左海強(qiáng) 張?zhí)m 劉仁桓 朱全民

中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院 山東青島 266555

“過(guò)程裝備與控制工程”本科專(zhuān)業(yè)的前身是“化工設(shè)備與機(jī)械”（簡(jiǎn)稱(chēng)“化機(jī)”），成立于20世紀(jì)50年代初期。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化的需要和科技的發(fā)展，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)及控制理論，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)控制，使其處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，已成為過(guò)程工業(yè)裝備發(fā)展的主要趨勢(shì)。因此，為了順應(yīng)科技時(shí)代的發(fā)展，教育部將專(zhuān)業(yè)拓寬為過(guò)程裝備與控制工程，形成了一個(gè)融“過(guò)程”“機(jī)械”和“控制”為一體，將“化工”“機(jī)械”和“信息”學(xué)科緊密結(jié)合而形成的“化—機(jī)—電”一體化的多科型、交叉型專(zhuān)業(yè)。目前國(guó)內(nèi)有過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)的高校大概在110所。

專(zhuān)業(yè)要名符其實(shí)，過(guò)程裝備與控制工程的專(zhuān)業(yè)特色就在于學(xué)科交叉，其中“控制工程”占有舉足輕重的作用。過(guò)程裝備的高效運(yùn)行，不僅取決于構(gòu)成生產(chǎn)裝備的各個(gè)單元設(shè)備的性能以及這些單元設(shè)備的組合方式，而且取決于對(duì)單元設(shè)備及成套裝置的控制水平。本文對(duì)中國(guó)石油大學(xué)（華東）控制類(lèi)課程的設(shè)置、實(shí)踐教學(xué)以及筆者在教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 控制類(lèi)課程的設(shè)置及實(shí)踐教學(xué)

1.1 控制類(lèi)課程設(shè)置

目前學(xué)校過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)為本科生開(kāi)設(shè)的控制類(lèi)課程有5門(mén)，其中必修課2門(mén)（過(guò)程裝備控制工程基礎(chǔ)和化工裝備測(cè)控技術(shù)），選修課3門(mén)（微控制器原理及應(yīng)用、化工單元控制技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)控儀表）。

過(guò)程裝備控制工程基礎(chǔ)教學(xué)的主要內(nèi)容包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)分析、控制系統(tǒng)的頻率特性、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的誤差分析和計(jì)算、MATLAB及其應(yīng)用等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握經(jīng)典控制理論的基本知識(shí)，使學(xué)生初步具備應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行控制對(duì)象分析與綜合的基本能力，為后續(xù)控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下控制工程學(xué)科的基礎(chǔ)。

化工裝備測(cè)控技術(shù)教學(xué)的主要內(nèi)容包括過(guò)程裝備測(cè)控系統(tǒng)的基本概念，過(guò)程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，過(guò)程控制裝置，簡(jiǎn)單控制 系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行，典型過(guò)程單元及對(duì)象的控制，先進(jìn)控制系統(tǒng)等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握控制工程學(xué)科基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，初步具備應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用的基本能力。

微控制器原理及應(yīng)用主要內(nèi)容包括微控制器的基本概念、構(gòu)成及特點(diǎn)，微控制器的CPU、指令系統(tǒng)及編程，微控制器基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，微控制器的外圍模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用，微控制器的開(kāi)發(fā)工具和軟件，基于微控制器的過(guò)程控制儀表等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用的基本能力。

化工單元控制技術(shù)主要內(nèi)容包括化工單元控制技術(shù)的基本概念、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，流體輸送設(shè)備、換熱設(shè)備、精餾塔和化學(xué)反應(yīng)器這些典型化工單元的特性及針對(duì)性控制方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備典型化工單元特性獲取與分析，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用的基本能力。

現(xiàn)代測(cè)控儀表主要內(nèi)容包括自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀、現(xiàn)代測(cè)控儀表的技術(shù)特征、現(xiàn)代測(cè)控儀表的原理及相關(guān)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量?jī)x表、現(xiàn)代控制儀表及成分分析儀表等。通過(guò)學(xué)習(xí)本課程使學(xué)生掌握目前在石油、石化等行業(yè)中應(yīng)用的幾種較為先進(jìn)的測(cè)量與控制儀表，具備解決過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制的基本能力。

1.2 控制類(lèi)課程的實(shí)踐教學(xué)

