齊 洋

（寧夏工商職業(yè)技術學院，寧夏 銀川 750021）

“儀表是化工的眼睛”，而現代化工生產自動控制系統(tǒng)的普遍應用與不斷升級，在大幅度提高化工產品產量和質量以及生產安全性的同時，對操作人員的化工自動化知識和技能提出了更高要求，對化工儀器儀表維修工的要求也大大提高。化工儀表及自動化課程是化工類學生專業(yè)基礎必修課，該課程分為化工檢測儀表和化工自動化兩個部分，化工生產操作人員全面系統(tǒng)地學習自動化知識，對學生進入企業(yè)后的職業(yè)成長有著重要的作用。但一直以來，該課程的教學效果并不理想，學生畢業(yè)之后，對自動化仍然缺乏整體概念，對儀表的操作缺乏訓練。課程教學團隊為此做了基于項目化的教學改革、“一體化”教學改革以及基于CDIO模式的教學改革，而所有的教學改革都需要有相關的設備作為支撐[1]。為此，需要對實訓設備進行研究和設計，目的是對教學改革起到支撐作用及滿意的教學效果。

1 化工自動化設備的需求分析

1.1 化工儀器儀表維修工技能比賽和技能鑒定對設備的要求

技能比賽和技能鑒定的共同特點是，設備的使用者是具備一定實際工作經驗的專業(yè)儀表工，他們對化工自動化的內涵比較了解，訓練目標是提高操作技能水平。二者的區(qū)別是，技能比賽的主辦方會指定設備，而技能鑒定要求能夠開展足夠多的實操項目，滿足考核的需要。

1.2 化工儀表及自動化教學對設備的要求

為了適應培養(yǎng)高技能人才的需要，改進教學效果，化工儀表及自動化課程進行了基于項目化的“一體化”教學改革和基于CDIO模式的教學改革?！耙惑w化”教學改革能夠充分發(fā)揮一體化教室、化工實訓裝置和教學資源庫的作用，形成教、學、做、考一體化的教學模式，改變以往學生在教室內學習，在化工裝置上不認識儀表，在實訓室不會操作儀表的狀況，實現實境教學，使學生真實體驗工作任務，對本課程的理解更加深刻。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，核心教育理念和教學方法是“做中學”和“基于項目的學習”，應用CDIO模式的教學改革，以進行自動控制系統(tǒng)設計和實踐為手段，學生把理論學習與實際應用相結合，在對學習認知的基礎上，進行自我反思，并在此過程中不斷獲取知識、調整學習方法，最終可以提高學生的基礎知識水平、職業(yè)技能水平、人際交往和團隊協作能力[2]。

教學改革的順利進行，需要有相關的實訓設備支撐，如果沒有合適的化工自動化實訓設備，任何教學改革必然淪為空談。為配合教學需要，化工自動化設備首先應該包括每一種典型儀表的實物及校驗設備，學生可以在學習過程中邊學邊練；其次應該包括簡單的綜合性實訓設備，幫助學生學習自動控制系統(tǒng)的構成和工作原理；最后還應該配備一些民用的自動化裝置，用以配合CDIO教學模式中的自動控制系統(tǒng)設計任務使用。

2 化工自動化實訓設備配置方案

根據研究分析的結果，可以確定化工自動化實訓設備配置方案應分為綜合性實訓設備、簡化版綜合實訓裝置、單表校驗裝置和DCS仿真組態(tài)軟件四個類型。

2.1 綜合性實訓設備

有很多教學儀器設備公司都能夠提供綜合性很強的實訓裝置，這樣的綜合實訓裝置可以用于進行模擬工業(yè)現場的仿真操作訓練，幫助學生和企業(yè)新進職工建立自動控制系統(tǒng)的整體概念，有些綜合實訓裝置作為技能大賽的指定設備，可以用于參賽選手培訓，也可以用于技能鑒定，所以綜合性實訓設備是必須配備的。

2.2 簡化版綜合性實訓設備

一般的化工自動化綜合實訓設備，特別是帶有單表校驗功能的設備，投入成本較高，設備能夠用于演示實驗，但無法負擔學生的頻繁操作，容易磨損消耗，往往連續(xù)使用兩三個月就開始出現各種故障，對設備的維護要求高，甚至由于操作不當可能會引起安全問題。而對學生和企業(yè)新進職工進行的培訓恰恰需要高強度的頻繁使用，而且由于專業(yè)基礎弱，出現各種意外損壞的可能性也比較高[3]。

作為補充，可以自己設計組裝一個簡化版的綜合實訓設備。選擇精度高、壽命長、口碑比較好、企業(yè)現場經常選用的儀表，搭建一個最簡單的小型自動控制系統(tǒng)，可以方便無專業(yè)基礎的學員建立自動控制系統(tǒng)，也可以用于頻繁的動手操作訓練。例如可以設計組裝一個室內溫度自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由測溫元件、控制器、報警器、調節(jié)閥構成，所有儀表都采用工業(yè)現場用的品牌和型號，具有精度高、壽命長、操作方便的特點。在一塊儀表盤上，各種儀表都預先安裝到位，儀表盤上安裝端子排，將所有儀表的接線端子都用導線引到端子排上，方便接線，同時也可以保護儀表。使用時，先將各個儀表正確聯接，測溫元件檢測到室內溫度，把信號傳送給控制器，控制器經過計算，給調節(jié)閥發(fā)送一個開度信號，調節(jié)閥根據此信號開始動作，如果調節(jié)閥所在管線中有蒸汽，教室溫度就會隨之改變。由于不可能在管線中通入蒸汽，所以只能看到調節(jié)閥有一個全開/全關的動作（取決于溫度給定值的大?。?。這套設備非常適合新進職工的培訓和學生的“一體化”教學。設備的使用非常靈活，可以根據需要，單獨操作測溫元件、控制器、報警器、調節(jié)閥，可以學習它們的接線、使用方法；此設備可以增加學習的趣味性，學員可以自由設置高/低報警值、給定值，然后用測溫元件測量不同溫度的水，甚至測量自己的體溫，觀察系統(tǒng)中的報警燈變化、調節(jié)閥動作情況。

