面向培养卓越工程师的测控专业实践环节教学改革

房泽平 张 谦

中原工学院电子信息学院 河南郑州 450007

面向培养卓越工程师的测控专业实践环节教学改革

房泽平 张 谦

中原工学院电子信息学院 河南郑州 450007

面向培养卓越工程师，对测控技术与仪器专业的实践环节教学进行了改革。提出了对现有的实验设备进行基于LabVIEW的改革，包括液位测控系统和电加热炉温度测控系统。成果表明，对测控技术与仪器专业的卓越工程师培养，具有一定的参考价值。

卓越工程师；测控技术与仪器专业；实践环节教学；改革

参照“卓越计划”通用标准，“卓越计划”在教学方法改革方面着力推行符合工程能力培养规律的学习方法。传统的工科专业课程之间具有明显的界限，课堂教学以讲授为主，综合性的案例与结合实际项目的教学不多[1]。根据“卓越计划”的目的要求，针对测控技术与仪器专业(简称测控专业)学生制定适合的培养目标，切实加强实践环节教学的改革和建设，培养出具有很强工程岗位适应能力的测控专业卓越工程师，是目前实践环节教学需要加强研究的重点。为此，在分析现有测控专业实践环节教学培养方案的基础上，旨在培养适应和掌握现代测控系统的卓越工程师，结合现代的先进测控理论和技术，对测控专业的实践环节教学进行改革与探索[2,3]。

1 实践环节教学改革思路

目前，国内很多高校的专业课实验多处于验证性、孤立性的实验阶段，购买的实验装置功能单一且封闭。在学校里，学生也不能接触实际工业过程。面对实际的实践环节教学情况和目前严峻的就业形势,特别是要实现高端就业，教师必须自主研发模拟实际工业现场控制系统，让学生掌握测控系统的真谛。基于LabVIEW对现有测控类相关实践环节教学内容、方法进行改革和开发新的实验设备，有助于学生对现代先进测控系统的学习和掌握，使学生掌握本专业最新科技动态，更好地适应社会发展需求，有助于测控专业的卓越工程师培养。购买先进的实验设备，学校实验设备经费所限。在原有实验设备的基础上，结合现代先进的测控技术，将其改进为适合培养要求的测控系统，是确实可行的改革思路。

目前，我校测控专业开设虚拟仪器技术、过程控制与仪表和测控技术设计与系统课程。过程控制与仪表课程的实验装置是求是公司的PCT-I型过程控制系统实验装置，该装置采用基于组态软件开发的监控软件。测控技术设计与系统课程的实验装置是杭州求是科技有限公司的ACCT-1型计算机控制技术实验装置，该装置采用基于VBscript语言开发的监控软件。结合所开设的虚拟仪器技术课程的理论知识，对上述两类实验装置的监控软件，开发基于LabVIEW的监控软件，将虚拟仪器技术引入现有的实验装置，原有的实验装置改进为现代具有先进技术的测控系统，一则解决实验装置经费所限问题；二则学以致用专业对口；三则不用出校园就可以让学生接触实际测控系统，培养学生的工程实践能力。

2 基于LabVIEW的液位测控系统

PCT-I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置。系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现压力单回路、液位单回路、液位串级等多种过程控制系统的实验教学。以设计基于LabVIEW的液位测控系统为例[4]。

2.1 液位测控系统组成原理

液位测控系统组成原理，如图1所示。该系统由过程对象单容水箱、PCI-6014、执行器和计算机等组成。PCI-6014将采集到的液位数值经PCI总线传至计算机，并由LabVIEW软件处理；计算机发出的命令经由PCI-6014去控制电动调节阀，进而调节进入水箱的水流量，通过改变水箱的液位，可以完成对水箱液位的监控，并配以PID控制算法等，就可以实现液位的自动控制。

