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第1篇：化學工程與工藝的區別范文

關鍵詞：工藝安全管理；發展現狀；建議

中圖分類號：TU714文獻標識碼： A

一、工藝安全管理的發展歷程及關鍵要素

1.發展歷程

隨著科學技術的不斷革新，新工藝、新產品的不斷涌現，裝置規模的日益擴大，給化工、石化等產業帶來了巨大的變化。緊接著，由于涉及的化學品種的增多，處理、儲存數量的增大，應用工藝技術的復雜化，操作條件的苛刻化，導致工藝系統的危害也更加多。在全世界范圍內，化工和石化行業發生的一系列重大的工藝安全事故，引起了世人對工藝安全的注意，同時，孕育了一系列的相應法規。

1977年發生在意大利塞維索的有毒蒸氣泄漏事故，促成了歐洲第一部對于工藝安全法規的頒布，即1982年歐洲的 «Seveso I指令》。1985年，發生在印度博帕爾的事故舉世震驚，這也促使美國化學工程師協會成立了一個專門的化工工藝安全中心即為CCPS ，該中心的設立為化工、石化等行業提供工藝安全技術及管理的方面的全面支持，防范重大工藝安全事故的發生，同時，出版了一系列安全導則。1992年，美國職業安全健康局(OSHA)，頒布了關于高度危險的化學品的工藝安全管理系統相關要求。1996年，歐洲的《Seves。I指令》修訂為 《Seveso II指令》，它通過吸取博帕爾事故的教訓教訓， 更強調了對重大危害的控制，建立工藝安全管理系統的必要性。1996年，韓國政府也參考美國 0SHA的PSM體系，在韓國國內頒布了工藝安全管理系統要求。同時，1999年的美國環保局(EPA)在0SHA工藝安全管理系統的基礎上，補充風險評價、應急預案的要求，頒布了《凈化空氣法案》。

工藝安全管理及技術自20世紀80年代以來，開始蓬勃發展。在進入20世紀 90年代以后逐漸發展成為一門獨立的學科。目前的美國和歐洲非常重視工藝安全管理，強調運用系統方法、技術預防工藝安全事故的發生， 并且在高危險性的行業中強制推行工藝安全管理。

2.PSM基本要素

美國職業安全健康局(OSHA)、美國化學工程師協會化學工藝安全中心(CCPS)、美國化學協會 (ACC)和美國石油協會(API)均有為工藝安全管理系統定義的一系列不同的PSM組成要素。這些要素大多都是類似甚至相同的，都是為了預防重大的工藝安全事故并減輕后果。

其中，OSHA規定的PSM，主要應用于加工工業。它對“工藝”的定義是：使用、儲存、加工、處理或在工廠范圍內轉移危險的化學品，或是上述綜合活動。在PSM法規中，有一個危險化學品清單，其中包含130余種有毒或具有反應性的化學物品，同時對每種化學品進行一個數量標準的規定。如果工廠處理危險化學品的數量達到、超過表中的標準時，就需遵守PSM規定。但是PSM法規不適用于零售設施、油井設施、氣井設施以及無人操作的設施。

二、國內外PSM實施情況

發達國家大型的化工、石化公司，均建立了完善的工藝安全管理系統并制訂了相關法規及配套的實施指南，在工廠的各個時期嚴格執行。我國國內還在深入研究和積極推廣的階段。

1.美國PSM實施情況

在美國,這種管理系統是作為法規形式存在的，不僅有權威性，同時也說明工藝安全管理的必要性以及適用性。以陶氏化學為例。陶氏公司全球所有設施所執行的EHS管理體系 和標準均已達到OSHA PSM法案的絕大部分要求，在這些要素中，工藝危害的分析是陶氏化學的一個特色要素。

陶氏的工藝危害分析采用的主要是分級管理。這種方法的特點是將對工藝危害的分析按從簡到繁、從定性到定量進行分級別管理，陶氏化學工藝的風險管理采用的是層進式風險分析方法，過程如圖。