2.3 壓力、溫度、液位檢測單表校驗裝置

綜合性設備雖好，但是局限性也比較大。在進行教學或者技能訓練時，經常要做“分解動作”，需要把自動控制系統(tǒng)的某個組成部分講得清楚明白，并進行有針對性的操作訓練。綜合實訓裝置可以展示完整的自動控制系統(tǒng)，卻不方便把某一塊儀表單獨取下來進行學習或訓練，因為實訓設備是大家共同調配使用的，這樣會做影響其他教師使用設備；另外，經常性地拆卸儀表很容易造成損壞，使整套裝置主要功能破壞，損失太大。所以，應該單獨配置流量、壓力、溫度、液位儀表及其校驗裝置。需要注意的是，所選用的儀表必須具有精度高、壽命長的特點，最好為企業(yè)比較認可的儀表廠家產品。建議使用橫河EJA或羅斯蒙特3051系列儀表，這類儀表一般能夠保證在工業(yè)現場連續(xù)使用五年以上精確度等級不降。

流量檢測儀表的種類比較多，但是不方便進行校驗，所以選擇配備容易校驗的差壓變送器（差壓流量計），對流量檢測部分的內容，在教學時以其他形式進行補充，例如應用CDIO模式的教學設計可以布置任務：撰寫流量計選型報告。

溫度檢測儀表配備：熱電偶K型、E型，熱電阻Pt100型、Cu100型，這樣方便在教學中讓學生想辦法區(qū)分兩種型號；還需要配備雙金屬溫度計、玻璃水銀溫度計、壓力式溫度計、醫(yī)用測溫槍等，方便教學使用。校驗裝置為可控溫度的加熱爐，油浴爐和干式爐均可。

液位檢測儀表選擇電浮筒液位計，這種儀表的操作是各種技能競賽的?？疾僮黜椖?，又便于校驗，掛重法和水校法均可采用，儀表安裝于金屬筒中，配備連通器作為液位指示。

壓力檢測儀表可選用壓力變送器和彈簧管壓力表，一個是電遠傳壓力檢測儀表，一個是就地指示壓力檢測儀表。校驗裝置為壓力校驗臺，電動型和手動型均可。

2.4 DCS仿真組態(tài)軟件

通過第十二屆全國石油和化工行業(yè)職業(yè)技能競賽儀器儀表維修工比賽技能操作項目可以看出，對于化工儀器儀表維修工來說，基本的操作考核分為兩項，即在綜合實訓設備上進行的現場儀表調校及控制回路投運，以及在計算機上進行的DCS控制系統(tǒng)組態(tài)仿真。所以，從承辦比賽及參賽訓練的角度考慮，DCS仿真軟件是必須配備的。而DCS仿真軟件的用途不僅于此，使用DCS仿真組態(tài)軟件還可以對教學起到很好的輔助作用。

基于CDIO模式的一體化教學改革能夠幫助學生對化工裝置的自動控制系統(tǒng)理解更加深刻，建立良好的全局觀，為今后的學習打下良好基礎。進行檢測儀表知識教學時，針對化工生產過程控制四大參數（壓力、溫度、物位、流量）檢測及其自動控制系統(tǒng)，可以設計四個基本工作任務分別是：電壓力鍋壓力自動報警系統(tǒng)設計、魚缸（或電火鍋）溫度控制系統(tǒng)設計、魚缸液位自動控制系統(tǒng)設計以及流量檢測儀表選型報告。

為了配合CDIO模式的教學，可以配備以下設備：電壓力鍋、電接點壓力表、聲光報警器、水槽、加熱棒、電火鍋、雙金屬溫度計等，當學生完成一個設計任務，可以讓他們利用這些儀器設備親手搭建出實物來，用以檢驗設計方案的合理性。但這樣的做法存在局限性，主要在時間上不允許，學生沒有很好的專業(yè)基礎，其動手能力也需要一個訓練的過程，完成這樣的檢驗設計方案合理性的任務不但需要大量的時間，還需要教師花費大量的精力進行指導，適用于少數學生的課外興趣輔導，但日常教學授課時數緊張、教師少學生多限制，無法采用[4]。如果采用DCS仿真組態(tài)軟件，進行設計方案合理性模擬檢驗就可以解決這些問題。

教師指導學生使用DCS仿真組態(tài)軟件，可以把高壓鍋、魚缸等的設計方案繪制成帶控制點的工藝流程圖，然后進行仿真模擬運行，如果方案存在缺陷，在編譯環(huán)節(jié)軟件就會給出提示，比較容易地發(fā)現設計方案的問題，很好地配合了教學。

3 結語

配置合理的實訓設備，不但能夠滿足正常教學需要，還可以為教學改革的各種有益探索提供支撐，同時還能夠兼顧職業(yè)技能鑒定及技能比賽等各種需要，成為提高職業(yè)能力素質的良好平臺。