化学工程与工艺的区别精选(九篇)

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第1篇：化学工程与工艺的区别范文

关键词：工艺安全管理；发展现状；建议

中图分类号：TU714文献标识码： A

一、工艺安全管理的发展历程及关键要素

1.发展历程

随着科学技术的不断革新，新工艺、新产品的不断涌现，装置规模的日益扩大，给化工、石化等产业带来了巨大的变化。紧接着，由于涉及的化学品种的增多，处理、储存数量的增大，应用工艺技术的复杂化，操作条件的苛刻化，导致工艺系统的危害也更加多。在全世界范围内，化工和石化行业发生的一系列重大的工艺安全事故，引起了世人对工艺安全的注意，同时，孕育了一系列的相应法规。

1977年发生在意大利塞维索的有毒蒸气泄漏事故，促成了欧洲第一部对于工艺安全法规的颁布，即1982年欧洲的 «Seveso I指令》。1985年，发生在印度博帕尔的事故举世震惊，这也促使美国化学工程师协会成立了一个专门的化工工艺安全中心即为CCPS ，该中心的设立为化工、石化等行业提供工艺安全技术及管理的方面的全面支持，防范重大工艺安全事故的发生，同时，出版了一系列安全导则。1992年，美国职业安全健康局(OSHA)，颁布了关于高度危险的化学品的工艺安全管理系统相关要求。1996年，欧洲的《Seves。I指令》修订为 《Seveso II指令》，它通过吸取博帕尔事故的教训教训， 更强调了对重大危害的控制，建立工艺安全管理系统的必要性。1996年，韩国政府也参考美国 0SHA的PSM体系，在韩国国内颁布了工艺安全管理系统要求。同时，1999年的美国环保局(EPA)在0SHA工艺安全管理系统的基础上，补充风险评价、应急预案的要求，颁布了《净化空气法案》。

工艺安全管理及技术自20世纪80年代以来，开始蓬勃发展。在进入20世纪 90年代以后逐渐发展成为一门独立的学科。目前的美国和欧洲非常重视工艺安全管理，强调运用系统方法、技术预防工艺安全事故的发生， 并且在高危险性的行业中强制推行工艺安全管理。

2.PSM基本要素

美国职业安全健康局(OSHA)、美国化学工程师协会化学工艺安全中心(CCPS)、美国化学协会 (ACC)和美国石油协会(API)均有为工艺安全管理系统定义的一系列不同的PSM组成要素。这些要素大多都是类似甚至相同的，都是为了预防重大的工艺安全事故并减轻后果。

其中，OSHA规定的PSM，主要应用于加工工业。它对“工艺”的定义是：使用、储存、加工、处理或在工厂范围内转移危险的化学品，或是上述综合活动。在PSM法规中，有一个危险化学品清单，其中包含130余种有毒或具有反应性的化学物品，同时对每种化学品进行一个数量标准的规定。如果工厂处理危险化学品的数量达到、超过表中的标准时，就需遵守PSM规定。但是PSM法规不适用于零售设施、油井设施、气井设施以及无人操作的设施。

二、国内外PSM实施情况

发达国家大型的化工、石化公司，均建立了完善的工艺安全管理系统并制订了相关法规及配套的实施指南，在工厂的各个时期严格执行。我国国内还在深入研究和积极推广的阶段。

1.美国PSM实施情况

在美国,这种管理系统是作为法规形式存在的，不仅有权威性，同时也说明工艺安全管理的必要性以及适用性。以陶氏化学为例。陶氏公司全球所有设施所执行的EHS管理体系 和标准均已达到OSHA PSM法案的绝大部分要求，在这些要素中，工艺危害的分析是陶氏化学的一个特色要素。

陶氏的工艺危害分析采用的主要是分级管理。这种方法的特点是将对工艺危害的分析按从简到繁、从定性到定量进行分级别管理，陶氏化学工艺的风险管理采用的是层进式风险分析方法，过程如图。