第1層，對所有的設施進行工藝危害分析，所采用的是火災爆炸的危險指數、化學品的暴露指數 (CEI)、RC-PHA調查問卷、保護層(LOPA)的目標值等方法；第2層，對設施的特定單元操作采用因果成對鑒別、HAZOP、LOPA、建筑物的超壓分析等方法，進行附加風險的檢查；第3層，對目標工藝進行增強型的風險檢查；第4層，選擇少數的高風險活動場景進行QRA。根據分析的組合以及事故發生的頻率來進行選擇。

2.國內工藝安全管理的現狀

在我國國內，只有很少的有關工藝(過程)安全管理體系的資料。還沒有相關的法律法規標準。雖然，國內許多企業實施了 HSE 管理體系以及ISO體系，但這些體系沒有相應法規的強制性要求，有些甚至還存在表里不一的現象。特別在這個化工和石化行業已經從引進成套技術逐漸轉為自主設計、技術改進的階段，問題顯得尤為突出。近幾年，國內的化工和石化行業中發生的重大事故，歸根結底，都是工藝安全方面的問題。所以，現有項目以及新開發項目的整個生命周期的工藝安全管理已經成為了一個急需解決的問題。還有一個客觀原因就是不同企業之間的工藝安全管理有較大的差異性，給政府的監管也帶來了不便，同時也不利于同行業內關于工藝安全信息的交流，不利于安全水平的提高。總而言之，國內一方面缺乏工藝安全管理的有關研究，另一方面缺乏相關的法律法規。導致沒有符合我國國情、與世界同步的工藝安全管理模式。因此，在國內化工和石化行業，建立、貫徹有效的工藝安全管理系統是十分必要的。

三 、工藝安全管理推行的建議

1.充分理解區別工藝安全管理與傳統安全管理

工藝安全管理，是將技術、程序和管理實踐整合在一起，形成以風險預防管理為重點的管理體系，主要對象是工藝介質本身以及涉及危險化學品的過程、廠站設施，通過控制工藝系統的動態變化，體現對工藝風險的“過程管理”。與傳統的安全管理相比，在模式上更注重過程控制、與超前防范，對象上，不同于單純關注人員作業風險的管理，更加強調了對工藝系統、設備設施的安全風險管理，在特點上，不再以經驗管理為主，更重視了運用科學系統的分析方法，強調對風險的系統評估、合理控制以及響應程序等。

因為我國的多數化工企業還沒有真正接觸、了解工藝安全管理，因此，首先應該加強工藝安全管理的認識和培訓，從轉變理念入手，走出工藝安全管理第一步。

2.獨立的組織機構支撐

在歐美等工業發達地區，工藝安全管理從20世紀80年代開始就已經發展成了了一門獨立的學科，但我國國內最初并沒有將工藝安全管理作為一門獨立的學科。所以，我國國內企業應該從國外發達國家引進工藝安全管理的理念，在借鑒經驗和做法的基礎上，積極探索，形成具有自身特色的管理模式。

3.工藝安全管理人員的技能水平提升

工藝安全管理人員包括涉及實施所有工藝安全管理要素的專業技術、管理、操作人員、專業分析師等，工藝安全管理系統的有效運作，需要每個員工的參與。因此，在一定意義上，工藝安全管理人員的技能，往往決定著某個單位工藝安全管理工作的水平。

合理、有效的培訓是提升工藝安全管理人員技能的主要途徑，我國相應企業應該舉辦大量的包括風險評價方法以及專業技術知識在內的相關工藝安全的培訓，可以用脫崗培訓、在崗培訓這兩種培訓方式，培養出一批高素質的工藝安全的管理人員。

4.工藝安全信息的有效利用

工藝安全信息產生于工藝裝置使用的各個階段，是進行危害辨識、風險控制的有效依據，是其它工藝安全要素推進的基礎，同時工藝安全信息又是其它要素實施結果的“輸入”終端。 因此，工藝安全信息的有效利用在某種程度上也反映了工藝安全管理的水平。

5.完備的技術標準支撐

工藝安全管理區別于傳統安全管理的主要特征就是它具有的專業技術性，其管理目標 是實現工藝技術（設備）的本質安全。開展工藝安全的分析、工藝技術的變更、施工工藝安全的管理等要素活動，均與技術標準有千絲萬縷的關系， 因此，要做好工藝安全管理，形成一套對企業適用性強、高標準的技術標準體系是很重要的。

