渦輪流量計在自動化專業(yè)中的應(yīng)用教學(xué)
摘要：渦輪流量計是一種經(jīng)常用于測量管道中氣體或液體流通總量的檢測儀表，它具有精度高、耐高壓、測量范圍寬、維修方便等優(yōu)點，在石油、化工、冶金、城市燃氣管網(wǎng)等自動化控制行業(yè)中具有廣泛的使用價值。研究主題是以渦輪流量計為例，將渦輪流量計的工業(yè)使用價值體現(xiàn)到教學(xué)應(yīng)用研究上來。
渦輪流量計作為智能型自動化儀表，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中經(jīng)常用來做流量定量控制。就渦輪流量計來講，一個抽象的概念在實際教學(xué)過程中如何運用得讓學(xué)生動之以情，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也恰好抹殺了他們不愛學(xué)習(xí)理論知識的所謂天性，基于工作過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在自動化專業(yè)中的應(yīng)用教學(xué)研究，立志將如此枯燥無味的一個檢測控制設(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程的項目式教學(xué)方法，也開拓了高職學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，發(fā)揮實踐研究的思維能力。
1、研究現(xiàn)狀分析 ：
渦輪流量計是自動化控制專業(yè)領(lǐng)域檢測技術(shù)的一個學(xué)科教學(xué)環(huán)節(jié)，以往的上課經(jīng)驗是理論知識為重點，實驗操作為理論知識提供實踐支撐。然而，不同專業(yè)學(xué)科的教學(xué)點和側(cè)重點往往不甚相同，選取教學(xué)內(nèi)容總會有所偏差，絕大多數(shù)的教學(xué)內(nèi)容選取實際是建立在實驗實訓(xùn)設(shè)備基礎(chǔ)上的，也就是說企業(yè)行業(yè)使用的技術(shù)設(shè)備跟學(xué)生實驗實訓(xùn)操作的實驗設(shè)備是否契合，才能決定是不是真正的實現(xiàn)基于工作過程。在我們對企業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對自動化控制專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進行重新統(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)的一項技術(shù)貫穿到每個相關(guān)工作崗位教學(xué)情境中。選取渦輪流量計為研究對象，作為貫穿自動化控制專業(yè)的一個教學(xué)環(huán)節(jié)是基于整個專業(yè)教學(xué)體系研究出來的一個教學(xué)應(yīng)用。
2、應(yīng)用教學(xué)研究 ：
（1）渦輪流量計實物教學(xué) 例如：渦輪流量計LWGYD-15 型號定義流量為0.6~6 立方米/小時，LWGYD-10 型號定義流量為0.2~1.2 立方米/小時，如何深入理解型號的具體參數(shù)需要借助一些行動教學(xué)方法和手段來輔助。課程教學(xué)中，不需要先學(xué)理論再進行實驗，直接以實物展示進入主題，先引起學(xué)生興趣。對單個渦輪流量計進行整體觀察，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、價格優(yōu)劣、測量精度等一系列參數(shù)，列個詳細表格清單任務(wù)書，課外布置上網(wǎng)查詢其他型號的渦輪流量計進行對比分析，了解不同型號的渦輪流量計適用于哪些場合。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，熟知企業(yè)慣用的品牌及類型[1]。
（2）渦輪流量計安裝實訓(xùn)教學(xué)在了解了渦輪流量計的基本結(jié)構(gòu)后，教師開始指導(dǎo)安裝渦輪流量計檢測設(shè)備。安裝的時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，逐一遵循說明書步驟循序漸進。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)生動手，由安裝指導(dǎo)說明書列出詳細步驟順序，按部就班實施。
（3）渦輪流量計調(diào)試過程教學(xué)以渦輪流量計控制水的流量為例，某一自來水的水箱水位自動化控制，配合變頻器、電動截止閥來使用。調(diào)節(jié)變頻器輸出，觀察出水量變化，當(dāng)頻率20Hz 以下水泵無法抽水，處于不出水狀態(tài)，渦輪流量計不工作，頻率調(diào)節(jié)20Hz 以上時候，出水量開始增大，流經(jīng)渦輪流量計。頻率越高，出水量越大，4-20mA 信號的電流值也在不斷上升，利用萬用表測量電流信號與頻率值相比，可以觀察渦輪流量計出水量與電流數(shù)值之間的關(guān)系。此時適當(dāng)講述渦輪流量計的工作原理，由此學(xué)生邊實驗，教師邊講解相結(jié)合，達到理論知識和操作調(diào)試知行合一的效果。以上是操作環(huán)節(jié)的調(diào)試過程，到此檢測技術(shù)可以告一段落，為了結(jié)合自動化專業(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、渦輪流量計仿真教學(xué)：
將渦輪流量計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)自動控制系統(tǒng)開發(fā)監(jiān)控軟件，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成集成系統(tǒng)模擬現(xiàn)場的控制系統(tǒng)。
該系統(tǒng)用于模擬渦輪流量計在管道中的流通。引用工業(yè)生產(chǎn)自動化中一個例子，某化學(xué)廠的一個反應(yīng)車間控制中心[2]，每個催化劑之間配備一個渦輪流量計，控制畫圖形成中心畫面，再進行數(shù)據(jù)鏈接，***后形成一個組態(tài)控制動態(tài)畫面，以電腦仿真的形式呈現(xiàn)，監(jiān)控到渦輪流量計的流量大小。利用動態(tài)圖形圖表的形式來重組實際工作環(huán)節(jié)流程，采用流量定量控制儀進行流量積算，在積算出來自渦輪流量計的累積流量數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)達到一定數(shù)值的時候，可以輸出開關(guān)信號給電磁閥，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)生除了以上的實驗室訓(xùn)，項目式動手教學(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)域邁進一步。引入自動控制系統(tǒng)PID 調(diào)節(jié)，所有的控制系統(tǒng)都必須遵循一個穩(wěn)、準(zhǔn)、快的調(diào)節(jié)過程[3]。就一個信號傳遞是否來講， PID 就調(diào)節(jié)就發(fā)揮其扎實有用的效果。利用PID 控制儀及流量調(diào)節(jié)閥來控制流量的均勻流動。比如，控制渦輪流量計的流通滿流量在10 立方米每小時，想控制在5 立方米每小時的時候，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 電流信號或者脈沖信號給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)信號大小來調(diào)節(jié)開關(guān)的程度，這樣就可以實現(xiàn)流量大小的控制。
數(shù)字型的渦輪流量計還可以直接附帶連接計算機輸出接口，通過流量定量控制儀等二次儀表在電腦上直接顯示現(xiàn)場的流量，或者還可以結(jié)合DCS 控制系統(tǒng)來直接調(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，必要時需要進行 MATLAB 仿真程序設(shè)計，通過Simulink 軟件仿真，分析出各典型環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)對控制系統(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：
整個控制系統(tǒng)的教學(xué)過程是一個需要不斷實踐的漫長過程，但是，只要抓住典型環(huán)節(jié)，對某一個教學(xué)要點進行圍繞學(xué)科教育的實踐應(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。就自動化生產(chǎn)過程中一個傳感器設(shè)備渦輪流量計來講，設(shè)計出一套行之有效的教學(xué)研究模式，需要個個相鄰相近學(xué)科體系的配合，才能充分發(fā)揮其使用的社會價值，單個學(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)打下堅實基礎(chǔ)。