“过程控制”课程教学改革探索

吕漫丽 孙文利 魏志勇

摘要：“过程控制”是目前工科院校自动化专业必须开设的一门专业课。结合电力院校特点，本文分析了我校开设该课程过程中所存在的问题，并对该课程的教学改革的方法和取得的一些成果进行阐述，有利于指导进一步的教学。

关键词：过程控制；教学改革；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）10-0083-02

“过程控制”是控制理论在实际应用中的再创造的过程。它是以复杂的工业过程为背景，以控制理论为基础发展起来的。过程控制对理解和掌握属于数学学科的自动控制理论，做到学以致用，起着非常重要的作用。

“过程控制”课程是我校自动化专业非常受重视的一门课程，开设本门课程之前学生已经学过“自动控制原理”、“电厂热力设备及运行”、“热工测量及仪表”、“计算机控制系统”等课程，开设本门课程的同时，还开设“电厂开关量控制”、“汽轮机控制”、“集散控制系统”，它们共同形成了电力院校自动化专业的特色专业课程。除了自动化专业，该课程也是我校的热能与动力工程及测控技术与仪器专业的重要的专业必修课。整门课程是以控制理论和电厂热力设备及运行为基础，以电厂主要设备及热工过程为被控对象，对整个控制过程进行原理分析和设计。通过本门课程的学习，学生能够掌握电厂的主要热工过程的控制原理和设计方法。这是理论和实践结合非常紧密的一门课程，为学生后续进行仿真实习和将来从事电厂运行工作打下理论基础。

为把过程控制课程打造成具有电力院校特点的特色专业课，我们根据国内外自动化技术与教学的发展动态，对毕业生进行反馈调查，征求用人单位的意见，进一步明确了培养目标，并进行课程教学与实验的一系列综合改革。

一、课程的教材建设

教材是教学的主要依据，是教学大纲的具体化。教材建设是课程建设的核心，是进行教学工作、提高教学质量的重要保证。《中国教育改革发展纲要》指出：学校的教材要反映中国和世界的优秀文明成果及当代科学技术文化的最新发展。因此，面向21世纪的教材在内容上应能跟上科学技术发展的步伐。热工系列课程教材和教学内容要反映当代科技成果。本课程组教师总结多年教学经验和自己的研究成果，针对电力院校的特点，编写的“十一五”国家级规划教材《电厂热工过程自动控制》，内容既有基本的控制理论基础知识，又有单元机组的自动控制系统，同时还介绍了火电厂的最新技术进展。可供自动化及相关专业本科生学习使用，也可作为从事热工过程自动控制工作的工程技术人员自学参考资料。该教材荣获了吉林省优秀教材称号。

二、科学化教学方法

1.重视绪论课的教学，提高学习兴趣。如何在课程之初就吸引学生，提高学生的学习热情是课程组教研的重点内容之一。在绪论课上，老师首先向学生强调本课程的性质、任务及地位等，同时强调和其他已学课程的关联性，以及会和哪些后续环节相关联。同时讲述过程控制的历史发展和研究现状，重点给学生展示大量的实际工程应用案例以及学生利用课程设计与毕业设计开发的成品和教师在过程控制方面的科研成果。让学生对这门课充满期待，找到学习方向，以此来提高学生的学习兴趣。

2.注重实际案例分析，增强学生的工程思维。在进入电厂热工控制系统学习部分前，先根据火电厂的工艺流程图，回顾火力发电过程，重点从控制的角度引出火力发电的主要的控制系统有哪些，让学生对整个的后续系统有一个整体的认知。在每个重要的控制系统讲授完成之后，都要讲授一个实际机组实例，实例中不但包含模拟量控制，还有相应的信号测量部分和手自动跟踪部分，同时结合控制逻辑进行讲解。同时基于安全考虑，介绍一些报警和连锁保护知识，这样，学生除了对知识有了系统认知，也培养了学生的安全意识。

3.增加知识讲座，了解行业发展现状。本学院的学生将来就业的方向大部分是在电厂，为了便于学生提前了解自己未来的工作环境和工作需要，学院每年都会请一些有工作经验的校友讲一些火电厂现场情况，毕业前应该进行哪些方面的知识储备，以及电厂人才需求的方向，使学生更好地了解行业现状。同时也会请一些过程控制某一领域方向的专家学者进行学术报告，让学生有机会了解过程控制的前沿研究，关注过程控制的未来发展。