6.定期開展評估審核

工藝安全審核可以有效評估和考核 各個工藝安全要素的落實情況，客觀反映工藝安全管理水平，持續提高工藝 安全管理標準（制度）的執行力，對于工藝安全管理在整體深入過程中的不足，進行及時更正，制定有效的改進措施，不斷提高工藝安全管理水平。

結語

我國國內與國外相比，不論在經濟發展水平、運行方式、員工水平還是理念和文化等方面均存在差異，所以，不能直接照搬國外的工藝安全管理模式以及相關規定。而是需要根據我國的安全管理現狀，積極借鑒國外的經驗和做法，積極探索，不斷努力，讓工藝安全管理有更美好的明天。

參考文獻

[1]粟鎮宇.工藝安全管理與事故預防[M]，北京：中國石化出版社， 2008

第2篇：化學工程與工藝的區別范文

關鍵詞：高職院校；學科建設；區域經濟；社會服務

學科是高等學校人才培養、科學研究和社會服務三大功能的基礎與發展平臺，是專業建設的基礎，包括科學研究、學科交叉與融合等，是學科的內涵延伸和升華，學校的發展在很大程度上取決于學科建設和發展水平。許多人認為學科建設是本科院校的事情，對學校的一切包括社會聲譽和地位起重要作用；而高職院校重點是抓專業建設，注重學科的外延發展、學科的組合與應用，關注的是社會需求與反應。然而，專業是建立在相應學科基礎上的一個學科群落，一個專業可能要求多學科的綜合和支持，而一個學科可在不同專業領域中應用，離開了學科建設和發展，專業建設根基就不牢固。

隨著高職教育的發展，各學科如何進一步建設，成為研究者們思考與探索的重要問題。國外高職教育是通過與企業合作辦學，利用雙方資源優勢互補，互惠互利。國內許多高職院校借鑒國外經驗，積極與企業合作，加強了學科建設的針對性，但還存在不足：（1）學科建設中以科技創新為起點的多學科綜合和可持續發展問題；（2）校企合作的深度問題。這些是高職學科發展的主要瓶頸。本校結合區域特點開展學科建設，積累了以下一些經驗。

一、學科建設的目標

高職院校的學科建設必須明確自己的社會定位，根據專業建設發展需求確定重點建設的學科、目標以及如何建設等。學科建設的目標不是學科繁榮，而是通過學科建設提高專業水平；高職生中有許多人會成為管理者或技術骨干，尤其是對工科學生來說，要具有一定的理論水平才能掌握機器的原理、性能等，才能深入到技術和工藝的內部，解決生產中的技術問題，進而成為引領職業技術發展的前沿人才，這也是高職與中職教育的區別，體現了學科建設的必要性。我院以“就業為導向，走產學研結合的發展之路”，基于區域經濟社會發展進行學科建設，建設實用性強、區域特色鮮明、體現技術發展的學科和課程，符合經濟社會發展和產業結構不斷優化升級的要求，有利于提高學生的就業能力和職業素質。

二、學科建設的實施

（一）以基于區域經濟社會發展為特色

辦學理念和特色是學校賴以生存的基礎，對師生員工起著目標引導與行為激勵的作用。生源的不斷減少是高職院校面臨的突出問題，學校面對的是學生、家長和社會的選擇，如果沒有特色和社會影響力，將會被淘汰。學科特色和專業特色是最重要、最具直接影響的特色，只有在區域經濟社會發展的基礎上，融合地方經濟特點辦出特色，才有競爭力，才能在地區相關產業發展中起到創新和主干作用，學校才能成為支持區域經濟社會發展的人才培養基地和科研開發基地，否則將使學校陷入生存危機。我院依托行業與企業進行學科建設，注重學科的整合與配置，建設“專業群”，基于應用提升學科水平，“以學生為本”，把學生塑造成為身體、心理、智力、創新能力、道德素質等各方面全面發展的人才，以滿足社會的需求。

