过程装备与控制工程专业控制类课程教学与探讨

左海强 张兰 刘仁桓 朱全民

中国石油大学（华东）化学工程学院 山东青岛 266555

“过程装备与控制工程”本科专业的前身是“化工设备与机械”（简称“化机”），成立于20世纪50年代初期。随着生产现代化的需要和科技的发展，利用先进的计算机技术、传感技术、信息技术及控制理论，对生产过程及设备进行实时监控与自动控制，使其处于最优运行状态，已成为过程工业装备发展的主要趋势。因此，为了顺应科技时代的发展，教育部将专业拓宽为过程装备与控制工程，形成了一个融“过程”“机械”和“控制”为一体，将“化工”“机械”和“信息”学科紧密结合而形成的“化—机—电”一体化的多科型、交叉型专业。目前国内有过程装备与控制工程专业的高校大概在110所。

专业要名符其实，过程装备与控制工程的专业特色就在于学科交叉，其中“控制工程”占有举足轻重的作用。过程装备的高效运行，不仅取决于构成生产装备的各个单元设备的性能以及这些单元设备的组合方式，而且取决于对单元设备及成套装置的控制水平。本文对中国石油大学（华东）控制类课程的设置、实践教学以及笔者在教学过程中遇到的问题进行探讨。

1 控制类课程的设置及实践教学

1.1 控制类课程设置

目前学校过程装备与控制工程专业为本科生开设的控制类课程有5门，其中必修课2门（过程装备控制工程基础和化工装备测控技术），选修课3门（微控制器原理及应用、化工单元控制技术和现代测控仪表）。

过程装备控制工程基础教学的主要内容包括自动控制系统的基本概念、控制系统的数学模型、时域瞬态响应分析、控制系统的频率特性、控制系统的稳定性分析、控制系统的误差分析和计算、MATLAB及其应用等。通过该课程的学习，使学生掌握经典控制理论的基本知识，使学生初步具备应用这些知识进行控制对象分析与综合的基本能力，为后续控制类专业课的学习打下控制工程学科的基础。

化工装备测控技术教学的主要内容包括过程装备测控系统的基本概念，过程参数检测技术，过程控制装置，简单控制 系统、复杂控制系统和计算机控制系统的设计及运行，典型过程单元及对象的控制，先进控制系统等。通过该课程的学习，使学生掌握控制工程学科基础理论的应用，初步具备应用这些知识进行检测系统和控制系统设计与运用的基本能力。

微控制器原理及应用主要内容包括微控制器的基本概念、构成及特点，微控制器的CPU、指令系统及编程，微控制器基本系统的设计，微控制器的外围模块的特点及应用，微控制器的开发工具和软件，基于微控制器的过程控制仪表等。通过该课程的学习，使学生具备应用这些知识进行微控制器系统设计与运用的基本能力。

化工单元控制技术主要内容包括化工单元控制技术的基本概念、现状及发展趋势，流体输送设备、换热设备、精馏塔和化学反应器这些典型化工单元的特性及针对性控制方案的设计与实现等。通过该课程的学习，使学生具备典型化工单元特性获取与分析，控制系统设计与运用的基本能力。

现代测控仪表主要内容包括自动检测技术的发展与现状、现代测控仪表的技术特征、现代测控仪表的原理及相关技术、现代测量仪表、现代控制仪表及成分分析仪表等。通过学习本课程使学生掌握目前在石油、石化等行业中应用的几种较为先进的测量与控制仪表，具备解决过程参数检测与控制的基本能力。

1.2 控制类课程的实践教学

过程装备与控制工程本科专业培养的是以工程师为主的应用研究型专门人才，因此，在教学内容中必须强调工程实践，注重学生动手能力的培养。

过程装备控制工程基础课程的实践教学内容主要包括使用MATLAB建立控制系统的数学模型，控制系统的时域分析、频域分析、稳定性分析等。化工装备测控技术的实践教学内容主要包括热电偶及温度测量、压力表校验及压力测量、简单控制系统PID参数整定、串级控制系统设计、简单PLC控制系统程序设计等内容。微控制器原理及应用的实践教学内容主要包括用单片机汇编语言编程、C语言编程以及利用单片机控制LED指示灯或电动机等。化工单元控制技术的实践教学内容主要包括换热器对象特性的测取及控制、离心式压缩机控制、化学反应器特性模拟及控制等。此外，在专业课学习之前，安排有认识实习，主要参观校办胜华炼油厂、垦利石化总厂以及胜利石化总厂等企业，这些企业的自动化程度很高，拥有先进的DCS或FCS控制系统，且过程装备控制中的温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等主要参数齐全，让学生在学习专业课之前对控制系统有一个初步的感性认识。在专业课学习之后，还有专业实习，主要安排在大型的齐鲁石化等企业进行，学生可以结合课堂上学到的理论知识，对一些重要的生产单元（如催化、重整、焦化、乙烯等）和关键设备（如离心式压缩机、往复式压缩机等）的控制进行实习。

2 加强控制类课程教学效果探讨

在近几年从事过程装备与控制工程专业控制类课程的教学过程中，笔者对如何加强控制类课程教学效果进行了思考与探讨。

1）学生数学基础相对薄弱，学生大多没有学习过复变函数与积分变换等数学内容，因而在讲解拉氏变换和幅角定理时，学生理解起来有一定的难度。建议讲授这部分内容时，要给学生补充相关的数学知识，并放慢讲课节奏。

2）应结合学校自身的特点，加强特色教材建设。学校培养的过程装备与控制工程本科专业毕业生主要面向石油石化领域就业。现阶段选用的控制类教材有些是适用于机械领域，有些适用于交通领域。应当结合自身的特色和特殊的环境，有针对性地编写适用于石油石化领域的特色教材。如在石油石化领域广泛地采用DCS控制系统进行控制，而DDZ-Ⅲ型控制器则较少采用，因而DCS编程与组态内容应作为教学的重点。

3）由于学院和学科布局调整，过程装备与控制工程专业从原来的机电工程学院调整到化学工程学院，这意味着过程装备与控制工程专业中的“化工”“机械”和“控制”的比重也会做适当的调 整，适当改变过去机械占主导的地位，适度增加“化工”和“控制”的比重。专业要名副其实，把握好“控制工程”的尺度，这也是当前教学改革上的一个难点。

4）专业课要向科学前沿靠拢，控制领域知识淘汰与更新比较迅速。教师要紧跟时代的步伐，及时更新自己的知识，把学科前沿的东西带到课堂上。同时要注意培养学生的兴趣，发现学生的特长，鼓励创新。

3 结束语

“控制工程”在过程装备与控制工程专业教学中占有举足轻重的作用。本文对中国石油大学（华东）过程装备与控制工程专业控制类课程设置、实践教学以及存在的问题进行总结和分析，同时对如何增强控制类课程的效果进行探讨。

[1]钱才富,段成红,马润梅,等.过程装备与控制工程专业教学改革的研究与实践[J].化工高等教育,2002(3):45-46.

[2]刘俊明,段滋华.过程装备与控制工程专业加强过程教学的认识与实践[J].化工高等教育,2008(2):48-55.

[3]闫绍峰,熊晓航.过程装备与控制工程专业培养方案和课程体系的改革与实践[J].辽宁工学院学报:社会科学版,2007(5):134-136.