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為了實現(xiàn)對學(xué)生全方位的考核與測試,我們將模擬電子技術(shù)課程基本理論、EDA軟件設(shè)計以及電路實驗操作進行綜合,形成一套模擬電子考試體系,該體系主要包括基礎(chǔ)理論考核、EDA仿真軟件設(shè)計以及電路實驗驗證環(huán)節(jié)。具體考核形式如下:本課程通過測試學(xué)生能否在規(guī)定的時間內(nèi)完成本課程主要知識點的電路原理的驗證實驗。該課程總評成績的評定是結(jié)合綜合測試和平時成績兩部分綜合考核,各占成績的50%。其中平時成績給定方式為劃分5個等級,分別為優(yōu)、良、中、及格以及不及格。考核的內(nèi)容分別為:上課缺勤率、教學(xué)互動情況、課堂作業(yè)完成情況、實驗內(nèi)容充實與完整性情況。其中綜合測試成績主要通過理論分析、仿真設(shè)計、現(xiàn)場調(diào)試操作以及數(shù)據(jù)測量與分析這幾部分構(gòu)成,最后根據(jù)完成電子系統(tǒng)的整體性能給定成績。具體評分標(biāo)準如下:1.每個學(xué)生需獨立完成三個實驗和仿真電路的搭建,每個電路原理圖5分,完成電路搭建的學(xué)生,監(jiān)考老師會在其上機測試的試卷上進行電路設(shè)計打分。2.在理論計算完成之后,根據(jù)每個電路原理圖,完成相應(yīng)要求的答題,仿真結(jié)果與實驗測試結(jié)果分別寫在測試卷上,其具體評分標(biāo)準在上機實驗測試卷注明。由于本課程涉及知識點多,知識面較廣,故對學(xué)生在知識的融會貫通能力上要求較高,不但要掌握模擬電路基礎(chǔ)理論,還要熟悉EDA仿真軟件設(shè)計,最后還要熟悉實際電路操作,進行實驗驗證。
二、課程考試改革體系實際案例
以二級反饋電路設(shè)計考題為例,要求針對這一考試題目,學(xué)生掌握以下三點:1.掌握放大器基本原理;2.掌握基本放大器和負反饋放大器的放大倍數(shù)間的關(guān)系;3.掌握負反饋放大器能改善輸出波形的原理??荚囶}目為:(1)當(dāng)開關(guān)放在位置“1”時,請判斷此電路中引入的反饋網(wǎng)絡(luò)是哪些?反饋的信號是直流還是交流信號?是正反饋還是負反饋?哪種組態(tài)?對電路的哪些性能有影響?(2)首先,調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點,設(shè)置Vc1=5.2~5.6V,Vc2=4.5~4.8V,當(dāng)輸入電壓設(shè)置在1~3mV時,分別求出開關(guān)放在位置“1”與位置“2”時的交流信號輸出與輸入的電壓之比。(3)觀察輸入波形的失真并改善:輸入信號的頻率保持1KHz,逐步增大輸入信號Vi,使輸出波形出現(xiàn)失真,(Vi=10mV)(a)在無反饋的情況下(但有Rf的負載效應(yīng),即Rf與RL并聯(lián)),記錄此時的VO值,觀察波形。(b)在上述情況下,接入負反饋回路,觀察輸出波形。然后增大輸入信號使輸出也為VO值,觀察并比較兩波形。通過上述三個問題,學(xué)生首先要對電路進行理論分析,綜合所學(xué)基礎(chǔ)理論,對反饋形式進行判定。然后再運用EDA軟件,例如EWB軟件,對電路進行設(shè)計,并完成仿真,得到兩個開關(guān)位置下的交流信號電壓放大比例,同時在實驗平臺上構(gòu)建實際電路進行驗證。最后,通過EDA仿真手段與實驗電路驗證組合的方法,結(jié)合EDA中模擬示波器與實際示波器輸出波形,完成輸入輸出波形記錄,理解反饋電路對于波形失真的改善原理與效果。綜合上述操作,進行考試打分。各個子模塊都有分值標(biāo)定。經(jīng)過三個模塊的考核,綜合測試學(xué)生的基礎(chǔ)理論水平、EDA仿真軟件設(shè)計能力以及實際電路搭建及操作能力。教師則針對新的考試體系出現(xiàn)的新情況、新現(xiàn)象進行總結(jié),進一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與專業(yè)水平,使得學(xué)生真正能夠達到理論與實際結(jié)合,甚至能夠提出富有創(chuàng)新意義的課程學(xué)習(xí)思路。
三、結(jié)論
[關(guān)鍵詞]模擬電子技術(shù);工作過程教學(xué);職業(yè)情境
Abstract:Theteachingmodeofmockelectronicalskillshouldbebasedonworkingcourse.Relyingonvocationalsituation,teachersregardtheprojectasacarrierinteachingorganizing.Meanwhileteachersshouldcreatevocationalsituation,enlightenstudents,andcultivatemethodandabilityintheprocessofteaching.
Keywords:mockelectronicalskill;teachingbasedonworkingcourse;vocationalsituation
一、基于工作過程教學(xué)的必要性
工作過程教學(xué)是由工作實際來確定典型的工作任務(wù),并為實現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)而按完整的工作程序進行的教學(xué)活動。
我國經(jīng)濟的快速發(fā)展需要大批的高技能高素質(zhì)的勞動人才。特別在電子行業(yè),產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)推陳出新,變化更是日新月異,高技能人才緊缺。高職院校成了培養(yǎng)高技能人才的主力軍。但是高職院校的發(fā)展只有十幾年的時間,硬件、軟件條件還未充分具備,而且在辦學(xué)觀念上經(jīng)歷了一個摸索的過程。高職院校電子類專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)率較高,但進入職業(yè)角色的適應(yīng)期卻長,原因在于在校學(xué)習(xí)的理論與實際應(yīng)用技能之間沒有很好地對接。盡管學(xué)生有半年甚至一年的頂崗實習(xí)過程,但其作用、效果還是不盡如人意。在職業(yè)競爭中學(xué)生需要的是具有較強實踐技能,較高的職業(yè)素質(zhì),具有能適應(yīng)某類工作群和轉(zhuǎn)崗的一種能力。無疑,培養(yǎng)這種能力就是我們的責(zé)任,我們的教學(xué)應(yīng)使學(xué)生獲得以上能力,實現(xiàn)與工作實際零距離的對接。要做到這一點,必須將工作過程融于教學(xué)之中。
現(xiàn)代教育研究及實踐表明,本科院校大多數(shù)學(xué)生屬于抽象思維的智力類型,而職業(yè)教育的學(xué)生,大多數(shù)是形象思維的智力類型,兩者是同一層次不同的人才類型,沒有智力的高低貴賤之分,只是智能的結(jié)構(gòu)和類型的不同。職業(yè)教育也是一種類型的教育[1]236。不同智能結(jié)構(gòu)和智力類型的人對知識的掌握也具有不同的指向性,具有形象思維智能結(jié)構(gòu)的職院生,具有能較快地獲取經(jīng)驗性和策略性的知識的優(yōu)勢,只有采取適合形象思維智力類型的培養(yǎng)模式,才有利于培養(yǎng)生產(chǎn)、管理和服務(wù)第一線的高技能型人才。這就要求教學(xué)在課程開發(fā)上應(yīng)以情境性原則為主,教學(xué)過程應(yīng)是經(jīng)驗的形成過程和策略的構(gòu)建過程[1]217。知識的獲取是在“為了行動”的目標(biāo)指引下“通過行動”而實現(xiàn)的,而行動體系的參照系就是工作過程。
二、實現(xiàn)工作過程教學(xué)的必要條件
課程教學(xué)與工作過程之間的紐帶是學(xué)習(xí)情境,要創(chuàng)設(shè)工作過程的學(xué)習(xí)情境,必須解決“硬件”與“軟件”兩大問題。這里的“硬件”是指圍繞學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)情境,是一種“真真假假”的“建構(gòu)存在”[1]230,是對實際職業(yè)情境經(jīng)加工而構(gòu)建的一種柔性集成的存在,這就要求把建構(gòu)優(yōu)先與指導(dǎo)優(yōu)先的教學(xué)原則融合起來,使教室既是集理論教學(xué)、小組工作、實驗操作的多功能教室,又是采用智能化媒體的具有高仿真度的虛擬的實習(xí)場所。這種教室所構(gòu)建的職業(yè)與學(xué)習(xí)集成的情境將學(xué)習(xí)過程與工作融于一體,形成了學(xué)習(xí)就是工作的學(xué)習(xí)氛圍,教學(xué)能產(chǎn)生理想的效果。