（二）學科建設和可持續發展并重

基礎知識是學生成長與終生發展的平臺，重點建設基礎學科既是學科建設自身的需要，也是教學的需要，要在基礎學科平臺上進行專業學科、交叉學科、前沿學科的建設與發展，下面以化學工程為例來進行分析。

1.學科建設與學生發展

化學工程是我院的傳統專業，隨著江蘇“四大醫藥板塊”的形成和連云港石化行業的大發展，迫切需要懂生產工藝、產品分析及銷售等高端技能型人才；化工類專業基礎相似，崗位性強，技術密集程度高，對操作人員的要求不是簡單的操作技能，也不是單純的經驗積累，而是要對整個流程及所在崗位工藝原理、設備特征有較深入的理解，也需要相關的環保、安全、節能、經濟核算等基礎知識，因而高職學生要有一定“度”的理論知識和扎實的基礎，這離不開學科建設。

2.學科交叉與重組

學科交叉、帶動和輻射是其可持續發展的重要方面，學科建設不是單一學科的建設，必須以科技創新為基點統籌規劃，從多學科綜合、互動、協調發展的角度實施學科的分化和整合；根據學生特點及企業對畢業生的需求，我院化學工程學科建設以服務于應用化工、化學制藥、生物制藥和工業分析與檢測等專業群為目的，在發展高職教育和區域經濟的迫切需要下進行學科建設，包括四大化學、化工、機電、信息、外語等基礎學科的建設，以增強學生的科技創新能力。

3.學習環境與氛圍

良好的學習環境與氛圍是提高學科建設水平的另一重要方面，學習國外先進的科學技術和設備，加強與國外學校的交流合作，學習國外辦學經驗，我院與韓國、法國、美國、日本等有關學校建立了友好合作關系；優良的校風、教風、學風能夠激勵學生形成優良品行、遠大的抱負，體現學校內涵發展的精神底蘊，學院師資力量雄厚，教師的學風與教風深深影響了學生。

（三）校企合作共建共享綜合實訓基地

校企合作一直是高職院校多年來改革的重要方面，然而成效不大，主要是由于校企雙方的價值取向不同，難以形成共同的利益基礎，不能很好把握教學和生產的結合，如果只重視生產，不重視教學和學科建設，忽視“培養人才”，學校對企業便產生懷疑；如果過分強調教學，忽視企業“生產”，使企業對合作失去動力；許多“生產型”實訓基地也是如此，能夠真正做到對學科建設起作用的校企合作并不多見。

我院引進設備工藝先進、管理水平高的骨干企業進校園，共建校內生產型實訓工廠和工程技術研發中心，用于生產、創造利潤，同時以生產環境培訓學生；將應用開發類的企業難題和生產實例融入教學，讓學生參與項目的研發，企業將研究成果用于生產；依托實訓基地，實施“工作過程系統化”課程教學，按照企業化要求對學生進行培訓和考核，企業通過考核引進人才。已創建60余個實訓基地，融教學、職業院校共享、培訓、研發、技術服務、職業技能鑒定于一體，為江蘇虹港石化等多家企業提供職工培訓和研發合作，提高了基地的設備運轉率和綜合效益。通過創新工作基地的建設使學生自主創新能力、新技術應用水平在項目的開發應用中得到提高。企業全面參與建設過程：如人才培養方案的制定、師資隊伍和實訓基地的建設等，為企業培養“用得上、留得住”的人才。

（四）以科研水平的提高促進學科建設

學科建設是建立在科學研究基礎上的，只有重視科研，才能建設學科、發展學科，進而整合學科、提升學科，沒有學科建設作基礎和帶動，任何專業建設都只能在低水平徘徊。提高師生的科研意識和水平，鼓勵師生多搞項目、多搞科研、多出成果、促進學科建設，也是學校向更高層次發展的必具條件。

本校以科技服務拓展專業發展，教師積極參加“科技專家進企業”等活動，僅醫藥化工學院每年參與技術服務的教師就在10人以上。2年內與企業合作申報省、市級技術開發與應用研究項目10項以上、專利8項，科研項目經費累計超過百萬元。通過科技服務，提高師資隊伍的科研水平和教學能力，通過科研工作，可以使學生對某項目領域的相關知識理解和掌握得更透徹，科研成果進課堂、進教材，以強化學科建設。

