热工控制系统课程（精选7篇）
热工控制系统课程 篇1
一、引言
热工控制系统课程包含两部分教学内容:第一部分是自动控制系统的基础知识, 包括自动控制系统的概念、组成、工作原理、品质指标, 控制对象的特性, PID调节器的特性, 单回路和复杂控制系统的结构、工作原理、工程整定等;第二部分是火电厂主要的热工模拟量控制系统, 包括汽包锅炉的给水、蒸汽温度、燃烧过程控制系统, 直流锅炉的负荷控制, 汽轮机DEH系统, 单元机组协调控制系统等。
在本课程传统的教学模式中, 理论课和实验课是分开的, 实验课主要依赖MATLAB/SIMULINK仿真软件进行。这种教学模式对于偏理论性质的公共基础课和专业基础课比较适用, 对于偏应用性质的专业课则受到很大限制, 尤其是本课程的火电厂热工控制系统部分, 其教学内容和生产现场直接相关, 采用传统的教学模式, 学生普遍反映枯燥乏味, 和现场工作需求脱节, 因此学习积极性不高, 对学生毕业后工作中所提供的帮助也非常有限。
二、理实一体化教学模式的提出
被称为“现代教育之父”的美国著名实用主义哲学家、教育家和心理学家约翰·杜威 (John Dewey) 提出了从实践中学习 (或译从做中学) 的实用主义教育思想, 反对传统的灌输和机械训练的教育方法, 主张从实践中学习, 其目的是要让学生在学习中不仅用脑, 而且要让心、手共同参与学习, 提高学生的实践行为能力。①
基于工作过程的理实一体化教学模式将理论教学和实践教学融为一体, 教学场所直接安排在实验实训室。教师引导学生围绕一个工作任务开展学习活动, 学生通过自主学习、互相讨论和团队协作, 共同制定工作方案并完成方案的实施。通过理论学习指导实践, 再利用实践操作深化对理论知识的理解, 同时也提高了动手能力和独立分析、解决问题的能力。
三、理实一体化教学改革的实施
本课程的理实一体化教学改革, 在教学模式、教学内容、教学方法和考核方式等多个环节采取了改革措施, 突出了学生在学习活动中的主体地位, 教师只起到引导和辅助作用。
(一) 改变传统教学模式, 采用理论教学和校内、外实训基地相结合的方法
本课程理实一体化的教学模式改革, 主要体现在两个方面:一是理论课和实验课相结合, 学生的上课地点设在实训室, 学习过程也不再是理论先行, 而是将尽量多的理论知识巧妙融入到实验操作中, 让学生为了“做”而学, 不学则无从下手;二是理论知识和生产现场相结合, 这种结合不像传统教学那样举几个现场实例, 而是通过拍摄生产现场的照片和视频, 从控制系统的整体结构、硬件设备和连接方式, 到上层控制室的系统组态, 让学生从外到内、由表及里地认识实际的控制系统是怎样实现和工作的。此外, 通过协调校外的实训基地, 让学生亲自走进生产现场, 了解生产一线的员工是怎样对系统进行组态和维护的。这样, 通过理论教学和校内、外实训基地的密切配合, 充分利用生产现场的教学资源, 实现专业知识教学与生产现场的接轨, 也极大激发了学生的学习兴趣, 达到了专业课的学习目的。
(二) 整合教学内容, 依据生产流程合理设置学习情境
本课程传统的教学内容, 包括教材章节的设置, 多是按照引言部分的两大块内容, 先介绍自动控制系统的基础知识, 再介绍其在火电厂的应用。这样划分有一定的合理性, 由浅入深、循序渐进, 但是也存在一些弊端, 比如两部分内容有所交叉, 学生不易建立火电厂热工控制系统的整体结构和各级系统之间的关系等。为此, 在一体化教学改革中, 对教学内容进行了拆分和重新组合, 按照工艺流程和生产现场人员的设备分配情况, 设置了适合理实一体化教学的学习情境。
情境一:水箱水位单回路控制系统的构建与调试。该情境主要学习自动控制系统的基础知识, 依靠水箱水位动态特性的测取与控制实物教学装置及相关软件, 设置了自动控制系统的认知、水位对象动态特性的测取、单回路控制系统的构建与工程整定几个工作任务。与传统教学内容不同的是, 这部分不再学习复杂控制系统的相关知识, 因为后续火电厂热工控制系统的学习已经综合了几类复杂系统的工程应用, 这样就能避免前后内容的交叉重复。
情境二:单元机组协调控制系统。该情境以整个单元机组为控制对象, 介绍机组在对外响应电网负荷和对内实现稳定运行两方面, 锅炉和汽轮发电机如何协调配合。传统的教学内容一般把这部分放在最后一章, 这样学生不易建立单元机组控制系统的整体结构, 搞不清楚炉侧和机侧子系统与协调系统之间是如何工作的。因此, 把该情境作为火电厂部分的第一个学习情境, 就能避免上述问题的出现。
情境三:汽包锅炉自动控制系统。该情境以汽包锅炉为控制对象, 按照生产工艺流程, 设置汽水系统、燃料系统和风烟系统三个子情境, 汽水系统包括汽包水位的控制和蒸汽温度的控制, 燃料系统主要是制粉系统的控制, 风烟系统包括一次风量、送风量和引风量的控制。与传统的教学章节相比, 其学习内容并无增减, 只是子情境的设置与生产过程和DCS操作员站的系统界面相吻合。这样设置不仅与生产现场接轨, 也有利于在DCS仿真系统上开展一体化教学。
情境四:直流锅炉控制系统。该情境以直流锅炉为控制对象, 主要介绍直流锅炉的燃料控制和给水控制。
情境五:汽轮机数字电液控制系统DEH。该情境以汽轮发电机为控制对象, 介绍DEH的组成、功能和运行方式, 以及DEH如何对转速和负荷进行控制。上述两情境的设置与传统教学内容并无大差别, 此处不再赘述。
(三) 创新教学方法, 着重突出学生的主体地位
传统教学是以教师的讲解为主的, 即使教师采用各种各样新颖的教学方法来吸引学生的注意力、增加课堂互动, 教师依然是教学活动的主体。理实一体化教学强调学生的主体地位, 而要想主次互换, 必须从根本上改变“教师讲”这种形式。为此, 本课程采取了一系列以学生为主体的教学方法改革。
第一, 引导文教学法。本课程的每个学习情境均设置子情境或工作任务, 引导文就是根据工作任务给学生下发任务工单, 包括这一部分要学习的知识、技能以及达到的目标, 重点和难点问题提示, 工作任务的介绍和实施过程中的注意事项, 教材和相关参考资料、现场照片、视频文件的说明等。引导文是对学生自学的指导和对工作实施过程的引导, 在引导文的帮助和教师的指导下, 学生通过自学、小组成员互相讨论制定任务实施方案, 经过教师点评和方案修正后, 小组协作配合完成方案实施, 最后进行自我总结和评价。
第二, 角色互换法。角色互换是指教师和学生的角色互换, 学生在引导文的帮助下制定任务的实施方案后, 小组推选代表为大家讲解和说明。在这个过程中, 小组成员不仅要梳理主要知识点, 还要分析任务的实施步骤、可能出现的问题及解决方法、注意事项等。总结就是升华的过程, 而讲解更能锻炼学生的勇气、语言组织和表达能力。之后, 再由教师简短点评, 包括知识点的查漏补缺和任务实施方案的修正等。
第三, 现场体验法。本课程除情境一之外, 其他学习情境均是和火电厂生产过程密切相关的。在任务方案的制定和实施过程中, 小组成员扮演电力企业的员工, 小组长担任班组长, 负责协调组员制定和实施工作方案, 组内常规事务的管理和必要的工具设备管理等。同时, 在学校教学中引入企业文化, 学生进入工作现场必须穿着工作服, 对工具设备进行标准化定位管理等。
(四) 优化考核方式, 从各个教学环节全面考查学生