第1层，对所有的设施进行工艺危害分析，所采用的是火灾爆炸的危险指数、化学品的暴露指数 (CEI)、RC-PHA调查问卷、保护层(LOPA)的目标值等方法；第2层，对设施的特定单元操作采用因果成对鉴别、HAZOP、LOPA、建筑物的超压分析等方法，进行附加风险的检查；第3层，对目标工艺进行增强型的风险检查；第4层，选择少数的高风险活动场景进行QRA。根据分析的组合以及事故发生的频率来进行选择。

2.国内工艺安全管理的现状

在我国国内，只有很少的有关工艺(过程)安全管理体系的资料。还没有相关的法律法规标准。虽然，国内许多企业实施了 HSE 管理体系以及ISO体系，但这些体系没有相应法规的强制性要求，有些甚至还存在表里不一的现象。特别在这个化工和石化行业已经从引进成套技术逐渐转为自主设计、技术改进的阶段，问题显得尤为突出。近几年，国内的化工和石化行业中发生的重大事故，归根结底，都是工艺安全方面的问题。所以，现有项目以及新开发项目的整个生命周期的工艺安全管理已经成为了一个急需解决的问题。还有一个客观原因就是不同企业之间的工艺安全管理有较大的差异性，给政府的监管也带来了不便，同时也不利于同行业内关于工艺安全信息的交流，不利于安全水平的提高。总而言之，国内一方面缺乏工艺安全管理的有关研究，另一方面缺乏相关的法律法规。导致没有符合我国国情、与世界同步的工艺安全管理模式。因此，在国内化工和石化行业，建立、贯彻有效的工艺安全管理系统是十分必要的。

三 、工艺安全管理推行的建议

1.充分理解区别工艺安全管理与传统安全管理

工艺安全管理，是将技术、程序和管理实践整合在一起，形成以风险预防管理为重点的管理体系，主要对象是工艺介质本身以及涉及危险化学品的过程、厂站设施，通过控制工艺系统的动态变化，体现对工艺风险的“过程管理”。与传统的安全管理相比，在模式上更注重过程控制、与超前防范，对象上，不同于单纯关注人员作业风险的管理，更加强调了对工艺系统、设备设施的安全风险管理，在特点上，不再以经验管理为主，更重视了运用科学系统的分析方法，强调对风险的系统评估、合理控制以及响应程序等。

因为我国的多数化工企业还没有真正接触、了解工艺安全管理，因此，首先应该加强工艺安全管理的认识和培训，从转变理念入手，走出工艺安全管理第一步。

2.独立的组织机构支撑

在欧美等工业发达地区，工艺安全管理从20世纪80年代开始就已经发展成了了一门独立的学科，但我国国内最初并没有将工艺安全管理作为一门独立的学科。所以，我国国内企业应该从国外发达国家引进工艺安全管理的理念，在借鉴经验和做法的基础上，积极探索，形成具有自身特色的管理模式。

3.工艺安全管理人员的技能水平提升

工艺安全管理人员包括涉及实施所有工艺安全管理要素的专业技术、管理、操作人员、专业分析师等，工艺安全管理系统的有效运作，需要每个员工的参与。因此，在一定意义上，工艺安全管理人员的技能，往往决定着某个单位工艺安全管理工作的水平。

合理、有效的培训是提升工艺安全管理人员技能的主要途径，我国相应企业应该举办大量的包括风险评价方法以及专业技术知识在内的相关工艺安全的培训，可以用脱岗培训、在岗培训这两种培训方式，培养出一批高素质的工艺安全的管理人员。

4.工艺安全信息的有效利用

工艺安全信息产生于工艺装置使用的各个阶段，是进行危害辨识、风险控制的有效依据，是其它工艺安全要素推进的基础，同时工艺安全信息又是其它要素实施结果的“输入”终端。 因此，工艺安全信息的有效利用在某种程度上也反映了工艺安全管理的水平。

