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渦輪流量計(jì)在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用教學(xué)

摘要：渦輪流量計(jì)是一種經(jīng)常用于測(cè)量管道中氣體或液體流通總量的檢測(cè)儀表，它具有精度高、耐高壓、測(cè)量范圍寬、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工、冶金、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)等自動(dòng)化控制行業(yè)中具有廣泛的使用價(jià)值。研究主題是以渦輪流量計(jì)為例，將渦輪流量計(jì)的工業(yè)使用價(jià)值體現(xiàn)到教學(xué)應(yīng)用研究上來(lái)。

  渦輪流量計(jì)作為智能型自動(dòng)化儀表，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用來(lái)做流量定量控制。就渦輪流量計(jì)來(lái)講，一個(gè)抽象的概念在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中如何運(yùn)用得讓學(xué)生動(dòng)之以情，曉之以理，是一件困難的事情，特別是高職教育層次的學(xué)生。高職學(xué)生被定義為技能人才的同時(shí)也恰好抹殺了他們不愛(ài)學(xué)習(xí)理論知識(shí)的所謂天性，基于工作過(guò)程的教育理念橫空出世，成為高職教育的一根黃金稻草，所有高職課程的改革方向都遵循著這一教學(xué)模式。本文研究的渦輪流量計(jì)在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用教學(xué)研究，立志將如此枯燥無(wú)味的一個(gè)檢測(cè)控制設(shè)備以全新的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。該研究既遵循了基于工作過(guò)程的項(xiàng)目式教學(xué)方法，也開拓了高職學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)，發(fā)揮實(shí)踐研究的思維能力。

1、研究現(xiàn)狀分析 ：

  渦輪流量計(jì)是自動(dòng)化控制專業(yè)領(lǐng)域檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)學(xué)科教學(xué)環(huán)節(jié)，以往的上課經(jīng)驗(yàn)是理論知識(shí)為重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)操作為理論知識(shí)提供實(shí)踐支撐。然而，不同專業(yè)學(xué)科的教學(xué)點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)往往不甚相同，選取教學(xué)內(nèi)容總會(huì)有所偏差，絕大多數(shù)的教學(xué)內(nèi)容選取實(shí)際是建立在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基礎(chǔ)上的，也就是說(shuō)企業(yè)行業(yè)使用的技術(shù)設(shè)備跟學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是否契合，才能決定是不是真正的實(shí)現(xiàn)基于工作過(guò)程。在我們對(duì)企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)化控制專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新統(tǒng)籌和規(guī)劃，把原先的單一學(xué)科技術(shù)鏈接到學(xué)科群里，將企業(yè)行業(yè)的一項(xiàng)技術(shù)貫穿到每個(gè)相關(guān)工作崗位教學(xué)情境中。選取渦輪流量計(jì)為研究對(duì)象，作為貫穿自動(dòng)化控制專業(yè)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)是基于整個(gè)專業(yè)教學(xué)體系研究出來(lái)的一個(gè)教學(xué)應(yīng)用。

2、應(yīng)用教學(xué)研究 ：

（1）渦輪流量計(jì)實(shí)物教學(xué) 例如：渦輪流量計(jì)LWGYD-15 型號(hào)定義流量為0.6~6 立方米/小時(shí)，LWGYD-10 型號(hào)定義流量為0.2~1.2 立方米/小時(shí)，如何深入理解型號(hào)的具體參數(shù)需要借助一些行動(dòng)教學(xué)方法和手段來(lái)輔助。課程教學(xué)中，不需要先學(xué)理論再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直接以實(shí)物展示進(jìn)入主題，先引起學(xué)生興趣。對(duì)單個(gè)渦輪流量計(jì)進(jìn)行整體觀察，包括外部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部零件、尺寸大小、重量多少、按鈕設(shè)置、價(jià)格優(yōu)劣、測(cè)量精度等一系列參數(shù)，列個(gè)詳細(xì)表格清單任務(wù)書，課外布置上網(wǎng)查詢其他型號(hào)的渦輪流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，了解不同型號(hào)的渦輪流量計(jì)適用于哪些場(chǎng)合。由此展開教學(xué)，可以豐富學(xué)生在該專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，熟知企業(yè)慣用的品牌及類型[1]。

（2）渦輪流量計(jì)安裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)在了解了渦輪流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)后，教師開始指導(dǎo)安裝渦輪流量計(jì)檢測(cè)設(shè)備。安裝的時(shí)候注意流通管道位置的選擇方向，導(dǎo)線連接方式，以及布線走向，逐一遵循說(shuō)明書步驟循序漸進(jìn)。這一環(huán)節(jié)可以先采用視頻觀看，再到親自示范操作，***后學(xué)生動(dòng)手，由安裝指導(dǎo)說(shuō)明書列出詳細(xì)步驟順序，按部就班實(shí)施。