在理实一体化教学的考核评价中, 采用过程考核与期末考试相结合的综合评价方式, 学生本课程成绩=过程考核成绩 (60%) +期末考试成绩 (40%) 。其中, 学生所有工作任务的加权成绩为过程考核成绩, 期末考试以笔试或操作考核的方式对本课程主要的理论和技能知识点进行考查。过程考核的具体实施办法如下:
1. 考核方法
过程考核主要对学生的自学能力, 在工作过程中的计划、决策、实施、总结等实践操作能力和方法能力, 学习态度、工作积极性、小组成员协作等社会能力进行综合评价。每项工作任务的满分为100分, 所有工作任务的加权成绩乘以权重60%, 即为学生的过程考核成绩。
2. 评价指标和分值
(1) 教师评价:学生考勤, 满分为5分;对学生的自学情况、任务实施方案的制定情况等进行评价, 满分为20分;能够正确操作工作任务所要求的各个步骤并做好相关记录, 满分为25分;对工作任务进行全面细致的总结, 包括知识和技能的收获、出现的问题和解决情况、注意事项等, 满分为20分。
(2) 小组成员互评:评价小组成员的自学情况、所承担的工作任务份额以及完成任务的质量、工作的主动性和积极性、团队协作能力等, 满分为30分。
3. 评价结果记录 (见表) 。
四、一体化教学改革的效果分析
本课程实施了理实一体化教学改革后, 极大激发了学生的学习兴趣, 教学效果得到了明显改善。
第一, 通过合理设置学习情境, 大量引进生产现场的学习资料 (现场照片、视频、培训资料等) , 以及校内实训设备 (水箱水位动态特性的测取与控制实物教学装置和DCS仿真系统) 和校外实训基地的密切配合, 使学生在校内仿真环境中学习的基础上, 亲自到生产现场参观学习。这样学生对专业知识就不再感到抽象和模糊, 而是有血有肉、生动鲜活的, 学生不仅愿意学、主动去学, 而且学完之后印象深刻、掌握牢固, 明显改善了学习效果。
第二, 教学过程基本上遵循“六步教学法”, 突出学生的主体地位。六步教学法中主要知识点的学习, 任务方案的制定和实施, 以及学生的自我总结和评价等环节, 都是靠学生的自学、思考、互相讨论和协作配合完成的, 教师只起到引导和必要的指导、演示作用。这种教学模式学生刚开始并不适应, 但是当学生通过自己的努力完成了一项工作, 并从中学到了知识和技能后, 就会产生很大的成就感和满足感, 因此逐渐适应并喜欢上这种学习过程, 从被动的接受转变为主动的学习。
第三, 采用合理的考核激励机制, 引导学生将学习的重心分散到整个课程的学习过程中, 而不是只重视期末考试。以往有很多学生平时学习不认真, 只在期末考试前突击, 而采用“过程考核 (60%) +期末考试 (40%) ”的综合评价方式后, 学生的突击学习形式已经不起作用, 只有平时踏踏实实的学习才能取得好成绩。这就从根本上遏制了学习过程的不正之风, 真正实现考核过程中引导和激励的目的。
五、存在的问题和建议
本课程的理实一体化教学改革在具体实施过程中, 出现了一些问题, 经过总结和改进后, 给出如下建议。
第一, 主讲教师在各个学习情境和工作任务的设置过程中, 要尽量多的融入理论知识点, 有些内容无法进入操作环节, 也可以通过设置问题、阶段测验等方式引导学生学习, 避免出现学生知其然却不知其所以然的情况。此外, 要注意学生知识体系的完整性, 让学生找出各学习情境之间的内在联系。
第二, 这种教学模式需要充足的课时保证, 要注意课内和课外时间的合理分配。课内学生往往会因为操作过程中遇到疑难问题而延误时间, 因此要预留足够的课上时间, 这就要求充分调动学生的课外时间自学和制定任务方案等。所有的环节都放在课内完成是不可能的, 也会顾此失彼, 影响学习效果。
第三, 学生对于新的教学模式和考核方式需要一个适应过程, 在这中间不排除一部分学生有抵触情绪, 教师一定要耐心指导, 给予积极的鼓励和充分的肯定, 才能增强学生的自信心, 提高学生的学习兴趣。
第四, 教师要对火电厂的生产过程、主要设备、热工控制系统的软硬件等比较熟悉, 才能为学生讲解现场图片、视频以及带领学生到现场参观学习, 这就要求主讲和指导教师具有一定的电厂实践经验, 最好有下厂实践的经历。
六、结论
在高职院校工学结合、校企合作的人才培养模式指导下, 针对热工控制系统专业课的性质、特点以及传统教学模式的弊端, 笔者开展了基于工作过程的理实一体化教学改革, 在教学模式、教学内容、教学方法和考核方式等环节采取了一系列以学生为主体的改革措施, 充分利用校内实训设备和生产现场的学习资源, 实现专业知识的学习与现场接轨, 极大激发了学生的学习积极性和主动性, 取得了很好的教学效果。同时, 针对教学改革过程中出现的问题, 给出了相应的改进建议。
摘要：在高职院校工学结合、校企合作的人才培养模式指导下, 热工控制系统课程开展了基于工作过程的理实一体化教学改革, 采取了改变教学模式、整合教学内容、创新教学方法、优化考核方式等一系列措施, 弱化了教师的讲授作用, 突出了学生的主体地位, 寓教于做, 寓教于乐, 极大提高了学生的学习兴趣, 明显改善了的教学效果。同时, 针对教学改革过程中出现的问题, 给出了相应的改进建议。
关键词：理实一体化,教学改革,学生主体地位,热工控制系统课程
参考文献
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热工课程改革与实践 篇2
一、《热工技术与应用》课程的特点
城市热能应用技术专业是我院的主干专业, 《热工技术与应用》课程是本专业的一门主要专业基础课, 在东北地区主要研究制热方向。一方面, 它为学生今后学习专业课, 如《锅炉原理》、《热工仪表与自动控制》等提供必要的基础理论知识和热工分析与热工计算能力, 另一方面, 通过实验、测试技能等综合训练, 提高学生运用理论分析和解决工程实际问题的能力。但是该课理论性强、概念抽象、公式繁多, 是学生公认的较难的课程。尤其对于城市热能应用技术专业 (高职层次) 教学来讲, 由于学生高等数学基础薄弱, 很多学不好本课程的学生, 主要问题是出现在数学基础上。加上学时 (56学时) 有限, 让初次接触该课的学生难以入门, 从而产生畏惧心理。如何使《热工技术与应用》课程化难为易、化繁为简、化抽象为具体, 以提高教学效果, 在这里做初步研究。
二、课程改革的内容
1. 教学内容的改革。
本课程主要是研究热功转换及热传递规律的基本原理、概念, 以及在热能工程问题上的应用。针对本课程概念多、公式多和线图多、理论性和应用性较强这些特点, 在组织教学内容时努力做到: (1) 重视基本概念和理论, 精简公式推导, 让学生理解基本概念和定理的实质, 不必过分强调公式如何推导。 (2) 强化实际工程应用, 将大量实际热力工程知识引入教学, 列举大量工程实例, 使学生能用热工知识分析和专业相关的实际问题, 突出热工知识在城市热能应用技术专业中的应用, 有助于培养学生对知识的理解和分析问题、解决问题的能力。 (3) 运用图表分析, 紧密联系实际。图表分析是热工课中很重要的一部分内容, 无论是工程热力学中的过程、循环、热量与功量分析, 还是传热学中的换热分析计算, 都以图表分析为基本工具。
2. 教学方法和教学手段的改革。
