《化工儀表與控制》課程中實驗與實踐課程的開設(shè)探索

趙紅永 丁曉莉

摘 要：在《化工儀表與控制》課程中開設(shè)實驗與實踐課程環(huán)節(jié)，使學(xué)生更直觀的了解和學(xué)習(xí)與化工相關(guān)儀表以及自動化控制設(shè)備，增強了學(xué)生對該課程理論授課部分的理解與學(xué)習(xí)，為該課程的進一步完善與發(fā)展提供了有利條件。本文提出通過開設(shè)《化工儀表與控制》課程中檢測儀表變送器、控制器、執(zhí)行器以及典型化工單元操作等相關(guān)章節(jié)內(nèi)容的實驗與實踐課程，增強理論與實踐的結(jié)合部分，促進學(xué)生對化工自控系統(tǒng)的整體理解。

關(guān)鍵詞：典型化工自控單元;實驗課程;化工儀表與控制;

《化工儀表與控制》是一門關(guān)于化工技術(shù)應(yīng)用方面的專業(yè)課程，該課程包含了化工過程、化工儀表檢測分析，計算機控制系統(tǒng)、數(shù)學(xué)控制模型建立、電工以及電路分析等知識的一門綜合性工程科學(xué)[1]。目前該課程主要采用理論授課形式，學(xué)習(xí)的重點是使學(xué)生掌握各種常用化工自動控制系統(tǒng)的特點，熟料掌握自控系統(tǒng)中檢測及變送設(shè)備，自動控制器，執(zhí)行器以及被控對象等相關(guān)各個方面的知識。然而對于其中相關(guān)的設(shè)備與實際操作部分大多停留在進行理論和概念上的介紹，并無法讓學(xué)生進行相關(guān)實質(zhì)性操作與鍛煉。

開設(shè)相關(guān)的實驗與實踐部分課程，既可以進行單個檢測設(shè)備，控制設(shè)備或者執(zhí)行器設(shè)備的挑選、使用以及維護等方面的學(xué)習(xí)與鍛煉，也可進行整體上的簡單典型化工生產(chǎn)流程的自動控制系統(tǒng)的建立、操作與維護等相關(guān)的學(xué)習(xí)。希望以此能提高課程實用性，同時進一步提高學(xué)生對化工自動控制系統(tǒng)的整體認識與理解[2，3]。

《化工儀表與控制》課程中檢測器（壓力、溫度、物位、流量四大檢測參數(shù)）、控制器（比例、積分、微分控制規(guī)律）、執(zhí)行器、被控對象與被控變量、以及化工典型自控過程是其重點，其中檢測器是重中之重，涉及到最基礎(chǔ)的四大檢測參數(shù)的檢測設(shè)備的工作原理，類型，安裝原則與使用注意事項等方面。下面對開設(shè)實驗與實踐部分在提升《化工儀表與控制》課程教學(xué)問題進行初步的探討：

實驗課程首先以一套小型單反應(yīng)釜-單精餾設(shè)備為出發(fā)點，設(shè)計建立一套酯化反應(yīng)的反應(yīng)合成及其產(chǎn)品的精餾分離過程的系統(tǒng)。在實際系統(tǒng)的建立和操作過程，會涉及化工儀表與控制的各大知識環(huán)節(jié)，使學(xué)生所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合，進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、使教學(xué)內(nèi)容與實際生產(chǎn)密切結(jié)合，突出工程應(yīng)用的重要性，進而滿足化工企業(yè)對畢業(yè)生從業(yè)技能的要求與期望[4]。整個實驗課程中，主要分為兩部分課時：一部分是整套設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計搭建，另一部分為設(shè)備的實際操作。通過整個實驗課程的開設(shè)可完成如下方面的實訓(xùn)：

