火电厂计算机控制课程移动学习研究

崔彦锋，薛锐，王雨婷

（1.南京工程学院，江苏 南京 211167；2.浙江大学，浙江 杭州 310007）

火电厂计算机控制课程移动学习研究

崔彦锋1，薛锐1，王雨婷2

（1.南京工程学院，江苏 南京 211167；2.浙江大学，浙江 杭州 310007）

在阐述火电厂计算机控制课程移动学习需求的基础上，面向移动学习进行了课程内容解构，明确了移动学习对象；对基于微信的移动学习平台构建和基于HTML5与Javascript的平台开发进行了阐述并简述了该课程的移动学习效果。

计算机控制系统；移动学习；微信

火电厂计算机控制是热能与动力工程专业学生的主干课程之一，是火电厂生产过程自动化方向的核心课程，作为一门综合性极强的课程，学生需要在掌握工程数学、电工电子、自动控制原理、微机原理以及火电厂专业基础课程的基础上，学习过程通道、控制系统软件基础、数据通信与网络、数字PID控制、顺序控制与保护等模块的理论知识，并最后落地到火电厂分散控制系统的专门学习上。

与大部分专业课不同，火电厂计算机控制课程虽然体系明确、结构清晰，但是由于集散控制系统依托知识点的跨度问题，其课程内容具有明显的分散性，章节之间缺少递进和过渡，学生在学习过程中普遍感觉在缺乏宏观把握的同时对具体知识点的理解也不够深入。这些问题的解决一方面需要对课程内容进行全面分析整合的基础上加强工程实践，另一方面也需要引入新的教学手段。移动学习正是针对知识点繁多、知识模块分散、实践结合困难课程的一种有效手段。

1 面向移动学习的课程内容解构

移动学习在一般情况下是利用碎片时间进行的，基于碎片化时间的学习对学习内容有着与课堂学习不同的结构要求，需要对课程内容从学习持续时间的短时性、学习对象的概括性、难点重点的针对性等方面进行二次规划和设计。

1.1 过程通道

在本课程中，过程通道主要针对分散控制系统中的数据采集、输出和过程抗干扰。在移动学习过程中，理论学习的重点内容是掌握逐次逼近式A/D转换器和双斜积分式A/D转换器的工作原理和工作工程，与实践结合的重点内容是让学生明白过程通道在分散控制系统中并非抽象概念而是具体设备。

对于逐次逼近式A/D转换器，可以分解为二分法学习、二进制数码特征学习、转换与查找关系理解、转换（查找）工作流程等四个方面。对于双斜积分式A/D转换器，可以分解为积分器工作过程类比水池注水放水、振动次数与时间关系、转换器位数与积分时间的标定、反向积分斜率不变理解、转换工作流程等五个方面。与实践结合方面可以以研华的数采模块为例，向学生展示典型研华模块的技术手册和模块图片，可以在建立感性认识的同时通过理解技术参数检验学习的有效性。

进一步的可以在手机上建立数据采集人工模拟转换练习，学生选择一个电压，通过逐次运算给出每次偏大偏小情况反馈和每次从高位向地位逐次逼近的过程，将静态教材上的文字描述转换为动态的计算过程，更加便于学生学习理解。

1.2 数据通信与网络

数据通信与网络部分涉及的通信与网络知识背景很多，但是在本课程中需要把握好热能与动力工程专业学生的学习边界，在有限时间内过于深入的学习反而不利于学生掌握该部分知识。因此该部分采用“轻理论、重应用”的原则进行结构，重点在于使学生能够掌握火电厂常用的串行异步通信和网络协议。串行异步通信是学习网络通信相关概念的载体，本部分可以分为电平与数据位的关系、信息帧格式、数据检验方法、波特率等四个方面，通过在手机端展示串行异步通信相关的设备（如双绞线、232-485转换器）、结合先修的编程语言课程介绍COM通信组件的使用方法并演示火电厂现场串行异步通信过程，将理论知识点转换为“看得见“的设备，指导学生完成通信实践并理解对于本专业而言比较空泛的知识点。

网络协议部分重点在于理解网络协议的“语义、语法、定时关系”三要素，如果按照传统课堂教学的方式进行，学生将只能记住三要素并不能理解其在火电厂的通信过程中如何发挥作用。因此本部分结合工控系统中最为常见的Modbus协议来进行分解，首先引导学生理解控制系统中的通信要求（模拟量与开关量的输入输出），然后以开关量为范例，通过“01代表请求开关量状态、05代表强制开关量状态”使学生理解语义，通过“从站号+指令码+操作对象+操作值+校验码”的排布顺序使学生理解语法、通过“返回的指令码与请求的指令码”一致使学生理解定时关系。进一步通过简化的火电厂时间同步模型，指导学生建立自己的网络协议并进行通信。

