涡轮流量计在自动化专业中的应用教学

摘要：涡轮流量计是一种经常用于测量管道中气体或液体流通总量的检测仪表，它具有精度高、耐高压、测量范围宽、维修方便等优点，在石油、化工、冶金、城市燃气管网等自动化控制行业中具有广泛的使用价值。研究主题是以涡轮流量计为例，将涡轮流量计的工业使用价值体现到教学应用研究上来。

  涡轮流量计作为智能型自动化仪表，在工业自动控制系统中经常用来做流量定量控制。就涡轮流量计来讲，一个抽象的概念在实际教学过程中如何运用得让学生动之以情，晓之以理，是一件困难的事情，特别是高职教育层次的学生。高职学生被定义为技能人才的同时也恰好抹杀了他们不爱学习理论知识的所谓天性，基于工作过程的教育理念横空出世，成为高职教育的一根黄金稻草，所有高职课程的改革方向都遵循着这一教学模式。本文研究的涡轮流量计在自动化专业中的应用教学研究，立志将如此枯燥无味的一个检测控制设备以全新的形式展现在学生面前。该研究既遵循了基于工作过程的项目式教学方法，也开拓了高职学生学习理论知识，发挥实践研究的思维能力。

1、研究现状分析 ：

  涡轮流量计是自动化控制专业领域检测技术的一个学科教学环节，以往的上课经验是理论知识为重点，实验操作为理论知识提供实践支撑。然而，不同专业学科的教学点和侧重点往往不甚相同，选取教学内容总会有所偏差，绝大多数的教学内容选取实际是建立在实验实训设备基础上的，也就是说企业行业使用的技术设备跟学生实验实训操作的实验设备是否契合，才能决定是不是真正的实现基于工作过程。在我们对企业调研的基础上，对自动化控制专业的教学内容进行重新统筹和规划，把原先的单一学科技术链接到学科群里，将企业行业的一项技术贯穿到每个相关工作岗位教学情境中。选取涡轮流量计为研究对象，作为贯穿自动化控制专业的一个教学环节是基于整个专业教学体系研究出来的一个教学应用。

2、应用教学研究 ：

（1）涡轮流量计实物教学 例如：涡轮流量计LWGYD-15 型号定义流量为0.6~6 立方米/小时，LWGYD-10 型号定义流量为0.2~1.2 立方米/小时，如何深入理解型号的具体参数需要借助一些行动教学方法和手段来辅助。课程教学中，不需要先学理论再进行实验，直接以实物展示进入主题，先引起学生兴趣。对单个涡轮流量计进行整体观察，包括外部结构、内部零件、尺寸大小、重量多少、按钮设置、价格优劣、测量精度等一系列参数，列个详细表格清单任务书，课外布置上网查询其他型号的涡轮流量计进行对比分析，了解不同型号的涡轮流量计适用于哪些场合。由此展开教学，可以丰富学生在该专业领域的学科知识，熟知企业惯用的品牌及类型[1]。

（2）涡轮流量计安装实训教学在了解了涡轮流量计的基本结构后，教师开始指导安装涡轮流量计检测设备。安装的时候注意流通管道位置的选择方向，导线连接方式，以及布线走向，逐一遵循说明书步骤循序渐进。这一环节可以先采用视频观看，再到亲自示范操作，***后学生动手，由安装指导说明书列出详细步骤顺序，按部就班实施。

（3）涡轮流量计调试过程教学以涡轮流量计控制水的流量为例，某一自来水的水箱水位自动化控制，配合变频器、电动截止阀来使用。调节变频器输出，观察出水量变化，当频率20Hz 以下水泵无法抽水，处于不出水状态，涡轮流量计不工作，频率调节20Hz 以上时候，出水量开始增大，流经涡轮流量计。频率越高，出水量越大，4-20mA 信号的电流值也在不断上升，利用万用表测量电流信号与频率值相比，可以观察涡轮流量计出水量与电流数值之间的关系。此时适当讲述涡轮流量计的工作原理，由此学生边实验，教师边讲解相结合，达到理论知识和操作调试知行合一的效果。以上是操作环节的调试过程，到此检测技术可以告一段落，为了结合自动化专业的课程体系教学，还引申出后续教学的重要环节。

3、涡轮流量计仿真教学：

  将涡轮流量计以电脑仿真的形式出现在应用教学中。比如，利用工控组态软件技术，组态王是新型的工业自动控制系统开发监控软件，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成集成系统模拟现场的控制系统。

该系统用于模拟涡轮流量计在管道中的流通。引用工业生产自动化中一个例子，某化学厂的一个反应车间控制中心[2]，每个催化剂之间配备一个涡轮流量计，控制画图形成中心画面，再进行数据链接，***后形成一个组态控制动态画面，以电脑仿真的形式呈现，监控到涡轮流量计的流量大小。利用动态图形图表的形式来重组实际工作环节流程，采用流量定量控制仪进行流量积算，在积算出来自涡轮流量计的累积流量数据，当数据达到一定数值的时候，可以输出开关信号给电磁阀，从而控制阀门关闭与开启。

4、研究探索型教学：

  高职学生除了以上的实验室训，项目式动手教学之外，为了挖掘他们可持续发展的能力，需要后续加以研究探索，向更高层次的技术领域迈进一步。引入自动控制系统PID 调节，所有的控制系统都必须遵循一个稳、准、快的调节过程[3]。就一个信号传递是否来讲， PID 就调节就发挥其扎实有用的效果。利用PID 控制仪及流量调节阀来控制流量的均匀流动。比如，控制涡轮流量计的流通满流量在10 立方米每小时，想控制在5 立方米每小时的时候，就需要用到PID 智能调节仪，调节仪调节输出4-20mA 电流信号或者脉冲信号给调节阀，调节阀根据信号大小来调节开关的程度，这样就可以实现流量大小的控制。

  数字型的涡轮流量计还可以直接附带连接计算机输出接口，通过流量定量控制仪等二次仪表在电脑上直接显示现场的流量，或者还可以结合DCS 控制系统来直接调节控制流量输出的大小[4]。要想知道设置的参数是否合理，必要时需要进行 MATLAB 仿真程序设计，通过Simulink 软件仿真，分析出各典型环节数据对控制系统性能的影响，从而设置出正确的调试参数。

5、结束语：

  整个控制系统的教学过程是一个需要不断实践的漫长过程，但是，只要抓住典型环节，对某一个教学要点进行围绕学科教育的实践应用教学研究，相信总有一种方法能够让学生易于接受。就自动化生产过程中一个传感器设备涡轮流量计来讲，设计出一套行之有效的教学研究模式，需要个个相邻相近学科体系的配合，才能充分发挥其使用的社会价值，单个学科构成的教学环节还是存在一定局限性的，需要充分发挥控制设备在控制系统中的教学地位，才能为后续学科的学习打下坚实基础。