5.完备的技术标准支撑

工艺安全管理区别于传统安全管理的主要特征就是它具有的专业技术性，其管理目标 是实现工艺技术（设备）的本质安全。开展工艺安全的分析、工艺技术的变更、施工工艺安全的管理等要素活动，均与技术标准有千丝万缕的关系， 因此，要做好工艺安全管理，形成一套对企业适用性强、高标准的技术标准体系是很重要的。

6.定期开展评估审核

工艺安全审核可以有效评估和考核 各个工艺安全要素的落实情况，客观反映工艺安全管理水平，持续提高工艺 安全管理标准（制度）的执行力，对于工艺安全管理在整体深入过程中的不足，进行及时更正，制定有效的改进措施，不断提高工艺安全管理水平。

结语

我国国内与国外相比，不论在经济发展水平、运行方式、员工水平还是理念和文化等方面均存在差异，所以，不能直接照搬国外的工艺安全管理模式以及相关规定。而是需要根据我国的安全管理现状，积极借鉴国外的经验和做法，积极探索，不断努力，让工艺安全管理有更美好的明天。

参考文献

[1]粟镇宇.工艺安全管理与事故预防[M]，北京：中国石化出版社， 2008

第2篇：化学工程与工艺的区别范文

关键词：高职院校；学科建设；区域经济；社会服务

学科是高等学校人才培养、科学研究和社会服务三大功能的基础与发展平台，是专业建设的基础，包括科学研究、学科交叉与融合等，是学科的内涵延伸和升华，学校的发展在很大程度上取决于学科建设和发展水平。许多人认为学科建设是本科院校的事情，对学校的一切包括社会声誉和地位起重要作用；而高职院校重点是抓专业建设，注重学科的外延发展、学科的组合与应用，关注的是社会需求与反应。然而，专业是建立在相应学科基础上的一个学科群落，一个专业可能要求多学科的综合和支持，而一个学科可在不同专业领域中应用，离开了学科建设和发展，专业建设根基就不牢固。

随着高职教育的发展，各学科如何进一步建设，成为研究者们思考与探索的重要问题。国外高职教育是通过与企业合作办学，利用双方资源优势互补，互惠互利。国内许多高职院校借鉴国外经验，积极与企业合作，加强了学科建设的针对性，但还存在不足：（1）学科建设中以科技创新为起点的多学科综合和可持续发展问题；（2）校企合作的深度问题。这些是高职学科发展的主要瓶颈。本校结合区域特点开展学科建设，积累了以下一些经验。

一、学科建设的目标

高职院校的学科建设必须明确自己的社会定位，根据专业建设发展需求确定重点建设的学科、目标以及如何建设等。学科建设的目标不是学科繁荣，而是通过学科建设提高专业水平；高职生中有许多人会成为管理者或技术骨干，尤其是对工科学生来说，要具有一定的理论水平才能掌握机器的原理、性能等，才能深入到技术和工艺的内部，解决生产中的技术问题，进而成为引领职业技术发展的前沿人才，这也是高职与中职教育的区别，体现了学科建设的必要性。我院以“就业为导向，走产学研结合的发展之路”，基于区域经济社会发展进行学科建设，建设实用性强、区域特色鲜明、体现技术发展的学科和课程，符合经济社会发展和产业结构不断优化升级的要求，有利于提高学生的就业能力和职业素质。

二、学科建设的实施

（一）以基于区域经济社会发展为特色

办学理念和特色是学校赖以生存的基础，对师生员工起着目标引导与行为激励的作用。生源的不断减少是高职院校面临的突出问题，学校面对的是学生、家长和社会的选择，如果没有特色和社会影响力，将会被淘汰。学科特色和专业特色是最重要、最具直接影响的特色，只有在区域经济社会发展的基础上，融合地方经济特点办出特色，才有竞争力，才能在地区相关产业发展中起到创新和主干作用，学校才能成为支持区域经济社会发展的人才培养基地和科研开发基地，否则将使学校陷入生存危机。我院依托行业与企业进行学科建设，注重学科的整合与配置，建设“专业群”，基于应用提升学科水平，“以学生为本”，把学生塑造成为身体、心理、智力、创新能力、道德素质等各方面全面发展的人才，以满足社会的需求。