這里的“軟件”是指教師思想觀念的轉(zhuǎn)變和教學(xué)方法的更新。思想觀念的轉(zhuǎn)變,首先要清楚認識高職教育的育人目標(biāo),學(xué)生的智力類型,明確過程教學(xué)的必要性;其次是教學(xué)行動中角色的改變。傳統(tǒng)教學(xué)過程以教師為中心,教師按照自己的理解去“教”,難免使知識世界失去本色。而工作過程的教學(xué)是以學(xué)生為中心,學(xué)生在做中去學(xué)習(xí)、體會,從而感受知識世界的本來面目。教師的角色應(yīng)是學(xué)習(xí)過程中的組織者、咨詢師,在教學(xué)方法上要結(jié)合工作過程進行創(chuàng)新。
三、工作過程教學(xué)的實施
1.創(chuàng)造職業(yè)情境
我們學(xué)生的智力類型主要具有形象思維的特點,它不是線性、一維的,而是面型、多維的[1]23,這種思維總是與情境相聯(lián)的,其對知識的選擇具有明確的指向性,經(jīng)驗形成與策略構(gòu)建離不開具體情境,所以教學(xué)必須融入到職業(yè)情境之中,讓學(xué)生在項目完成過程中獲得經(jīng)驗(怎么做)和策略(怎么做更好)。模擬電子技術(shù)的教學(xué)以工作過程為導(dǎo)向,將其內(nèi)容分成若干模塊,一個模塊作為一個子項目,最后整合為一個大項目。過程性知識的學(xué)習(xí)在這里除了對學(xué)習(xí)場地的要求之外,重點要求必須結(jié)合每個教學(xué)子項目設(shè)置學(xué)習(xí)情境。首先盡量對真實的職業(yè)情境進行模仿,創(chuàng)設(shè)不經(jīng)加工而能直接移植的最具典型意義的學(xué)習(xí)情境,設(shè)計與職業(yè)工作過程具有一致性的教學(xué)過程,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是“身臨其境”的工作過程,學(xué)習(xí)是主動、過程性的行動。不過學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)要求做到:學(xué)習(xí)情境的設(shè)置要貼近實際,易于實現(xiàn);項目具有典型的工作任務(wù)性,目標(biāo)明確,且容易理解,符合經(jīng)驗(例如我們要學(xué)生完成的子項目有電壓放大電路、功率放大電路、穩(wěn)壓電源等,這些都是目標(biāo)明確的典型的工作任務(wù));工作過程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的錯誤或干擾能進行糾正和排除,在解決問題中積累經(jīng)驗(如放大電路中出現(xiàn)放大管無放大能力的問題,可采取改變偏置,提供工作條件,或檢查三極管的好壞,或檢查元件裝配是否正確,或看是否滿足頻率要求等);在策略能力的發(fā)展上有施展的空間(如:整流濾波電路設(shè)計,一般要求制作橋式整流電容濾波電路,而對基礎(chǔ)好的學(xué)生可要求根據(jù)電路選擇參數(shù),并制作∏型濾波,提高濾波效果)。
2.教師要善于啟發(fā)學(xué)生
模擬電子技術(shù)的應(yīng)用性強,教學(xué)應(yīng)遵循情境原則,努力實現(xiàn)職業(yè)氛圍。教學(xué)作為一種有意識的活動,首先要重視促進學(xué)生對實踐情境的理解,項目教學(xué)目標(biāo)有定向性、應(yīng)用性與整體性,我們的教學(xué)是一種“有目標(biāo)的活動”即“行動”,所以要求學(xué)生“為了行動而學(xué)習(xí)”,這是強調(diào)學(xué)生的主觀意識行動;同時“有目標(biāo)的活動”又強調(diào)行動就是學(xué)習(xí),要求“通過行動來學(xué)習(xí)”,這是指學(xué)生的客觀具體的行動
[1]21-22。過程學(xué)習(xí)中必須要求學(xué)生實現(xiàn)動作行動與心智行動的整合,達到所謂“動作到位,心意到位”。
工作過程的教學(xué),教師是學(xué)習(xí)情境的設(shè)計者,學(xué)習(xí)過程的組織者,學(xué)習(xí)問題中的咨詢師。教師應(yīng)善于引導(dǎo)啟發(fā),構(gòu)建和諧課堂。模擬電子技術(shù)可采用五個階段的教學(xué)方法。(1)教師引出項目,提出問題,講述必要的知識,學(xué)生獲取信息;(2)師生討論項目的實施方案;(3)學(xué)生實施方案,教師幫助,解惑釋疑。(4)師生共評項目成果;(5)教師提供新信息(新知識)、新要求,學(xué)生另辟路徑完成項目,或變動參數(shù)優(yōu)化,擴展項目功能。這一步能培養(yǎng)學(xué)生的策略能力,以求怎樣做更好。
教學(xué)中強調(diào)指導(dǎo)性原則與構(gòu)建性原則的融合,讓學(xué)生在主動、自我構(gòu)建與情境引導(dǎo)中學(xué)習(xí),在主動存在與受動存在中轉(zhuǎn)換,而教師是在激勵、咨詢中指導(dǎo)、在解釋中教,在反應(yīng)存在與主動存在中轉(zhuǎn)換。
需要強調(diào)的是,工作過程的教學(xué)能否成功,要著眼于學(xué)生獲取過程性知識是否完整,學(xué)習(xí)過程的完整性培養(yǎng)與學(xué)生職業(yè)工作過程的完整性有著密切的聯(lián)系[1]242。因此教學(xué)中要使“指導(dǎo)行動的思維過程具有完整性”,可對學(xué)習(xí)項目完成的過程從資訊、計劃、決策到實施、評估進行整體思考。同時要求學(xué)生“完成行動的工作過程具有完整性”,學(xué)習(xí)行動過程不能半途而廢,完成學(xué)習(xí)任務(wù)一氣呵成,注重效率。
3.培養(yǎng)方法能力
這里所說的方法能力,是指學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,積累經(jīng)驗,獲得技能,在新的職業(yè)情境下能超越曾經(jīng)被證明的有效的辦法和經(jīng)驗去應(yīng)對,靈活地、創(chuàng)造性地解決問題,進行工作。根據(jù)這樣的要求,針對模擬電子技術(shù)的特點,我們強調(diào)首先發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,這里的學(xué)習(xí)能力,側(cè)重于吸收、運用與創(chuàng)新。模擬電子知識理論性、操作性及實用性都較強,學(xué)生也認為難學(xué),因此必需的理論性知識可先講,較復(fù)雜的電路組成和應(yīng)用可先演示,學(xué)生再跟著做。較繁瑣的原理性電路不講,側(cè)重于應(yīng)用,例如對通用型集成運放CF741、集成功放LM386的電路只了解框圖而重點掌握其功能、工作條件和應(yīng)用。學(xué)習(xí)能力是學(xué)生發(fā)展的動力,要注重學(xué)習(xí)方法的建立、學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成訓(xùn)練,結(jié)合具體項目或問題,從模仿吸收開始,再進行基本應(yīng)用(包括儀器儀表的使用)—分析內(nèi)化—開拓創(chuàng)新。
項目的完成過程要求學(xué)生專心投入,積極互動,在完成項目目標(biāo)的基礎(chǔ)上首先滿足大部分學(xué)生“夠吃”,再提出改變條件、結(jié)構(gòu),優(yōu)化性能,提升功效的深層目標(biāo),挖掘那些“不夠吃”的學(xué)生的才智,提供個性發(fā)展的空間。如制作雙差分輸入互補對稱功率放大電路的音頻功放電路,在偏置上通常是相連的,共用部分偏置電阻,為避免級間的相互影響和減小噪聲,可獨立設(shè)置偏置電路,且要重新計算電路的參數(shù)。另外,還可以增加過流、過壓保護和相位補償電路等。行動中要求學(xué)生學(xué)會與環(huán)境互動,面對教學(xué)提供的“真情實境”怎樣落實任務(wù)和目標(biāo);學(xué)會與人互動,融入小組研究中,吸收他人經(jīng)驗;學(xué)會與自己互動。教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)學(xué)生之間一開始就存在較大差距,主要表現(xiàn)在智力因素、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度方面,有些是惰性內(nèi)向的,教學(xué)中要采取“強手”與“弱手”搭配,合作與獨創(chuàng)共存,普遍提高與重點引導(dǎo)相結(jié)合的方式,發(fā)揮學(xué)生的長處,把心理素質(zhì)的培養(yǎng)滲透到教學(xué)的每個環(huán)節(jié)之中,幫助學(xué)生克服心理障礙,積極應(yīng)對,敢于挑戰(zhàn),以克服困難,獲取成功,提高自信心和競爭力。
