《過程控制系統(tǒng)》在獨立學院中的教學改革

張曉倩 黃　瀚/成都理工大學工程技術(shù)學院

《過程控制系統(tǒng)》在獨立學院中的教學改革

張曉倩 黃瀚/成都理工大學工程技術(shù)學院

《過程控制系統(tǒng)》課程旨在使學生獲得過程控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護能力。本文分析了《過程控制系統(tǒng)》課程教學現(xiàn)狀，針對獨立學院的特殊教學環(huán)境，提出了《過程控制系統(tǒng)》課程教學改革的措施和方法。在理論教學中，把M atlab/sim ulink仿真手段引入課堂教學，使抽象的過程控制具象化。在實踐教學中引入組態(tài)，并通過相應的實驗裝置完成一個完整的過程控制系統(tǒng)設(shè)計。

過程控制系統(tǒng)； 教學改革； 實踐教學；M atlab；組態(tài)

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

國內(nèi)的多數(shù)獨立學院中，學生對抽象的理論知識的學習有很強的抵觸心理，而《過程控制系統(tǒng)》理論教學中關(guān)于生產(chǎn)過程的建模及各類復雜控制系統(tǒng)設(shè)計都具有很強的理論深度，而且相關(guān)實驗為趣味性和操作性不強的慢過程實驗，使得學生對《過程控制系統(tǒng)》這門課程的學習效果不好。

1.《過程控制系統(tǒng)》教學現(xiàn)狀分析

《過程控制系統(tǒng)》課程傳統(tǒng)教學過程中，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)學模型，使學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)計及各類復雜的、高性能的、實現(xiàn)特殊要求的過程控制系統(tǒng)設(shè)計，最后介紹典型的生產(chǎn)過程控制與工程設(shè)計。這種傳統(tǒng)的教學方法難以培養(yǎng)學生從系統(tǒng)級的層面分析和設(shè)計過程控制系統(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，難以在學生的腦海中建立清晰的概念。

《過程控制系統(tǒng)》課程的實踐教學，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驗在中控的AE2000型過程控制實驗裝置[2]上接線和數(shù)據(jù)處理都是比較簡單，很多學生不會將實驗數(shù)據(jù)與理論知識結(jié)合，完成實驗后也并沒有加深對理論知識的理解。

2 .《過程控制系統(tǒng)》理論教學的改革措施

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

2.1教學內(nèi)容的改革

《過程控制系統(tǒng)》課程的教學內(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)學模型，以及由以上幾個部分綜合所構(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、任務及要求。第二章參數(shù)檢測與變送部分，依托于學院的過程控制實驗室的硬件條件，詳細講解實驗室中需要檢測幾種過程參數(shù)以及相關(guān)檢測方法。結(jié)合實驗裝置及課本的理論知識，講解工藝參數(shù)的基本概念、檢測方法及應用。這樣加強學生對相關(guān)知識的理論認識的同時提高學生聽課的積極性。在第三章過程控制儀表的講解中，采用同樣的方法，以實驗室現(xiàn)有的過程控制儀表引出相關(guān)知識要點。第四章生產(chǎn)過程的數(shù)學模型的講解中，以實驗裝置上的相關(guān)被控對象作為數(shù)學建模的對象，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，可以結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)過程實例講解各個控制系統(tǒng)，達到理論知識應用于實例的目的。對于最后一章典型生產(chǎn)過程控制與工程應用，可以講解當今流行或者超前的控制系統(tǒng)實例，使得教學內(nèi)容緊跟技術(shù)潮流，將最新的技術(shù)和實例引進課堂。

2.2教學手段的改革

在多媒體講課的時代，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)的應用實例可以通過視頻的方式，更加直觀的呈現(xiàn)在學生面前。對于生產(chǎn)過程建模，以及各類控制系統(tǒng)的分析時，可以采用MATLAB中的simulink工具箱進行仿真分析。通過仿真手段，使得學生能夠快速、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 .實踐教學的改革

在實踐教學方面，不再拘泥于做一些驗證性的實驗，而是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)計一個完整的過程控制系統(tǒng)，以組態(tài)王軟件構(gòu)成上位機，完成工業(yè)過程控制系統(tǒng)的模擬。《過程控制系統(tǒng)》課程的實驗環(huán)節(jié)學時一般為8到10個，可以設(shè)計一到兩個實驗，以上中水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計實驗為例，如表1所示。

表 1　上中水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計實驗

對于上述實驗，因為在理論教學中已經(jīng)對相關(guān)實驗裝置及其原理做過講解，所以將更多的學時分配于組態(tài)設(shè)計和系統(tǒng)運行調(diào)試。通過控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計加深學生對整個系統(tǒng)的工藝流程、控制方案的理解。通過系統(tǒng)運行調(diào)試可以加強學生對各類工業(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

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

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

[2] 胡晨.基于AE2000的溫度控制系統(tǒng)實驗設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化應用.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).