（二）学科建设和可持续发展并重

基础知识是学生成长与终生发展的平台，重点建设基础学科既是学科建设自身的需要，也是教学的需要，要在基础学科平台上进行专业学科、交叉学科、前沿学科的建设与发展，下面以化学工程为例来进行分析。

1.学科建设与学生发展

化学工程是我院的传统专业，随着江苏“四大医药板块”的形成和连云港石化行业的大发展，迫切需要懂生产工艺、产品分析及销售等高端技能型人才；化工类专业基础相似，岗位性强，技术密集程度高，对操作人员的要求不是简单的操作技能，也不是单纯的经验积累，而是要对整个流程及所在岗位工艺原理、设备特征有较深入的理解，也需要相关的环保、安全、节能、经济核算等基础知识，因而高职学生要有一定“度”的理论知识和扎实的基础，这离不开学科建设。

2.学科交叉与重组

学科交叉、带动和辐射是其可持续发展的重要方面，学科建设不是单一学科的建设，必须以科技创新为基点统筹规划，从多学科综合、互动、协调发展的角度实施学科的分化和整合；根据学生特点及企业对毕业生的需求，我院化学工程学科建设以服务于应用化工、化学制药、生物制药和工业分析与检测等专业群为目的，在发展高职教育和区域经济的迫切需要下进行学科建设，包括四大化学、化工、机电、信息、外语等基础学科的建设，以增强学生的科技创新能力。

3.学习环境与氛围

良好的学习环境与氛围是提高学科建设水平的另一重要方面，学习国外先进的科学技术和设备，加强与国外学校的交流合作，学习国外办学经验，我院与韩国、法国、美国、日本等有关学校建立了友好合作关系；优良的校风、教风、学风能够激励学生形成优良品行、远大的抱负，体现学校内涵发展的精神底蕴，学院师资力量雄厚，教师的学风与教风深深影响了学生。

（三）校企合作共建共享综合实训基地

校企合作一直是高职院校多年来改革的重要方面，然而成效不大，主要是由于校企双方的价值取向不同，难以形成共同的利益基础，不能很好把握教学和生产的结合，如果只重视生产，不重视教学和学科建设，忽视“培养人才”，学校对企业便产生怀疑；如果过分强调教学，忽视企业“生产”，使企业对合作失去动力；许多“生产型”实训基地也是如此，能够真正做到对学科建设起作用的校企合作并不多见。

我院引进设备工艺先进、管理水平高的骨干企业进校园，共建校内生产型实训工厂和工程技术研发中心，用于生产、创造利润，同时以生产环境培训学生；将应用开发类的企业难题和生产实例融入教学，让学生参与项目的研发，企业将研究成果用于生产；依托实训基地，实施“工作过程系统化”课程教学，按照企业化要求对学生进行培训和考核，企业通过考核引进人才。已创建60余个实训基地，融教学、职业院校共享、培训、研发、技术服务、职业技能鉴定于一体，为江苏虹港石化等多家企业提供职工培训和研发合作，提高了基地的设备运转率和综合效益。通过创新工作基地的建设使学生自主创新能力、新技术应用水平在项目的开发应用中得到提高。企业全面参与建设过程：如人才培养方案的制定、师资队伍和实训基地的建设等，为企业培养“用得上、留得住”的人才。

（四）以科研水平的提高促进学科建设

学科建设是建立在科学研究基础上的，只有重视科研，才能建设学科、发展学科，进而整合学科、提升学科，没有学科建设作基础和带动，任何专业建设都只能在低水平徘徊。提高师生的科研意识和水平，鼓励师生多搞项目、多搞科研、多出成果、促进学科建设，也是学校向更高层次发展的必具条件。