四、教學(xué)評價以行動能力為核心
對學(xué)生成績的評價,我們要轉(zhuǎn)變觀念,以往評價成績通常關(guān)注結(jié)果,重視學(xué)習(xí)階段的終了狀態(tài)的考核,這是一種顯性的功利性的評價,它不能正確、客觀、全面地對學(xué)生的能力作出判斷。基于工作過程的教學(xué)評價,應(yīng)該是以能力為本的整體性評價,注重的是隱性能力,評價的指向是過程性知識,重視經(jīng)驗的形成和策略的構(gòu)建過程。這就要求注意以下四個方面:一是完整性,它不是要求學(xué)生對模擬電子技術(shù)知識完整性的“物理性”存儲,而是對工作過程的“生物性”把握,是一種除技能之外的包括學(xué)習(xí)能力、反應(yīng)及策略和應(yīng)用、擴展的能力;二是連續(xù)性,要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程,關(guān)注起點與終點之間能力發(fā)展的漸進的動態(tài)過程;三是互動性,不只是老師對學(xué)生評價,而應(yīng)有學(xué)生之間的自評與互評;四是反饋性,行動中學(xué)生反饋出的新思路、新策略都是能力發(fā)展的表現(xiàn)。對學(xué)生的評價是一個很細致的過程,職業(yè)能力的評價應(yīng)以職業(yè)實踐所需的行動能力作為起點,對學(xué)生能力進行整體性評價。評價中要把握如下幾點:(1)理論與實際的結(jié)合,平時的技能考試與總體的理論知識考核相結(jié)合。(2)過程與結(jié)果,教學(xué)中每個子項目就可以組成一個產(chǎn)品,不只考核產(chǎn)品形成及功能的正確性,還應(yīng)設(shè)置故障考查學(xué)生判斷、運用知識的思維能力,重視過程的完整性。(3)靜態(tài)與動態(tài)結(jié)合,有筆試,考查對知識的儲備和知識理解的深度;也有技能操作考試,主要考查以職業(yè)技能為主的操作能力、產(chǎn)品改造以及以不同方式實現(xiàn)和擴展產(chǎn)品功能的動態(tài)能力。
五、需說明的兩個問題
1.工作過程中的“真實情境”問題
我們進行的基于工作過程的教學(xué),其實是對工作崗位的一種模擬,它不能等同于真實的工作崗位。其原因:一是真實的工作崗位種類多,學(xué)校的教學(xué)模式無法一一替代;二是學(xué)生在校學(xué)習(xí)活動中的工作崗位和在實際工作中的崗位上心理感受是不一樣的,利益目標(biāo)也不相同。因此在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)使教學(xué)中的工作崗位與實際的工作崗位在客觀層面上應(yīng)有可比性,根據(jù)模擬電子技術(shù)應(yīng)達到的培養(yǎng)目標(biāo),分解項目內(nèi)容,盡量設(shè)計“真情實境”,將設(shè)備、任務(wù)、知識進行整合以求最佳組合。
2.知識的完整性問題
以往我們在教學(xué)中較重視知識的完整性、系統(tǒng)性、全面性,而實際上有相當(dāng)一部分知識理論性過強,學(xué)后遺忘快,以后的工作中甚至用不上,學(xué)生也是“走馬觀花”、“蜻蜓點水”地學(xué),因此相應(yīng)產(chǎn)生“必需夠用”的觀念。模擬電子技術(shù)基于工作過程的教學(xué)方式,首先要在“必需”上做好文章,動手操作,規(guī)劃、設(shè)計、完成應(yīng)用電路,要求學(xué)生主動獲得過程性知識,在操作中解決怎樣做的問題,在觀察中反思為什么要這樣做,從而使理論知識的講授變得利時順勢,接下來是怎樣做才最好,引導(dǎo)學(xué)生探索獲得相同結(jié)果的其他途徑以及電路功能的擴展應(yīng)用,以達到簡捷、節(jié)約、環(huán)保、效用高,這些建立在行動體系上的教學(xué)其效果是事半功倍的。不過這樣的教學(xué)保持了職業(yè)活動的完整性,卻打破了知識系統(tǒng)的完整性、因此教學(xué)中在完成項目的同時還需將達到“夠用”數(shù)量的系統(tǒng)知識和定量理論進行梳理與整合,以知識包的形式授給學(xué)生。
[參考文獻]
本征半導(dǎo)體摻雜后就是雜質(zhì)半導(dǎo)體,非四價原子與四價原子在形成共價鍵中,得到電子成為負離子,失去電子成為正離子。N型半導(dǎo)體就是本征半導(dǎo)體摻入施主雜質(zhì)所形成的,一個施主雜質(zhì)原子在形成一個自由電子過程中變成了一個固定而不能移動的正離子,電子則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴只是少數(shù)載流子。相反,P型半導(dǎo)體則是本征半導(dǎo)體摻入受主雜質(zhì)形成的,一個受主雜質(zhì)原子在形成一個空穴過程中變成了一個固定而不能移動的負離子,空穴則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的電子只是少數(shù)載流子。正是本征半導(dǎo)體摻雜后的得與失,使得雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子數(shù)量有了量以及性質(zhì)的改變,相對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質(zhì)的改變,所以,一般不會作為普通導(dǎo)體應(yīng)用。
二、PN結(jié)的失與得
PN結(jié)就是得與失的產(chǎn)物。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體的交界面因多子極型以及濃度差別,形成多子擴散運動,N區(qū)的電子擴散到P區(qū),P區(qū)的空穴擴散到N區(qū),在交界區(qū)域原有的電中性被破壞,P區(qū)失去空穴留下了不能移動的雜質(zhì)負離子,N區(qū)失去電子留下不能移動的雜質(zhì)正離子。這些不能移動的帶電粒子集中在P區(qū)與N區(qū)交界面附近,形成空間電荷區(qū)。空間電荷區(qū)的逐步建立削弱了多子的擴散,而增強了少子的漂移。當(dāng)多子擴散運動與少子漂移運動保持一種動態(tài)平衡時,交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即PN結(jié)。兩種不同極型的雜質(zhì)半導(dǎo)體在交界面失去多子的過程,得到了一種導(dǎo)電性能獨特于雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的介質(zhì),帶來了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力質(zhì)的突變,這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,即正向偏置?dǎo)通,反向偏置截止。復(fù)合的PN結(jié),在制作工藝上的差別,分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導(dǎo)電性能表現(xiàn)了特有的控制性能,即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。
三、放大電路的得與失
晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構(gòu)建一個放大電路,一個微弱的輸入信號從輸入端引入,在輸出端得到一個幅值足夠的輸出信號,表現(xiàn)了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量,淋漓盡致地表現(xiàn)出信號幅值放大的概念。殊不知,這種放大電路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的現(xiàn)象,而沒看到“失”的本質(zhì)。在放大電路中,工作電源不僅僅只是提供合理的偏置,更主要擔(dān)負著能源作用。放大電路僅僅只是一個信號幅值變換的平臺,微弱的輸入信號能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負載上的能量消耗。最常見的一個事例就是人們?nèi)粘J褂玫氖找魴C,收音機就是一個典型的放大電路。手持式收音機沒有電池,不可能發(fā)聲,裝上電池后就可以接收電臺信號,伴隨聽的時間與音量的大小,電池的消耗程度或使用時間就會不同。沒有收音機,人們不可能感受到空中的電磁波能量,有了收音機而沒有電源也聽不到悅耳的音樂,電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以,嚴格意義上的放大電路是一個能源控制電路,放大電路的本質(zhì)是弱小能量對大能量的控制。放大電路表面上得到了信號的幅值增大,實質(zhì)上消耗了電源電能。