教学方法和教学手段的改革目的就是要提高课程教学内容的形象性、生动性和通俗易懂性, 提高教与学的效率, 提高教学质量。根据本课程的性质和内容, 选择切实可行的教学方法, 如头脑风暴法、分组讨论法、案例分析法和现场教学法等。充分利用现代化教学手段, 制作了实用的多媒体课件;借助计算机多媒体演示, 使抽象的概念具体化, 复杂的问题简单化, 繁琐的内容精炼化, 实际问题形象化。 (1) 头脑风暴法。在教学过程中, 针对基本概念和基本理论内容的讲解, 应多引用学生身边的例子、工程应用的实例。教师引出问题, 有意识地启发学生思考, 让他们积极踊跃回答问题, 提出自己的见解和方案。最后老师总结, 选取最佳方案。这样既加深了学生对概念的理解, 又充分调动了学习的积极性、主动性和创造性, 并且提升了学生的工程意识和分析问题、解决问题的能力。比如在讲解圆筒壁导热章节时, 向学生提出问题:为什么保温饭盒具有保温性能, 并设计几种提高保温性能的方案。引导学生积极思考, 最后再引申到工程实际-供热管道保温问题上来。 (2) 案例分析法。在《热工技术与应用》的教学过程中, 应始终把握理论教学联系实际案例的体会到本课程是与专业密切相关的, 进一步增强学生的学习兴趣。比如讲解热力过程与循环时, 联系到热力设备是如何制热的。讲解水蒸气饱和压力与饱和温度对应关系时, 联系到锅炉热力设备额定工作压力与温度的调解关系。在讲到传热学稳态导热部分时, 提出冬天怎样穿衣服会更温暖等问题。学生往往会反应热烈, 感到热工学就在自己身边, 热工理论并不是高深莫测的, 从而消除了畏惧心理, 提高了学习兴趣。然后再从身边的问题引申到工程实例, 比如锅炉等动力设备的工作原理、热工计量测试仪器仪表的设计开发等, 由浅入深, 使学生由被动学习变为主动学习, 充分提高的了学习效果。 (3) 现场教学法。利用实验实训室、实训基地、校企合作单位等途径, 组织学生现场教学, 帮助学生更好地理解、巩固所学的理论知识, 也可以学到更多课堂上学不到的知识, 同时加强了学生实践技能的培养。在实际授课过程中, 由于我们学院地处哈尔滨, 冬天特别寒冷。学院有自己的供暖锅炉房, 夏天正值锅炉维修期间, 我们可以带领学生到锅炉房现场讲解锅炉炉墙的组成结构。冬天是锅炉运行的季节, 我们可以带领学生到现场体会锅炉炉墙的保温效果, 并可以参与锅炉的热工测试全过程。不但提高了教学效果, 还培养了学生的职业能力。
3. 考试改革。
在以往的教学过程中, 对学生学习效果的评价, 无论考试课还是考查课, 主要是通过课程考试来实现, 存在评价目标单一、评价内容片面、评价方法简单化的缺陷。所以, 应该在评价标准方面做改进, 督促学生学习。为了体现学生是否对所学知识真正掌握和使用, 克服学生为了考试而学习的弊端, 使学生走出死记硬背的学习通过多种考核方式, 来评定学生的成绩, 有助于督促学生对基础知识的掌握与巩固, 以及分析问题解决问题的能力和实际动手操作的能力。
我院是骨干高职院校, 城市热能应用技术专业的人才培养模式不同于其他院校, 我院的特色和优势是更加强调对学生实践应用能力的培养, 注重对学生应用开发、研究、科学咨询和技术转换能力的训练。因此《热工技术与应用》课程作为城市热能应用技术专业的主要专业基础课程, 通过课程改革, 更加注重行业化的专业方向、应用化的课程教学方法的实施, 达到工程热力学和传热学在课程设置上条理清晰, 内容关联性强;充分发挥教师备课的创造性, 有效避免照本宣科;更能适应行业就业特点和社会经济的发展需求, 更能激发学生学习的兴趣, 有利于培养学生独立思考问题的能力。
摘要：按照高职人才培养的目标的要求, 结合我院城市热能应用技术专业《热工技术与应用》课程的教学实践, 对《热工技术与应用》课程的教学内容、教学方法和手段、考核方式等进行了改革探索, 从而达到提高教学效果的目的。
关键词：热工,改革,实践
参考文献
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热工控制系统课程 篇3
(1) 课程定位。课程性质:“热工基础”是研究能量转换与热量传递规律及其应用的工程技术学科。是高职火电厂集控运行专业的一门必修的主干技术基础课程。
课程作用:通过本课程的学习, 使学生掌握能量转换与传递的基本规律和基本计算方法, 培养和建立学生的工程观点和理论联系实际、解决工程实际问题的初步能力, 并为学习后续的专业课程提供必要的理论基础支撑。
其前导课程主要有:“高等数学”、“流体力学泵与风机”、“工程数学”。
其后续的课程有:“锅炉设备及运行”、“汽轮机设备及运行”和“热力发电厂”、“单元机组运行”。
《热工基础》是学习电厂热力设备原理、结构、工作性能分析的基础。电厂三大主机之一的锅炉, 其实是各种换热器的组合, 只有学好传热理论, 才能分析其传热过程;另外, 汽轮机, 其作用是实现蒸汽热能到转子机械能的转换, 而能量转换的精髓即热力学第一定律;整个发电厂实际上就是具有再热的回热循环, 蒸汽动力循环即是电厂的基础。只有学好本门课程, 后续的这些课程才能学的得心应手。
课程目标:使学生能掌握能量转换与传递的基本规律, 掌握火电厂的基本生产流程及热力系统组成。具体描述如下:
(1) 能利用热能与机械能相互转换的基本规律分析电厂主要热力设备的能量转换特点; (2) 能够熟练应用热力学基本定律分析热力过程及热力循环, 并能进行相关计算;掌握提高能量转换效率的方法, 提高热热经济性的途径; (3) 能利用热量传递的规律分析和计算典型的电厂换热设备的传热过程; (4) 能根据不同换热器的工作原理和构造, 分析提高传热效率和削弱传热的方法; (5) 结合实验实训课, 使学生掌握一定的热工、传热实验的技能。
2. 教学内容
(1) 内容选取。在教学内容的设计和选取上, 将教师所教、学生所学和动手操作相结合, 注重学生能力的培养。在该课程的教学过程中, 所选教学内容遵循“必需、够用为度”的原则, 保证教学内容先进, 能够适量适度地服务于后续专业课程。
教学体现以应用为目的, 教学内容在现场实际中普遍使用, 具有较强的适用性。
(2) 内容组织。在课程的教学内容安排上, 注重理论联系实际, 注重学生素质教育, “以动手能力培养”为主线, 将课程内容设计为七个模块, 每个学习模块划分为多个子模块, 共72学时。各个模块的学时分配是:热力学基本概念为6学时;热力学定律为10学时;理想气体和水蒸气为10学时;蒸汽动力循环为10学时;热传递基本规律为10学时;传热及换热器为10学时;典型实验实训为16学时。
3. 教学方法手段
(1) 学情分析。根据对学生的生源统计分析结果, 生源主要有:普通高中毕业生, 职高毕业生和“3+2”的学生。学生现有基础、自学能力较差;没有预习的习惯, 学习兴趣不浓。
(2) 教学设计。本课程突破《热工基础》课程以理论为主的传统的教学模式, 模块化教学设计, 在内容体系的处理上, 坚持理论教学与实践教学并重。在教学过程中, 加强对学生分析解决问题的能力、综合实验能力、技术应用能力的培养, 使学生从学知识到学方法、长能力的转变。使学生参与现场试验, 在实训过程中深刻地理解所学的基础知识, 有目的地训练学生的各种能力。
(3) 教学方法与手段
