tǒng)的分析時(shí)，可以采用MATLAB中的simulink工具箱進(jìn)行仿真分析。通過仿真手段，使得學(xué)生能夠快速、直觀地掌握控制系統(tǒng)的相關(guān)特性，以及調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法。

3 .實(shí)踐教學(xué)的改革

在實(shí)踐教學(xué)方面，不再拘泥于做一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，而是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的過程控制系統(tǒng)，以組態(tài)王軟件構(gòu)成上位機(jī)，完成工業(yè)過程控制系統(tǒng)的模擬。《過程控制系統(tǒng)》課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)一般為8到10個(gè)，可以設(shè)計(jì)一到兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，以上中水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為例，如表1所示。

對于上述實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵诶碚摻虒W(xué)中已經(jīng)對相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置及其原理做過講解，所以將更多的學(xué)時(shí)分配于組態(tài)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試。通過控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)加深學(xué)生對整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程、控制方案的理解。通過系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試可以加強(qiáng)學(xué)生對各類工業(yè)過程的特性的理解以及掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)整定[3]的方法。

4.結(jié)束語

在近幾年的教學(xué)過程中，根據(jù)獨(dú)立學(xué)院自身?xiàng)l件及學(xué)生素質(zhì)等特殊情況以及培養(yǎng)工程實(shí)踐型人才的要求，對《過程控制系統(tǒng)》的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)作出了綜上的改革。通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，使學(xué)生更好地掌握知識，同時(shí)也提升課堂積極性。對于實(shí)踐教學(xué)的改革，培養(yǎng)學(xué)生對過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)級層面的認(rèn)識和工程素質(zhì)能力。教學(xué)改革是一個(gè)長期探索和不斷變化的過程，我們要根據(jù)相應(yīng)的教學(xué)條件、學(xué)生反饋意見等不斷的探索新的教學(xué)方法和思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王再英，劉淮霞，陳毅靜.過程控制系統(tǒng)與儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006.

[2] 胡晨.基于AE2000的溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化應(yīng)用.2015，（08）：67-68.

[3] 楊婷婷，單玉波.PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定仿真[J].城市建設(shè)理論研究：電子版， 2015（16）.