四、差分電路的失與得
單級放大電路的放大能力是有限的,總期望多級放大。多級放大電路是由若干級單級放大電路所組成,這樣單級放大電路之間就存在耦合關(guān)系,直接耦合是多級放大電路的典型結(jié)構(gòu)形式,直接耦合的多級放大電路最突出的弊端就是零點漂移,零點漂移最核心的表現(xiàn)形式就是溫漂,解決零點漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個特性完全一致的單級放大電路復(fù)合而成,表現(xiàn)在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數(shù)一致。差分電路從理論到實用經(jīng)歷了三個演變,即基本式差分電路、長尾式差分電路、帶恒流源的差分電路,這三個演變唯一不變的就是基本結(jié)構(gòu)不變。通過電路分析不難得出結(jié)論,差分放大電路的差模增益與單級放大電路的增益是一樣的,然而,差分電路的共模增益接近零,有較大的共模抑制比,可以很好地抑制溫漂,而單級放大電路就無法解決溫漂問題。第一級放大電路溫漂決定了多級放大電路的溫漂,所以,集成運放的第一級總是差分輸入級??梢?,差分電路通過“失去”硬件(增加結(jié)構(gòu)等價的電路,增大電路成本),得到了對共模信號的抑制能力,而并不改變對差模信號的放大能力。
五、帶寬增益積的得與失
考核放大電路的性能表現(xiàn)在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數(shù)中,它們?nèi)Q于放大電路組態(tài)、晶體管特性、電源以及應(yīng)用的方式。在放大電路的時域分析過程中,總是期望放大電路的放大倍數(shù)越大越好,一級放大能力不夠就采取多級放大,以提高放大增益;在放大電路的頻域分析過程中,總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率,頻率響應(yīng)范圍越寬越好,即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值,提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發(fā)現(xiàn),提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當(dāng)放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個常數(shù),放大電路的放大倍數(shù)增大幾倍,相應(yīng)地該電路的帶寬就會減小幾倍,實際中,既要提高放大電路的增益又要擴展放大電路的帶寬,總是選取基區(qū)體電阻小、發(fā)射結(jié)與集電結(jié)電容效應(yīng)小的高頻放大管??梢?,放大電路帶寬增益積概念表現(xiàn)了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應(yīng)的范圍。
六、反饋放大電路的得與失
反饋是自動控制的一個重要概念,反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段,在電子技術(shù)應(yīng)用中運用極為普遍。負反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號,使得閉環(huán)增益相對開環(huán)增益減小了反饋深度倍,表面上損失了放大電路的增益,然而,對放大電路的其他性能技術(shù)指標(biāo)得到了極大的改善,表現(xiàn)在增益的穩(wěn)定性得到了提高;環(huán)內(nèi)的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善;電路的帶寬得到了擴展;輸入電阻與輸出電阻得到了相應(yīng)的改善。如電壓串聯(lián)負反饋放大電路,增大了輸入電阻,有助于電壓輸入信號的放大;減少了輸出電阻,有利于輸出電壓的穩(wěn)定性。正反饋放大電路中,輸出信號部分或全部反送到輸入端增強輸入信號,閉環(huán)增益相對開環(huán)增益進一步增大,這是信號發(fā)生電路擾動起振的必然要求。信號發(fā)生器不會有輸入信號或者說就是一個零輸入電路,電路接通電源瞬間形成電路換路情形,通過正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)(RC或LC選頻網(wǎng)絡(luò))把輸出端的信號有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大,這種無止境的放大也必然帶來輸出信號的非線性失真,所以在電路中為了防止輸出信號的非線性失真,總是需要設(shè)置輸出穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)??梢?,信號發(fā)生電路由放大電路、正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)三部分組成。穩(wěn)幅的有效措施就是負反饋,所以,信號發(fā)生電路必須維持正反饋特性與負反饋特性的動態(tài)平衡。負反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術(shù)指標(biāo)的改善;正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”,失去了輸出信號的線性度,實際中為了挽回這種“失”,再次引入負反饋特性。
七、橋式整流的得與失
小功率直流穩(wěn)壓電源中整流的任務(wù)就是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電,衡量整流電路性能的主要參數(shù)表現(xiàn)在兩個方面:(1)表征整流電路質(zhì)量的參數(shù),有輸出電壓和脈動系數(shù);(2)表征整流電路對整流元件要求的參數(shù),有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低,脈動系數(shù)大;全波整流輸出電壓高,脈動系數(shù)小。然而,全波整流不僅需要降壓變壓器的副邊引出中間抽頭,更主要對整流元件的反向耐壓提出了苛刻的要求,它是半波整流對整流元件反向耐壓值要求的兩倍。實際中,既要提高整流輸出電壓并減少紋波系數(shù),又要對整流元件反向耐壓的要求不苛刻,有效的技術(shù)手段就是橋式整流,橋式整流相比全波整流,在電路結(jié)構(gòu)上只是增加了兩個整流元件,但輸出效果等同于全波整流電路的整流;橋式整流電路對整流元件的要求等同于半波整流電路對整流元件的要求,把半波整流與全波整流各自的優(yōu)勢整合在一個應(yīng)用電路中。可見,橋式整流電路通過“失去”硬件(增加電路成本),得到了優(yōu)于半波與全波整流電路的整流性能。
八、結(jié)語
在獨立學(xué)院的模擬電子技術(shù)的理論教學(xué)中,眾多學(xué)生感到此課程教學(xué)與實際嚴重脫節(jié),學(xué)習(xí)模擬電路知識僅僅停留在解題上,教師在授課的時候也只專注于電路分析、定理證明、公式推導(dǎo)等計算問題上,卻無法說出相關(guān)電路在實際電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。另一方面在模擬電子技術(shù)的實驗教學(xué)中,實驗流于形式,學(xué)生使用現(xiàn)成的實驗箱,在過多的驗證性實驗“指導(dǎo)”下機械的插拔導(dǎo)線,使得實驗課程枯燥乏味,難以提起學(xué)生興趣。學(xué)生無法對實際元器件進行感性了解,這樣就直接造成學(xué)的知識與實際嚴重脫節(jié)。更有甚者在分組實驗時小組中只有少部分學(xué)生動手,學(xué)生做完實驗不知所謂。此外由于大學(xué)擴招的影響,造成學(xué)生質(zhì)量下降,學(xué)生自學(xué)能力、邏輯分析問題能力不強,如何提升他們學(xué)習(xí)模擬電路的效率,提高其分析問題、解決問題以及動手的能力,是擺在教師面前的一個難題。所以現(xiàn)有的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)無法滿足獨立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標(biāo)。這樣不僅背離了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的宗旨,也嚴重制約應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量,使得獨立學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生處于理論上不如重點本科院校、實踐能力不如高職學(xué)生的尷尬局面。在如今嚴峻的就業(yè)形勢下,必須在學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)的同時,加強學(xué)生分析問題、解決問題的實踐能力的培養(yǎng)。