（五）建設高層次的“雙師型”學科梯隊

學科梯隊建設是學科建設的關鍵，教師要不斷進行知識更新和補充，為學生帶來更多的學科前沿信息，加強高學歷人才的工程實踐能力，充分利用信息資源豐富和高層次人才集聚的優勢，為新技術、新工藝、新設備的應用和推廣提供技術服務，解決企業生產中的技術難題，雙方共同開展科技攻關，推動科技成果轉化，為企業人員、轉崗再就業人員提供多個工種、多個層面的技能培訓。按照“數量保證、結構合理、素質過硬、整體優化”的原則培養和引進人才，建成專兼職結合的“雙師型”優秀創新團隊，提高服務區域經濟的能力，從企業聘請行業資深專家作為兼職帶頭人，承擔學科建設規劃、方案設計、教師培養等工作。

三、學科建設基礎上的專業建設

高職學科建設應根據職業崗位需求和本地區的經濟特色，面對區域高新技術支柱產業及相關產業應用性較強的前沿領域，以確保學校全面、協調、可持續發展。校企共建學科建設和專業教學指導委員會，創建產學研結合的平臺，創新人才培養模式，學校將最新的科研成果及時應用于實踐；企業將最新的行業信息和實踐結果及時、準確地反饋回學校，避免學科發展方向的偏差。根據崗位分析，確定典型工作任務和行動領域，引導課程設置，培植學校、企業、學生“三贏”的機制，專業間相互支撐，帶動專業群的建設。

（一）重組課程體系

由學科建設指導委員會對崗位群職業能力所需要的知識、技能、素質等要素分解和量化，重組課程體系，使課程內容包括整個生產和管理過程，進行“教、學、做”理論實踐一體化教學，構建與國家職業資格證書銜接的職業能力課，與生產和就業緊密結合，建立動態和開放的標準評價體系。

例如我校醫藥化工學院以行業企業的人才需求為依據，以產品的合成、復配、分離和分析的崗位能力培養為主線，融入職業資格標準，引入完整的工作結構，工學結合，將課程分解成以“實際、實踐、實用”項目為載體的學習單元，即以“典型產品的生產過程”為教學項目，使學生經歷完整的工作程序，完成完整的生產工作任務并獲得有意義的成果，促進學生在實踐中將認知學習、能力訓練、問題探究融于一體，培養學生分析問題、解決問題的能力，帶動知識點的學習。其中，涉及到多學科綜合知識，包括化學化工、機械、電子、自動化等。我們在藥物合成技術課程建設中與江蘇德源藥業、連云港盛和生物科技有限公司建立了深層次的合作關系。

（二）精品課程開發與教材建設

校企合作編寫特色教材，開發精品開放課程。精品課程建設是教學基本建設的核心工作，加強精品課程建設是深化教學改革、實現培養目標的保證。我校以“藥物合成技術”、“工程制圖與計算機繪圖”、《高職高專英語》等省級精品課程帶動其他各門課程的建設，無機化學、化工原理、外貿單證操作等課程被列為全校重點建設的精品開放課程。教材建設是專業建設中的重要方面，高質量的教材是培養合格人才的基本保證，根據學校的定位、特色及專業培養目標，我們認真開展理論實踐一體化教材編寫研究，已有省級及以上精品教材多部。

（三）以人才培養質量評價反饋學科建設

構建貫穿于“學業與職業”全過程的人才培養質量評價與監控體系，建設學校、社會、企業多元化質量評價機制，實現職業技能鑒定與教學質量評價的接軌。每年舉行1-2次的專業建設指導委員會會議，審議人才培養方案，指導專業建設和學科建設；通過與企業行業交流，了解技術不斷革新的形勢下對崗位能力的要求和需求，作為制訂招生計劃和教學改革的依據；通過教學督導工作，及時發現存在的問題；建立學生對教學的反饋體系，隨時了解教學中的不足；采用書面測試與其他評價的多樣化方法，考察學生對基礎知識的掌握，將評價和指導伴隨于教學活動的全過程；堅持畢業生回訪和跟蹤調查，了解他們的崗位信息及對課程設置的建議，作為每年修訂教學大綱的依據之一。