一、檢測器方面

在設(shè)立整套設(shè)備過程中需要考慮反應(yīng)釜與精餾設(shè)備的壓力、溫度、液位以及流量等主要控制參數(shù)的不同種類的壓力表，液位計，流量計以及溫度表的選擇和使用。例如：在液位計選擇方面：料液罐液位通常使用連通管式玻璃液位計，而有壓力操作的反應(yīng)釜則不能使用普通的連通式玻璃液位計而需要使用磁力液位計。壓力表選擇方面，除了普通的彈簧式壓力表，如需遠傳，報警燈還要使用電接點式遠傳壓力表等。對于精餾塔的再沸器壓力控制方面都需要報警式的儀表控制。此外，進料與出料方面流量計的選用。反應(yīng)釜的溫控裝置以及精餾塔各段的溫度傳感器的使用。在熟悉和學(xué)習(xí)整個系統(tǒng)管路以及儀表過程中能讓學(xué)生更直觀的了解各種類型檢測儀表的特點以及使用情況。

二、控制器以及執(zhí)行器

通過操作平臺設(shè)置自控參數(shù)，了解各種控制規(guī)律的特點，結(jié)合所控制的控制對象（反應(yīng)釜，精餾塔，再沸器等），實際調(diào)整控制參數(shù)（比例度，積分時間，微分時間）得出最好的控制效果，在其過程中更好的學(xué)習(xí)理解比例控制（P），積分控制（I）以及微分控制（D）的優(yōu)缺點，整體上掌握比例積分微分控制（PID）的特點及其過渡過程的影響因素。在執(zhí)行器方面，學(xué)習(xí)氣動執(zhí)行器與電動執(zhí)行器的選用安裝以及各種不同類型閥門的選取與安裝，了解各種閥門的分類，特點以及各自的流量特性曲線，進而進一步熟悉如何選擇閥門及其安裝和維護等。例如精餾再沸器應(yīng)特別安裝具有壓力保護功能的隔膜安全閥。反應(yīng)釜的流量調(diào)節(jié)需要使用截止閥，精確的流量檢測儀表及流量控制需要使用針型閥。反應(yīng)中催化劑濃硫酸的管道閥門要使用四氟隔膜閥或者襯四氟截止閥。

三、自控系統(tǒng)與典型化工單元控制

通過整個單反應(yīng)釜-單精餾系統(tǒng)，了解其中各個典型化工單元的控制。掌握如何反應(yīng)釜的溫度自控系統(tǒng)，冷卻水溫度自控系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)的進料，出料流量自控系統(tǒng)等。了解簡單控制系統(tǒng)與復(fù)雜控制系統(tǒng)中，被控變量，操縱變量，以及控制規(guī)律選擇以及參數(shù)整定。特別是了解復(fù)雜控制系統(tǒng)中串級系統(tǒng)在其中的應(yīng)用，更直觀，更深切的體會主副控制規(guī)律和以及正反作用的選擇，以及其參數(shù)整定以及整個自控系統(tǒng)的投運。進而了解掌握在流體輸送設(shè)備的控制方面的離心泵的自控方案以及往復(fù)泵的自控方案;在傳熱設(shè)備控制方面的無相變的換熱器控制方案，在精餾塔控制以及反應(yīng)釜控制的方案。

綜上所述，傳統(tǒng)的單一的理論教學(xué)方法對于實踐性很強的《化工儀表與控制》課程來說，效果并不十分理想。通過相應(yīng)實驗課程的開設(shè)能更加直觀地展示自控系統(tǒng)的組成以及運行特點，進而更具體的了解檢測器，控制器，執(zhí)行器以及被控對象的特點，整體上對自控系統(tǒng)在化工這種的應(yīng)用有更加深刻的認識。

參考文獻：

[1]厲玉鳴，劉慧敏.化工儀表及自動化（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]王樹江.案例教學(xué)法在化工儀表及自動化教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 科教文匯，2012（ 2） ： 51-52.

[3]熊遠欽，陽衛(wèi)軍，萬其中，等.化工過程參數(shù)監(jiān)測與自動化[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[4] 韓萌，魏克新.以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向的高等工程教育研究[J].高等工程教育研究，2012，（ 3） ： 72-74