(1) 启发式教学:讲解中适时提问, 引导学生思考, 吸引学生注意力。通过教师与学生互动, 活跃课堂气氛, 提高了教学效果。如讲复合传热时, 可例举分析暖气片供暖由对流、导热和辐射三部分组成的原理, 由于采用启发式, 这样的实例对学生来说直观、熟悉, 提高了学生的学习兴趣, 使课堂教学更加生动、实用。 (2) 课堂讨论法:对课程的重点难点问题进行课题讨论。在课堂上进行分组讨论, 得出分析结论, 每组由代表进行讲解, 其他同学提出异议或补充, 最后教师进行总结。同时小组成员互相交流讨论, 培养了学生沟通与表达的能力。 (3) 理实一体法:“热工基础”属于应用科学的范畴, 是理论与实践并重的综合性课程。因此采用理论教学和实验教学相结合的方法, 激发学生的学习兴趣和积极性。 (4) 案例分析法:列举电厂实际设备进行定性分析。
教学手段: (a) 传统教学手段:“热工基础”课程公式繁多、演算复杂。对于公式的推导以及例题、课后习题, 采用教师板书讲授, 突出重点, 注重教师与学生的课堂交流。 (b) 多媒体教学手段:由于学生的工程实践知识缺乏, 加强学生的感性认识相当重要。采用多媒体教学, 使内容更加形象化、讲解更加生动化, 增大授课信息量。
(4) 考核方案设计。本课程采用多途径考核评价方法。学生的总成绩由三部分组成。
期末理论考试占60%, 通过开卷笔试、闭卷笔试的形式进行, 以考查学生对基本理论知识的掌握情况。
实验实训考核占20%, 对学生的知识技能进行考核。按照实验任务的要求, 对实验实训的全过程进行分析和总结, 及时写出实验报告。其中实验报告以纸质报告形式进行, 操作考核在实验室里做实验进行实际操作。
4. 结语
本文结合教学实践, 对高职高专《热工基础》课程进行了较为全面的设计与改革研究。所提出的课程设置、教学模式等对火电厂集控运行专业《热工基础》课程的进一步改革具有参考意义。
摘要：为提升高职《热工基础》课程的教学效果, 强化学生职业能力的培养, 依据高职人才培养的目标, 结合多年的教学经验, 对《热工基础》课程教学改革与整体设计进行了思考。本文从课程设置、课程设计、教学方法手段等方面, 对这门课程进行了改革研究与整体设计。
关键词：热工基础,课程设计,教学改革,理实一体,教学内容
参考文献
[1]景朝辉.热工理论及应用[M].北京:中国电力出版社, 2011.
热工控制系统课程 篇4
作为一名高职院校的大学生, 相信他们从跨入大学校门起, 就有急于了解本专业学习内容的强烈愿望, 而职业技能基础课是学生步入专业的起点课程, 此阶段课程正是引导学生建立专业意识, 培养专业素质的最有利时机。否则部分学生很可能由于专业意识淡化, 甚至出现所学知识不知如何在专业上应用的困惑, 给后续课程的学习和今后从事专业工作带来一定的困难。这就要求担任职业技能基础课的教师必须了解所教专业的性质, 该专业的专业课学习内容和该课程在专业体系中的位置, 在教学中有意识地对学生进行专业意识的强化教育, 提高学生学习职业技能基础课、职业技能课的兴趣。
在实际教学过程中, 职业技能基础课因其专业性与基础性的双重属性, 在高职教育课程体系中占有十分特殊的地位。如材料工程技术专业的硅酸盐热工基础课程, 一方面, 引导学生将基础课中所学的数学、物理、化学等纯理论的知识转化成为带有专业特色的流体力学、传热学等知识;另一方面, 它也为后续职业技能课如玻璃熔窑与熔化等课程的深入学习提供必要的基础理论知识。因此, 它就像一条纽带一样, 在整个课程体系中起到了承上启下的作用。
在教学设计时, 不再按照传统的章节进行组织, 而是把该课设计为六个情境, 对于每一个情境都给出明确的的学习要求包括教学效果、引导问题、应用案例等。主要三个情境设计见下表:
2 改革教学方法
2.1 三环节相结合的讲授法
讲授法作为一种传统的教学方法, 其教学信息量大, 能使学生短时间内获得大量的系统科学知识;一些相关的概念和相关理论的介绍适于运用这种教学法。为了提高教学效果, 采用“精讲、多练、分析讨论”三环节相结合, 以启发式教育为主的教学方法, 着重加强学生创新能力和综合素质的培养。精讲基本慨念、基本理论、基本方法, 力求使知识容易理解、掌握和记忆。例如对流体力学中伯努力方程的学习, 首先采用结合实际生活中高层楼房居住的用户感到水压较小、燃气压力较大等案例说明学习该方程的重要性, 然后讲解该方程的使用注意事项, 接着让学生进行解题训练, 对于解题过程中出现的问题, 再和学生一起分析讨论, 使学生对知识牢固掌握。
2.2 案例教学法
案例教学法可以启发学生独立自主地去思考、探索, 培养学生独立思考能力。通过典型案例结合学生认识实习过程中提出的问题, 实现从理论到实践的转化。教学中结合生产实际, 将流体力学、传热学、燃烧学的理论融入具体的案例之中, 让学生根据掌握的相关理论针对案例分析实际生产过程。例如在学习湿度和热含量的概念时结合“海边的气候为什么不热”进行分析, 不仅使学生学会了相关的理论知识, 也使学生加深了对概念的理解和应用。
2.3 知识结构导图法
知识结构导图法是一种通过有序、有效地组织知识点, 进而获取学习材料中的知识的有序、有效的学习方法。硅酸盐热工基础涉及的知识点繁多, 基本概念、基本公式如何和实际应用相结合, 明确教学设计中的引导问题, 联系要达到的教学效果, 促使学生把重要的知识点用结构导图罗列整理出来, 通过有序、有效地组织各知识点形成一个知识网络, 每一个情境以知识结构导图的形式展示出来。由于是学生自己总结画出的, 在总结过程中能发现问题, 及时向老师提问, 因此是一种高效的学习方法。
3 改革考核方式
合理的课程考核方式是提高教学改革效果的催化剂。合理规范的成绩考核制度能充分调动学生的学习积极性, 促进对学生创新能力和综合素质的培养。成绩由平时表现、作业和实验考评以及试卷三部分组成。实验部分的完成情况突出学生动手能力和团队合作能力的培养。试卷部分突出考核基础知识的掌握以及综合应用能力。例如能力分析题:“传热学是一门研究热能传递规律的科学, 热量的传递及与其他形式能量的转换现象广泛地存在于生产技术部门中, 而且常常成为制约某一技术发展的关键问题。分析硅酸盐工业生产中, 主要用到的传热方式有哪些?你认为有益的传热应该从哪几方面进行提高?有害的传热应该采取哪些措施进行控制?要求结合传热计算公式进行分析。”
改革后的考核方式更好地激发了学生学习该课的积极性, 得到学生的一致认可。
4 教学改革的效果
实施教学改革后硅酸盐热工基础课程受到了学校有关师生的好评。学生的学习热情明显提高, 在学生中深受欢迎, 课堂上学生积极参与, 踊跃发言, 活跃了课堂气氛;改革后的教学方法深得学校督导老师的好评, 认为上课方式新颖, 教学效果好
摘要：在高职院校工科课程体系中, 职业技能基础课发挥着承上启下的重要作用。《硅酸盐热工基础》课程改革与实践, 围绕职业技能基础课如何更好地为职业技能课服务这一原则, 对职业技能基础课的教学设计、教学方法、教学内容及考核方式进行了探讨。
关键词：高职教育,职业技能基础课,素质教育
参考文献
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[4]黎宾, 基于职业能力本位的《热工基础》课程教学改革初探[J].现代企业教育, 2008.