第3篇：化學工程與工藝的區別范文

Abstract： In order to solve the bottleneck of resources in the practical training， a simulation software based on LabVIEW is developed by Automation Department of college of Information and Control Engineering in our university. In this software， typical equipments are selected as controlled objectives and other blocks are designed， including sensors， PID controllers and actuators together to form complete automatic control systems. Teaching practices show that the software is a powerful tool in both class and laboratory.

關鍵詞： 仿真軟件；測量儀表及自動化；自動控制系統；教學資源

Key words： simulation software；instrumentation and automation；automatic control system；teaching resources

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）07-0182-03

0 引言

《測量儀表與自動化》課程是一門有著廣泛社會需求和技術基礎的綜合性技術學科，其水平是一個國家技術先進程度、生產力發達程度與生產關系相適應的標志[1]。現代化生產過程的科技人員，除了必須深入了解和熟悉生產工藝之外，還必須學習和掌握自動化儀表方面的知識，才能在生產、管理、調度崗位及科研部門充分發揮作用。我校信息與控制工程學院自動化教研室目前開設的這門課程適用專業除化學工程與工藝以外，還面向諸如環境工程、油氣儲運、建筑環境與設備工程、熱工等專業。該課程包括過程測量儀表、過程控制儀表和過程控制系統三大方面的內容，涉及電子、機械、大學物理、自動控制原理等多門學科，是一門知識點多、涉及面廣、實踐性強、信息更新快的綜合性學科。

對于工藝類專業學生來說，缺少相應的專業背景知識、學時短（根據不同專業，目前學時設置為48或32學時）；加之相應控制系統部分概念抽象、知識聯系緊密、難于理解，學生學習難度較大。為此，我教研室專門利用LabVIEW研發了自動控制系統仿真軟件作為仿真教學資源使用。下面就該軟件的開發背景、功能和使用做逐一介紹。

1 自動控制系統仿真軟件的開發背景

1.1 《測量儀表與自動化》教學中的重點和難點 目前我校《測量儀表與自動化》課程大綱明確要求學生掌握自動化儀表的基本原理、結構和特點，為自控設計根據工藝條件選擇合適的儀表；除此之外，更強調掌握自動控制系統的基本概念，能對工藝過程提出合理的檢測和控制方案。

筆者在教學當中發現，工藝類專業的學生在學習過程測量儀表部分，各種壓力、物位儀表雖然種類繁多，但相應學時較長，占到總學時一半左右；加之內容直觀，通過圖片、實物、動畫等方式，學生們可以理解掌握。但隨著課程內容進展到過程控制儀表部分，接觸到控制器、執行器以后，一些抽象概念諸如控制點、控制規律、控制器正/反作用、調節閥氣開/氣關、PID算法等內容逐漸讓學生感到吃力，且內容相對較少，講解速度較快。而最后一部分過程控制系統中被控對象的動態特性、自動控制系統的過渡過程、被控變量、操縱變量及控制器參數整定等概念也讓學生感覺枯燥單調，學習積極性不高，難以形成有關系統的概念。

這一點可從《測量儀表與自動化》期末考試及課程設計環節中發現，部分學生由于不理解自動控制系統的基本概念，設計出來的控制方案東拼西湊，導致整個設計文件完全錯誤。

1.2 工程實踐中的重要性和實用性 關于過程控制系統基本概念的重要性，筆者還有過親身的體會。一次在某大型煉廠的催化裂化車間調研過程中，該車間的工藝技術骨干就急迫提出希望我們能夠給他仔細講解一下PID參數整定的內容。這是因為他意識到自動控制系統對于裝置設備的平穩、高效和安全的重要性，而對PID參數的認識不夠使他不能大膽自信的在DCS工程師站整定PID參數。經過兩個小時的講解，該工程師詳細做了筆記，并就相關概念提出了大量問題。

