食品工程自動控制及儀表教學實踐方法

孫 力，李雅琪，蔡健榮

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江212013)

隨著食品工業的快速發展，自動化技術已亟需在食品行業普及應用，特別在國家提出“中國制造2025”的背景下，企業要求食品工程類技術人員在工業設計和改造過程中與自動設計人員密切合作，并為自控設計人員提供正確的工藝條件與數據;在生產和管理過程中，需要深入了解和熟悉自動控制中主要工藝參數的基本測量方法和儀表的工作原理及其特點，使其充分發揮作用，通過自動化提高生產效率;在處理各類技術問題時，應用自動控制學習中的控制論、系統論、信息論的觀點來分析思考，尋求考慮整體條件、事物間相互關聯的綜合解決方法［1］。因此，對江蘇大學食品工程類專業學生而言，在掌握食品工藝自身規律的基礎上，必須學習一定的自動化專業知識，培養學生分析和解決工程實際問題的能力，以推進食品工業自動化進程。

食品工程自動控制及儀表是一門綜合性的技術學科，需應用自動控制學科、儀器儀表學科及計算機學科的理論與技術服務于食品工程學科，涉及知識面非常寬泛。為了使學生通過學習能充分了解和掌握自動化控制的基本概念、原理和應用，并通過實驗課程加深印象，筆者從食品工程自動控制及儀表的教學內容、教學方法、實踐教學等方面進行了探索。

1 食品工程自動控制及儀表教學內容

該課程所涉及的教學內容寬泛，且涉及多個學科，無法在短時間內完整講述所有內容。因此，需要以企業生產實際和設計的要求為基本依據，以食品專業為背景，對教學內容進行篩選、增加和優化，在教學中適當降低理論要求，著重講清結構、工作原理及選用方法，增強實用內容，減少微觀分析，注重外部特性及其應用［2］。

食品工程自動控制及儀表的課堂教學內容主要包括緒論、自動控制系統基本概念、過程特性及其數學模型、檢測儀表與傳感器、顯示儀表、自動控制儀表、執行器、檢測控制系統、計算機控制系統及典型食品單元的控制方案。緒論重點講述自動化技術的概念、實現自動化的目的、自動化技術在食品方面的應用以及該專業課程對食品科學專業學生的作用。自動控制系統的基本概念主要講述自動控制系統的基本組成、分類及過渡過程和品質指標以及工藝管道流程圖。過程特性及其數學模型講述被控對象的特性，研究過程的表述方法以及被控對象的數學模型建立方法和特性參數。檢測儀表與傳感器講述傳感器基本參數，詳細講解了壓力傳感器、流量傳感器、物位傳感器及溫度傳感器的檢測原理以及選型和安裝注意事項，并從食品工業角度出發，深入講述了各傳感器的應用實例。顯示儀表講述模擬式、數字式和屏幕顯示的特點和基本組成，以及在自動化系統中的作用。自動控制儀表講述雙位控制、比例控制、積分控制和微分控制等基本控制規律及其對系統過渡過程的影響。執行器講述氣動、電動、液動執行器的結構、參數及應用場合。簡單控制系統講述了系統結構和組成，系統設計方法及控制器參數工程整定方法。計算機控制系統講解了計算機控制系統組成、特點和發展過程，并較為詳細地講述了集散控制系統和現場總線控制系統。典型食品單元的控制方案主要講述了發酵過程和熱風干燥自動控制系統，分析具有代表性的控制方案、硬件選型方法，從中闡明設計控制方案的共同原則和方法。

2 食品工程自動控制及儀表的教學方法

食品工程自動控制及儀表屬于多學科交叉課程，不僅要求學生具有寬泛且扎實的基本理論基礎，同時要求教師在授課過程中結合專業培養目標，綜合運用各種教學方法，通過前沿講座、動畫視頻、參與式教學等形式改善教學效果［3］。

2.1 理論為輔，應用為主 針對食品專業學生對該課程的學習目標，突出自動化與相關食品工藝生產過程的結合，除了該課程相關的基礎概念和理論的學習，加強食品典型過程控制的應用案例介紹，提高學生對該課程的學習興趣，并將別分布見表4。

表3 2011～2013年湘潭縣減少耕地質量等別面積統計 hm2

表4 2011～2013年湘潭縣質量建設耕地質量等別面積統計 hm2

3 結論

該研究運用ArcGIS軟件實現了湘潭縣2010年度耕地質量分等數據庫向2013年度的更新。更新過程中針對耕地質量突變與未突變區域分別應用不同的處理方法，避免了全面更新帶來的難度與更新成本，同時對耕地質量發生突變的區域及時更新，保持了耕地質量等別成果的現勢性，可服務于土地管理的日常工作，并為制定相關的耕地保護政策提供依據。

［1］鄖文聚，程鋒.農用地分等定級的四個應用［J］.中國土地，2005(1):44.

［2］肖碧林，陳印軍，盧布，等.中國農用地分等成果應用中的問題與建議［J］.中國農業資源與區劃，2009，30(6):16 －19.

［3］孔祥斌，張青璞.中國西部區耕地等別空間分布特征［J］.農業工程學報，2012，28(22):1 －7.

［4］廖麗君，魏巍，鄭宏剛，等.縣級農用地質量分等成果年度更新方法研究［J］.中國農業資源與區劃，2015，36(1):56 －62.

［5］陳三新.中國耕地質量等級調查與評定:湖南卷［M］.北京:中國大地出版社，2010.