热工控制系统课程 篇5
无机非金属材料工程专业是我校化学与化工学院的特色专业,其中《热工基础与设备》又是本专业的主干课程。传统的课程教学内容是单一地让学生掌握气体力学基础理论、传热原理、传质过程等硅酸盐材料生产制备过程中所涉及的热工基本理论与设备的专业知识。从当前的教学形式及专业发展需求来看,存在一些不足之处:一是学生对热工操作单元认识不够,工程意识不强。二是课程教学内容采用讲解及灌输的教学模式,学生缺乏学习兴趣。三是理论与实践脱节,没有设置一些实践课程,学生缺乏解决和分析实际热工工程问题的能力。
因此,本文根据“卓越计划”的总体要求,面向卓越工程师的培养,对《热工基础与设备》课程教学内容进行了相应的改革探索。首先从促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,培养学生的创新意识、创新思维、创新技能和创新素质为目标,达到本课程较理想的教学效果,以期为“卓越计划”参与高校进行专业课程教学内容的改革探索提供参考。
1 促进学习主动性
学生的思想状态,学习动机及心理等方面直接影响课程教学的效果。长期以来,我国的大学教育主要以学生未来就业为导向的教育模式,忽视了培养学生应对课程学习具有主动性的重要性,更没有从满足“卓越计划”培养要求的课程内容价值观以及学生主体发展的最终价值观出发[3]。导致在课程的教学过程中以教师为主体,以教代学,没有考虑学生个体性和学习的主动性。因此,在新的《热工基础与设备》课程上首先增设实践教学环节,使学生对热工操作单元及设备有一个初步的认识。在认识教学环节上,实行“导师”制,即学校导师和企业导师共同负责制。实践教学指导团队由学校导师和“卓越计划”实施企业指派的企业导师共同组成。通过到企业的实践学习,学生对完整的热工过程有一个较为全面的感性认识,在后续的理论教学模块中,学生能更快更好的接受和理解相关理论知识,建立工程观念,提升工程计算能力,更重要的是学生做课程的主人,才能积极地参与课程的学习,主动地去获取知识、不断提高自己的能力和创造性地探索热工基础理论及工程设计计算。
2 提高教学团队水平
任课老师应全面系统地掌握《热工基础与设备》课程的专业领域知识,这才能保证面向卓越工程师计划实施的有效进行。在水泥厂、煤化工以及磷化工等大型企业,这些工厂中所使用的热工设备,如回转窑,热风炉,燃烧室、气化炉等设备的操作与本课程的教学内容都有着紧密的联系。因此,授课老师应多去工厂实习,与有实际工作经验的技术员交流学习,使自己实践经验对理论教学工作起到促进作用。
通常,“卓越计划”实施企业指派的企业导师具有丰富的工程操作经验,但也缺乏系统的理论知识点。在给学生讲解时,容易忽视或漏掉一些关键的知识点。因此,对“卓越计划”实施企业指派的企业导师应加强理论学习指导,并制定相应的教学大纲及教学内容。
任课教师也要提高教学业务水平,掌握科学的教育方法,懂得教育规律。通过建立学校任课老师及企业导师的教学团队,教师之间可以通过讨论沟通,探索出更加有效的教学方法,相互促进,共同提高。
3 改革课程教学内容
3.1 加强基本概念和基本理论的教学
卓越工程师培养的基本要求是系统地掌握相关学科专业领域的知识和精髓,这就要求课程教学内容的组建要体现出工程学科的特征以及学生所学知识的效用,使卓越工程师培养的相关学科专业领域的知识得到全面系统的继承和发展。
在《热工基础与设备》课程中有许多物理概念,且这些物理概念都是通过大量公式推导而来。如气体动力学方程式是从质量方程、动量方程以及能量守恒原理出发,应用高等数学在微元体或控制体上建立微分方程或积分方程。在传热原理中,也出现大量的导热微分方程以及对流过程的微分方程组等。对这些数学推导过程,教学时不应过多地去探讨,可以通过对一些典型的工程问题展开分析,使学生理解这些基本概念,达到触类旁通的目的。学生只有在充分的理解、掌握这些基本概念和基本理论后,才能将其应用在实际的工程中。因此,首先要在教学内容上注重用于研究热工过程的基本概念及定理的讲解,使学生能真切地理解基本概念和定理的实质,而不是让学生死记硬背的记住公式及基本概念。其次,在讲解一些基本概念和理论上存在细微差别时,要给学生确切阐明出概念和理论的内涵本质,尤其要将一些概念融入在解题中,理清解题思路,让学生学会应用,掌握概念的本质含义。掌握基本概念和理论不仅为今后专业课的学习做准备,而且为面向“卓越计划”培养的目标奠定基础。
3.2 强化工程应用实践教学