2獨立學(xué)院模擬電子技術(shù)課程項目化教學(xué)改革
為了滿足獨立學(xué)院將學(xué)生培養(yǎng)成為應(yīng)用型人才的目標(biāo),借鑒職業(yè)教育理念,我們準備對模擬電子技術(shù)課程進行項目化教學(xué)改革,目的是將傳統(tǒng)意義下的模擬電子技術(shù)課程知識進行解構(gòu)、整合、序化,加入電子工藝學(xué)知識,配合課程實驗、課程設(shè)計項目,按照“做中學(xué),學(xué)中做,遞進交互”的教學(xué)理念,以行業(yè)和崗位需求為導(dǎo)向,以培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能為主線,以具體的電路產(chǎn)品為載體,實施項目化教學(xué),一步步提升學(xué)生的專業(yè)實踐能力。
2.1項目化教學(xué)目標(biāo)的分析
根據(jù)項目化教學(xué)要求,以社會就業(yè)行業(yè)和崗位需求為導(dǎo)向,通過對獨立學(xué)院往屆電信和通信相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生及其就業(yè)單位企業(yè)、工作需求市場進行調(diào)研,分析其就業(yè)崗位,總結(jié)出主要的職業(yè)崗位群;然后通過分析各種崗位群對模電課程相關(guān)內(nèi)容的要求,確立獨立學(xué)院模擬電子技術(shù)課程的知識要求、能力要求及素質(zhì)目標(biāo)。
2.2項目化教學(xué)理念與思路的確立
根據(jù)項目化教學(xué)要求,以生活中具體的電路產(chǎn)品為載體,探索基于工作過程的課程開發(fā)與設(shè)計,通過分析真實產(chǎn)品的生產(chǎn)流程,以培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能為主線,以職業(yè)資格標(biāo)準為參照來開發(fā)和設(shè)計模擬電子技術(shù)項目化教學(xué)中合適的項目,實施行動導(dǎo)向的項目式教學(xué)方法,使學(xué)生在獲取知識、提高實踐能力的同時,獲得再學(xué)習(xí)能力和職業(yè)技術(shù)能力。
2.3項目化教學(xué)課程內(nèi)容新體系的構(gòu)建
模擬電子技術(shù)項目化教學(xué)中,課程內(nèi)容和體系改革是課程建設(shè)的核心。本課程在進行教學(xué)的時候,應(yīng)考慮哪些知識是進行項目所需的基礎(chǔ),或者項目進行過程中關(guān)鍵點所在。課程內(nèi)容選取遵循獨立學(xué)院教育的基本規(guī)律,基于行動優(yōu)先原則,針對獨立學(xué)院電信和通信類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及學(xué)生就業(yè)崗位需求,以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點,根據(jù)職業(yè)崗位的任職要求,構(gòu)建新的教學(xué)做一體化課程內(nèi)容體系。根據(jù)課程教學(xué)的需要,將教學(xué)內(nèi)容劃分為兩個大的模塊。基礎(chǔ)模塊:包括基本器件和基本放大電路。在教學(xué)過程中,突出應(yīng)用,以電子產(chǎn)品實例為載體,使學(xué)生掌握模電基本知識點、基本放大電路的分析和設(shè)計方法。這個模塊應(yīng)該強調(diào)基礎(chǔ),支撐后續(xù)課程的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實用模塊:包括集成運放電路和應(yīng)用模塊。通過該模塊的學(xué)習(xí),基本掌握實用模擬電子系統(tǒng)分析、計算、調(diào)試、檢測、設(shè)計的能力。教學(xué)過程中知識應(yīng)該精煉,教學(xué)內(nèi)容及時更新,盡量與實際崗位工作要求相符,更好地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實踐能力。
2.4項目化教學(xué)方法與手段的設(shè)計
對課程進行基于行動導(dǎo)向的教學(xué)改革與實踐。實踐課程中選取多個項目,根據(jù)項目重新整理課程內(nèi)容,將原模擬電子技術(shù)課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機融合到這些制作項目中,通過完成產(chǎn)品組件的分析、制作與調(diào)試等綜合性學(xué)習(xí)任務(wù),使教學(xué)內(nèi)容更加豐富、直觀,更加貼近工程實際。理論教學(xué)主要采用以下方式:(1)“精講+演示”的教學(xué)方式,通過各個具體項目的實物電路呈現(xiàn),使學(xué)生最直觀地認識電子產(chǎn)品的設(shè)計、制作與調(diào)試等相關(guān)知識,通過應(yīng)用實例啟發(fā)學(xué)生興趣、舉一反三。(2)根據(jù)學(xué)習(xí)情境和教學(xué)對象的特點,靈活運用基于行動導(dǎo)向的多種教學(xué)方法,通過多媒體課件、動畫演示、課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的軟件測試等多種現(xiàn)代化教學(xué)手段。將傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段緊密結(jié)合,增強教學(xué)內(nèi)容的動感和趣味性,從而實現(xiàn)更生動的教學(xué)模式。(3)引導(dǎo)學(xué)生使用相關(guān)軟件工具分析和設(shè)計電子電路、重視課后答疑并及時組織習(xí)題討論課,引導(dǎo)學(xué)生進行研究性的學(xué)習(xí),鼓勵學(xué)生大膽提出問題、研究解決問題的途徑和方法。實踐教學(xué)主要采用以下方式:
(1)基礎(chǔ)實驗:“模擬電子技術(shù)實驗”。學(xué)生通過實際元器件的識別和基本電路的測試等訓(xùn)練,對基本放大電路、差分放大電路、功率放大電路、集成運放電路等相關(guān)電路的性能有了更進一步的認識和理解?;A(chǔ)實驗的具體目標(biāo)是使學(xué)生從枯燥的理論知識和乏味的實驗箱操作回歸實際,讓學(xué)生對實際元器件和電路進行感性認識,并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)他們識圖、識器件的基本能力以及實際電路調(diào)試能力,加強理論和實際的結(jié)合。(2)提高性實訓(xùn):“專業(yè)實訓(xùn)”和“電子工藝實訓(xùn)”。完成Protel、Proteus等電子相關(guān)軟件的學(xué)習(xí),指導(dǎo)學(xué)生利用軟件完成功能較為簡單的電路的分析與設(shè)計。要求學(xué)生利用仿真軟件繪制原理圖,利用軟件中的函數(shù)發(fā)生器、示波器、萬用表等虛擬儀器仿真。通過仿真,及時修改電路中出現(xiàn)的錯誤,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改,確定電路參數(shù)、驗證電路設(shè)計的正確性,直到電路仿真通過,達到設(shè)計要求。根據(jù)仿真成功的電路確定具體電路。然后要求學(xué)生利用實驗室提供的元器件和工具,自己焊接電路板,并進行調(diào)試。(3)綜合性設(shè)計:“模擬電子技術(shù)課程設(shè)計”。①為了更好地靈活應(yīng)用所學(xué)的理論知識,將實際結(jié)合到理論中去,在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,依據(jù)工作任務(wù)分析,以小型的電子產(chǎn)品組件的制作、調(diào)試作為能力培養(yǎng)的主線,教師確定多個項目任務(wù),每個項目囊括較多的模擬電路知識點。②要求學(xué)生選取項目任務(wù),根據(jù)教師下達的任務(wù)和要求,討論系統(tǒng)的規(guī)范與功能,并提出系統(tǒng)框圖。③將框圖具體電路細化,利用理論知識,針對實際要求,完成電路的設(shè)計。④利用軟件仿真來確定設(shè)計電路元器件的參數(shù),驗證電路的正確性。⑤根據(jù)設(shè)計電路,學(xué)生列出元器件采購清單,要求親自到市場調(diào)研采購,并結(jié)合成本考慮,采購元器件。⑥學(xué)生通過自己搭接或焊接電路、測試電路性能,最終設(shè)計方案實現(xiàn)。⑦設(shè)計完成之后,學(xué)生必須參加項目答辯,完成設(shè)計報告。
