工业过程先进控制综合实践平台建设与运行探讨

工业过程先进控制综合实践平台建设与运行探讨
王武;葛瑜;王红玲
【摘要】面对过程控制领域面临的技术课题和过程控制本身应用性很强的特点,提出构建工业过程先进控制综合实践平台,给出了平台建设规划和具体运作思路.构建的过程控制平台功能全面,涵盖过程建模及仿真、控制系统结构设计、控制策略分析、网络化控制系统研究等功能.在实践平台运作上,注重实践和理论课衔接,实现有序开展,注重教学科研互动,保证实践平台的可持续发展.以过程控制课程的开展为案列,论证了平台在教学、科研等方面的积极作用.
【期刊名称】《实验室科学》
【年(卷),期】2015(018)004
【总页数】3页(P171-173)
【关键词】过程控制;先进控制;平台建设;实践教学;创新能力
【作者】王武;葛瑜;王红玲
【作者单位】许昌学院电气与信息工程学院,河南许昌461000;许昌学院电气与信息工程学院,河南许昌461000;许昌学院电气与信息工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文
【中图分类】G642
过程控制技术是自动化技术的一大分支，其主要任务是针对连续性生产过程，通过各种技术手段，提高经济和社会效益，提高生产率，节约能源，实现低碳环保和提
高市场竞争力。

然而，连续过程工业(流程工业)面临生产规模不断扩大、技术经济指标要求不断提高等严峻挑战，需要为流程工业领域注入新的技术动力［1-3］。

实践平台建设在高等学校人才培养、科学研究和地方经济社会服务的作用日益凸显，在知识传承、能力培养和技术创新等方面的地位日渐突出。

建设具有一定水平的综合实践平台，让学生在学习过程中理论联系实际，锻炼实践动手能力，培养创新意识和创新能力具有积极的意义［4］。

过程控制是一门非常注重实用的技术，建设相关的实践平台，可以为学生提供真实的过程环境，建立起对被控对象的具体认识，通过进行现场操作和调试，加强对各种控制和自动化技术的工程能力训练，改变传统书本对黑板、眼睛对屏幕的“空对空”教学模式，强化工程训练能力，提高工程意识。

工业生产过程向着大型化、连续化和自动化方向迅速发展，工业过程所呈现出的多变量、变参数、大时滞和强耦合特征愈加明显，对控制系统的品质提出了新的更高的要求。

在这种形势下，建设工业过程先进控制综合实践平台，发挥平台在科学技术和科学理论研究中的巨大作用，通过实验室条件模拟各种工业过程，为教师从事科研活动和重复试验提供方便，借助平台建立与工业过程相似的物理模型、数学模型等，探求原型的特性和事物的本来规律，进行科学研究［5］。

教师可以在科研过程中，借助实验室仪器设备，依据确定的目的，有意识地改变工业过程的对象、参数和控制条件，进行直接的、反复的观察和测量，经过分析和综合，找出工业过程对象的规律，工业过程先进控制综合实践平台建设必将在教师提升科研水平方面发挥积极作用。

学科建设是高校履行人才培养、科学研究和会服务的有效手段。

高水平的学科建设离不开实践平台打造，其建设水平是学科专业建设水平的集中反映和体现，也是一个学科专业学术水平的重要标志。

进行高水平综合实践平台建设，一方面能够为科研人员提供良好的实验研究条件和学术环境，帮助他们取得更多的原创性研究成果，
支撑学科建设;另一方面，利用综合实践平台，组织开展高水平基础研究和应用基
础研究，能够进一步聚集和培养优秀的科技创新人才，建构梯队合理的学术队伍，造就富有影响力的学科带头人，催生强有力的科研团体，从而形成较为稳定的科技人才支撑体系，工业过程先进控制综合实践平台建设，必将在学科建设方面发挥积极作用［6］。

本文以流程工业面临的现状为背景，以专业和学科建设为需求，提出工业过程先进控制综合实践平台建设，从实践平台建设规划、实践平台运作两大方面进行分析，以期为相关院校相关实践平台建设提供思路。

1 实践平台建设规划
过程控制技术的发展面临一系列需要解决的问题，其内容涵盖过程建模、系统检测、控制策略、系统仿真、过程优化、生产管理与调度、过程系统故障诊断、软件开发等。