1.3 模拟量控制

模拟量控制部分主要是数字PID算法的学习和数字PID的工程实现。对于数字PID算法的推演和理解，并不适合在移动终端上进行，但是其中积分与微分改进算法的原理与过程则可以通过碎片化时间进行预习复习和强化。数字PID的工程实现部分由于其偏工程化的特点，非常适合在移动终端进行学习。

数字PID算法的积分和微分改进，可以分解为积分分离算法积分阈值取值不当比较、变速积分算法积分速度控制与典型分段函数、预限削弱积分法计算过程、消除积分不灵敏区的误差放大原因、一阶惯性环节传递函数到离散化算式的公式特点等五个部分。

数字PID的工程实现可以分解为工程实现整体环节、报警死区与FSSS中火检器火焰判断的类比、各类计算结果补偿、微分方式的工程化处理等四个部分。

1.4 分散控制系统

分散控制系统部分的学习一方面建立在对各支撑技术的基础之上，另一方面需要结合具体的工程和现场情况进行学习，主要包括现场工程师站、操作员站和控制站的理解。该部分以补充拓展材料的方式进行，介绍Ovation、Symphony、I/A Series等典型DCS的功能与特点。

2 基于微信的移动学习平台构建

移动学习是数字学习的自然延伸，这种学习方式强调学习者可以在任何时间、任何地点通过手机、平板电脑等终端设备并借助移动网络获取学习资源、执行学习行为。近年来，移动终端、移动网络以及移动开发技术的发展深刻影响了移动学习平台的构建和移动学习的落地。

国内的移动学习平台在2015年之前主要以移动应用程序和移动教学网站为主，但由于平台的多样化和终端设备的碎片化，移动应用的方式存在开发成本高、升级难度大、更新进度慢等问题。2015年之后，微信作为通讯与社交工具在国内大规模的展开应用，随着微信应用的广泛展开，其同步增加了开放平台的延伸功能，微信公众平台是运营者通过公众号方式为微信用户提供资讯和服务的平台，该平台提供了通用的开发接口和一致的界面标准，这些接口和标准可以大幅的降低开发难度，克服平台碎片化带来的软件开发困难，协助开发者高效的建立专用移动化平台。

在面向移动化学习对火电厂计算机控制课程内容进行解构之后，结合微信平台提供的开发功能，可以建立有效的课程移动化学习平台。火电厂计算机控制移动学习平台的功能模块如表1所示。

本文获南京工程学院教学改革项目支持，项目编号JG201317。

表1 火电厂计算机控制系统移动学习平台功能模块

3 基于HTML5和Javascript的平台开发

微信公众号的开发主要基于微信所提供的各类接口和微信内嵌页面，微信公众平台开发者文档提供了菜单定制、消息管理、页面开发包、素材管理、用户管理、账号管理等方面的标准接口，基于这些接口并结合HTML5与Javascript语言，即可开发出应用平台。

3.1 HTML5技术栈

HTML5是HTML（可扩展标记语言）的最新版本，在该版本中引入了新的语义、本地存储、设备兼容、网络连接、网页多媒体、三维与图形以及用以强化效果的CSS3等特性，这些新的特性使开发者可以在移动端微信中嵌入与本地应用体验相同的功能。

3.2 基于jQuery的Javascript开发

HTML5用来进行页面渲染，但应用的可交互性是通过Javascript来实现的，但是原生的Javascript语言在程序编制、页面元素控制以及终端平台适配方面需要编制大量代码，使用jQuery类的开发框架，可以进一步降低微信平台的开发难度，提升页面应用的开发效率。

3.3 基于二维码技术的微信平台互动功能

二维码是嵌入了数据符号信息的平面图形，其中可以包含特定的字符信息，该支付信息可以引导用户进行交互式的应用。基于微信的移动学习平台可以利用微信提供的二维码扫描功能，由教师提前制作好教材内容和课堂讲授内容所对应的二维码，学生可以随时将移动学习平台与教材和课堂对接，实现无学学习方式切换边界的移动学习。

4 结论

通过在火电厂计算机控制课程中引入移动学习手段，建立移动学习平台，可以使学生在正常的学习途径之外，将学习融入到生活中，随时随地的进行灵活的自主学习，并可进一步的加强教与学的互动，在实际教学过程中是一种促进教学效果的有效手段。

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TM621；TP311.52

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1671-0711（2017）03（上）-0128-03