图1 基于labVIEW的液位测控系统框图

2.2 V/I变换

在图1的液位测控系统中，液位测量采用基于工业用的扩散硅压力变送器和不锈钢隔离膜片的液位变送器，将水箱的液位值转换为4～20 mA的电流信号。电动调节阀对控制回路流量进行调节。图1中采用智能电动调节阀，控制单元与电动执行机构一体化，电动执行机构直接接受4～20 mA，输出4～20 mA的阀位信号。本过程控制采用日本三菱FR-S520变频器，4～20 mA控制信号输入，可对流量或压力进行控制。由于PCI-6014卡的模拟输入和输出均为电压信号，所以，对于输入到PCI-6014的信号进行I/V变换，对于从PCI-6014输出到电动调节阀等执行机构的信号进行V/I变换。在本系统中采用集成电路芯片XTR110实现V/I变换，原理图如图2所示[5]。

图2 XTR110电压/电流变换原理图

3 基于LabVIEW的电加热炉的温度测控系统

3.1 系统原理

该系统的被控对象为ACCT-1型计算机控制技术实验装置的电加热炉。电加热炉的温度测控系统原理框图(如图3所示)。PCI-6014采集温度数据并送至计算机显示和处理。温度调节命令经由PCI-6014改变PWM温度调节电路，进而调节电加热炉的温度，实现温度的自动控制。

图3 基于LabVIEW的电加热炉的温度测控系统框图

3.2 前面板与程序设计

基于LabVIEW设计的前面板主要包括：温度实时曲线、温度控制曲线、温度设定面板、PID控制面板、温度数据显示与保存等。程序主要包含温度数据采集与处理模块、通道设置模块、温度显示与存储、报警模块和PID温度控制模块等(如图4所示)。系统除具有温度数字调节、温度图形化显示的功能外，还可以存储历史温度数据、超限报警等功能，方便使用。

图4 程序组成结构图

4 结束语

针对测控专业，对实践环节教学进行几点改革。对现有的实验设备进行基于LabVIEW的改革，主要包括组建单回路液位测控系统和电加热炉温度测控系统；通过改革，将先进的现代测控技术引入测控专业的卓越工程师培养中，能够使高校的教学内容紧跟时代的发展，能够使高校培养出符合“卓越计划”标准要求的具有创新能力、创新意识和工程实践能力的优秀人才，对高校实验教学改革是一个新的发展方向。改革的成果是实施卓越工程师培养的一个参考思路，对培养卓越工程师具有重要意义。

[1] 林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育,2010,17:30-32.

[2] 牛群峰,王威.虚拟仪器在测控技术与仪器专业教学中的应用探讨[J].中国电力教育,2010,34:136-139.

[3] 杨帆,程雯.测控技术与仪器专业三位一体的教学改革研究与实践[J].武汉工程大学学报,2010,2:98-102.

[4] 张帅.基于MSP430和LabVIEW的温度控制系统设计[J].哈尔滨商业大学学报,2010,8:472-475.

[5] 刘志强,龙海南.电压/电流变换器XTR110及其应用[J].国外电子元器件,2004,9:69-71.

Reform of practical training courses of the speciality of measurement and control technology and instrument oriented to training excellent engineers

Fang Zeping, Zhang Qian
Zhongyuan institute of technology, Zhengzhou, 450007, China

Oriented to training excellent engineers, this article put forward and researched several reform schemes of practical training courses of the speciality of measurement and control technology and instrument. In this article, existing experimental equipment were carried on the reform on labVIEW, including the system of liquid level measurement and control and the temperature control system of electric heating furnace. The results show that the reform has certain important referrence value to training excellent engineers of measurement and control technology and instrument students.

excellent engineer; measurement and control technology and instrument; practical training course; reform

2011-12-06

房泽平，硕士，讲师。张谦，硕士，教授，主任。

中原工学院校级教学改革项目(2011)“基于LabVIEW的测控专业实践教学内容、方法改革与实践”。