“過程控制”課程教學改革探索

呂漫麗 孫文利 魏志勇

摘要：“過程控制”是目前工科院校自動化專業必須開設的一門專業課。結合電力院校特點，本文分析了我校開設該課程過程中所存在的問題，并對該課程的教學改革的方法和取得的一些成果進行闡述，有利于指導進一步的教學。

關鍵詞：過程控制；教學改革；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）10-0083-02

“過程控制”是控制理論在實際應用中的再創造的過程。它是以復雜的工業過程為背景，以控制理論為基礎發展起來的。過程控制對理解和掌握屬于數學學科的自動控制理論，做到學以致用，起著非常重要的作用。

“過程控制”課程是我校自動化專業非常受重視的一門課程，開設本門課程之前學生已經學過“自動控制原理”、“電廠熱力設備及運行”、“熱工測量及儀表”、“計算機控制系統”等課程，開設本門課程的同時，還開設“電廠開關量控制”、“汽輪機控制”、“集散控制系統”，它們共同形成了電力院校自動化專業的特色專業課程。除了自動化專業，該課程也是我校的熱能與動力工程及測控技術與儀器專業的重要的專業必修課。整門課程是以控制理論和電廠熱力設備及運行為基礎，以電廠主要設備及熱工過程為被控對象，對整個控制過程進行原理分析和設計。通過本門課程的學習，學生能夠掌握電廠的主要熱工過程的控制原理和設計方法。這是理論和實踐結合非常緊密的一門課程，為學生后續進行仿真實習和將來從事電廠運行工作打下理論基礎。

為把過程控制課程打造成具有電力院校特點的特色專業課，我們根據國內外自動化技術與教學的發展動態，對畢業生進行反饋調查，征求用人單位的意見，進一步明確了培養目標，并進行課程教學與實驗的一系列綜合改革。

一、課程的教材建設

教材是教學的主要依據，是教學大綱的具體化。教材建設是課程建設的核心，是進行教學工作、提高教學質量的重要保證。《中國教育改革發展綱要》指出：學校的教材要反映中國和世界的優秀文明成果及當代科學技術文化的最新發展。因此，面向21世紀的教材在內容上應能跟上科學技術發展的步伐。熱工系列課程教材和教學內容要反映當代科技成果。本課程組教師總結多年教學經驗和自己的研究成果，針對電力院校的特點，編寫的“十一五”國家級規劃教材《電廠熱工過程自動控制》，內容既有基本的控制理論基礎知識，又有單元機組的自動控制系統，同時還介紹了火電廠的最新技術進展。可供自動化及相關專業本科生學習使用，也可作為從事熱工過程自動控制工作的工程技術人員自學參考資料。該教材榮獲了吉林省優秀教材稱號。

二、科學化教學方法

1.重視緒論課的教學，提高學習興趣。如何在課程之初就吸引學生，提高學生的學習熱情是課程組教研的重點內容之一。在緒論課上，老師首先向學生強調本課程的性質、任務及地位等，同時強調和其他已學課程的關聯性，以及會和哪些后續環節相關聯。同時講述過程控制的歷史發展和研究現狀，重點給學生展示大量的實際工程應用案例以及學生利用課程設計與畢業設計開發的成品和教師在過程控制方面的科研成果。讓學生對這門課充滿期待，找到學習方向，以此來提高學生的學習興趣。

2.注重實際案例分析，增強學生的工程思維。在進入電廠熱工控制系統學習部分前，先根據火電廠的工藝流程圖，回顧火力發電過程，重點從控制的角度引出火力發電的主要的控制系統有哪些，讓學生對整個的后續系統有一個整體的認知。在每個重要的控制系統講授完成之后，都要講授一個實際機組實例，實例中不但包含模擬量控制，還有相應的信號測量部分和手自動跟蹤部分，同時結合控制邏輯進行講解。同時基于安全考慮，介紹一些報警和連鎖保護知識，這樣，學生除了對知識有了系統認知，也培養了學生的安全意識。

3.增加知識講座，了解行業發展現狀。本學院的學生將來就業的方向大部分是在電廠，為了便于學生提前了解自己未來的工作環境和工作需要，學院每年都會請一些有工作經驗的校友講一些火電廠現場情況，畢業前應該進行哪些方面的知識儲備，以及電廠人才需求的方向，使學生更好地了解行業現狀。同時也會請一些過程控制某一領域方向的專家學者進行學術報告，讓學生有機會了解過程控制的前沿研究，關注過程控制的未來發展。

三、多樣化教學手段

1.高質量多媒體課件的研發與應用。過程控制課程是一門和實際結合緊密的學科，內容既有控制理論知識，又和電廠運行實際相結合。為了增加直觀性，本課程已采用多媒體授課很多年，但是多以PPT課件為主，板書為輔，形式過于單一。近幾年來，課題組教師抽出大量時間對本門課程的課件進行了大力度的研發，新課件充分運用文本、圖形、圖像、動畫、圖表等媒體形式來表現課程內容，既有常規的文字描述與歸納，又可以通過動畫演示直觀講解，還可以控制實例的演示進程，較好地激發了學生的學習興趣，提高了學習效果，該課件獲得了2012年吉林省高等教育技術成果獎多媒體課件類一等獎。在3屆學生中的應用表明教學效果明顯。

