热工过程控制系列课程设计的思考
发布时间：2014年06月12日 09:46 点击： 445 发布：未知
热工过程控制系列课程设计的思考
王鸿懿
长沙理工大学能源与动力工程学院 长沙410114
摘要：热工过程控制系列课程是热工过程自动化专业的重要专业核心课程，均设置二周课程设计。通过课程设计，可使学生进一步加深理解理论基础知识，并初步掌握对火电机组及核电机组主要控制系统的分析和设计。如何通过实践环节提升教学效果，进一步提高学生的综合素质是需要深入思考的问题。本文从系列课程设计的重要性、主要内容及目前存在的问题入手，接着从几方面对课程设计进行了思考探索。
关键词：热工过程 控制 课程设计
一、课程设计的设置及重要性
我校的热工自动化专业主要培养面向发电行业的设计、检修和运行操作人员等，热工过程控制系统和热工过程控制仪表二门课程是热工自动化专业的专业核心课，分别在第五学期和第六学期开设，除分别设有32学时的理论教学外，在教学计划中都设有二周的课程设计。工科大学的课程设计的目的是为了让学生在理论学习后深入体会和掌握理论知识，综合运用已学知识，会使用工具资料、标准、规范等，掌握一定的识图、绘图能力，锻炼解决工程实际问题的能力，综合培养一定的实践能力和创新能力，提高学生的综合素质，是在毕业设计前的重要的实践环节。本专业学生在毕业后大多到发电企业从事工作，对本行业的主要控制系统进行分析和设计的实践能力、创新能力是必备的素质。
二门课的课程设计各有侧重，使学生在分别完成二个实践环节后，能够对热工过程控制对象的仪表和控制系统的分析与设计方面内容有较深入的理解，并掌握工程实际中一些常见的问题及其解决方法，都有较大的收获。但随着国家教育改革的深化以及世界范围内能源结构的转化，教学实践环节该何去何从，也是摆在学校和教师面前的问题，对实践环节的思考探索也刻不容缓。
二、目前课程设计的情况
1.总体情况
目前的课程设计都是在理论课结束后，在学期末进行二周的课程设计，有多位指导老师共同完成对学生的指导，将学生进行分组分课题进行指导，保证每个学生人手一题，一组学生完成一个子系统的设计，主要是针对火电机组或核电机组的各控制系统为主要控制对象，通过设计仪表控制系统或复杂控制系统来完成。有时略显纸上谈兵，实践机会稍少，缺乏创新，学生大多是在已有的设计内容基础上，对控制过程做深入分析理解，力所能及对方案进行改进，以完成整个设计过程。
2.热工过程控制仪表课程设计的主要内容
本课程在理论课上重点讲述控制器、变送器、执行器及现场总线等控制仪表及系统，在教学中同时也针对控制对象的仪表控制系统进行分析设计，因此在课程设计时也主要重点针对设备的分析、选择和使用，最终进行仪表控制系统的设计及对比。在查阅参考文献、手册、工具书籍后，对控制器、变送器、执行器等进行选择，设计一个完整的仪表控制系统，最后完成说明书的撰写和sama图、控制系统方框图的绘制。以火电机组蒸汽温度控制系统为例，要求将蒸汽温度控制在给定值要求范围内，学生通过温度测量、控制、执行各环节设备的选择，尤其现在可在智能设备、传统设备、国产设备、合资设备以及进口设备等不同类别地进行组合，除完成仪表控制系统的设计外，给出几个方案进行对比。经过设计过程，学生熟悉控制仪表的性能、价格以至生产厂家、市场行情等，了解各类图纸的绘制规则及画法，避免学生到工作岗位上一问三不知，不但掌握设备的原理，也熟悉市场上常规设备、价格等，进行了接地气的设计。
3.热工过程控制系统课程设计的主要内容
本门课是本专业的核心专业课，理论教学中包括控制系统的理论基础及实际应用，有单回路控制系统、前馈控制、串级控制等复杂控制系统的原理及火电机组的蒸汽、给水、燃烧主要控制系统的分析。这样，常规的课程设计中是进行火电机组或核电机组的给水、汽温、燃烧等主要控制系统的设计，教师在布置任务时要求针对具体的机组参数、不同类型的锅炉等参数，如亚临界、超临界、超超临界机组，对冲式燃烧方式、四角切圆燃烧方式等不同类型锅炉，或是核电机组，通过分析控制系统的任务、对象的特性、控制信号的处理以及全过程调节保护等内容，要求能看懂逻辑图，并能绘制逻辑图，进行初步的仿真验证，最后撰写设计说明书并进行答辩。以给水控制系统为例，汽包锅炉、直流锅炉的控制方案完全不同，从输入到输出，要求学生全过程进行设计，并可根据所学知识进行方案改进，如经典控制理论和先进控制理论的方案在仿真中进行对比。答辩后根据学生的口头表达能力、书面表述能力、对知识的理解程度等项目，结合态度和能力进行考核。
4.目前课程设计中存在的问题
