摘要:化工仪表及自动化是化学工程与工艺专业的专业必修课程。在工程教育认证的背景下,以结果导向型教育理念为基础,开展该课程的教学改革。在教学内容上与其他化工类课程进行融合,增加实践教学的比重,将抽象知识具象化,提高学生分析和解决化学工程领域中的复杂工程问题的能力,培养面向企业和设计院的综合性工程技术人才。
关键词:化工仪表及自动化;工程教育认证;实践教学
工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。工程教育专业认证的核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价[2]。因此,《化工仪表及自动化》作为化学工程与工艺专业的专业必修课程,必须遵循以学生为中心、结果为导向的教育理念,培养学生的综合应用能力[3]。
1当前的教学内容以及存在的主要问题
本课程从自动控制系统的基本概念入手,系统讲述构成自动控制系统的各个基本环节,包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等;以及简单控制系统、复杂控制系统与新型控制系统[4]。通过对本课程的学习,学生应能了解化工自动化的基本知识,理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用;能根据工艺要求,与自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案;能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响;能了解基本控制规律及其控制器参数与被控过程的控制质量之间的关系;能在生产开停过程中,初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定。但在讲授的过程中涉及的很多概念都比较抽象,各种仪器仪表的构造比较难掌握,学生的学习兴趣不高。课程结束后,仍有学生难以单独完成某个工艺流程的自动化控制设计。
2解决措施
2.1灵活运用多媒体教学与案例教学
在授课过程中,对于抽象的教学内容,运用视频、动画的形式将相关内容具象化,使得学生更容易理解和掌握。如在检测仪表与传感器这一教学模块,我们引入了大量的动画教学,从弹簧管式压力仪表、电容式压力传感器至不同种类的温度、流量、物位等控制仪表及传感器;控制规律模块引入“积分-扰动”、“积分-设定”、“微分两面性”等教学动画,加深了学生对抽象控制规律的理解,为控制规律的选择和控制参数的整定打下了良好的理论基础;执行器教学模块也增加大量的执行机构和控制阀的动画演示,大大增加了学生的学习兴趣;同时增加典型化工自控系统的案例,如简单控制、分程控制、串级控制、锅炉蒸汽包、反应釜的自动控制等教学动画和内容,使得教学效果得到大大提升。
2.2过控综合自动化控制实验
以“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”为载体[5],开展液位及温度的自动化控制实验,实验对象总貌图如图1所示。通过实验,将所学的书本知识有机地串联起来,从执行器、温度、液位、压力传感器至控制规律的选择,以及根据过渡过程曲线进行工程参数的整定。学生在实验过程中能迅速理解并掌握所学的理论知识,进而具有解决实际问题的能力。
2.3与化工实训相融合
化工实训是化学工程与工艺专业开设的实践课程,其中“流体输送综合实训”、“传热综合实训”、“吸收解吸综合实训”、“精馏综合实训”、“釜式反应器实训”全部采用集散控制系统(DCS-DistributedControlSystem)对实训装置进行开停车操作、数据采集和参数控制。在实训过程中引导学生对DCS控制的操作与理解、不同化工单元操作及反应控制方案的选择以及所涉及的仪器仪表等,这样进一步加深学生对仪表自动化相关知识的理解和掌握,增强了学生的工程实践能力。
2.4与化工仿真教学相融合
化工仪表及自动化是现代化工过程系统不可或缺的组成部分,贯穿整个化学工艺流程。而实际的化工过程系统都是由一系列单元操作和反应器同过管道组合而成的复杂系统,这些复杂化工过程系统又是由各种控制器、调节阀、检测变送装置、指示记录仪或较先进的DCS控制系统所检测控制。学生在实习过程中见到的大型连续性生产装置,只能看不能动手,只能看到表面和样貌,无法深入和具体了解,因而无法达到实习教学效果。借助于仿真实习软件,学生不出校门就能了解实际生产装置,并能亲自动手进行反复操作,锻炼提高专业应用技能,将所学专业知识与实际生产紧密地结合在一起[6]。在化工仿真实习过程中,学生的操作主要是针对各种各样的阀门和控制器,进而控制整个工艺流程的稳定运行或者排除生产中遇到的紧急情况,在仿真实习过程中逐渐了解和掌握不同单元操作所用的控制系统;同时与化工设计大赛相结合,学生自主设计可行的自动化控制方案(图2为学生自行设计的丁二烯项目反应工段PID工艺流程图),在设计过程中找出问题所在,让学生于实践中成长,培养出合格的工程技术人员。
3结语
本文首先论证了在工程教育专业认证的背景下《化工仪表及自动化》教学改革的必要性。实践教学是培养应用型人才的重要环节,因此,我们在教学内容及教学方式上做了调整,在理论教学过程中添加了大量的动画教学,在实践教学上除了仪表自动化的实验,还与化工实训和化工仿真课程相融合,增加实践教学的比重,提高学生分析和解决化学工程领域中的复杂工程问题的能力,取得了比较好的教学效果。
作者：徐生盼 穆飞虎 王飞 朱安峰 吴飞跃 单位：淮阴师范学院化工学院
