過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)實驗探討

岳永周

【摘要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種技術(shù)手段比以前有了很大的提高。現(xiàn)階段，過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)也有了很大的提高。但是，在實際使用該技術(shù)的過程中，也出現(xiàn)了很多問題，該技術(shù)的作用并沒有完全發(fā)揮出來，甚至產(chǎn)生了一定的不良影響。在此基礎(chǔ)上，本文分析了過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)設(shè)計和應(yīng)用中存在的問題，并提出了解決方案。

【關(guān)鍵詞】過程裝備;計算機(jī);控制技術(shù);實驗

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.029

工業(yè)化的發(fā)展必然與城市化進(jìn)程有關(guān)。在這個過程中，必須考慮技術(shù)發(fā)展對工廠設(shè)備和制造質(zhì)量的整體影響。因此，有關(guān)部門應(yīng)予以高度重視。員工在考慮控制技術(shù)時，還應(yīng)關(guān)注機(jī)械操作技術(shù)，力求最大限度地發(fā)揮制造技術(shù)的有效性，并在部門間進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，讓工作人員實時更新技能知識。

1. 過程裝備計算機(jī) 控制技術(shù)實驗的概述

過程設(shè)備計算機(jī)控制技術(shù)是一門以化學(xué)工程原理和自動控制原理為基礎(chǔ)的綜合性多學(xué)科知識的實踐性很強(qiáng)的課程。實驗培訓(xùn)側(cè)重于各種儀表的選型和配置，各種控制算法程序的設(shè)計和編寫。主要是通過綜合設(shè)計實驗來實現(xiàn)對被控對象的控制。以往，由于實驗條件不足或認(rèn)識不深等因素的影響，實驗基本上是帶裝置的驗證實驗，效果并不理想。針對這種情況，實驗教學(xué)改革為開放式實驗室的形式，并在老師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生熟悉和設(shè)計控制對象及相關(guān)工具的特點。編寫自己的實驗程序控制算法程序，調(diào)試軟硬件，最終完成實驗訓(xùn)練任務(wù)。自行設(shè)計完成的實驗，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，增強(qiáng)實驗技能，增強(qiáng)獨立綜合獲取知識的能力，增強(qiáng)分析解決問題的能力，鍛煉耐心，對教師起到強(qiáng)有力的輔助作用。”研究取得了非常成功的實驗教學(xué)效果，隨著實驗室建設(shè)的發(fā)展，一些先進(jìn)的實驗室設(shè)備，如計算機(jī)控制的實驗箱/單片機(jī)、過程設(shè)備集散控制系統(tǒng)等，逐漸將這些設(shè)備應(yīng)用于過程設(shè)備計算機(jī)控制技術(shù)實驗。通過更先進(jìn)、更實用的實驗，讓學(xué)生有興趣深入了解。

2. 實驗過程中需要注意的相關(guān)問題

開放式實驗場所是學(xué)生練習(xí)自己設(shè)計方案的地方。教師需要給予學(xué)生更多的鼓勵，必須耐心引導(dǎo)每個學(xué)生，從學(xué)生的基礎(chǔ)出發(fā)，提出自己的設(shè)計方案和具體問題。過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)實驗的分析調(diào)查主要是為學(xué)生提供實際操作的場所。在整個實驗過程中，教師必須按照設(shè)計好的和以學(xué)生為導(dǎo)向的程序來引導(dǎo)學(xué)生。表現(xiàn)好的學(xué)生應(yīng)該得到一定程度的認(rèn)可和表揚。表現(xiàn)較差的學(xué)生需要一點鼓勵和幫助，更好地掌握過程裝備計算機(jī)控制技能。實驗過程中需要注意的問題主要分析如下。

2.1 調(diào)節(jié)器原理

設(shè)備所使用的調(diào)節(jié)器是智能、通用且配置靈活。大多數(shù)人很難在短時間內(nèi)完全了解其功能、數(shù)值選擇、單回路控制、級聯(lián)控制設(shè)置的一些差異等。

2.2 通信過程

由于本實驗課內(nèi)容非常全面，涉及領(lǐng)域廣泛，學(xué)生在掌握計算機(jī)理論、控制理論和通信理論方面會遇到一些困難。因此，在實驗準(zhǔn)備階段，導(dǎo)師必須詳細(xì)講解相關(guān)原理和知識。

2.3 構(gòu)造理論

配置是指每個計算機(jī)控制系統(tǒng)所需要的設(shè)計環(huán)節(jié)，包括硬件選型、工藝規(guī)劃、操作畫面設(shè)置等綜合多方面的內(nèi)容。教師應(yīng)特別注意該領(lǐng)域的理論知識，使學(xué)生在進(jìn)行實驗時少走彎路，節(jié)省時間。

