《化工仪表与控制》课程中实验与实践课程的开设探索

赵红永 丁晓莉

摘 要：在《化工仪表与控制》课程中开设实验与实践课程环节，使学生更直观的了解和学习与化工相关仪表以及自动化控制设备，增强了学生对该课程理论授课部分的理解与学习，为该课程的进一步完善与发展提供了有利条件。本文提出通过开设《化工仪表与控制》课程中检测仪表变送器、控制器、执行器以及典型化工单元操作等相关章节内容的实验与实践课程，增强理论与实践的结合部分，促进学生对化工自控系统的整体理解。

关键词：典型化工自控单元;实验课程;化工仪表与控制;

《化工仪表与控制》是一门关于化工技术应用方面的专业课程，该课程包含了化工过程、化工仪表检测分析，计算机控制系统、数学控制模型建立、电工以及电路分析等知识的一门综合性工程科学[1]。目前该课程主要采用理论授课形式，学习的重点是使学生掌握各种常用化工自动控制系统的特点，熟料掌握自控系统中检测及变送设备，自动控制器，执行器以及被控对象等相关各个方面的知识。然而对于其中相关的设备与实际操作部分大多停留在进行理论和概念上的介绍，并无法让学生进行相关实质性操作与锻炼。

开设相关的实验与实践部分课程，既可以进行单个检测设备，控制设备或者执行器设备的挑选、使用以及维护等方面的学习与锻炼，也可进行整体上的简单典型化工生产流程的自动控制系统的建立、操作与维护等相关的学习。希望以此能提高课程实用性，同时进一步提高学生对化工自动控制系统的整体认识与理解[2，3]。

《化工仪表与控制》课程中检测器（压力、温度、物位、流量四大检测参数）、控制器（比例、积分、微分控制规律）、执行器、被控对象与被控变量、以及化工典型自控过程是其重点，其中检测器是重中之重，涉及到最基础的四大检测参数的检测设备的工作原理，类型，安装原则与使用注意事项等方面。下面对开设实验与实践部分在提升《化工仪表与控制》课程教学问题进行初步的探讨：

实验课程首先以一套小型单反应釜-单精馏设备为出发点，设计建立一套酯化反应的反应合成及其产品的精馏分离过程的系统。在实际系统的建立和操作过程，会涉及化工仪表与控制的各大知识环节，使学生所学的理论知识与实践相结合，进一步激发学生学习兴趣、使教学内容与实际生产密切结合，突出工程应用的重要性，进而满足化工企业对毕业生从业技能的要求与期望[4]。整个实验课程中，主要分为两部分课时：一部分是整套设备系统的设计搭建，另一部分为设备的实际操作。通过整个实验课程的开设可完成如下方面的实训：

一、检测器方面

在设立整套设备过程中需要考虑反应釜与精馏设备的压力、温度、液位以及流量等主要控制参数的不同种类的压力表，液位计，流量计以及温度表的选择和使用。例如：在液位计选择方面：料液罐液位通常使用连通管式玻璃液位计，而有压力操作的反应釜则不能使用普通的连通式玻璃液位计而需要使用磁力液位计。压力表选择方面，除了普通的弹簧式压力表，如需远传，报警灯还要使用电接点式远传压力表等。对于精馏塔的再沸器压力控制方面都需要报警式的仪表控制。此外，进料与出料方面流量计的选用。反应釜的温控装置以及精馏塔各段的温度传感器的使用。在熟悉和学习整个系统管路以及仪表过程中能让学生更直观的了解各种类型检测仪表的特点以及使用情况。

二、控制器以及执行器

通过操作平台设置自控参数，了解各种控制规律的特点，结合所控制的控制对象（反应釜，精馏塔，再沸器等），实际调整控制参数（比例度，积分时间，微分时间）得出最好的控制效果，在其过程中更好的学习理解比例控制（P），积分控制（I）以及微分控制（D）的优缺点，整体上掌握比例积分微分控制（PID）的特点及其过渡过程的影响因素。在执行器方面，学习气动执行器与电动执行器的选用安装以及各种不同类型阀门的选取与安装，了解各种阀门的分类，特点以及各自的流量特性曲线，进而进一步熟悉如何選择阀门及其安装和维护等。例如精馏再沸器应特别安装具有压力保护功能的隔膜安全阀。反应釜的流量调节需要使用截止阀，精确的流量检测仪表及流量控制需要使用针型阀。反应中催化剂浓硫酸的管道阀门要使用四氟隔膜阀或者衬四氟截止阀。

三、自控系统与典型化工单元控制

通过整个单反应釜-单精馏系统，了解其中各个典型化工单元的控制。掌握如何反应釜的温度自控系统，冷却水温度自控系统，精馏系统的进料，出料流量自控系统等。了解简单控制系统与复杂控制系统中，被控变量，操纵变量，以及控制规律选择以及参数整定。特别是了解复杂控制系统中串级系统在其中的应用，更直观，更深切的体会主副控制规律和以及正反作用的选择，以及其参数整定以及整个自控系统的投运。进而了解掌握在流体输送设备的控制方面的离心泵的自控方案以及往复泵的自控方案;在传热设备控制方面的无相变的换热器控制方案，在精馏塔控制以及反应釜控制的方案。

综上所述，传统的单一的理论教学方法对于实践性很强的《化工仪表与控制》课程来说，效果并不十分理想。通过相应实验课程的开设能更加直观地展示自控系统的组成以及运行特点，进而更具体的了解检测器，控制器，执行器以及被控对象的特点，整体上对自控系统在化工这种的应用有更加深刻的认识。

参考文献：

[1]厉玉鸣，刘慧敏.化工仪表及自动化（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]王树江.案例教学法在化工仪表及自动化教学中的应用[J]. 科教文汇，2012（ 2） ： 51-52.

[3]熊远钦，阳卫军，万其中，等.化工过程参数监测与自动化[M]. 北京： 化学工业出版社，2014.

[4] 韩萌，魏克新.以产业发展为导向的高等工程教育研究[J].高等工程教育研究，2012，（ 3） ： 72-74