自动化专业实践教学基地建设研究

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摘要：自动化专业实践教学环节应立足于专业培养目标，培养学生实践和创新能力。以往的实践教学环节中存在着设计题目工程背景淡化及学生动手操作不足等问题。通过建设自动化实践教学基地，加强学生工程能力训练，推动自动化专业科技创新人才的培养。

关键词：实践教学基地；综合实践；毕业设计；生产实习；工程能力

作者简介：聂建英（1972-），女，湖南桃源人，中国石油大学（北京）自动化系，讲师；罗雄麟（1963-），男，湖南汨罗人，中国石油大学（北京）自动化系，教授，博士生导师。（北京 102249）

基金项目：本文系2010年教育部第六批高校特色专业项目（项目编号：TS11822）的研究成果。

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）15-0080-03

在中国石油大学（北京）（以下简称“我校”）自动化专业实践教学环节中，与专业相关的主要实践课程有：生产实习、过程控制综合实践、计算机控制综合实践以及毕业设计等。但是，在实践教学课程的实际运行中，存在着综合实践课程与生产实习脱节，生产实习严禁学生操作而导致实习效果欠佳等问题。我校作为一所具有鲜明石油特色的高等院校，自动化专业学生毕业后将直接进入石油石化行业就业。校园是大学生学习最重要的地方，强化学生实践和创新能力的工程教育要结合行业和区域特点，建构合理的实践教学体系，实施工程教育创新，提高学生实践和创新能力。[1，2]

一、当前自动化专业实践教学环节存在的问题及改革措施

1.综合实践及毕业设计存在的问题

当前我校自动化专业实践教学缺乏对学生工程意识的培养。校内综合实践及毕业设计题目工程背景呈淡化趋势。自动化专业综合实践以教为主，缺少现场资料，培养的学生“从学校到学校”，工程实践能力不强。不能使学生具有从事实际工作的实用技能。毕业设计选题通常是教师出题，学生选题方式，教师拟定的题目往往与其所授科目及从事的研究方向有关。学生不了解，难以发挥学生的积极主动性。[1]

2.生产实习中存在的问题

实习环节在专业培养计划中肩负着专业理论学习与实践应用直接关联的任务，实习环节的教学内容、教学方式也直接显示了学校的办学特色。过去，我校自动化生产实习的场所均在各石油化工企业，石油石化企业现代化管理制度的日益完善，使得学生进入石油石化企业现场的难度增大，生产单位不愿意接待学生实习，实习的内容在不断简化，学生只能看、不能动手实践，现场实习时间缩短，因此实习教学的效果在下降。但同时，现代化石油石化企业对所接受本科毕业生的要求不仅没有改变反而更高，他们希望大学生到工作现场后能快速适应环境，但是，学生的实际表现往往与他们的期望脱节，学校培养的学生需要经过二次培训才能达到企业的实际要求。

3.实践教学改革措施

在新形势下，高校实践环节如何改革，教学水平如何提高是高校深入教学改革的重要内容。借鉴其他高等院校国家工程训练中心和企业实训基地的建设理念，以及现代仿真技术在石油石化行业的发展应用，半实物仿真基地的建设将成为石油高校主干专业实践教学改革的必经之路。

现代化的炼油和石油化工装置对自动化控制系统的要求越来越高，要对装置和工艺过程进行有效地操作和控制，装置工程师、控制工程师、生产操作人员必须在较短时间内掌握先进的控制技术，熟悉调节控制的方法，全面掌握工艺过程原理及动态特性等一系列与生产操作相关的知识。

学校建设了仿真实践教学基地，为学生提供有效的实践机会，全面提高学生的素质和综合操作技能水平、过程知识和经验，使他们掌握新的、先进的控制系统，熟悉调节控制的方法，全面掌握和了解工艺过程本身的原理以及其动态特性，缩短将来适应工作环境的时间，充分发挥理论和实践相结合的优势。

二、自动化实践教学基地建设

1.建设内容

自动化实践教学基地分两部分建设：催化裂化工艺装置半实物仿真系统；炼油化工过程的仿真培训系统。

炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（operation training system，OTS）上下两层系统构成。

催化裂化半实物工艺流程仿真系统，按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件。

2.催化裂化工艺装置半实物仿真系统

按工业装置实物比例缩小的催化裂化实物仿真装置并与仿真模拟培训系统配套硬件，体现提升管反应、两段再生、外取热、原料掺渣油、小回炼、催化裂化产物分离、液化气生产、汽油处理和稳定等过程的等特点。

实物工艺流程仿真装置为全装置，包括反应再生设备、塔、压缩机、机泵、换热器、空冷器等设备构件。以学校提供的某真实炼油厂催化裂化装置进行8∶1比例缩小建设。装置内不运行实际物料，部分重要输入输出数据与实物装置现相联系。以DCS控制系统为中心，反应—再生和分馏系统的重要数据在实物装置上显示，重要阀位数据现场显示和调节双向传送。

各种阀门以及相关仪表包括流量、液位、压力等，所有控制操作在DCS系统上操作完成，现场阀操作在装置现场真实操作，工艺变化的参数为“模拟计算出”的参数，由仿真软件提供。除了半实物催化裂化装置，OTS系统还订制开发了匹配的催化裂化工艺模型。

3.炼油化工过程的仿真模拟培训系统

建设基于霍尼韦尔先进的 ePKS（即Experion 过程知识系统）DCS 控制系统及 Unisim 模拟平台的仿真模拟培训系统。Experion 过程知识系统是最新一代的过程自动化系统，UniSimTM 是业界应用广泛，并经多年工程实践检验的仿真模拟平台。它内置严格的物性库和热力学状态方程，采用模块化的模拟引擎来执行实时的工艺和控制系统动态模拟计算。模型今后可扩展余地很大，能不断添加新的内容，确保今后10到20年不落后，与目前石油石化企业仿真培训系统保持一致，与企业保持技术零距离，使学生得到充分锻炼。建成的仿真系统具备先进性、开放性及标准化，易于今后的不断扩展。

（1）炼油化工过程的仿真模拟培训系统系统结构图。炼油化工过程的仿真模拟培训系统由集散控制系统（DCS）和操作培训系统（OTS）上下两层系统构成。系统总体应具有开放性、标准化、先进性。

（2）炼油化工过程的仿真模拟培训系统基本配置。炼油化工过程的仿真培训系统包括一套ePKS DCS控制系统和一套操作培训系统（OTS）。其中操作培训系统（OTS）含5套Unisim仿真模拟系统和5个标准工艺模型，其中FCC模型需要定制开发，与所建设的半实物工艺流程仿真装置匹配。5个标准工艺模型分别为：常减压蒸馏装置模型（CDU& VDU）、连续重整装置（CCR）、柴油加氢装置（DHDS）、加氢裂化装置（HCU）、催化裂化（FCC）。

每套Unisim仿真模拟系统包括1台仿真模型服务器（兼作模型工程师站），1台教员站（兼作现场站），3台DCS操作站，1台DCS接口通讯站和1台控制模拟站。其中DCS操作站和第一部分的DCS控制系统共享。

整套Unisim仿真模拟系统以数据模型为基础完成人员的培训及其他应用，可对所模拟装置的冷态开车、热态开车、正常运行、正常停车、紧急停车等进行充分准确地模拟和培训。

以上五套标准仿真工艺模型可在5套Unisim仿真模拟系统上任意切换，以达到最优化使用；即5套仿真模拟系统上都加载所有5套模型，用户可任意选择5套仿真模拟系统同时运行相同的模型或不同的模型。