2.4 實驗總結(jié)

總結(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)效果和規(guī)律，并根據(jù)規(guī)格生成報告。這個過程對培養(yǎng)學(xué)生的獨立性很有幫助，但是在進(jìn)行任何具體的實驗之前，需要注意一定要為學(xué)生確定實驗要求和實驗?zāi)繕?biāo)，使實驗過程不失去前后的有效聯(lián)系。

3. 過程控制實驗系統(tǒng)

3.1 實驗系統(tǒng)組成

實驗裝置由控制對象、控制臺和計算機(jī)組成，系統(tǒng)布局合理，外形美觀，控制對象包括：上水箱、下水箱和儲水箱。水箱采用進(jìn)口有機(jī)玻璃，不僅堅固耐用，而且透明度高，方便學(xué)生直接觀察液位變化和記錄實驗結(jié)果?？刂婆_包含多種模擬調(diào)節(jié)器和數(shù)據(jù)采集模塊，留有多種線材接口，方便不同控制方案的設(shè)計和選擇以及系統(tǒng)的進(jìn)一步升級。計算機(jī)可以代替調(diào)節(jié)器對所控制的對象進(jìn)行直接數(shù)字控制（DDC），或者調(diào)節(jié)器控制和計算機(jī)控制可以共存。

3.2 實驗項目

考慮到被控制系統(tǒng)基本參數(shù)的復(fù)雜性，包括流量、水位、溫度、壓力等因素，單回路控制、前饋控制、比例控制、預(yù)測控制和分離控制分別為采用準(zhǔn)確識別系統(tǒng)參數(shù)，可達(dá)到調(diào)節(jié)器和計算機(jī)控制的實驗?zāi)康摹?/p>

3.3 實驗的具體過程

一般情況下，部分實驗在課程中后期的課外時間進(jìn)行，依托開放實驗室即可完成實驗訓(xùn)練的基本任務(wù)。老師先匯報具體任務(wù)，然后給出說明和注意事項，學(xué)生向老師提出自己的實驗方案，經(jīng)老師同意后方可進(jìn)行實驗。具體過程包括（1）熟悉實驗所需的設(shè)備，熟悉各儀器設(shè)備的功能和使用要點。（2）實驗指南和相應(yīng)的教材，閱讀并注意避免實驗過程中出現(xiàn)錯誤。（3）保證功能的精確性和完整性，對實驗中使用的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。（4）設(shè)置機(jī)器的手動操作界面，方便實驗工作。（5）據(jù)此建立實驗?zāi)Ｐ?，編寫基本算法?）在老師的幫助下，確認(rèn)每個學(xué)生認(rèn)可的實驗行為。在實驗過程中，要表揚學(xué)生的優(yōu)點，指出不足之處，以便日后改進(jìn)。最后，指導(dǎo)學(xué)生寫出實驗報告和相應(yīng)的實驗工作總結(jié)。

4過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容

目前，我國的大學(xué)教育正在逐步從精英教育向大眾教育轉(zhuǎn)變，而且專業(yè)的培養(yǎng)對象大多是合格的工程師。本課程應(yīng)包括以下重點：儀表知識、可編程控制器、計算機(jī)控制技術(shù)、控制通信、控制理論、經(jīng)典控制理論中的拉普拉斯變換傳遞函數(shù)、單輸入輸出調(diào)節(jié)控制器、串級控制系統(tǒng)、恒速調(diào)節(jié)等。如果課時足夠，還可以引入新的內(nèi)容，比如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、多元控制理論等。如果加上這些知識點，僅僅依靠過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)及其應(yīng)用是不夠的，學(xué)生必須根據(jù)自己的實際情況進(jìn)行選擇。

基于過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)和應(yīng)用，可以擴(kuò)展新知識，例如加強(qiáng)當(dāng)今工廠廣泛使用的可編程邏輯控制器，開設(shè)過程設(shè)備電氣控制技術(shù)。還可以增設(shè)可編程邏輯控制技術(shù)知識、電機(jī)調(diào)速知識、過程設(shè)備機(jī)械通用電氣控制、工業(yè)控制通信技能、單片機(jī)等課程。開設(shè)與控制理論相關(guān)的課程是沒有意義的，學(xué)生不是電類專業(yè)出身，控制理論的基礎(chǔ)課時也偏少，決定了控制理論不能太深。為解決控制理論新知識與基礎(chǔ)知識之間的矛盾，可開設(shè)研討會或一些高級講座，開闊學(xué)生的視野。過程設(shè)備計算機(jī)控制工程應(yīng)用與過程設(shè)備控制技術(shù)必須從各學(xué)校的過程設(shè)備控制工程專業(yè)中選擇。

