渦輪流量計在自動化專業(yè)中的應用教學
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)到教學應用研究上來。
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過程中如何運用得讓學生動之以情，曉之以理，是一件困難的事情，特別是高職教育層次的學生。高職學生被定義為技能人才的同時也恰好抹殺了他們不愛學習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模式。本文研究的渦輪流量計在自動化專業(yè)中的應用教學研究，立志將如此枯燥無味的一個檢測控制設備以全新的形式展現(xiàn)在學生面前。該研究既遵循了基于工作過程的項目式教學方法，也開拓了高職學生學習理論知識，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)領域檢測技術的一個學科教學環(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)學科的教學點和側重點往往不甚相同，選取教學內(nèi)容總會有所偏差，絕大多數(shù)的教學內(nèi)容選取實際是建立在實驗實訓設備基礎上的，也就是說企業(yè)行業(yè)使用的技術設備跟學生實驗實訓操作的實驗設備是否契合，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)研的基礎上，對自動化控制專業(yè)的教學內(nèi)容進行重新統(tǒng)籌和規(guī)劃，把原先的單一學科技術鏈接到學科群里，將企業(yè)行業(yè)的一項技術貫穿到每個相關工作崗位教學情境中。選取渦輪流量計為研究對象，作為貫穿自動化控制專業(yè)的一個教學環(huán)節(jié)是基于整個專業(yè)教學體系研究出來的一個教學應用。
2、應用教學研究 ：
（1）渦輪流量計實物教學 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方法和手段來輔助。課程教學中，不需要先學理論再進行實驗，直接以實物展示進入主題，先引起學生興趣。對單個渦輪流量計進行整體觀察，包括外部結構、內(nèi)部零件、尺寸大小、重量多少、按鈕設置、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，可以豐富學生在該專業(yè)領域的學科知識，熟知企業(yè)慣用的品牌及類型[1]。
（2）渦輪流量計安裝實訓教學在了解了渦輪流量計的基本結構后，教師開始指導安裝渦輪流量計檢測設備。安裝的時候注意流通管道位置的選擇方向，導線連接方式，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，***后學生動手，由安裝指導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)值之間的關系。此時適當講述渦輪流量計的工作原理，由此學生邊實驗，教師邊講解相結合，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，到此檢測技術可以告一段落，為了結合自動化專業(yè)的課程體系教學，還引申出后續(xù)教學的重要環(huán)節(jié)。
3、渦輪流量計仿真教學：
將渦輪流量計以電腦仿真的形式出現(xiàn)在應用教學中。比如，利用工控組態(tài)軟件技術，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，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成集成系統(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，某化學廠的一個反應車間控制中心[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)，當數(shù)據(jù)達到一定數(shù)值的時候，可以輸出開關信號給電磁閥，從而控制閥門關閉與開啟。
4、研究探索型教學：
高職學生除了以上的實驗室訓，項目式動手教學之外，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，向更高層次的技術領域邁進一步。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、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]。要想知道設置的參數(shù)是否合理，必要時需要進行 MATLAB 仿真程序設計，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，從而設置出正確的調(diào)試參數(shù)。
5、結束語：
整個控制系統(tǒng)的教學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)，對某一個教學要點進行圍繞學科教育的實踐應用教學研究，相信總有一種方法能夠讓學生易于接受。就自動化生產(chǎn)過程中一個傳感器設備渦輪流量計來講，設計出一套行之有效的教學研究模式，需要個個相鄰相近學科體系的配合，才能充分發(fā)揮其使用的社會價值，單個學科構成的教學環(huán)節(jié)還是存在一定局限性的，需要充分發(fā)揮控制設備在控制系統(tǒng)中的教學地位，才能為后續(xù)學科的學習打下堅實基礎。