另一次參與某石化公司新項目裝置開工建設過程中，負責工藝的工程師需要給新上崗的操作工人培訓裝置的控制方案。但拿到設計圖紙后，面對圖紙當中的復雜控制系統，諸如分程控制、比值控制及選擇控制等尚不能充分理解，更何談培訓上課。發愁之余，找到筆者幫忙。除了講解了上述復雜控制方案后，對方還索要《測量儀表及自動化》一書作為參考書使用。本課程內容在工程實踐中重要性和實用性可見一斑。

1.3 其他院校的多媒體教學手段 近年來各高等院校不斷就《測量儀表及自動化》的教學內容、教學方法、教學模式等進行著的討論、改革與探索[2-5]。上述文章當中無一例外提到，這是一門專業理論知識與工程實踐結合非常緊密的課程，教學中應摒棄單一的板書和PPT授課方式，而充分利用多媒體和計算機技術進行儀表設備及自動控制系統的演示。孫自強提出利用通用的工控組態軟件的演示版，可形象的模擬控制現場和控制室的操作[3]。曾珞亞等利用Matlab與VB混編來顯示過渡過程曲線和進行控制器參數整定[4]；鄔勇奇等制作了Flash儀表動畫[5]進行演示，如電接點信號壓力表等10個儀表動畫。

2 自動控制系統仿真軟件的基本功能

該仿真軟件選取液罐代表了生產過程中的物位對象。與直接使用實際裝置仿真軟件相比，可使學生避免花費大量時間熟悉整套生產流程和繁復的組態軟件操作，而將注意力全部放在控制儀表與控制系統上。下面介紹軟件的基本功能。

2.1 手/自動控制系統的對比 該軟件專門設計了手動控制和自動控制的切換界面。手動控制界面如圖1所示，僅有液罐（被控對象）、進水手閥和出水手閥。界面上還顯示柱狀顯示水位設定值、實時液位實際值及設定值曲線顯示。操作者課根據實際水位（測量值）和理想水位（設定值）相比較的結果，決定開大或關小手閥閥位，從而調整液罐水位，模擬實際工況中的人工控制。手閥閥位的修改可以直接修改閥位文本框，或通過轉動手輪實現。

自動控制界面如圖2所示。與手動控制界面相對比，自動控制界面增加了液位傳感器、PID控制器、調節閥（由原手閥修改），與原液罐構成一個完整的單回路控制系統。界面色彩鮮艷，各環節設備形象生動，基本能夠達到真實現場的使用感受。

2.2 測量傳感器的設計 該水箱液位傳感器模擬恒浮力液位計。浮球始終漂浮在液面上，隨著液面高低變化而變化。液罐下方增設了液位計的儀表表頭。此外，測量值采用紅色細信號箭頭線（區別與藍色的粗管道線）送給控制器，表明了儀表之間的邏輯關系。

2.3 控制器的基本功能 控制器面板如圖2自動控制界面左側所示。該控制器模擬實際單臺數字調節器（如DRC-97智能記錄調節儀），實現了控制器的基本功能。

2.3.1 顯示功能及控制運算 控制器面板上顯示偏差（比較器）、輸出（運算器）、給定值（水位給定）及PID參數等。PID參數可以根據用戶需要實時交互式修改。

在自動狀態下，根據水位給定和水位測量值得到偏差e，控制器將按照PID算法給出輸出操縱值（MV，Manipulated Value）信號。值得注意的是，控制器的設定值與測量值通過采用紅色細信號箭頭線送給比較器，而比較器得出的偏差e送給運算器進行運算。同時該操縱值信號同樣用紅色細信號箭頭線傳送到調節閥上，表明了信號之間的基本關系。

2.3.2 控制器的正、反作用選擇 控制器下方的兩個選擇按鈕分別是正作用和反作用。選擇正作用時，控制器的測量信號增大（或給定信號減小）時，其輸出信號隨之增大；反作用則當調節器的測量信號增大（或給定信號減小）時，其輸出信號隨之減小。這是控制器構成閉環負反饋控制系統的必備功能之一。