本校以科技服务拓展专业发展，教师积极参加“科技专家进企业”等活动，仅医药化工学院每年参与技术服务的教师就在10人以上。2年内与企业合作申报省、市级技术开发与应用研究项目10项以上、专利8项，科研项目经费累计超过百万元。通过科技服务，提高师资队伍的科研水平和教学能力，通过科研工作，可以使学生对某项目领域的相关知识理解和掌握得更透彻，科研成果进课堂、进教材，以强化学科建设。

（五）建设高层次的“双师型”学科梯队

学科梯队建设是学科建设的关键，教师要不断进行知识更新和补充，为学生带来更多的学科前沿信息，加强高学历人才的工程实践能力，充分利用信息资源丰富和高层次人才集聚的优势，为新技术、新工艺、新设备的应用和推广提供技术服务，解决企业生产中的技术难题，双方共同开展科技攻关，推动科技成果转化，为企业人员、转岗再就业人员提供多个工种、多个层面的技能培训。按照“数量保证、结构合理、素质过硬、整体优化”的原则培养和引进人才，建成专兼职结合的“双师型”优秀创新团队，提高服务区域经济的能力，从企业聘请行业资深专家作为兼职带头人，承担学科建设规划、方案设计、教师培养等工作。

三、学科建设基础上的专业建设

高职学科建设应根据职业岗位需求和本地区的经济特色，面对区域高新技术支柱产业及相关产业应用性较强的前沿领域，以确保学校全面、协调、可持续发展。校企共建学科建设和专业教学指导委员会，创建产学研结合的平台，创新人才培养模式，学校将最新的科研成果及时应用于实践；企业将最新的行业信息和实践结果及时、准确地反馈回学校，避免学科发展方向的偏差。根据岗位分析，确定典型工作任务和行动领域，引导课程设置，培植学校、企业、学生“三赢”的机制，专业间相互支撑，带动专业群的建设。

（一）重组课程体系

由学科建设指导委员会对岗位群职业能力所需要的知识、技能、素质等要素分解和量化，重组课程体系，使课程内容包括整个生产和管理过程，进行“教、学、做”理论实践一体化教学，构建与国家职业资格证书衔接的职业能力课，与生产和就业紧密结合，建立动态和开放的标准评价体系。

例如我校医药化工学院以行业企业的人才需求为依据，以产品的合成、复配、分离和分析的岗位能力培养为主线，融入职业资格标准，引入完整的工作结构，工学结合，将课程分解成以“实际、实践、实用”项目为载体的学习单元，即以“典型产品的生产过程”为教学项目，使学生经历完整的工作程序，完成完整的生产工作任务并获得有意义的成果，促进学生在实践中将认知学习、能力训练、问题探究融于一体，培养学生分析问题、解决问题的能力，带动知识点的学习。其中，涉及到多学科综合知识，包括化学化工、机械、电子、自动化等。我们在药物合成技术课程建设中与江苏德源药业、连云港盛和生物科技有限公司建立了深层次的合作关系。

（二）精品课程开发与教材建设

校企合作编写特色教材，开发精品开放课程。精品课程建设是教学基本建设的核心工作，加强精品课程建设是深化教学改革、实现培养目标的保证。我校以“药物合成技术”、“工程制图与计算机绘图”、《高职高专英语》等省级精品课程带动其他各门课程的建设，无机化学、化工原理、外贸单证操作等课程被列为全校重点建设的精品开放课程。教材建设是专业建设中的重要方面，高质量的教材是培养合格人才的基本保证，根据学校的定位、特色及专业培养目标，我们认真开展理论实践一体化教材编写研究，已有省级及以上精品教材多部。

（三）以人才培养质量评价反馈学科建设

构建贯穿于“学业与职业”全过程的人才培养质量评价与监控体系，建设学校、社会、企业多元化质量评价机制，实现职业技能鉴定与教学质量评价的接轨。每年举行1-2次的专业建设指导委员会会议，审议人才培养方案，指导专业建设和学科建设；通过与企业行业交流，了解技术不断革新的形势下对岗位能力的要求和需求，作为制订招生计划和教学改革的依据；通过教学督导工作，及时发现存在的问题；建立学生对教学的反馈体系，随时了解教学中的不足；采用书面测试与其他评价的多样化方法，考察学生对基础知识的掌握，将评价和指导伴随于教学活动的全过程；坚持毕业生回访和跟踪调查，了解他们的岗位信息及对课程设置的建议，作为每年修订教学大纲的依据之一。

第3篇：化学工程与工艺的区别范文

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.

