摘要：从理论和实验教学环节对该课程进行综合性改革，理论方面增加了大量图形及科研生产紧密结合的实际例子；实验方面重新设计了分布式控制系统以替代原有孤岛式系统并对实验项目进行扩展。课程的改革，满足了理论与实验课程的要求，提高了学生学习兴趣，增强了他们的动手能力。
关键词：过程控制系统；综合性教学；DCS
作者简介：杨光祥（1973-），男，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，副教授；曹晓莉（1970-），女，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，教授。（重庆400067）
基金项目：本文系重庆市工商大学教改项目（项目编号：11325）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0067-01
一、“过程控制课程”概述
“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的课程，是大多数自动化及其相关专业的专业主干课，其专业性和实践性较强，在自动化专业的课程体系中占有重要的地位。随着科学技术的飞速前进，“过程控制”也在日新月异地发展。这门课程的教学，使学生能运用自动控制理论，结合实际工业生产过程和过程工业生产过程的分析、设计、运行与开发研究工作。[1]
工业自动化在整个社会生产中起着非常重要的作用，“过程控制”覆盖范围广，基本设计了国民生产中包括诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等领域。[2]因而，“过程控制”在国民经济中占有极其重要的地位。随着生产规模的不断扩大，“过程控制系统”经历了基地式气动信号控制系统、电动模拟信号控制系统、计算机集中控制系统和集散控制系统等几个阶段。[3]“过程控制”是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。
本课程需要加深学生对过程控制内容的理解，培养学生的实践能力，使学生在过程控制系统的设计和分析过程中将所学的理论知识融会贯通。因此，“过程控制系统课程”的实验非常重要，对提高学生学习兴趣、拓宽其知识面、加深对理论课程的认识等都具有非常重要的意义。
但是，在教学过程中发现，原有实验设备落后，已经严重老化，实验体系存在不合理的情况，而且实验设备所采用的技术是基于8位单片机的孤岛式自动控制仪表，已经远远落后目前的电子信息技术发展，严重制约着本课程实验的顺利进行。因此，笔者对该课程进行了探索性地教学改革，主要针对教学方法、实验环节方面提出改进的教学方法和措施，加强理论研究与实践教学相结合，合理增加先进性控制理论及设计验证实验，着重对传统实验设备替换和补充，开发出新型的实验教学设备，强调对学生创新思维和能力的培养。
二、教学方法改革思路
针对上述问题，结合目前国内外的技术发展趋势，课程组在教学过程中多次组织教师进行探讨和研究，提出了课程改革的措施。
1.理论教学改革
理论教学主要针对提高学生学习兴趣、增加其知识面、增强课后作业练习三个方面进行。其改革结构如图1所示。
在理论课程内容中，PID控制理论部分主要是讲述传递函数、微分方程及其动态特性等理论知识，学生学习起来感到枯燥乏味。因此在多媒体课件中增加了大量的图形及生产过程示意图，并且增加了部分课题组科研工作中的实际项目例子，这样极大地提高了学生的学习兴趣。比如，在讲述串级控制系统的章节就增加了生产纸浆的网前箱温度-温度系统，如图2所示。
PID控制理论部分相对学时比较多，实际的控制仪表应用则偏少，而对控制器的介绍相对比较少。因此在理论课程中增加对实际仪表部分的介绍，增加了智能仪表、网络仪表等，主要讲述其在工业生产过程中的实际应用。这样学生在学习完成后对工业生产所使用的基本仪器仪表也有了初步的认识，对以后工作打了比较好的基础。
学生作业一直是学生被动接受的内容。考虑到实际情况，在讲授过程中，采用大型作业和小型作业相结合的原则，要求学生对某一生产过程系统的压力、温度、流量等参数的PID控制系统进行自行设计。比如采用串级控制系统、均匀控制系统等不同的结构，并且对所使用的执行器和变送器种类进行归纳和总结，并在课堂上选定几个学生进行讲解和讨论。这样学生可选择的范围较大，避免了抄袭或应付式完成作业，又对现场应用的执行器有了一定了解，避免了空洞的讲解，学生收获很大。
2.实践教学改革
本课程设计有8学时的实验学时。由于原有THJ-2实验设备已经严重老化，部分控制系统已经不能够使用，因此本着节约成本的原则，本课题组成员自行进行了实验设备控制系统的改造。在改造之前分析了当前能够跟上技术先进性的过程控制系统及装置。由于DCS控制器是当今工业过程控制的发展方向和主流，[4]国外著名的DCS生产厂商及其产品均已进入中国，如日本横河电器公司的CENTUM-XL、美国HONEY -WELL公司的TDC-3000和瑞士ABB公司的Industrial IT等，用于冶金、石油、化工、电力等行业中。因此本课题小组采用分布式控制系统（DCS）替代原有的独立式单片机控制系统，其自行开发的实验设备与陈旧部分可用的实验仪器结合，重复利用现有资源，避免了教育经费的浪费，其结构如图3所示。其中深色部分是自行开发的设备，而浅色框代表可重复利用的旧设备。
在自行开发的实验设备中，课题组也自行开发出多个实验模块，从技术上进行全面升级，从实验范围上拓宽传统的PID控制，从理论上加强学生对传统PID的认识并拓宽知识面，使其接受与企业实际生产紧密结合的前沿技术产品。经过实验设备改造和实验环节改革，学生接触的实验设备与现场实际相吻合，学生亲自动手校验、调节设备，提高了学生的动手能力，加强了他们的学习兴趣，而且加深了他们对设备原理的理解，把理论认识和感性认识结合起来。
三、改造实验设备及功能
对实验环节的控制系统进行自行改造升级，主要采用分布式控制系统替代原有旧系统，这样可以灵活开发出多种结构的控制模块及其他辅助模块，帮助学生更加充分进行实验环节。开发的DCS扩展功能库主要包括如下部分：RS485通信模块、模糊控制模块、预测控制模块、自适应控制模块、传感器类型库、LCD库、人机接口库、USB库和二次开发库。
学生在实验过程中可以灵活地配置和使用以上模块库，极大地提高了他们的学习兴趣和对计算机、嵌入式系统、控制仪表等原理的理解与实际动手能力。
四、结论
对过程控制系统与装置课程进行理论和实验的综合的教学改革，使得本专业学生在学习本课程上提高了兴趣，变被动为主动，增强了其动手能力，大大拓宽了他们的就业范围，也提高了其在工作中的适应能力，使教学质量和学生的综合素质都得到较好的提升。
参考文献：
[1]方康玲.过程控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007.
[2]唐玉玲.过程控制课程教学改革及实践[J].科技信息,2011,(19):10-11.
[3]杨佳,许强,雷绍兰,等.“过程控制系统”课程教学及实验改革探讨[J].中国电力教育,2010,(10):125-126.
[4]陈慧萍,樊嵘嵘.基于PAS-300M DCS 平台的监控软件设计与实现[J].计算机工程与设计,2007,28(13):3248-3251.
（责任编辑：宋秀丽）