目前二门课程的课程设计各有侧重点，主要对象都是火电机组或核电机组；控制仪表课程设计主要针对控制仪表的分析和选择，控制系统课程设计主要针对主要控制系统的深入设计和分析，相比理论教学都更深入、更广，着重解决一个系统的问题，解决后可以举一反三。但是，根据目前的教学计划安排，学生都是在教师的布置下，进行课题选择、设计，从根本上属于被动实践，没有让学生主动地去发现问题、解决问题；其次，由于学校现有的实验条件及设备，动手的内容相对少，这样的方式也限制了学生的发挥和创新；另外，由于现在经济形势及环境污染等问题，火电行业的发展受到一定程度的限制，如果在教学中仍旧局限于传统发电行业，将对学生的就业极其不利。由此看来目前的课程设计中存在着一些问题。
三、对将来课程设计的思考
目前进行的课程设计实践环节能够满足常规的教学计划的要求，培养学生综合运用所学知识，锻炼了学生解决实际问题的实践能力，提高了学生的综合素质。但基于目前国家乃至世界范围内都在进行的能源革命及能源结构调整，作为能源与动力类的专业，对课程设计的思考与改革也是势在必行。思考探索主要从以下方面进行：
1.课程设计的主旨要求的强化
课程设计是教学过程中重要的实践教学环节，利用该环节把增强学生的社会责任感、创新精神、实践能力作为重点任务。通过布置课题任务，甚至启发学生在生活中、生产实习中自己主动发现问题，可不拘泥于本行业中的实际问题，从而让学生在实践中解决生活、生产工程实际中存在的问题，在实践中锻炼团队协作的精神，在设计过程中把切实解决问题，采用的方案能够真正负责任地解决问题，而不是纸上谈兵或随意糊弄，并随时在方案中提出疑问，激发创新精神，同时增强学生的社会责任感，锻炼了学生的实践能力。
2.积极开发数字资源， 促进教育信息化与课程教学融合
目前在国家极力推进教育信息化及互联网＋的大环境下，如何开发和利用数字资源也是实践环节中必不可少的。数字资源可以让学生更方便、更多地汲取有用的知识和信息，随时随地学习。现在的学生大多对手机、计算机、网络很有兴趣，可利用此契机，开发数字资源，激发学生的学习兴趣，也可以锻炼学生的动手能力及创新能力。如开发网络课程、开发手机APP等项目等，都在筹划中。
3.拓宽设计范围
本专业在以往就业方向大多面向火力发电厂及核电站，课程设计的题目也以火力发电和核电为主，学生能够深入挖掘和发现火力发电厂中的问题并进行处理。但目前由于环境等原因，国家面临能源结构改革，限制了火电的扩建和生产，直接影响到学生的就业方向，需提前为学生谋划更宽的就业领域，提高竞争实力。在课程设计环节中将课题方向拓宽，可包含传统火力发电，并拓展到新能源发电领域，如风力发电、太阳能光伏发电、垃圾发电等，学生视野变宽，能力增强，在实践教学环节中切实助学生一臂之力。
4.教学文档的完善
教学文档是教学环节的有力保障，教学大纲、课程设计指导书及课程设计指导教材可让学生直观具体地了解所做工作的要求、内容。完善更新教学大纲、编写指导书和教材是重要的手段，目前教学大纲、指导书已有，但分别为独立一册，而且由于课程设计课题、方法、工具等的变更发展，教学文档也应随之更新完善。计划通过立项完成一本课程设计指导教材的编写，具体指导课程设计。
5.实验设备的增加和利用
实践环节可以虚实结合，一方面开发数字资源，但也要有些实验设备让学生去动手操作，可以加深对基础知识的理解，才能在此基础上进行创新。如果学生能更多地在设备上进行真刀真枪地训练，会更有存在感。例如，可以在实验设备上进行传统控制理论和先进控制理论的控制对比运用、搭接数字化控制系统，观察对象的控制效果，这样学生也可以在充分理解课本上的概念、理论知识后，经实际运用后反过来更好地开发数字资源。
6.考核方式完善
以往是平时、答辩、书面材料分别占20%、20%和60%，这样学生有时通过参考其他同学的材料也能过关，不负责任，学不到真正的东西。基于此原因，在答辩和说明书中申明分析写作过程，这是除了基本常规内容外的一项重要内容，作为评分的依据之一。另 一方面加大创新内容的权重，如有设计新方案，可以不拘泥于常规考核，这样才能鼓励学生创新。让考核成为最后一道把关环节。
７.其他实践形式的开展
教学中的实践环节可以走出校园，并不局限于校内，参与到教师的科研项目中，到相关企业甚至不相关的行业中体验生活，从而让学生尽可能体验生活，体验生产过程，尽可能去主动发现问题，主动实践，这样才能更好地做好教学计划中的规定环节。
四、结语
热工过程控制系列课程是热工自动化专业的专业核心课程，它的实践环节是提高学生的实践能力和创新能力中重要的一环，如何更好地利用实践环节提高学生的综合素质是当前急需思考的问题。通过课题设计、设计方式、考核方式等的改革与实践定能取得良好的效果，提高教学质量，提高学生的创新和实践能力，当然这一切都需要教师的自我思考与自我进步。
参考文献
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