西方發(fā)達國家從中小學(xué)教育開始就注重培養(yǎng)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和動手能力。在美國,家庭常備有用做實驗室的房間,父母從小就注重培養(yǎng)孩子的實踐能力和興趣愛好,在這方面有投資預(yù)算,給孩子們一個認識自我、發(fā)現(xiàn)自己興趣所在的平臺。在英國,課堂的教學(xué)內(nèi)容經(jīng)常延伸到教室外,比如上植物學(xué)課程就帶領(lǐng)學(xué)生們?nèi)ビ^察各種植物;上歷史課,就幾個學(xué)生組成一個組演繹歷史劇情,每次課的內(nèi)容是充滿實踐的,學(xué)生們也并不感到疲憊,教師在必要的講解后主要是學(xué)生在完成實驗或者項目,讓學(xué)生用所學(xué)知識解決實際問題,在用中學(xué)習(xí)。這些先進的教學(xué)理念值得中國教育工作者們借鑒。
二、基于專題作業(yè)和課程設(shè)計的實踐性教學(xué)
在模電課程中,除了布置與理論教學(xué)同步的習(xí)題作業(yè)外,根據(jù)教學(xué)進度擬定若干專題作業(yè)和課程設(shè)計題目,專題作業(yè)和課程設(shè)計與理論教學(xué)同步,并注意這兩方面在教學(xué)進度上的配合。本文以2013學(xué)年模電課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計為例,介紹該實踐教學(xué)方法的基本內(nèi)容和教學(xué)體會。
1.電路仿真專題作業(yè)模電課程的第一次課用1學(xué)時左右介紹電子電路仿真軟件的使用。目前很多電路仿真軟件提供了大量虛擬儀器,有一般實驗室配備的電壓表、電流表、萬用表、雙通道示波器、信號源等,此外還提供一些虛擬儀器,如波特儀等,學(xué)生在使用該軟件的同時也對電子測量儀器有了全面的了解,擴展了知識面。教師可以現(xiàn)場演示,完成一個簡單電路的原理圖繪制、仿真和結(jié)果輸出。模電課程有較多結(jié)論可由仿真實驗驗證,如放大電路靜態(tài)工作點、輸入電阻、輸出電阻、電壓增益等。在課程前期,講解了二極管應(yīng)用電路之后,布置一個電路仿真專題作業(yè),將書內(nèi)的內(nèi)容用軟件進行驗證。要求學(xué)生上交電路原理圖,以及電路仿真輸出和結(jié)果分析。經(jīng)過這個專題作業(yè)的訓(xùn)練,學(xué)生們基本掌握了仿真軟件的使用,并可以用于之后的課程學(xué)習(xí)中。
2.單元電路分析與設(shè)計在期中階段,學(xué)生已經(jīng)掌握了多級放大電路、功率放大電路等理論知識,但書本知識限于篇幅,主要講解直流分析、交流分析及各種參數(shù),以分析為主,這時布置一個單元電路分析與設(shè)計的課程設(shè)計題目,如設(shè)計一個多級電壓放大器,滿足電壓增益、輸入阻抗、最大輸出電壓、截止頻率等指標(biāo),要求學(xué)生提交設(shè)計報告。學(xué)生們先進行電腦仿真設(shè)計,然后在模電實驗箱上搭建電路,確定無誤后選擇電子元器件和萬用電路板,然后進行調(diào)試和修改,撰寫設(shè)計報告。這個課程設(shè)計可由幾名學(xué)生組成小組合作完成,在相互交流中得到知識理解和動手能力的提升。
3.功能電路設(shè)計及制作在模電課程的后半期,布置一個綜合性的功能電路設(shè)計與制作題目,包含模電課程的重要知識點(放大器、濾波器、信號發(fā)生和處理電路、穩(wěn)壓電源),給出一些題目供學(xué)生選擇,如變調(diào)門鈴、直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字萬用電表、音樂彩燈“模擬電子技術(shù)”課程實踐性教學(xué)改革探索控制器,要求學(xué)生組成項目團隊,將該設(shè)計與制作作為一個項目進行。該項目完成后,安排時間讓各位同學(xué)以小組為單位上臺展示自己的設(shè)計和實物作品,總結(jié)在設(shè)計制作過程中遇到的問題以及解決辦法,鼓勵同學(xué)對演講的同學(xué)進行提問,教師負責(zé)掌控課堂秩序和提出問題,把學(xué)生解決問題的思路和方法進行歸納總結(jié),把敘述不充分的部分從理論的高度進行闡述完整。在這個課程設(shè)計中,學(xué)生完成了電路仿真設(shè)計、制作、撰寫報告、答辯等一系列內(nèi)容。
三、需要注意的問題
1.學(xué)時安排問題在總學(xué)時不變的情況下,增加實踐性教學(xué)內(nèi)容必然會占用理論教學(xué)學(xué)時,如果處理不好會顧此失彼。在理論教學(xué)中,應(yīng)以理論夠用為度。對于一門課程,總是可以分出主干部分和細枝末節(jié)部分。對主干部分應(yīng)詳細講解,對枝節(jié)部分則引導(dǎo)學(xué)生自學(xué),在實踐中鞏固理論,用理論指導(dǎo)實踐,使學(xué)生掌握理論知識的同時,提高實踐能力和創(chuàng)新能力。
2.傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體設(shè)備的合理運用對于理論難度大而需要詳細講解的部分,應(yīng)采用傳統(tǒng)的板書方式,教師和學(xué)生一起努力,完成數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)、難點的理解,使學(xué)生聽后印象深刻,思維節(jié)奏也容易跟上老師的節(jié)奏;而對于難度較小的內(nèi)容,可以充分利用多媒體課件講授,使用課件可以使講課內(nèi)容形象生動,并且可以提高授課的效率。傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體課件各有所長,二者合理搭配可以解決教學(xué)信息量大、課時有限的矛盾,并可以收到良好的教學(xué)效果。
3.專題作業(yè)和課程設(shè)計的選題由于教學(xué)時間有限,在專題作業(yè)和課程設(shè)計的選題方面應(yīng)緊貼理論教學(xué)內(nèi)容,注意控制題目的難度。由于學(xué)生處于大二階段,學(xué)生的專業(yè)知識較少,選題除了要緊密結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容外,還要注意趣味性,難度以學(xué)生們適當(dāng)擴展知識就可以實現(xiàn)為度。否則不僅難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,反而會起到相反的作用。
四、總結(jié)
關(guān)鍵詞:信息化教學(xué) 汽車電氣設(shè)備 應(yīng)用與實踐
信息技術(shù)日新月異的發(fā)展,為教育教學(xué)的進一步發(fā)展創(chuàng)新提供了良好的教學(xué)模式和廣闊的教學(xué)空間。由于汽車電器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,原理比較抽象,采用傳統(tǒng)的教師“講”的模式不利于學(xué)生對知識的掌握,而借助現(xiàn)代化的信息化教學(xué),可以優(yōu)化課堂教學(xué),從而提高教學(xué)效率。
一、信息化教學(xué)的定義和特點
信息化教學(xué)就是在信息化環(huán)境中,教育者與學(xué)習(xí)者借助現(xiàn)代教育媒體、教育信息資源和教育技術(shù)方法進行的雙邊活動。
其特點是:以信息技術(shù)為支撐;以現(xiàn)代教育教學(xué)理論為指導(dǎo);強調(diào)新型教學(xué)模式的構(gòu)建;教學(xué)內(nèi)容具有更強的時代性和豐富性;教學(xué)更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和特點。