2.網絡學堂的應用。網絡交流平臺的建設使師生之間和學生之間的協作不受時間和空間的限制。老師可以將教學的相關資料放到網絡學堂里，還可在網絡學堂上留作業、收作業、網上答疑、討論，方便學生隨時得到老師和其他同學的幫助。教師由知識的灌輸者成為學習的引導者，學生由被動地接受教育變成主動地探索知識。本校的省精品課程都有相應的網絡學堂建設，使師生的交互、學生的協作更為方便，更利于實施教師指導下的學生自主式學習。

3.輔助教學軟件的應用。過程控制課程的教學重點是給學生一個“系統”的概念，實際應用的控制系統，都是控制器，執行器和控制對象構成前向通道，再通過測量變送器形成負反饋，組成閉環控制系統。根據控制指標的要求，對各部件進行選型并整定。在講解過程中，應用SIMULINK軟件，結合被控對象的數學模型，可以組成包括控制器、執行器和變送器等的閉環控制系統。通過觀測系統的輸出信號，對控制器的參數進行調整，最終使系統運行達到平穩狀態。尤其在控制器動態特性和各種復雜控制系統以及控制系統的整定等知識的講解中，MATLAB仿真實例便于學生比較各種控制方法的優缺點，增強了直觀性，同時也能讓學生學到一種解決問題的方法和手段。

四、強化實踐應用能力

實踐環節包括實驗環節、課程設計和后續的仿真培訓等。

1.實驗教學。過程控制的實驗設備是我校教師和浙江天煌教儀合作研發的，是對火電機組的鍋爐側的簡化實現。學生可以在實驗臺上進行一些驗證性和自主設計實驗，包括單容液位定值控制系統、液位與進水流量串液級控制系統、鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制系統等。另外，新建的PLC和DCS實驗室也可以滿足學生的一些自主設計的實驗要求。我院實驗室采用的是開放式教學，學生可以自主地預約實驗，進行設計研究，增強了課程的設計的靈活性和自主性。

2.課程設計。課程結束后有一個3周的課程設計，針對學生已有知識設計一個火電廠的典型控制系統如燃燒系統、給水系統、協調系統，學生從研究被控對象開始，包括傳感器選擇、控制方案確定，還要考慮到信號可靠性以及系統的無擾切換等實際問題，自己查閱資料和參考實際電廠的圖紙，最后繪制出自己控制系統的SAMM圖。通過這個課程設計，學生能從系統的角度對所學的課程有了一個整體的應用概念。3周的課程設計使相應的專業知識得以體系化，又能讓學生注意到在工程實際應用中必須考慮的一些問題。

3.現場生產實習+仿真培訓。結合電力院校的特點，我院到第7學期有一個電廠生產實習和仿真培訓，生產實習就是到就近的火力發電廠進行一些現場認識和培訓，讓電廠有經驗的師傅帶領學生深入了解實際熱力設備的構成及電廠整體流程。仿真培訓就是到本校的一個國家級重點實踐基地進行為期4周的大型火電機組的集控運行仿真培訓，讓學生對火電廠的所有相關知識有一個更為深入的認識，讓學生對學過的理論知識能夠從工程的角度進行組織和整合，建立起相應的自動化專業知識體系。

4.其他實踐。我們學院一直重視學生的動手能力和實踐能力，成立了自動化創新實踐基地，秉承以教師為主導，以學生為主體，以政策為導向，通過動手實踐，引導學生自主學習的興趣；通過參與課題研究，激發學生敢于創新的意識；通過目標管理，培養學生善于創業的精神。大三的學生，就可以進入相應的研究室參與科研活動，比如創新制作研究室，學生通過自主創新設計，深化了理論知識，還可以通過參加一些西門子過程控制大賽等這些全國性的比賽鍛煉實踐能力，感受到了知識的實際應用行性和趣味性，并已取得一定的成績。

五、結束語

通過對過程控制課程教學的研究和探索，我們的過程控制課程在教學方法、教學內容和教學手段等方面做了一些嘗試，在教學實踐過程中取得了較好的教學效果。課程改革做到了理論、技術與實際應用相結合，各個教學環節協調一致，提高了學生的學習積極性，更培養了學生獨立動手和分析解決問題的能力。

參考文獻：

[1]黨選舉，譚永紅.《過程控制》課程的改革與建設[J].高教論壇，2006，（1）：71-73.

[2]沈亞斌，趙濤，陳桂.過程控制系統課程教學改革的探索與實踐[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2011，6（10），33-36.

[3]王令，潘成君.熱工系列課程教學改革的分析探討[J].高教研究，2009，（1）：69-71.

[4]謝啟，李智超，陳飛.“過程控制與自動化儀表”課程教學改革與實踐[J].中國電力教，2009，（7）：80-81.