以卓越工程師為目標的DCS原理及應用教學設計與實踐

薛秀莉

摘 ?要 依據(jù)儀表自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求，結合DCS原理及應用課程的特點，依托可用的實訓平臺，對本課程的教學內容、教學方法以及考核評價等進行設計和實踐。實踐結果表明，本課程的教學符合卓越工程師培養(yǎng)的要求，提高了學生的工程意識和實踐能力。

關鍵詞 卓越工程師;DCS原理及應用;精細化校企合作模式;儀表自動化專業(yè);工程應用能力;VR實訓室;項目驅動教學法

中圖分類號：G642.4 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）11-0126-02

1 引言

教育部2010年啟動“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟社會發(fā)展需要的高質量、各類型工程技術人才，其核心在于強化學生的工程意識和實踐能力[1]。北京石油化工學院作為教育部批準的首批試點院校之一，與燕山石化深度合作，開啟了精細化校企合作模式，包括校企共建教學條件，校企共建課程體系等。儀表自動化專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)系列課程設計，重在突出工程能力素質培養(yǎng)及實踐教學，將校內理論教學和企業(yè)實踐教學有機融合。企業(yè)實踐教學部分圍繞燕山石化仿真訓練裝置[2]，開展工藝技術、檢測儀表、DCS原理及應用、現(xiàn)場安全等相關內容的培訓。

DCS系統(tǒng)自20世紀70年代問世以來，已成為自動控制領域的主流，在過程控制領域發(fā)揮著至關重要的作用。因此，DCS原理及應用技術是自控工程師的必備技能。依據(jù)卓越工程師的培養(yǎng)目標，結合在校大學生的專業(yè)知識儲備情況，對課程內容進行優(yōu)化，重在培養(yǎng)學生的工程應用能力。本文圍繞課程內容優(yōu)化、教學方法運用、培訓考核評價等內容，介紹本課程培訓教學中的探索與實踐。

2 課程內容優(yōu)化

DCS原理及應用課程主要講授DCS系統(tǒng)的架構、組態(tài)及維護等知識，具有很強的實用性。近年來，國產DCS系統(tǒng)越來越多地在國內外大型石化裝置上得到應用[3]。本課程結合浙江中控ECS-700系統(tǒng)，介紹DCS系統(tǒng)架構、工程項目組態(tài)以及控制系統(tǒng)維護等知識。課程設計以提高學生的工程應用能力為目標，以工程項目實例為載體，以工程項目的設計流程為主線，將知識點融入工程項目組態(tài)的各個環(huán)節(jié)，將過程控制理論應用到工程實踐中。課程內容分為三個模塊。

模塊一：基礎知識模塊。本模塊介紹DCS的特點、構成、發(fā)展趨勢以及ECS-700的系統(tǒng)架構等基礎知識。

模塊二：系統(tǒng)組態(tài)模塊。本模塊結合工程項目實例，引導學生按照工程項目的設計流程（詳細內容見圖1），應用ECS-700組態(tài)軟件逐步完成工程項目的設計、組態(tài)項目建立、控制站組態(tài)（包括硬件配置、位號表、典型控制方案組態(tài)等）及操作域組態(tài)（包括總貌畫面、分組畫面、歷史趨勢、流程圖等）。

模塊三：系統(tǒng)操作及維護模塊。利用模塊二中完成的組態(tài)項目，熟悉ECS-700系統(tǒng)的實時監(jiān)控畫面，學習DCS系統(tǒng)的維護、常見故障現(xiàn)象及處理方法。

3 教學方法應用

經過幾年的探索，本課程在教學方法和教學模式方面進行了改進，將情景體驗式教學法、項目驅動教學法、案例教學法等應用到教學中。同時，綜合運用VR平臺、DCS實訓設備、仿真控制器等教學資源，將理論教學和實踐教學有機結合。通過一周的學習，學生能夠對DCS的架構、應用及維護建立起系統(tǒng)的認知。

VR體驗式教學 ?由于在校大學生缺乏工作實踐，對DCS系統(tǒng)的構成缺乏認知，而裝置上運行的DCS系統(tǒng)又不能滿足學員動手的實際需要，導致授課效果不佳。2019年初，筆者所在單位VR實訓室的建成并投入使用解決了這一難題。應用VR實訓平臺，學員可以相對真實地體驗控制室的布局、控制柜的構成，能夠進行控制器單元的認知、各類卡件的認知及拆裝等。通過講授結合VR體驗式教學的方式，學員對DCS系統(tǒng)架構的理解更加直觀、深刻。

項目驅動式教學 ?在模塊二的教學中引入項目驅動教學法，將DCS組態(tài)的相關知識點設計到實際的工程項目案例中，淡化理論和實踐的界限[4]，給學生提供自己分析問題、解決問題的機會，大大提高學生學習的積極性和主動性。在教學過程中將整個工程項目的組態(tài)內容進行細化，形成多個任務（如表1所示），將理論教學融入學生的實踐中。學生切實體驗了作為一名組態(tài)工程師在工程項目組態(tài)中的角色和工作，明顯提高了參與度，增強了教學效果。

案例教學法 ?教學內容設計始終圍繞工程應用這一核心主題，收集ECS-700系統(tǒng)在日常維護中出現(xiàn)的故障（如控制器工作燈指示紅色并閃爍、某卡件狀態(tài)燈指示紅色并閃爍等），運用案例教學法進行授課，通過故障描述、分析、討論并形成解決方案。通過案例研討，學生對所學知識進行總結、完善并解決了實際問題，形成更加完善的知識體系[5]。

4 培訓考核評價

考核評價是檢驗教學效果的重要依據(jù)，也是激勵學生學習的有效手段。本課程的考核側重學生的知識吸收程度和項目實踐能力提升，改變了以往單一的理論考試形式，綜合考核學生的理論及實際動手能力?？己藘热莘譃槿齻€方面：

1）學習態(tài)度方面，包括出勤、課堂表現(xiàn)、提問等，占總成績的30%;

2）項目完成情況，項目組態(tài)總體情況，占總成績的20%;

3）結業(yè)考試，分為理論和實操兩部分，占總成績的50%。

5 結語

為提高DCS原理及應用課程的教學質量，實現(xiàn)卓越工程師培養(yǎng)計劃的目標，最大限度激發(fā)學生的積極性和參與度，筆者在教學內容設計、教學方法運用以及培訓考核等方面進行積極探索和實踐，綜合運用中心的各種教學資源，突出工程應用和實操能力，取得較好的培訓效果。

參考文獻

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[2]魏文淵.仿真訓練裝置及其管式加熱爐DCS的控制與研究[D].北京：北京化工大學，2008.

[3]許仙珍，單長考，鄒萍.面向卓越工程師培養(yǎng)的PLC 控制技術理論與實踐課程教學改革探索與實踐[J].中國教育技術裝備，2016（8）：148-150.

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[7]萬其中，熊遠欽，陽衛(wèi)軍，等.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃下的《化工儀表及自動化》課程內容的教與改[J].化工自動化及儀表，2017（4）：343-346.