学生应具有在实践中应用热工基础理论的能力。然而,以往的教学模式让很多学生只会利用公式解题,缺乏工程实践。经常会发生有些学生计算烟囱的高度精确到毫米,回转烘干机的热效率达到80%等错误的现象。因此,如何将基本理论与实践相结合起来,培养学生工程实践意识和工程设计能力是本课程应用实践教学的目标。首先,可以将热工工程技术的知识点融汇到实践教学中去,对一些工程例题加以分析讲解,组织学生参与讨论,逐步建立工程观念,增强解决工程实际问题综合意识和技能。其次,在教学手段上,可以组织学生到“卓越计划”实施企业或实训工程中心学习热工设备,让一些有实际工程应用的技术人员给学生进行讲解,使理论与实践应用相结合,进一步培养学生分析解决实际问题的能力。
3.3 开展实验及课程设计教学
《热工基础与设备》是工程应用性学科,学生应掌握扎实的理论知识与良好的实践技能。为了培养学生的实践能力,首先是加强实验课程内容的建设,如开设燃料的热工性质分析、烟气组成的测定、干燥速率曲线的测定等一系实验项目,让实验内容成为学生把课堂所学的理论知识与实践应用相结合,培养学生的动手能力,激发学习的积极性;其次指导老师建立课程设计题库,如燃烧室,回转烘干机,玻璃窑,烟囱等热工设备的设计及计算。学生可根据自己兴趣自主选题,并在教师的指导下完成某个设备的热工计算专题研究,促使学生在热工基础理论计算、设备选型、图纸绘制、以及设计说明书撰写等方面能得到实战训练。科学地开展课程设计,让学生更加系统地掌握《热工基础与设备》课程各章节的知识要点,通过课程设计的训练,使学生初步了解工程设计的步骤及方法,同时也为今后的专业毕业设计环节奠定基础。
4 改变教学方法
《热工基础与设备》课程通常采用的教学方法是按照各分章节进行课堂教学,这些章节的内容包括“气体力学在窑炉中的应用”、“传热原理”、“传质原理”、“燃料及其燃烧”、“固体燃料气化过程及设备”、“干燥过程与设备”等六个部分。但是,在这些章节中有的内容与学生在学习化工原理中有交叉,或重复的部分。因此,选择合理的教学方法才能做到事半功倍的效果。
在第一章“气体力学在窑炉中的应用”中气体力学基础与化工原理(上册)中流体力学就有相似之处,但又存在一定的差异。可以采用分析比较的教学方法让学生在复习原有知识的基础上,又增加新的公式及定律。又如第二章“传热原理”,学生在学习化工原理(上册)的时候就已经对传热过程有了一定的认识,但本课程又都有不同之处。化工原理(上册)仅介绍了一维方向上的传导公式,以及没有系统的介绍辐射换热中角系数的推导过程。因此,在《热工基础与设备》第二章“传热原理”的教学内容中应把此部分内容重点讲解,从而让学生能系统、全面的掌握“传热原理”。但同时应避免传热原理重复内容,否则教学效率低。
任课老师在讲授不易理解或抽象的课程内容时,可以借助多媒体给学生演示,如燃料燃烧过程的变化,炉内温度分布,气化炉及燃烧设备等,让学生能更加直观地对热工过程与设备的认识,掌握相关知识点[4]。同时,任课老师要不断采用多种教学方法,如讲授、研讨、实验、工程实训、课程设计等形式,调动学生学习的积极性与主动性,培养学生的创新能力,实现“卓越计划”对课程内容改革的培养目标。
5 采用多种形式的考核方式
《热工基础与设备》课程涉及定律多、计算公式繁多,而传统的考试方式多以闭卷方式的笔试为考核方式。这就要求学生在考试之前,花费大量的精力去记忆繁琐的计算公式,而单一的纯知识记忆考试方式并不能反映出学生对本课程学习掌握的程度。多元化的考核模式是在最终成绩评定中,兼顾了学生平时表现情况与期末考试情况。目前,采用多元化的考核模式是能较好反映出学生对本课程学习掌握的程度[5]。因此,面向卓越工程师培养的课程教学评价体系可参照多元化的考核模式加以制定。
《热工基础与设备》课程可以采取平时成绩(10%),实验课(10%),课程设计(20%)及闭卷考试(60%)相结合的多种形式考核方式。其中平时成绩主要是对学生平时学习态度的评价,包括了出勤率、作业完成情况、热工单元认识实训等方面。实验课成绩主要是对学生动手能力的评价,要求学生认真做好实验课的预习,制定实验方案及完成实验情况。课程设计成绩主要是对学生设计热工设备能力的评价。通过阅读指定参考资料,以及广泛查阅有关热工设备的最新资料,考察学生自主创新、综合运用热工基础理论知识等。闭卷考试成绩主要是对学生掌握热工基础理论及热工计算能力的评价,以课程的“考试大纲”为准则,建立试题库。任课老师从题库中筛选试题,注重以工程实际应用能力为重点,同时考核学生对理论知识的掌握与应用的综合能力。
6 结语
以实现“卓越计划”培养标准为目标,对原有课程内容进行全面系统的改革,采用促进学生的学习主动性出发,提高教学团队,改革课程教学内容,改变教学方法,注重实践教学环节的应用,并最终形成一个“实践、认识、再实践、再认识”的新课程学习体系,是可以满足卓越工程师培养的要求。
参考文献
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[4]文进,朱明.多媒体课件在《热工基础与设备》中的应用[J].建材高教理论与实践,2001,20(2):107.
