自動化儀表與過程控制課程探索

摘 要：闡述了自動化儀表與過程控制這門課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)及重要性，分析了獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。為了培養(yǎng)出創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)技能人才，從教學(xué)方法及教學(xué)手段這兩方面進(jìn)行改革。讓學(xué)生融會貫通，掌握一定的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：過程控制；Matlab；工程實(shí)踐能力

引言：自動化儀表與過程控制這門課程是電氣工程及其自動化的專業(yè)課。教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握工業(yè)過程控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作原理、一般的分析設(shè)計(jì)方法和基本的實(shí)訓(xùn)技能。了解過程控制新技術(shù)，基本掌握現(xiàn)場總線、遠(yuǎn)程監(jiān)控及組態(tài)軟件等技術(shù)，理解先進(jìn)的控制策略等[1]。與其相對應(yīng)的過程控制課程設(shè)計(jì)則是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程控制這門課程理論與實(shí)踐成果的重要環(huán)節(jié)。先從系統(tǒng)測試，系統(tǒng)建模，再到系統(tǒng)仿真。從單容對象的單回路控制到串級控制。從傳統(tǒng)PID控制到先進(jìn)控制策略。根據(jù)控制系統(tǒng)的特性，通過Matlab進(jìn)行參數(shù)整定，并進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試，最后進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際調(diào)試。讓學(xué)生具有一定的分析問題和解決問題的能力，為從事與本專業(yè)相關(guān)的科學(xué)研究和工程技術(shù)等工作打下一定的基礎(chǔ)[2]。

一、學(xué)情分析

獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生由于基礎(chǔ)一般較差，上課時往往處于聽不懂的邊緣，久而久之就會產(chǎn)生厭學(xué)情緒，直接放棄聽課，這種例子屢見不鮮。通過課后與學(xué)生交流后了解到，獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生大多對于動手實(shí)踐類課程更為感興趣，尤其是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)類課程。而自動化儀表與過程控制這門課程就屬于應(yīng)用實(shí)踐類課程，所以本課程的某些章節(jié)內(nèi)容就能吸引學(xué)生的注意力。但是也僅僅局限于學(xué)習(xí)了，了解了這門課程的部分內(nèi)容，并沒有達(dá)到能使同學(xué)們舉一反三的目標(biāo)。

二、改革與探索

（一）教學(xué)方法。以往的教學(xué)方法均是通過PPT及板書的方式進(jìn)行授課，較為枯燥乏味，不能營造良好的課堂氣氛，學(xué)生無法融入其中。為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方法就是必不可少的。例如：講解第一章過程控制系統(tǒng)的組成，這章節(jié)的內(nèi)容是全書的基礎(chǔ)，也是全書的引論；以鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)為例闡述出過程控制系統(tǒng)的四大要素，被控對象，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器及反饋裝置。讓5名學(xué)生為一組進(jìn)行小組討論，分析出各組成部分的作用，并由1名學(xué)生進(jìn)行解說，另外4名學(xué)生進(jìn)行角色扮演，完成對該過程控制系統(tǒng)工作原理的分析與闡述。

讓學(xué)生參與其中后，由小組之間互相提出問題，進(jìn)行分組討論與演練，達(dá)到讓同學(xué)們主動能動的去學(xué)習(xí)，去思考問題。除了上述方法外，還可以布置學(xué)生自習(xí)的內(nèi)容，第二次上課時以作匯報(bào)的方式，讓學(xué)生自行上臺講解今天的課程內(nèi)容，最后結(jié)束由老師做總結(jié)，肯定正確的，糾正錯誤的觀點(diǎn)，并給予相應(yīng)的評分，作為期末考核的附加分。由此，鍛煉了學(xué)生的演講及文獻(xiàn)搜集與整理的能力，也激勵學(xué)生養(yǎng)成自我求真的好品質(zhì)。

（二）教學(xué)手段。所謂教學(xué)手段，老師用來教授知識的媒體、設(shè)備或是工具。現(xiàn)今大學(xué)校園里常見的手段有：黑板，多媒體投影系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置。如何結(jié)合這幾種設(shè)備來更好的完成教學(xué)成了重中之重。例如：講解第二章自動化儀表，多媒體投影系統(tǒng)能將儀表細(xì)部進(jìn)行放大，并能將儀表使用過程通過影片的方式放映出來，直觀地讓學(xué)生了解到儀表的構(gòu)成及工作原理。但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)的當(dāng)下，學(xué)會了相應(yīng)的課程內(nèi)容，當(dāng)學(xué)期末或是實(shí)驗(yàn)開課時，又需要重頭教授課程內(nèi)容，沒有起到直觀的教學(xué)效果。而將教學(xué)視頻改為實(shí)際的儀表，將普通教室改為實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室講解儀表組成，并立即指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并不斷練習(xí)，加以鞏固，效果立竿見影。對于被控對象建模這章內(nèi)容，將課堂搬到Matlab機(jī)房，通過實(shí)訓(xùn)達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。

最后，通過課程設(shè)計(jì)類綜合實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將課本知識與實(shí)踐知識得到應(yīng)用，將PLC原理及應(yīng)用、工業(yè)組態(tài)軟件等課程融會貫通。首先，根據(jù)被控對象反應(yīng)曲線得出其數(shù)學(xué)模型。然后，通過Matlab/Simulink組件搭建系統(tǒng)模型，通過PID參數(shù)整定方法，得出最佳控制參數(shù)；最后，將實(shí)際設(shè)備集成，通過PLC完成系統(tǒng)硬件組態(tài)，編寫相應(yīng)的梯形圖，根據(jù)仿真所得PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)PID控制，并利用相應(yīng)的工業(yè)組態(tài)軟件繪制相應(yīng)組態(tài)界面。從工程的角度出發(fā)，使學(xué)生能具有一定的動手能力，分析和解決問題的能力。

三、結(jié)束語

通過對教學(xué)方法及教學(xué)手段的分析與改革，使學(xué)生能積極主動地去學(xué)習(xí)自己感興趣的前沿知識以及實(shí)踐類知識。尤其是課程設(shè)計(jì)類綜合實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將所學(xué)過的相關(guān)知識聯(lián)系起來，從設(shè)計(jì)的最初到項(xiàng)目的實(shí)施，到最后的調(diào)試與投用。每一個環(huán)節(jié)都由相應(yīng)的組員參與完成，訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，工程實(shí)踐能力，把學(xué)生培養(yǎng)成為更具競爭力的創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)技能型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 艾紅.過程控制與集散控制系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐的研究.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理[J].2010，27（3），129-131.

[2] 張?jiān)蚂o.過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的探索與研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014，17（4）：19-22.