关键词： 仿真软件；测量仪表及自动化；自动控制系统；教学资源

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

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）07-0182-03

0 引言

《测量仪表与自动化》课程是一门有着广泛社会需求和技术基础的综合性技术学科，其水平是一个国家技术先进程度、生产力发达程度与生产关系相适应的标志[1]。现代化生产过程的科技人员，除了必须深入了解和熟悉生产工艺之外，还必须学习和掌握自动化仪表方面的知识，才能在生产、管理、调度岗位及科研部门充分发挥作用。我校信息与控制工程学院自动化教研室目前开设的这门课程适用专业除化学工程与工艺以外，还面向诸如环境工程、油气储运、建筑环境与设备工程、热工等专业。该课程包括过程测量仪表、过程控制仪表和过程控制系统三大方面的内容，涉及电子、机械、大学物理、自动控制原理等多门学科，是一门知识点多、涉及面广、实践性强、信息更新快的综合性学科。

对于工艺类专业学生来说，缺少相应的专业背景知识、学时短（根据不同专业，目前学时设置为48或32学时）；加之相应控制系统部分概念抽象、知识联系紧密、难于理解，学生学习难度较大。为此，我教研室专门利用LabVIEW研发了自动控制系统仿真软件作为仿真教学资源使用。下面就该软件的开发背景、功能和使用做逐一介绍。

1 自动控制系统仿真软件的开发背景

1.1 《测量仪表与自动化》教学中的重点和难点 目前我校《测量仪表与自动化》课程大纲明确要求学生掌握自动化仪表的基本原理、结构和特点，为自控设计根据工艺条件选择合适的仪表；除此之外，更强调掌握自动控制系统的基本概念，能对工艺过程提出合理的检测和控制方案。

笔者在教学当中发现，工艺类专业的学生在学习过程测量仪表部分，各种压力、物位仪表虽然种类繁多，但相应学时较长，占到总学时一半左右；加之内容直观，通过图片、实物、动画等方式，学生们可以理解掌握。但随着课程内容进展到过程控制仪表部分，接触到控制器、执行器以后，一些抽象概念诸如控制点、控制规律、控制器正/反作用、调节阀气开/气关、PID算法等内容逐渐让学生感到吃力，且内容相对较少，讲解速度较快。而最后一部分过程控制系统中被控对象的动态特性、自动控制系统的过渡过程、被控变量、操纵变量及控制器参数整定等概念也让学生感觉枯燥单调，学习积极性不高，难以形成有关系统的概念。

这一点可从《测量仪表与自动化》期末考试及课程设计环节中发现，部分学生由于不理解自动控制系统的基本概念，设计出来的控制方案东拼西凑，导致整个设计文件完全错误。

1.2 工程实践中的重要性和实用性 关于过程控制系统基本概念的重要性，笔者还有过亲身的体会。一次在某大型炼厂的催化裂化车间调研过程中，该车间的工艺技术骨干就急迫提出希望我们能够给他仔细讲解一下PID参数整定的内容。这是因为他意识到自动控制系统对于装置设备的平稳、高效和安全的重要性，而对PID参数的认识不够使他不能大胆自信的在DCS工程师站整定PID参数。经过两个小时的讲解，该工程师详细做了笔记，并就相关概念提出了大量问题。