三、多样化教学手段

1.高质量多媒体课件的研发与应用。过程控制课程是一门和实际结合紧密的学科，内容既有控制理论知识，又和电厂运行实际相结合。为了增加直观性，本课程已采用多媒体授课很多年，但是多以PPT课件为主，板书为辅，形式过于单一。近几年来，课题组教师抽出大量时间对本门课程的课件进行了大力度的研发，新课件充分运用文本、图形、图像、动画、图表等媒体形式来表现课程内容，既有常规的文字描述与归纳，又可以通过动画演示直观讲解，还可以控制实例的演示进程，较好地激发了学生的学习兴趣，提高了学习效果，该课件获得了2012年吉林省高等教育技术成果奖多媒体课件类一等奖。在3届学生中的应用表明教学效果明显。

2.网络学堂的应用。网络交流平台的建设使师生之间和学生之间的协作不受时间和空间的限制。老师可以将教学的相关资料放到网络学堂里，还可在网络学堂上留作业、收作业、网上答疑、讨论，方便学生随时得到老师和其他同学的帮助。教师由知识的灌输者成为学习的引导者，学生由被动地接受教育变成主动地探索知识。本校的省精品课程都有相应的网络学堂建设，使师生的交互、学生的协作更为方便，更利于实施教师指导下的学生自主式学习。

3.辅助教学软件的应用。过程控制课程的教学重点是给学生一个“系统”的概念，实际应用的控制系统，都是控制器，执行器和控制对象构成前向通道，再通过测量变送器形成负反馈，组成闭环控制系统。根据控制指标的要求，对各部件进行选型并整定。在讲解过程中，应用SIMULINK软件，结合被控对象的数学模型，可以组成包括控制器、执行器和变送器等的闭环控制系统。通过观测系统的输出信号，对控制器的参数进行调整，最终使系统运行达到平稳状态。尤其在控制器动态特性和各种复杂控制系统以及控制系统的整定等知识的讲解中，MATLAB仿真实例便于学生比较各种控制方法的优缺点，增强了直观性，同时也能让学生学到一种解决问题的方法和手段。

四、强化实践应用能力

实践环节包括实验环节、课程设计和后续的仿真培训等。

1.实验教学。过程控制的实验设备是我校教师和浙江天煌教仪合作研发的，是对火电机组的锅炉侧的简化实现。学生可以在实验台上进行一些验证性和自主设计实验，包括单容液位定值控制系统、液位与进水流量串液级控制系统、锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统等。另外，新建的PLC和DCS实验室也可以满足学生的一些自主设计的实验要求。我院实验室采用的是开放式教学，学生可以自主地预约实验，进行设计研究，增强了课程的设计的灵活性和自主性。

2.课程设计。课程结束后有一个3周的课程设计，针对学生已有知识设计一个火电厂的典型控制系统如燃烧系统、给水系统、协调系统，学生从研究被控对象开始，包括传感器选择、控制方案确定，还要考虑到信号可靠性以及系统的无扰切换等实际问题，自己查阅资料和参考实际电厂的图纸，最后绘制出自己控制系统的SAMM图。通过这个课程设计，学生能从系统的角度对所学的课程有了一个整体的应用概念。3周的课程设计使相应的专业知识得以体系化，又能让学生注意到在工程实际应用中必须考虑的一些问题。

3.现场生产实习+仿真培训。结合电力院校的特点，我院到第7学期有一个电厂生产实习和仿真培训，生产实习就是到就近的火力发电厂进行一些现场认识和培训，让电厂有经验的师傅带领学生深入了解实际热力设备的构成及电厂整体流程。仿真培训就是到本校的一个国家级重点实践基地进行为期4周的大型火电机组的集控运行仿真培训，让学生对火电厂的所有相关知识有一个更为深入的认识，让学生对学过的理论知识能够从工程的角度进行组织和整合，建立起相应的自动化专业知识体系。

4.其他实践。我们学院一直重视学生的动手能力和实践能力，成立了自动化创新实践基地，秉承以教师为主导，以学生为主体，以政策为导向，通过动手实践，引导学生自主学习的兴趣；通过参与课题研究，激发学生敢于创新的意识；通过目标管理，培养学生善于创业的精神。大三的学生，就可以进入相应的研究室参与科研活动，比如创新制作研究室，学生通过自主创新设计，深化了理论知识，还可以通过参加一些西门子过程控制大赛等这些全国性的比赛锻炼实践能力，感受到了知识的实际应用行性和趣味性，并已取得一定的成绩。

五、结束语

通过对过程控制课程教学的研究和探索，我们的过程控制课程在教学方法、教学内容和教学手段等方面做了一些尝试，在教学实践过程中取得了较好的教学效果。课程改革做到了理论、技术与实际应用相结合，各个教学环节协调一致，提高了学生的学习积极性，更培养了学生独立动手和分析解决问题的能力。

参考文献：

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