过程控制与自动化仪表是一门与工业生产过程联系十分密切的课程, 是电气工程的一门专业课程。随着现代科技进步, 过程控制技术得到了迅速发展, 出现了很多先进的自动化成套设备及装置, 生产过程控制逐渐由常规仪表控制向计算机控制发展, 常规PID控制向先进控制优化控制发展, 生产过程自动化水平迅速从局部自动化向综合自动化发展。通过本课程的学习, 使学生建立控制的基本概念, 使学生的知识能与其它专业课程相衔接, 掌握控制的新技术和新方法, 使学生的知识结构适应现代科学技术发展和生产的需要。结合应用实例来培养学生的综合能力和对知识的应用水平, 掌握与工业生产控制过程相关的基本技能。
在传统的教学方式中, 以老师单纯讲解书本上知识点为主, 形式过于枯燥单一, 过程控制与自动化仪表这门课而言更是如此, 过程控制与自动化仪表主要介绍了过程控制中常用的 (温度、压力、流量、液位) 检测和控制仪表、单回路控制系统、复杂控制系统 (串级、均匀、比值、前馈、分程、选择) 、先进控制技术 (解耦控制、内模控制、预测控制、推理控制、稳态优化控制) 和典型工业对象 (精馏塔、锅炉设备、传热设备、化学反应器、生化过程) 的控制等内容。内容都是偏向于实际生产线上的各种系统、仪器、设备等, 单纯的传统讲解方式增大了学生的学习难度。
学生对于学习本身就兴趣毫无, 过程控制与自动化仪表内容抽象, 加之枯燥的讲解方式, 自然学习效率低下甚至全无, 更谈不上有什么兴趣。现如今在高校中常采用购买各种实验仪器进行试验的方法来增强学生对知识的理解, 但对于过程控制与自动化仪表课程中这些内容的实现需要大量的实验设备才能实现, 使用功能固定的台式仪器价格昂贵, 占地大, 且在学生的操作过程中由于操作不规范引起损坏。传统仪器封闭、仪器间相互配合较差, 硬件升级成本高, 功能只能由厂家定义, 功能单一, 技术更新周期长等缺点。
针对以上这些问题, 为了提高学生对于过程控制与自动化仪表各知识点的掌握程度, 提高学生的专业能力、学习兴趣, 本文将虚拟仪器软件LABVIEW软件应用在教学中, 将抽象仪器设备抽象化, 大大增加了学生的直观感受。LABVIEW是一种功能强大的图形化虚拟仪器软件, 尽可能采用了通用的硬件, 可充分发挥计算机的能力, 有强大的数据处理功能, 可以创造出功能更强的仪器。作为数据采集和仪器控制软件于工业界、学术界、航天、通信、汽车等各界中广泛应用。相对于传统仪器而言, 虚拟仪器开放、灵活, 可与计算机技术同步发展, 系统升级方便简单, 价格低, 各仪器的资源可以在仪器间多次重复利用。
以检测与变送中温度测量为例, 创建一个VI程序, 模拟温度测量, 建立完成以后可作为子VI用于其他程序。该程序用软件代替了DAQ数据采集卡, 使用Demo Read Voltage子程序来仿真电压测量, 随后将测得的电压值转换成华氏温度或者摄氏温度数值。找到“数值”模块中的“温度计”, 默认的标尺范围为0.0到100.0 (实验中选用默认值) ;在“布尔”模块, 找到“垂直翘板开关”;点击“布尔”文本名称, 将其修改为“温度值单位”, 在开关的“条件真” (true) 位置旁边双击输入自由标签“摄氏”, 再在“条件假” (false) 位置旁边双击输入自由标签“华氏”;在打开“前面板”窗口的同时, 软件会同时自动打开“程序框图”窗口, 并打开“函数”功能窗口, 在“函数”功能窗口选择所需的对象:Multiply、Subtract、Divide、Select;Demo Voltage Read VI程序。在本例中, 该程序模拟从DAQ卡的0通道读取电压值0。在“函数”功能窗口点击“选择VI”, 找到“Demo Voltage Read”VI程序, 将其添加到程序框图面板;设置数值常量, 用工具线连接得到如下所示的程序框图:
选择前面板窗口, 并运行VI程序。保存程序到某一路径, 并命名为“Test1”。点击连续运行按钮, 便程序运行于连续运行模式, 可以看到温度计显示的值在不断变化。通过点击“温度值单位”开关, 可以切换两种显示结果, “摄氏”显示结果和华氏温度。
创建图标Temp, 此图标可以将当前程序作为子程序在其他程序中调用, 只要被调用的VI程序定义了图标和连接器端口即可。一个VI子程序, 相当于普通程序的子程序。
仅通过传统的理论知识教学, 学生不能够直观地理解测温过程及原理, 通过结合虚拟仪器LABVIEW软件, 建立系统的仿真模型, 可以让学生对虚拟仪器有更加直观的理解, 同时提高了学生的学习兴趣, 对于理论知识的掌握更深入, 符合应用型人才的培养要求。
摘要：过程控制与自动化仪表是一门与工业生产过程联系十分密切的课程。本课程的能为学生今后从事控制领域的相关工作打下坚实的专业知识基础。但是传统教学方式过于抽象, 学生对现场实际情况毫无概念, 学习没兴趣, 效率差。为克服传统教学的缺点, 通过将LABVIEW软件应用在课程教学中, 将抽象的理论知识转变为直观的系统仿真, 大大提高了学生的学习兴趣和学习效率。
关键词：过程控制,自动化仪表,LABVIEW,仿真
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