5. 過程裝備控制技術(shù)設(shè)計應(yīng)用策略

5.1 切實增強(qiáng)過程裝備控制人員動手操作能力

根據(jù)現(xiàn)階段的實際情況，為使過程裝備控制設(shè)計與制造達(dá)到最佳效果，相關(guān)機(jī)構(gòu)先后引進(jìn)了多臺先進(jìn)的實驗室實訓(xùn)設(shè)備，為工藝設(shè)備的實際運行加大資金投入，提供實踐培訓(xùn)，提高過程裝備控制人員的實踐經(jīng)驗，為提高實際工作水平提供了良好的平臺，在此基礎(chǔ)上理論知識與實際工作有效結(jié)合。能夠熟練應(yīng)用和操作專業(yè)設(shè)備，掌握工藝設(shè)備控制技術(shù)。具體包括以下內(nèi)容：首先，定期對過程裝備控制人員進(jìn)行專業(yè)課程的培訓(xùn)教育，提供大量實踐學(xué)習(xí)機(jī)會，提高其實際操作能力，將抽象的理論知識內(nèi)容可以有效轉(zhuǎn)化為具體的實踐體系，合理應(yīng)用于具體的設(shè)計過程中。例如，培訓(xùn)師在描述過程裝備控制專業(yè)的特點時，可以通過輔導(dǎo)練習(xí)的形式幫助他們更直觀地學(xué)習(xí)，因為其中包含許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)參數(shù)。比如用MCGS分析實際內(nèi)容，對經(jīng)驗特征曲線的詳細(xì)描述，有效加深了過程裝備控制人員的學(xué)習(xí)印象。其次，過程裝備控制任務(wù)的開展還需具備一定實踐平臺配套性優(yōu)勢，需要基于特定的實用平臺合理引入一些先進(jìn)的仿真控制軟件系統(tǒng)來支撐效益。可以通過訓(xùn)練控制系統(tǒng)和手動操作的控制系統(tǒng)來學(xué)習(xí)如何使用自動控制方法創(chuàng)建更完整的控制系統(tǒng)來解決實際問題，以更好地理解。

5.2 不斷加大團(tuán)隊建設(shè)力度

在某種程度上，過程設(shè)備和控制人員之間存在著合作關(guān)系，控制人員可以充分發(fā)揮作用，積極開展科學(xué)研究，促進(jìn)過程裝備控制，取得非常豐富的研究成果。而且隨著科研成果的不斷豐富，過程裝備控制建設(shè)的整體水平也可以得到一定程度的提高，而且這方面的內(nèi)容往往占有很大的比重，具有很強(qiáng)的國界性和現(xiàn)代性。特別是在當(dāng)今發(fā)展中的社會，工業(yè)發(fā)展的比重很大。越來越多的高科技人才開始投入過程設(shè)備設(shè)計和制造行業(yè)，推動工藝設(shè)備控制，使其具有更好的發(fā)展前景。過程裝備控制人員還需要對設(shè)備設(shè)計、工程研究和設(shè)備技術(shù)有深入的了解，以及對過程裝備控制的設(shè)備和控制兩個重要方面有全面的了解。其本質(zhì)上屬于一個有機(jī)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，為了便于整個運行設(shè)備的有效調(diào)配，在控制工藝設(shè)備時往往需要充分考慮設(shè)備的尺寸、材料、結(jié)構(gòu)、安全性和可靠性。做好監(jiān)控管理，維護(hù)安全，延長壽命，促進(jìn)過程裝備控制達(dá)到設(shè)計制造的最佳效果。

6. 結(jié)語

總之，隨著開放實驗室的迅速發(fā)展，越來越多的先進(jìn)的現(xiàn)代化實驗室設(shè)備將用于實驗，這將使我國的過程裝備計算機(jī)控制技術(shù)更加先進(jìn)和現(xiàn)代化。因此，學(xué)生必須學(xué)會在實驗過程中執(zhí)行相應(yīng)的分析和總結(jié)任務(wù)，最終幫助學(xué)生更好地掌握過程裝備計算機(jī)控制技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟江超.過程裝備控制技術(shù)在設(shè)計應(yīng)用中的問題與對策研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020（05）：150-151.

[2]李雪輝，陳艷東.過程裝備控制技術(shù)在設(shè)計應(yīng)用中的問題與對策探析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（20）：9.

[3]王仕霞.過程裝備與控制工程專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的研究與實踐.2017.

[4]王佳慶，肖忠，王曉剛等.基于Matlab的水箱液位控制系統(tǒng)實驗設(shè)計及教學(xué)實踐[J].高教學(xué)刊，2020（08）：101-103.