過(guò)程裝備與控制工程本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的是以工程師為主的應(yīng)用研究型專(zhuān)門(mén)人才，因此，在教學(xué)內(nèi)容中必須強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐，注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

過(guò)程裝備控制工程基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括使用MATLAB建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的時(shí)域分析、頻域分析、穩(wěn)定性分析等。化工裝備測(cè)控技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括熱電偶及溫度測(cè)量、壓力表校驗(yàn)及壓力測(cè)量、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定、串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。微控制器原理及應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編程、C語(yǔ)言編程以及利用單片機(jī)控制LED指示燈或電動(dòng)機(jī)等。化工單元控制技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括換熱器對(duì)象特性的測(cè)取及控制、離心式壓縮機(jī)控制、化學(xué)反應(yīng)器特性模擬及控制等。此外，在專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)之前，安排有認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，主要參觀校辦勝華煉油廠、墾利石化總廠以及勝利石化總廠等企業(yè)，這些企業(yè)的自動(dòng)化程度很高，擁有先進(jìn)的DCS或FCS控制系統(tǒng)，且過(guò)程裝備控制中的溫度、壓力、流量、液位（或物位）、成分和物性等主要參數(shù)齊全，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課之前對(duì)控制系統(tǒng)有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)。在專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)之后，還有專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)，主要安排在大型的齊魯石化等企業(yè)進(jìn)行，學(xué)生可以結(jié)合課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，對(duì)一些重要的生產(chǎn)單元（如催化、重整、焦化、乙烯等）和關(guān)鍵設(shè)備（如離心式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)等）的控制進(jìn)行實(shí)習(xí)。

2 加強(qiáng)控制類(lèi)課程教學(xué)效果探討

在近幾年從事過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程的教學(xué)過(guò)程中，筆者對(duì)如何加強(qiáng)控制類(lèi)課程教學(xué)效果進(jìn)行了思考與探討。

1）學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，學(xué)生大多沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)復(fù)變函數(shù)與積分變換等數(shù)學(xué)內(nèi)容，因而在講解拉氏變換和幅角定理時(shí)，學(xué)生理解起來(lái)有一定的難度。建議講授這部分內(nèi)容時(shí)，要給學(xué)生補(bǔ)充相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，并放慢講課節(jié)奏。

2）應(yīng)結(jié)合學(xué)校自身的特點(diǎn)，加強(qiáng)特色教材建設(shè)。學(xué)校培養(yǎng)的過(guò)程裝備與控制工程本科專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生主要面向石油石化領(lǐng)域就業(yè)?，F(xiàn)階段選用的控制類(lèi)教材有些是適用于機(jī)械領(lǐng)域，有些適用于交通領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身的特色和特殊的環(huán)境，有針對(duì)性地編寫(xiě)適用于石油石化領(lǐng)域的特色教材。如在石油石化領(lǐng)域廣泛地采用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，而DDZ-Ⅲ型控制器則較少采用，因而DCS編程與組態(tài)內(nèi)容應(yīng)作為教學(xué)的重點(diǎn)。

3）由于學(xué)院和學(xué)科布局調(diào)整，過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)從原來(lái)的機(jī)電工程學(xué)院調(diào)整到化學(xué)工程學(xué)院，這意味著過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)中的“化工”“機(jī)械”和“控制”的比重也會(huì)做適當(dāng)?shù)恼{(diào) 整，適當(dāng)改變過(guò)去機(jī)械占主導(dǎo)的地位，適度增加“化工”和“控制”的比重。專(zhuān)業(yè)要名副其實(shí)，把握好“控制工程”的尺度，這也是當(dāng)前教學(xué)改革上的一個(gè)難點(diǎn)。

4）專(zhuān)業(yè)課要向科學(xué)前沿靠攏，控制領(lǐng)域知識(shí)淘汰與更新比較迅速。教師要緊跟時(shí)代的步伐，及時(shí)更新自己的知識(shí)，把學(xué)科前沿的東西帶到課堂上。同時(shí)要注意培養(yǎng)學(xué)生的興趣，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特長(zhǎng)，鼓勵(lì)創(chuàng)新。

3 結(jié)束語(yǔ)

“控制工程”在過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中占有舉足輕重的作用。本文對(duì)中國(guó)石油大學(xué)（華東）過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程設(shè)置、實(shí)踐教學(xué)以及存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和分析，同時(shí)對(duì)如何增強(qiáng)控制類(lèi)課程的效果進(jìn)行探討。

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