（3）渦輪流量計(jì)調(diào)試過(guò)程教學(xué)以渦輪流量計(jì)控制水的流量為例，某一自來(lái)水的水箱水位自動(dòng)化控制，配合變頻器、電動(dòng)截止閥來(lái)使用。調(diào)節(jié)變頻器輸出，觀察出水量變化，當(dāng)頻率20Hz 以下水泵無(wú)法抽水，處于不出水狀態(tài)，渦輪流量計(jì)不工作，頻率調(diào)節(jié)20Hz 以上時(shí)候，出水量開始增大，流經(jīng)渦輪流量計(jì)。頻率越高，出水量越大，4-20mA 信號(hào)的電流值也在不斷上升，利用萬(wàn)用表測(cè)量電流信號(hào)與頻率值相比，可以觀察渦輪流量計(jì)出水量與電流數(shù)值之間的關(guān)系。此時(shí)適當(dāng)講述渦輪流量計(jì)的工作原理，由此學(xué)生邊實(shí)驗(yàn)，教師邊講解相結(jié)合，達(dá)到理論知識(shí)和操作調(diào)試知行合一的效果。以上是操作環(huán)節(jié)的調(diào)試過(guò)程，到此檢測(cè)技術(shù)可以告一段落，為了結(jié)合自動(dòng)化專業(yè)的課程體系教學(xué)，還引申出后續(xù)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

3、渦輪流量計(jì)仿真教學(xué)：

  將渦輪流量計(jì)以電腦仿真的形式出現(xiàn)在應(yīng)用教學(xué)中。比如，利用工控組態(tài)軟件技術(shù)，組態(tài)王是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)監(jiān)控軟件，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成集成系統(tǒng)模擬現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)用于模擬渦輪流量計(jì)在管道中的流通。引用工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中一個(gè)例子，某化學(xué)廠的一個(gè)反應(yīng)車間控制中心[2]，每個(gè)催化劑之間配備一個(gè)渦輪流量計(jì)，控制畫圖形成中心畫面，再進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，***后形成一個(gè)組態(tài)控制動(dòng)態(tài)畫面，以電腦仿真的形式呈現(xiàn)，監(jiān)控到渦輪流量計(jì)的流量大小。利用動(dòng)態(tài)圖形圖表的形式來(lái)重組實(shí)際工作環(huán)節(jié)流程，采用流量定量控制儀進(jìn)行流量積算，在積算出來(lái)自渦輪流量計(jì)的累積流量數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)值的時(shí)候，可以輸出開關(guān)信號(hào)給電磁閥，從而控制閥門關(guān)閉與開啟。

4、研究探索型教學(xué)：

  高職學(xué)生除了以上的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)，項(xiàng)目式動(dòng)手教學(xué)之外，為了挖掘他們可持續(xù)發(fā)展的能力，需要后續(xù)加以研究探索，向更高層次的技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)一步。引入自動(dòng)控制系統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)，所有的控制系統(tǒng)都必須遵循一個(gè)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的調(diào)節(jié)過(guò)程[3]。就一個(gè)信號(hào)傳遞是否來(lái)講， PID 就調(diào)節(jié)就發(fā)揮其扎實(shí)有用的效果。利用PID 控制儀及流量調(diào)節(jié)閥來(lái)控制流量的均勻流動(dòng)。比如，控制渦輪流量計(jì)的流通滿流量在10 立方米每小時(shí)，想控制在5 立方米每小時(shí)的時(shí)候，就需要用到PID 智能調(diào)節(jié)儀，調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)輸出4-20mA 電流信號(hào)或者脈沖信號(hào)給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)信號(hào)大小來(lái)調(diào)節(jié)開關(guān)的程度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)流量大小的控制。

  數(shù)字型的渦輪流量計(jì)還可以直接附帶連接計(jì)算機(jī)輸出接口，通過(guò)流量定量控制儀等二次儀表在電腦上直接顯示現(xiàn)場(chǎng)的流量，或者還可以結(jié)合DCS 控制系統(tǒng)來(lái)直接調(diào)節(jié)控制流量輸出的大小[4]。要想知道設(shè)置的參數(shù)是否合理，必要時(shí)需要進(jìn)行 MATLAB 仿真程序設(shè)計(jì)，通過(guò)Simulink 軟件仿真，分析出各典型環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響，從而設(shè)置出正確的調(diào)試參數(shù)。

5、結(jié)束語(yǔ)：

  整個(gè)控制系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程是一個(gè)需要不斷實(shí)踐的漫長(zhǎng)過(guò)程，但是，只要抓住典型環(huán)節(jié)，對(duì)某一個(gè)教學(xué)要點(diǎn)進(jìn)行圍繞學(xué)科教育的實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)研究，相信總有一種方法能夠讓學(xué)生易于接受。就自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)傳感器設(shè)備渦輪流量計(jì)來(lái)講，設(shè)計(jì)出一套行之有效的教學(xué)研究模式，需要個(gè)個(gè)相鄰相近學(xué)科體系的配合，才能充分發(fā)揮其使用的社會(huì)價(jià)值，單個(gè)學(xué)科構(gòu)成的教學(xué)環(huán)節(jié)還是存在一定局限性的，需要充分發(fā)揮控制設(shè)備在控制系統(tǒng)中的教學(xué)地位，才能為后續(xù)學(xué)科的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。