热工控制系统课程 篇6
热现象是自然界中最普遍的物理现象, 热工学包含两门学科:传热学与工程热力学。在工科专业人才培养中具有重要的作用和地位。安全工程本科教育课程体系分为三大模块, 即通识教育模块、学科 (专业) 基础模块和专业方向模块。学科 (专业) 基础模块设必修课和选修课, 热工学包括在其必修课程中。因此该课程是基础科学理论与工程实际之间的桥梁, 人才培养目标应着重于学生的基础知识能力和工程实践素养, 并为后续专业课程的学习打下基础。
二、教学内容
教学内容的确定, 首先应满足教学基本要求, 然后根据专业需要适当调整。我校安全工程国家特色专业具有博士、硕士、学士学位授予权, 拥有一级学科博士后科研流动站, 课程体系包含工业安全与消防工程两个方向。学生今后将主要从事安全工程领域的研究与开发、设计、风险分析与评价、管理和监察, 要求培养学生的工程实践能力。热工学课程为了培养学生安全用热的能力, 将“湿空气物理性质”、“混合气体及其性质”、“非稳态导热”、“辐射”、“锅炉”作为重要内容, 删除了“克劳修斯不等式”、“火用”内容。设定了56个授课学时, 8个试验学时。
三、教学方法
热工学课程理论性较强, 名词及概念抽象, 公式繁杂。学生在学习过程中对某些概念难于理解。通过采用比较式教学, 学生不仅能够掌握概念的特点, 加深对有关概念的理解与认识, 还可以把枯燥的内容变得生动有趣, 寓学习于快乐中。比较式教学法包括三类:对照比较、顺序比较与归类比较[3], 在教学过程中根据需要穿插运用。
1. 对照比较法。
以容积功W、轴功Ws、推动功p V与技术功Wt这几个容易混淆的概念为例。首先, 从定义上对其区分:容积功W是通过热力系的容积变化 (膨胀或压缩) 与外界交换的功 (膨胀功或压缩功) ;轴功Ws是热力系通过机械轴的形式对外界输出的机械功;技术功Wt是在工程中可以直接利用来作功的能量, 属于机械功;流动功 (也称推动功) p V是工质流动时伴随流动而带出或带入的功, 只有在开口系统中才有意义。其次, 从数学表达式上进行联系:W=△ (PV) +m△c2/2+mg△z+WS=△ (PV) +Wt (1)
上式表明容积功W扣除流动静功△ (PV) 即为技术功Wt。再次, 利用状态参数坐标图直观地进行联系和区别, 图1中, 容积功W等于工质的过程线在V坐标上的投影面积, 技术功Wt等于工质的过程线在p坐标上的投影面积, 流动净功等于过程终状态的流动功P2V2减去初状态的流动功P1V1, 可见技术功Wt等于容积功W减去流动净功 (P2V2-P1V1) , 与式 (1) 一致。
2. 顺序比较法。
以蒸汽动力循环为例, 尽管同温度范围内饱和蒸汽卡诺循环的热效率最高, 但具有局限性, 实际电厂不采用此循环, 从而引出郎肯循环。为提高郎肯循环热效率, 逐步引入回热、再热、回热-再热及热电联供循环。并从这些循环的组成装置、主要特点、热经济指标进行逐个比较。
3. 归类比较法。
热量传递是自然界中一种常见的转移过程, 在其基本规律方面, 同其他的一些转移过程 (如电量转移、质量转移等) 有相似之处。在讲解热流量部分时, 强调转移过程的发生是因为系统中存在不平衡势差, 转移量不仅与势差有关还与过程阻力有关, 进而将热流量类比电流、热阻类比电阻、热路图类比电路图。只要学生掌握了基本的电学内容, 就可以通过类比法来掌握传热学基本内容。
四、教学手段
1. 板书教学。
热工学抽象概念很多, 比如热力学能、焓、熵、导热系数、传热系数、热扩散系数等看不见摸不着, 不容易理解, 还容易混淆。针对这一部分采用板书, 边讲解、边推导、边比较, 脉络清晰, 深入浅出, 学生还有足够的思考时间, 理解透彻。
2. 多媒体教学。
多媒体教学将图、文、声、像融为一体, 教与学的活动会更加丰富。本课程针对锅炉、蒸汽动力装置结构复杂、系统庞大、文字描述多的特点, 采用影片教学将设备构造、系统流程等形象、清晰地传授给学生, 加深学生对实际物理场景的认识。国内外目前关于该课程的教学影片比较多, 且针对性强, 物理问题明显, 可以利用作为辅助教学。
3. 网络教学。
将网络应用于教学, 直接体现了自主学习和主动学习的特点。热工学作为大类工科专业的一门重要专业基础课, 不乏国家级或省级精品课程, 向学生推荐精品课程网站, 引导学生针对性的学习, 获得大量与本课程相关的信息和资料, 达到事半功倍的效果。
4. 案例教学。
安全工程专业的研究对象主要是热能的直接利用, 其中涉及到湿空气等工质的热力性质以及热功转换知识, 压力容器或矿井巷道内的气体燃烧爆炸、火灾控制等方面都离不开热工学的相关知识。教师采用案例教学法使枯燥的理论变成诸多活生生的实例, 将课本知识与工程实际问题有机结合起来, 提高学生学习兴趣, 形成学生查资料、讨论、分析的一体化教学过程。比如针对混合气体热力性质, 教师结合瓦斯爆炸案例, 使学生深刻记住了瓦斯爆炸要具备的三个条件:一定浓度的甲烷、足够的氧和一定温度的火源和, 从而给出爆炸浓度上限与下限的概念, 总结经验教训, 提出整改措施。
5. 实验教学。
热工学包含的两门学科:热力学与传热学, 都是应用科学, 实验教学不仅是课堂教学的辅助, 也是整个课程教学的重要组成。我院江苏省城市建设与安全工程实验教学示范中心, 逐步调整和整合热工学实验室资源, 以期给学生提供一个真正能够强化所学知识、激发创新潜能、增强实践能力的新平台, 共能够开出3项热力学试验, 6项传热学试验。本课程试验2人一组, 通过一些典型的热工学现象实验, 加深学生对知识的理解。比如“空气外掠单管时平均换热系数测定实验”让学生理解对流换热基本定律, 又通过实验数据的综合、整理, 让学生掌握强迫对流换热的换热系数的测定方法以及准则方程式的整理方法;“空气定压比热测定实验”让学生掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。
五、考核方式
当前, 人才培养已经从传授知识为主转向了以传授知识、培养能力和提高素质相结合为主。教育思想观念的变化, 必然要引起考试方法的变革。首先, 将期末考试成绩所占比重下降, 约占总成绩的50-60%, 其中削减名词解释、填空题的分值比例, 增加综合案例题型, 提倡活学活用, 避免学生考前突击背诵, 死记硬背, 考后即将所学知识遗忘殆尽。其次, 注重阶段考核。将本门课按3~4个知识单元划分, 每讲授完一个单元, 设一次考试环节, 将每次考试计入最终的考核成绩, 以引导学生注重知识的日常积累。再次, 增加对实验及实际操作能力的考核, 把实验作为考核的一部分, 要求每一位同学都会操作仪器和相关实验, 提高学生的动手能力。通过上述的考试改革, 无论是从学生的知识掌握程度还是实际应用能力, 都有较大的提高, 可推广应用至本专业的其他课程。
六、对今后教学改革与发展的一些思考
热工学是介绍有效合理利用、转换和传递热能技术的课程, 是合理用能及节能理论中最基础与核心的部分, 成为安全工程专业学生一门重要的技术基础课。热工学课程教师本身除了从事教学以外一定要参加科研, 以丰富自己的学识、提高自己的业务水平, 努力将教学内容与自己的学术经历结合起来。基础课内容对专业课必须有很强的针对性, 可组织教学经验丰富的安全工程专业教师与基础课教师合作, 自编安全工程热工学教材。近代高新技术的发展给热工学增添了许多新的内容, 建议在新教材中有相应的体现。在安全工程专业开展热工学双语教学, 符合教育部“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”的要求。热工学课程知识体系在国内外已较完备, 优秀的英文原版教材颇多, 可选范围较大。同时, 考虑到学生英文水平参差不齐, 可将课程分为双语与非双语两个授课班, 每次开课前, 让学生根据自身情况自由选择班级, 鼓励英语能力较强的学生选择双语班, 解决学生英语能力差异较大造成的教学难问题。其次, 中国是母语为非英语的国家, 学生的语言思维习惯很难适应双语教学, 这将影响到课程教学进度, 建议适当增加学时数, 保证教学计划的完成。