为了打造较高水平的工业过程先进控制实践平台，进行了精心规划和论证，一方面要使所建平台能够解决上述过程控制面临的课题，突出其实用性;另一方面，
所建平台必须跟得上专业建设步伐，并能发挥工科背景的后发优势;其三是要解决
好平台进行实践教学和科学研究的关系，既要为学生提供教学和实践培训服务，又要兼顾平台长远解决教师科研的需要。

在上述总的指导思想下，对整个平台进行了划分，在系统组成上主要有仪表控制、PLC 控制、DCS控制、现场总线控制等模块组成;系统功能上主要涵盖系统建模及仿真、控制系统结构研究、控制系统策略研究、网络化控制系统研究、工业系统稳态优化、过程信息化、故障容错及诊断、组态软件开发等［7］。

实践平台的系统组成和功能划分如图1 所示。

图1 实践平台系统组成及功能
2 平台运作思路
目前，实践平台由专业课教师和实验技术人员共同参与管理，以便于将专业课教师
提供的理论课教学大纲和实验平台有机衔接起来，从而共同做好实验教学设计、实验教学大纲，实验项目及内容、实验教学课件开发、实验操作演示等。

实践平台可针对“自动控制原理”、“现代控制理论”、“过程控制”、“计算机控制技术”、“系统仿真和建模”、“传感器与检测技术”、“电气控制与PLC”等课程开出
系列实验，实践平台应用程度和类别如表1 所示。

表1 课程开展中平台应用程度及类别?
实践平台在应用上必须注意和理论教学的对接，在实践教学安排上结合理论课程的编排顺序，有序开展，以过程控制系统课程开设实践为例，从简单控制系统→复杂控制系统→高级过程控制系统→典型操作单元控制思路。

平台在完成基本实验教学的同时，还提供课程设计、毕业设计和创新实验，学生可以和实验技术人员预约，自主进行实验和毕业设计等。

实践教学采取基础实践→工业应用→综合研究开发三个层次进行实验，在课程设计和创新方面，注重把科研成果转化为实验内容，培养学生的创新能力［8-9］。

在平台良性运作方面，要处理好教学与科研的关系，要贴近过程控制发展前沿，紧跟科技进步，融入科研氛围，这就需要建立起专业教学实验和科研开发共享，以科研反哺实验教学，以实验教学促进科研，充分利用教师项目研究、科技创新、成果转化等作为载体，使实践教学和科研紧密结合，相互促进，相辅相成，保障其可持续发展［10］。

3 结语
工业过程控制具有很强的应用性，进行工业过程先进控制实践平台开发，对辅助理论教学具有重要意义。

在实践平台建设规划上，一是要突出实用性，通过发挥平台作用，能够解决过程控制领域面临的一些问题;二是要有前瞻性，要跟上专业建设
步伐，跟上技术发展步伐，发挥工科背景的后发优势;三是协调好教学和科研的关系，使之相互促进，相辅相成。

通过对平台的系统组成和功能划分研究，给出了平
台的体系构架。

以过程控制教学改革实践为例，阐述了实践教学各环节、各层面开展的具体思路，并探讨了发挥科研平台作用的具体思路，工业过程先进控制综合实践平台能够在教学、科研中发挥出积极作用。

参考文献(References):
［1］金以慧，王桂增，王诗宓.过程控制的发展与展望［J］.控制理论与应用，1997，14(2):145 -156.
［2］刘士荣，俞金寿.过程控制的若干问题探讨［J］.石油化工自动化，
1999(1):5 -10.
［3］陈夕松，张景胜.过程控制发展综述与教学探讨［J］.南京工程学院学报，2002(1):49 -52.
［4］曹中一，刘新星，潘清林.专业实验室建设的探索与实践［J］.实验技术与管理，2011，28(1):5 -8.
［5］陈湘平.过程控制工程实验教学改革的探索与实践［J］.中国现代教育装备，2010(7):85 -86.
［6］李敏，邹涛，杨马英，等.过程控制系统综合性实验设计与教学实践［J］.实验技术与管理，2011，28(6):100 -104.
［7］俞金寿，蒋慰孙.过程控制工程［M］.北京:电子工业出版社，2007.
［8］袁浩，段瑞峰，阎淑英.过程控制系统综合性设计性实验的研究［J］.实验室研究与探索，2004，23(11):62 -63.
［9］张春峰，邹新杰.过程控制实验室建设［J］.实验科学与技术，2008，
6(1):141 -142.
［10］姚涓，姜大刚.高校研究型实验室管理方式的探索［J］.实验室科学，2014，17(1):149 -151.。