二、信息化教學(xué)的積極作用
信息化教學(xué)相對常規(guī)課堂教學(xué)有著不可比擬的優(yōu)勢,可以使汽車電氣設(shè)備課程的課堂教學(xué)形式豐富多樣,改變以往呆板枯燥的形式,其表現(xiàn)如下:
(一)、有利于調(diào)動學(xué)生的主體性,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
信息化教學(xué)以圖形、動漫、影像、聲音和文字等多種方式顯示教學(xué)信息,傳遞教學(xué)內(nèi)容,具有直觀生動、形式多樣的特點。它可以充分利用網(wǎng)絡(luò)或動漫情景全方位地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性,最大限度地挖掘?qū)W生的潛力,拓寬學(xué)生的思路,這樣不但增進學(xué)生對知識的理解,而且使課堂氣氛活躍輕松,激起他們的求知欲望,使學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)化為“我要學(xué)”的狀態(tài),使學(xué)生有著置身其中的感覺,從而激發(fā)他們強烈的學(xué)習(xí)興趣。
(二)、有利于提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和協(xié)作能力
借助信息化資源,學(xué)生通過多種渠道搜索資料,整合資源,并進行加工和處理,極大地提高了學(xué)生的信息素養(yǎng)。同時通過學(xué)生的交流、合作,共同完成某一項任務(wù),從而培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)作能力。
(三)、有利于更新知識結(jié)構(gòu),優(yōu)化課程內(nèi)容
專業(yè)教學(xué)不同于基礎(chǔ)課的教學(xué),它隨科技的發(fā)展知識也在不斷隨之更新,教師掌握的知識也要緊密結(jié)合科技、社會發(fā)展的進程。課堂上傳授的知識要具有科技前沿性,然而,教學(xué)使用的教材具有知識滯后性,如果教師能在課堂上借助網(wǎng)絡(luò)可以將新知識、新科技引入課堂,及時傳授給學(xué)生,這樣可以彌補課本的不足,優(yōu)化課程內(nèi)容,使學(xué)生能實現(xiàn)與社會零距離對接。
三、汽車電氣設(shè)備信息化教學(xué)的應(yīng)用與實踐
(一)、多媒體在中職汽車電氣設(shè)備中的應(yīng)用
教學(xué)中合理地運用圖片、Flas或微視頻,不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還可突破教學(xué)的重點和難點。例如,通過智能手機拍下發(fā)動機上“節(jié)氣門位置傳感器”實物后制成PPT圖片展示,這樣就輕松地使學(xué)生對其安裝位置、形狀、結(jié)構(gòu)、甚至功能都有較深刻的印象,同時解決了實物體積小、數(shù)量有限的不足。感性的實物會一下子激發(fā)學(xué)生的興趣,讓他們的注意、記憶、思維都活躍起來,達到最佳狀態(tài)。這樣講授的新課,能收到事半功倍的效果。汽車電氣設(shè)備理論教學(xué)的重點、難點都集中在各部分的原理上,有時教師講得口干舌燥,學(xué)生卻不知所云。例如,在講授發(fā)動機中“噴油器”的結(jié)構(gòu)和工作原理,因其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,且在燃油噴射過程中,燃油從噴油器進油接頭進入針閥體下部環(huán)形油腔過程中,燃油是流動的,針閥在開啟過程中是運動的,還有噴霧質(zhì)量等,教師都較難以講授清楚,學(xué)生也難以掌握。如果將噴油器的結(jié)構(gòu)和工作原理以Flas的形式展示,學(xué)生便能很清楚地弄清噴油器的結(jié)構(gòu)、原理和工作情況。
(二).網(wǎng)絡(luò)信息在中職汽車電氣設(shè)備中的應(yīng)用
豐富的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)資源,為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了有利條件。通過任務(wù)驅(qū)動,教師提出相關(guān)問題,讓學(xué)生操作計算機在網(wǎng)絡(luò)中搜索信息,尋求答案,學(xué)生在完成任務(wù)的同時,也促成了教學(xué)目標(biāo)的達成。還可以鼓勵學(xué)生課余時間上網(wǎng),從網(wǎng)上學(xué)習(xí)或下載汽車電器最新成果、汽車電氣設(shè)備課件、電子論文等,然后進行信息交流。這不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)了更多的汽車電氣設(shè)備方面的知識,而且增強他們對現(xiàn)代信息技術(shù)的認識及應(yīng)用能力。
(三).計算機仿真軟件在中職汽車電氣設(shè)備中的應(yīng)用
計算機仿真模擬法對汽車電氣設(shè)備理論原理高效的學(xué)習(xí)有不可估量的作用,而且同樣對汽車電氣檢測、排故實訓(xùn)教學(xué)有著巨大的幫助。模擬仿真教學(xué)在汽車電氣設(shè)備課程教學(xué)中主要是指采用計算機技術(shù)對具體的汽車電氣工作原理、技能操作的仿真模擬系統(tǒng),通過模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí),學(xué)生可以在趣味性的情景中完成課程學(xué)習(xí),達到掌握基本原理或模擬進入生產(chǎn)現(xiàn)場實際操作的教學(xué)目的。這種教學(xué)方法特別適宜于汽車電氣理論認知和技能實習(xí)前的教學(xué),通過模擬系統(tǒng)的使用,不僅使學(xué)生熟練地掌握了汽車電氣設(shè)備各模塊的工作原理、各類檢測設(shè)備的操作方法,縮短了實習(xí)教學(xué)的適應(yīng)時間, 提高了實習(xí)教學(xué)效率,而且有效地提高了實習(xí)教學(xué)的目的性和實習(xí)效果。這也是目前汽車電氣實訓(xùn)課中學(xué)生人數(shù)多而實訓(xùn)設(shè)備相對不足所進行教學(xué)的一種有效的選擇。
四、汽車電氣設(shè)備信息化教學(xué)教學(xué)的反思
1.學(xué)校加大硬件設(shè)施的投入。
2.不斷提升教師自身的信息化能力,樹立終身學(xué)習(xí)的意識。
3.開發(fā)汽車電氣設(shè)備信息化教材。
4.信息化教學(xué)要注重教學(xué)效果,避免華而不實
5.加強教育和監(jiān)管,增強學(xué)生合理、文明地使用網(wǎng)絡(luò)的意識。
五、結(jié)束語
信息化教學(xué)是網(wǎng)絡(luò)時代教師必備的職業(yè)技能,,是教師現(xiàn)代化教學(xué)的一項基本功。在現(xiàn)代信息化環(huán)境下,教師不僅是傳統(tǒng)的傳道授業(yè)解惑,而且要把主要精力放在如何利用信息化教學(xué)資源,設(shè)計好的教學(xué)方案,同時要培養(yǎng)學(xué)生使用信息技術(shù)、利用信息技術(shù)的意識和興趣,培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)獲取知識、獲取信息的能力,進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和專業(yè)實踐能力。信息化課堂符合時代特征,形式內(nèi)容豐富,從而優(yōu)化汽車電氣設(shè)備的教學(xué)。
參考文獻:
[1].陳文玲.進一步完善新技術(shù)在教學(xué)中的運用[J].中央廣播電視大學(xué)學(xué)報,2010,(12).
論文摘要:作為網(wǎng)民使用最多的兩大語言——英語和漢語,其網(wǎng)絡(luò)交際語言在構(gòu)詞上有相似之處,同時也表現(xiàn)出了不同的特點。文章通過對比英漢網(wǎng)絡(luò)交際語言在造詞方法上的異同,探討了它們的構(gòu)詞理據(jù)。