摘要：热工学是安全工程专业一门重要的专业基础课。作者结合安全工程专业特点设置课程内容, 提出采用比较式教学方法, 实行板书、多媒体、案例、试验的多种教学手段, 进行多种方式并重的考试改革。本文还就教师培养、安全工程热工学教材编制、双语教学实施三个方面进行了一些思考与建议。
关键词：安全工程,热工学,比较式教学,教学手段,双语教学
参考文献
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热工控制DCS系统设计与运用 篇7
关键词：热工控制,DCS,设计,运用
随着科学技术在各行各业中的广泛应用, 热工控制DCS系统也被广泛应用。作为一个优化系统, 热工控制DCS系统对电厂机组的正常运行有重要的作用, 对电厂和能源的发展有积极的意义, 极大地提高了工作效率, 提升了工作质量和安全, 降低了成本, 真正实现了热工控制系统的自动化和智能化, 为经济发展作出了重要贡献。
1 热工控制DCS系统的设计与构成
热工控制DCS系统可以被叫作集散控制系统, 它区别于传统的集中型控制, 是新型的控制系统。它是在传统计算机控制系统的基础上, 结合微型计算机局域网技术, 将局域网作为纽带, 针对传统控制在使用中的缺陷和优势所孕育出来的, 也被称为4C技术。与传统型系统相比, 其更加安全、高效。该系统主要由计算机、通讯器、显示器和控制器构成, 有过程控制级和过程监控级。按照功能设计, 热工控制DCS系统主要包括数据采集系统 (DAS) 、模拟量控制系统 (MCS) 、顺序控制系统 (SCS) 、数字电液调节系统 (DEH) 和锅炉炉膛安全监控系统 (FSSS) 。在我国, 热工控制都是自动化控制。DCS系统是我国自主编制的, 相较于国外成熟的系统来说, 这样自主开发的系统在热工控制方面有时还存在一些不足。发达国家对DCS的研制要早于我国, 所以, 其比较完善, 我国部分机组目前还是依赖于进口。虽然如此, DCS系统在我国已经得到了比较广泛的使用。
DAS即数据采集系统, 又被称为计算机监控系统。它的基本功能是在线检测整个机组的生产过程并产生参数, 把这一过程经过相关的运算处理, 然后用CRT的画面形式把结果和过程提供给工作人员。在这个过程中, 系统可以实现自动报警并将制表打印出来, 对相关的性能指标进行计算, 这些功能对提高操作的准确性有所帮助。
MCS即模拟量控制系统。它可以把锅炉和汽机合成一个整体, 进行整体性控制, 其主要任务是控制生产过程中的水、风等系统的主要变量, 并调节汽轮发电机组的负荷状况。这个控制系统可以分为炉侧模拟量控制系统和机侧模拟量控制系统。在炉侧MCS系统中, 机炉协调控制系统、蒸汽温度控制系统、温度调节系统、引风调节系统、储水箱水位控制系统、启动分离器是重要的调节系统。在机侧MCS系统中, 锅炉给水系统全程调节和除氧器水位调节系统是串级调节系统, 除了这两者之外, 所有的调节系统都是单回路调节系统, 其中包括了水位调节系统、除氧器压力、闭式水箱水位调节系统和凝汽器水位调节系统。
SCS即顺序控制系统, 也可以将其称作程序控制。它能够将机组部分按照热力系统区分为几个局部性质的子系统。根据规定好的顺序、原则, 对各设备的运行状态进行逻辑性判断, 然后发出操作命令, 让机组各个部分按照一定的顺序启动, 最终完成顺序控制的要求。SCS系统主要负责的是厂房内的主机和辅机, 自动进行主机或辅机的开机或停止, 并对这些操作的参数进行监视和联锁保护。因为在SCS系统中有分层设计指令的优先级顺序, 所以, 在炉侧方面, 控制顺序的范围包括送风机和引风机、炉膛吹灰系统等;在机侧中, 顺序控制系统包括汽机润滑油系统、内冷水系统和胶球清洗系统等。相对来说, SCS系统的内容比较庞杂, 但是控制逻辑相对简单。然而, 当联锁保护逻辑成为其重要内容时, 就需要与现场设备的实际情况相结合才能完成设计任务, 系统设计的合理性既能够影响辅机的安全, 在很大程度上也关系着主设备的安全性和可靠性。
DEH即数字电液调节系统, 它是汽轮发电机组中重要的组成部分, 能够控制汽轮机的转速、功率, 并且能够控制汽轮机的压力, 在机组启停过程中和发生故障时, 能够进行有效的控制和保护。
FSSS即锅炉炉膛安全监控系统, 是燃烧器管理系统。它能够在锅炉工作中和各种运行方式下, 不间断地监视燃烧系统所产生参数和状态, 并不断地进行判断和运算, 在必要的时候发出动作指令。它能够结合各种顺序控制, 配合联锁装置的设计情况, 按照特定顺序操作燃烧系统的设备, 预测可能发生的事故, 把事故扼制在摇篮中, 从而更好地保护锅炉的安全。
2 热工控制DCS系统的运用要点
热工控制DCS系统的兼容性很好。当前电厂热工控制的机组比较庞大、数量比较多、比较复杂时, 热工控制需要有很好的技术水平才能完成这一工作。由于DCS系统的兼容性很好, 能够比较好地控制多个对象, 提高自动化运行的效率。同时, DCS系统能够很好地保障机组的运行安全, 系统中的显示功能将通过大屏幕把机组运行的状况呈现给操作人员, 优化人机操作, 使操作变得简单、方便。相对简单的操作和可视的运行状况减少了事故发生的概率, 降低了生产成本。热工控制DCS系统的主要功能是采集信息并处理、模拟量控制、顺序控制和锅炉炉膛安全检测。DCS系统具有的能动作用加快了机组安装、调试的进程。在运行时, DCS系统的主要作用就是让机组安全、经济的运行。
热工控制DCS系统有远程控制输入和输出装置, 能够进行远程输入或输出操作, 这一点也渐渐地被工程人员所重视。这种自动系统主要分为三部分: (1) 智能前端。也可以将智能前端看作是现场总线部分, 它能够将A/D互相转换进行PID控制, 并且支持热电阻的转变等。 (2) 现场通讯总线。通讯总线的表现方式是数字串行, 它能够支持多种多样的运行方式。 (3) 通讯适配器。通讯适配器主要负责的是对整个信息区域进行控制和协调, 并使主控系统的信息可以互相交换。热工控制DCS系统具有的远程控制输出、输入功能, 能够有效提高企业操作控制的安全系数。
DCS系统能够对电厂热工控制系统进行日常维护和控制管理, 涉及的主要部分有设备、设施的维护、控制, 内部软件的检测和监控。对于输出、输入部分, DCS系统可以通过系统检测进行检验、维护。如果发生故障的话, 一般情况下会更换模块, 由操作人员人工对系统内部构造进行检测, 测查是由什么原因导致的故障。如果工程人员的专业技能达不到一定水平, 就难以查出原因。为了减少由人为不当操作造成的机组故障, 企业需要对技术人员进行专业操作培训, 以减少故障发生的概率。工作人员要定期备份和保存内部应用软件的信息, 详细记录信息的变化。工作人员也要及时保存数据库内的信息和信息的变化, 防止数据丢失带来的损失。要分门别类地对软件进行检验, 详细、认真地检查软件的级别、权限、功能, 同时, 要做好软件的更新、控制和完善管理等工作。在此过程中, 要保证系统软件的运行安全, 一旦发生故障, 工作人员要马上进行维护, 排查故障, 确保其可以继续安全工作, 必要时还可以立刻采取有效措施, 例如机组停止运行, 排查并解除系统故障。
3 结束语
随着科技的发展, DCS控制系统在各行各业中得到了广泛的运用, 为各领域提供了更高水平的信息控制系统。热工控制DCS系统的兼容性很强, 在保证机组安全运行的同时, 还可以对外部设施和内部系统进行了很好的维护和管理。由此可见, DCS控制系统在我国电厂热工控制中的应用越来越广泛。
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