2.3.3 手動/自動切換 控制器具備手動/自動切換功能。選擇自動時，紅燈亮且功能面板顯示“自動”字樣。此時，控制器輸出根據控制規律隨偏差變化而變化；選擇手動時，綠燈亮且功能面板顯示“手動”字樣。此時控制器輸出與偏差無關，控制規律無效直接由手操縱控制器輸出，類似于直接手調閥門開度。

控制器還具備實現手/自動雙向無擾動無平衡切換功能。在手動狀態下，此時設定值（水位給定）不能由操作者輸入運算器文本框改變，而是跟隨測量值的變化而變化，始終保持偏差為零，即控制器PID算法輸出增量為零。所以切換至自動瞬間，控制器輸出無跳變；在自動狀態下，控制器的設定值可以通過改變水位給定文本框或柱狀顯示來改變，此時輸出不能通過文本框改變。切換至手動的瞬間，控制器輸出無跳變。該控制器具備實現自動/手動無擾動無平衡切換功能。

2.3.4 調節閥的設計及氣開/氣關選擇 執行器模擬最常見的薄膜式氣動調節閥。氣動調節閥有氣開式與氣關式兩種形式。軟件中所設計的調節閥，若選為氣閥，運算器輸出為0%，閥門全關閉，運算器輸出為100%，閥門全打開。

2.5 系統過渡過程的顯示與保存 為了說明控制系統的工作機理，實時曲線顯示是必不可少的。界面右側的繪圖窗口可實時顯示水位測量值、設定值及操縱值。可根據需要任意改變曲線的顏色和寬度。需保存某曲線畫面時，右鍵導出簡化圖形即可。圖3衰減震蕩過程的簡化圖形。

3 仿真軟件應用舉例

下面以2學時實驗為例，介紹該仿真軟件的使用。提前下發電子版實驗講義及軟件說明書，供學生預習及在實驗上機過程中參看。

3.1 熟悉軟件的基本操作（10分鐘）。首先，引導學生觀察手動控制界面與自動控制界面的區別。總結一個完整的自動控制系統包含哪幾部分？該水箱液位控制系統當中的被控變量和操縱變量分別是什么？并要求學生在實驗報告中畫出該控制系統的方框圖。

3.2 對象特性測試（10分鐘）。利用測試法建立被控對象模型，并將測試曲線圖進行保存。根據測試曲線確定對象的放大系數、時間常數及純滯后時間。

3.3 調節閥氣開/氣關及控制器正/反作用的選擇（10分鐘）。給出工藝安全生產的條件，液罐水位系統中要求液位不能溢出。請學生選擇調節閥氣開/氣關形式及控制器正/反作用。觀察若選擇不當會出現什么結果。

3.4 自動控制系統投運（10分鐘）。復習自動控制系統投運的基本步驟，將手動狀態調到穩定狀態下進行投運。觀察投運過程中控制器的無擾動無平衡切換現象。

3.5 控制器參數的工程整定（40分鐘）。

3.5.1 純比例（P）控制作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Ti>5000s，Td=0s），Kc分別等于1，5，20時，設定值從50%變化到60%時，得到的過渡過程曲線。將曲線畫面保存并進行對比，說明Kc的變化對過渡過程的影響。

改變出水閥的閥位（相當于改變對象特性）至80%，重復上述步驟，觀察曲線的變化。

3.5.2 比例積分（PI）作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Kc=3，Td=0s），Ti依次設置為4，10，20。說明Ti的變化對過渡過程的影響。改變對象特性（同3.5.1）后重復本步驟。

3.5.3 比例積分微分（PID）作用下的過渡過程測試

保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Kc=3，Ti=10s），Td依次設置為0，2，10，20。說明Td的變化對過渡過程的影響。改變對象特性（同3.5.1）后重復本步驟。

3.6 整理實驗數據、圖表，回答思考題（20分鐘）。

4 結語

本文介紹了由我教研室自主開發的自動控制系統仿真軟件的基本功能和使用。通過該仿真軟件的應用，解決了《測量儀表及自動化》課程中實驗設備短缺、教學手段單一的問題。該教學資源對于提高學生學習的興趣，研究和掌握課程的重點及難點，培養工程實踐概念都具有重要意義。

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