另一次参与某石化公司新项目装置开工建设过程中，负责工艺的工程师需要给新上岗的操作工人培训装置的控制方案。但拿到设计图纸后，面对图纸当中的复杂控制系统，诸如分程控制、比值控制及选择控制等尚不能充分理解，更何谈培训上课。发愁之余，找到笔者帮忙。除了讲解了上述复杂控制方案后，对方还索要《测量仪表及自动化》一书作为参考书使用。本课程内容在工程实践中重要性和实用性可见一斑。

1.3 其他院校的多媒体教学手段 近年来各高等院校不断就《测量仪表及自动化》的教学内容、教学方法、教学模式等进行着的讨论、改革与探索[2-5]。上述文章当中无一例外提到，这是一门专业理论知识与工程实践结合非常紧密的课程，教学中应摒弃单一的板书和PPT授课方式，而充分利用多媒体和计算机技术进行仪表设备及自动控制系统的演示。孙自强提出利用通用的工控组态软件的演示版，可形象的模拟控制现场和控制室的操作[3]。曾珞亚等利用Matlab与VB混编来显示过渡过程曲线和进行控制器参数整定[4]；邬勇奇等制作了Flash仪表动画[5]进行演示，如电接点信号压力表等10个仪表动画。

2 自动控制系统仿真软件的基本功能

该仿真软件选取液罐代表了生产过程中的物位对象。与直接使用实际装置仿真软件相比，可使学生避免花费大量时间熟悉整套生产流程和繁复的组态软件操作，而将注意力全部放在控制仪表与控制系统上。下面介绍软件的基本功能。

2.1 手/自动控制系统的对比 该软件专门设计了手动控制和自动控制的切换界面。手动控制界面如图1所示，仅有液罐（被控对象）、进水手阀和出水手阀。界面上还显示柱状显示水位设定值、实时液位实际值及设定值曲线显示。操作者课根据实际水位（测量值）和理想水位（设定值）相比较的结果，决定开大或关小手阀阀位，从而调整液罐水位，模拟实际工况中的人工控制。手阀阀位的修改可以直接修改阀位文本框，或通过转动手轮实现。

自动控制界面如图2所示。与手动控制界面相对比，自动控制界面增加了液位传感器、PID控制器、调节阀（由原手阀修改），与原液罐构成一个完整的单回路控制系统。界面色彩鲜艳，各环节设备形象生动，基本能够达到真实现场的使用感受。

2.2 测量传感器的设计 该水箱液位传感器模拟恒浮力液位计。浮球始终漂浮在液面上，随着液面高低变化而变化。液罐下方增设了液位计的仪表表头。此外，测量值采用红色细信号箭头线（区别与蓝色的粗管道线）送给控制器，表明了仪表之间的逻辑关系。

2.3 控制器的基本功能 控制器面板如图2自动控制界面左侧所示。该控制器模拟实际单台数字调节器（如DRC-97智能记录调节仪），实现了控制器的基本功能。

2.3.1 显示功能及控制运算 控制器面板上显示偏差（比较器）、输出（运算器）、给定值（水位给定）及PID参数等。PID参数可以根据用户需要实时交互式修改。

在自动状态下，根据水位给定和水位测量值得到偏差e，控制器将按照PID算法给出输出操纵值（MV，Manipulated Value）信号。值得注意的是，控制器的设定值与测量值通过采用红色细信号箭头线送给比较器，而比较器得出的偏差e送给运算器进行运算。同时该操纵值信号同样用红色细信号箭头线传送到调节阀上，表明了信号之间的基本关系。

2.3.2 控制器的正、反作用选择 控制器下方的两个选择按钮分别是正作用和反作用。选择正作用时，控制器的测量信号增大（或给定信号减小）时，其输出信号随之增大；反作用则当调节器的测量信号增大（或给定信号减小）时，其输出信号随之减小。这是控制器构成闭环负反馈控制系统的必备功能之一。

2.3.3 手动/自动切换 控制器具备手动/自动切换功能。选择自动时，红灯亮且功能面板显示“自动”字样。此时，控制器输出根据控制规律随偏差变化而变化；选择手动时，绿灯亮且功能面板显示“手动”字样。此时控制器输出与偏差无关，控制规律无效直接由手操纵控制器输出，类似于直接手调阀门开度。

