《过程控制系统》在独立学院中的教学改革

张晓倩　黄瀚

【摘 要】《过程控制系统》课程旨在使学生获得过程控制系统的设计、安装、调试和维护能力。本文分析了《过程控制系统》课程教学现状，针对独立学院的特殊教学环境，提出了《过程控制系统》课程教学改革的措施和方法。在理论教学中，把Matlab/simulink仿真手段引入课堂教学，使抽象的过程控制具象化。在实践教学中引入组态，并通过相应的实验装置完成一个完整的过程控制系统设计。

【关键词】过程控制系统； 教学改革； 实践教学；Matlab；组态

《过程控制系统》是控制理论、检测技术、计算机控制技术等知识相结合的一门应用性和实践性很强的专业课程[1]，主要介绍生产过程自动化的基本概念、自动化仪表、以及各类过程控制系统的分析与设计。通过本课程的学习，培养学生对过程控制系统的分析和设计能力，从过程控制的角度培养学生工程实践和创新能力。

国内的多数独立学院中，学生对抽象的理论知识的学习有很强的抵触心理，而《过程控制系统》理论教学中关于生产过程的建模及各类复杂控制系统设计都具有很强的理论深度，而且相关实验为趣味性和操作性不强的慢过程实验，使得学生对《过程控制系统》这门课程的学习效果不好。

1.《过程控制系统》教学现状分析

《过程控制系统》课程传统教学过程中，先介绍过程参数的检测与变送、过程控制仪表以及生产过程的数学模型，使学生初步了解过程控制系统，然后讲解简单的过程控制系统设计及各类复杂的、高性能的、实现特殊要求的过程控制系统设计，最后介绍典型的生产过程控制与工程设计。这种传统的教学方法难以培养学生从系统级的层面分析和设计过程控制系统。而且对于各类过程控制系统的讲解仅仅通过文字和简单图片的说明，难以在学生的脑海中建立清晰的概念。

《过程控制系统》课程的实践教学，一阶二阶对象特性测试、上水箱液位PID控制、上中水箱液位串级控制等实验在中控的AE2000型过程控制实验装置[2]上接线和数据处理都是比较简单，很多学生不会将实验数据与理论知识结合，完成实验后也并没有加深对理论知识的理解。

2 .《过程控制系统》理论教学的改革措施

经过对《过程控制系统》课程的教学研究，提出几点建议。

2.1教学内容的改革

《过程控制系统》课程的教学内容主要是过程参数的检测与变送、过程控制仪表、生产过程的数学模型，以及由以上几个部分综合所构成的各类过程控制系统。第一章绪论部分以单容水箱液位PID控制系统为实例讲解，引出过程控制系统的组成，并分析过程控制的特点、任务及要求。第二章参数检测与变送部分，依托于学院的过程控制实验室的硬件条件，详细讲解实验室中需要检测几种过程参数以及相关检测方法。结合实验装置及课本的理论知识，讲解工艺参数的基本概念、检测方法及应用。这样加强学生对相关知识的理论认识的同时提高学生听课的积极性。在第三章过程控制仪表的讲解中，采用同样的方法，以实验室现有的过程控制仪表引出相关知识要点。第四章生产过程的数学模型的讲解中，以实验装置上的相关被控对象作为数学建模的对象，从中引出建模的方法。第五、六、七、八章主要讲解各类过程控制系统的分析与设计，可以结合相关生产过程实例讲解各个控制系统，达到理论知识应用于实例的目的。对于最后一章典型生产过程控制与工程应用，可以讲解当今流行或者超前的控制系统实例，使得教学内容紧跟技术潮流，将最新的技术和实例引进课堂。

2.2教学手段的改革

在多媒体讲课的时代，对于《过程控制系统》课程某些内容的讲解采用视频讲解的方式。例如对于各类过程控制系统的应用实例可以通过视频的方式，更加直观的呈现在学生面前。对于生产过程建模，以及各类控制系统的分析时，可以采用MATLAB中的simulink工具箱进行仿真分析。通过仿真手段，使得学生能够快速、直观地掌握控制系统的相关特性，以及调节器的参数整定方法。

3 .实践教学的改革

在实践教学方面，不再拘泥于做一些验证性的实验，而是从系统的角度出发，设计一个完整的过程控制系统，以组态王软件构成上位机，完成工业过程控制系统的模拟。《过程控制系统》课程的实验环节学时一般为8到10个，可以设计一到两个实验，以上中水箱液位控制系统设计实验为例，如表1所示。

对于上述实验，因为在理论教学中已经对相关实验装置及其原理做过讲解，所以将更多的学时分配于组态设计和系统运行调试。通过控制系统组态设计加深学生对整个系统的工艺流程、控制方案的理解。通过系统运行调试可以加强学生对各类工业过程的特性的理解以及掌握调节器参数整定[3]的方法。

4.结束语

在近几年的教学过程中，根据独立学院自身条件及学生素质等特殊情况以及培养工程实践型人才的要求，对《过程控制系统》的理论教学和实践教学作出了综上的改革。通过理论与实验相结合的方式，使学生更好地掌握知识，同时也提升课堂积极性。对于实践教学的改革，培养学生对过程控制系统的系统级层面的认识和工程素质能力。教学改革是一个长期探索和不断变化的过程，我们要根据相应的教学条件、学生反馈意见等不断的探索新的教学方法和思路。

参考文献：

[1] 王再英，刘淮霞，陈毅静.过程控制系统与仪表[M].北京：机械工业出版社， 2006.

[2] 胡晨.基于AE2000的温度控制系统实验设计与实现[J].自动化应用.2015，（08）：67-68.

[3] 杨婷婷，单玉波.PID调节器参数整定仿真[J].城市建设理论研究：电子版， 2015（16）.