控制器还具备实现手/自动双向无扰动无平衡切换功能。在手动状态下，此时设定值（水位给定）不能由操作者输入运算器文本框改变，而是跟随测量值的变化而变化，始终保持偏差为零，即控制器PID算法输出增量为零。所以切换至自动瞬间，控制器输出无跳变；在自动状态下，控制器的设定值可以通过改变水位给定文本框或柱状显示来改变，此时输出不能通过文本框改变。切换至手动的瞬间，控制器输出无跳变。该控制器具备实现自动/手动无扰动无平衡切换功能。

2.3.4 调节阀的设计及气开/气关选择 执行器模拟最常见的薄膜式气动调节阀。气动调节阀有气开式与气关式两种形式。软件中所设计的调节阀，若选为气阀，运算器输出为0%，阀门全关闭，运算器输出为100%，阀门全打开。

2.5 系统过渡过程的显示与保存 为了说明控制系统的工作机理，实时曲线显示是必不可少的。界面右侧的绘图窗口可实时显示水位测量值、设定值及操纵值。可根据需要任意改变曲线的颜色和宽度。需保存某曲线画面时，右键导出简化图形即可。图3衰减震荡过程的简化图形。

3 仿真软件应用举例

下面以2学时实验为例，介绍该仿真软件的使用。提前下发电子版实验讲义及软件说明书，供学生预习及在实验上机过程中参看。

3.1 熟悉软件的基本操作（10分钟）。首先，引导学生观察手动控制界面与自动控制界面的区别。总结一个完整的自动控制系统包含哪几部分？该水箱液位控制系统当中的被控变量和操纵变量分别是什么？并要求学生在实验报告中画出该控制系统的方框图。

3.2 对象特性测试（10分钟）。利用测试法建立被控对象模型，并将测试曲线图进行保存。根据测试曲线确定对象的放大系数、时间常数及纯滞后时间。

3.3 调节阀气开/气关及控制器正/反作用的选择（10分钟）。给出工艺安全生产的条件，液罐水位系统中要求液位不能溢出。请学生选择调节阀气开/气关形式及控制器正/反作用。观察若选择不当会出现什么结果。

3.4 自动控制系统投运（10分钟）。复习自动控制系统投运的基本步骤，将手动状态调到稳定状态下进行投运。观察投运过程中控制器的无扰动无平衡切换现象。

3.5 控制器参数的工程整定（40分钟）。

3.5.1 纯比例（P）控制作用下的过渡过程测试 保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Ti>5000s，Td=0s），Kc分别等于1，5，20时，设定值从50%变化到60%时，得到的过渡过程曲线。将曲线画面保存并进行对比，说明Kc的变化对过渡过程的影响。

改变出水阀的阀位（相当于改变对象特性）至80%，重复上述步骤，观察曲线的变化。

3.5.2 比例积分（PI）作用下的过渡过程测试 保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Kc=3，Td=0s），Ti依次设置为4，10，20。说明Ti的变化对过渡过程的影响。改变对象特性（同3.5.1）后重复本步骤。

3.5.3 比例积分微分（PID）作用下的过渡过程测试

保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Kc=3，Ti=10s），Td依次设置为0，2，10，20。说明Td的变化对过渡过程的影响。改变对象特性（同3.5.1）后重复本步骤。

3.6 整理实验数据、图表，回答思考题（20分钟）。

4 结语

本文介绍了由我教研室自主开发的自动控制系统仿真软件的基本功能和使用。通过该仿真软件的应用，解决了《测量仪表及自动化》课程中实验设备短缺、教学手段单一的问题。该教学资源对于提高学生学习的兴趣，研究和掌握课程的重点及难点，培养工程实践概念都具有重要意义。

参考文献：

[1]杜鹃编，《测量仪表与自动化》[M].东营：石油大学出版社出版.

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