詞語的理據(jù)指的是事物和現(xiàn)象獲得名稱的依據(jù),說明詞義與事物或現(xiàn)象的命名之間的關(guān)系。這種依據(jù)既可以是“微觀的”,即基于語言本身,包括擬聲理據(jù)、形態(tài)理據(jù)、語義理據(jù)、邏輯理據(jù)和詞源理據(jù),也可以是“宏觀”的,即依托于大的社會文化背景,如社會政治、經(jīng)濟、文化的發(fā)展甚至政權(quán)的變更等都會產(chǎn)生大量新詞。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和日益普及,一種全新的交際模式——網(wǎng)絡(luò)交際,已被越來越多的人所接受,并因其獨特的魅力而風(fēng)靡全球。以電子郵件、電子論壇、聊天室等為載體的網(wǎng)絡(luò)交際已成為人們生活中不可或缺的一部分。網(wǎng)絡(luò)交際語是網(wǎng)民們?yōu)榱朔奖憬涣鳎訌姕贤ǘ诰W(wǎng)上使用的,有獨特風(fēng)格的習(xí)慣用語,是為了滿足網(wǎng)絡(luò)交際的需要而發(fā)展起來的一種新的社會“方言”。
網(wǎng)絡(luò)交際是對常規(guī)交際的一次重大突破,傳統(tǒng)語言的規(guī)范性在這里遭遇了最大的挑戰(zhàn)。盡管許多網(wǎng)絡(luò)交際詞語的產(chǎn)生有一定的隨意性,但還是“有據(jù)可查”的。作為網(wǎng)民使用最多的兩大語言——英語和漢語,其網(wǎng)絡(luò)交際語言在構(gòu)詞上有相似之處,同時也表現(xiàn)出了不同的特點。本文通過對比英漢網(wǎng)絡(luò)交際語言在造詞方法上的異同,來探討它們的構(gòu)詞理據(jù)。
一、英漢網(wǎng)絡(luò)語言造詞方法的共同點
英漢網(wǎng)絡(luò)交際語是網(wǎng)絡(luò)交際時代的新產(chǎn)物,其發(fā)展離不開網(wǎng)絡(luò)這一交際媒介,因此在造詞方面必然會出現(xiàn)共同之處。
1、大量運用非常規(guī)縮略詞
所謂縮略詞是從已相對穩(wěn)固的詞或短語中,直接或間接地抽取其主要成份形成簡短的詞語,表示與原復(fù)雜詞語相同的意義??s略構(gòu)詞法是現(xiàn)代語言中一種重要的構(gòu)詞手段,由這種構(gòu)詞法創(chuàng)造的新詞言簡意賅,具有一定的生命力。在日常交際中,人們雖然也使用縮略形式,但通常限于比較通行的專業(yè)術(shù)語或機構(gòu)名稱,且數(shù)量不多。而在英漢網(wǎng)絡(luò)交際中,大量的非常規(guī)縮略詞為網(wǎng)民們使用著。這主要是由網(wǎng)絡(luò)交際的特點決定的。網(wǎng)際交際是一種實時交際活動,交際雙方或多方必須及時地接收和發(fā)送信息才能使交際連續(xù)不斷,否則會影響交際的速度和效率。因此在網(wǎng)上交際時必須以盡可能少的字符來表達意義,以加快節(jié)奏、提高效率??s略詞語可以有效減少鍵盤敲擊次數(shù),滿足了網(wǎng)民們在最短的時間內(nèi)傳遞出最大的信息量的要求,因此在網(wǎng)絡(luò)聊天或發(fā)送電子郵件時,網(wǎng)民們便約定俗成地大量使用一些非常規(guī)縮略詞。
2、運用諧音詞
所謂“諧音詞”就是對原字詞的讀音進行模擬,構(gòu)成一個與原字詞讀音相近的新詞語。作為一種語言現(xiàn)象,諧音在日常生活乃至各行各業(yè)中都有廣泛的運用。在英漢網(wǎng)絡(luò)交際語中,利用諧音產(chǎn)生的新詞俯拾皆是,可謂網(wǎng)絡(luò)語言的又一特色。諧音在網(wǎng)絡(luò)交際語言中之所以被廣泛應(yīng)用主要有兩個原因:第一是為了“省時、省事、簡煉、快捷”;第二是表達的需要。諧音詞往往使語言幽默詼諧,為網(wǎng)絡(luò)交際增色不少。
3、直接采用阿拉伯?dāng)?shù)字代替詞語
用數(shù)字代替詞語并不是網(wǎng)絡(luò)交際語言的原創(chuàng)。早在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以前就已經(jīng)為一些人所使用,但在網(wǎng)絡(luò)交際語中,對數(shù)字的運用可以說達到了極致。因為網(wǎng)絡(luò)交際實質(zhì)上是文本化的口語交際,主要借助文字輸入這一環(huán)節(jié)來實現(xiàn),其速度遠低于以語音為媒介的口語交際。為了達到快速的信息傳輸,網(wǎng)民們絞盡腦汁使用了多種手段,其中之一就是用數(shù)字代替詞語。因為數(shù)字是鍵盤自帶的,其輸入簡單、明了、快捷,省卻了文字輸入所帶來的麻煩,是短時間內(nèi)最大限度地傳達信息的有效方式。
4、運用符號詞語
所謂符號詞,又稱為表情語,即用鍵盤現(xiàn)有的本身無任何意義的符號疊加在一起,成為表情符號,表達各種各樣的實在的意義。如:“zzzz”(表示在睡覺),“:-p”(表示吐舌頭,做鬼臉),“:-)”是最常用的笑臉,“:-d”表示張嘴大笑。符號詞語是一種特殊的語言成分,它沒有語音形式,也不像其它詞語那樣是通過詞義的變化、引申和諧音來表達含義,但可以通過不同的組合來代替語言表情達意。用符號代替語言是網(wǎng)絡(luò)交際語獨有的特征。主要是由網(wǎng)絡(luò)交際場景的分隔性決定的。網(wǎng)絡(luò)交際雖然打破了傳統(tǒng)交際的時空局限,但交際雙方畢竟不是在進行面對面的交流,他們既看不到彼此的面部表情,又聽不到彼此的聲音(聲聊和視頻聊天除外)。與現(xiàn)實交際相比,交際雙方的姿勢、表情等就無法表現(xiàn)出來,在理解彼此意思的時難免會出現(xiàn)一些偏差和誤解。于是妙用多種手段組合鑲嵌的表情符號就應(yīng)運而生了,從而消除了網(wǎng)絡(luò)交際方式的沉悶枯燥,增強了趣味性。
二、英漢網(wǎng)絡(luò)語言造詞方法的不同點
英漢網(wǎng)絡(luò)交際詞語雖有很多相似之處,但由于它們屬于不同的語系——英語是表音文字(拼音文字),而漢語是表意文字(音意結(jié)合文字),因此在造詞方法上也會有一些不同。
1、漢語有很多諧音同義詞
如:“版主”與“斑竹、版豬”諧音同義,“大俠”與“大蝦”諧音同義,“喜歡”與“稀飯”諧音同義。這類諧音同義詞的產(chǎn)生很大程度上應(yīng)歸因于漢語的拼音輸入法。我們知道漢語音節(jié)比較簡單,主要通過聲調(diào)來區(qū)分詞義。但由于網(wǎng)上使用五筆打字的人還很少,大多數(shù)網(wǎng)民所選擇使用的是拼音輸入法。而拼音輸入法中并沒有聲調(diào),因此當(dāng)人們在拼音(如智能abc)輸入狀態(tài)下輸入某個詞語的拼音時,就會出現(xiàn)一系列的同音詞。但在時間寶貴的網(wǎng)絡(luò)上,網(wǎng)民們來不及去挑選正確的詞語,因此就出現(xiàn)了“斑竹”、“大蝦”之類的諧音同義詞。英語沒有這種現(xiàn)象。因為英語是拼音文字,雖沒有聲調(diào),但有發(fā)達的輔音連綴,使音節(jié)變化大大增加,單詞孤立達意能力比漢語要強,同音現(xiàn)象遠不如漢語突出。
2、漢語網(wǎng)絡(luò)交際語中的諧音詞不僅數(shù)量比英語多而且表現(xiàn)手法多種多樣
網(wǎng)民們在用漢語進行網(wǎng)絡(luò)交際時,除了使用單純的數(shù)字諧音和文字諧音,還常常將多種諧音方法組合使用,例如:“3q”(thank you)、“p9”(啤酒)等是數(shù)字諧音和英文中字母諧音的組合;“在98里哈9”(在酒吧里喝酒)等是數(shù)字諧音和文字諧音的組合;而“+u”(加油)則是符號諧音與英文字母諧音的組合。而英語網(wǎng)絡(luò)交際語中的諧音詞除了上面提到的為數(shù)不多的數(shù)字諧音外,只有字母諧音,即用字母來替代與它諧音的單詞,如:c(see),b(be),y(why),u(you),r(are)等。因為英語單詞音節(jié)比較復(fù)雜,詞的同音情況較少,因此網(wǎng)絡(luò)交際語中的諧音詞的比例也相對少一點。
另外,漢語中的諧音有時不僅僅是為了方便,而且利用讀音相同或相近且新穎的詞匯來構(gòu)成諧音,依靠聲音和意義之間的聯(lián)系造成一語雙關(guān),使一個詞語兼顧兩種不同的事物以表達“言外之意”或“弦外之音”,從而營造一種輕松幽默的氣氛。如“菌男”、“霉女”雖與“俊男、美女”諧音,但意義截然相反,是指相貌丑陋的男女。“菌”、“霉”能使人想到過期、變質(zhì)的食物,因而具有很強的反諷效果。而英語中的諧音則主要是為了省力省時。
3、縮略詞的數(shù)量以及縮略的方法不同
在英語網(wǎng)絡(luò)交際語中,縮略詞占最重要的比重,充斥著大小聊天室、電子郵件、網(wǎng)上論壇和公告板。漢語中雖也使用縮略形式,但與英語比起來,數(shù)量很少,這是由英語是字母文字的特點決定的。拼音文字的單詞縮寫比表義的漢字縮寫要容易得多。此外英漢網(wǎng)絡(luò)縮略詞的縮略方法也有所不同。英語網(wǎng)絡(luò)縮略詞的大部分并非規(guī)范性的縮寫,而是由網(wǎng)民們自行創(chuàng)造并為他們共同認可的縮寫形式,被縮略的既可以是詞語也可以是日常交際中的短語或句子,采用的方法有:截短(省略單詞中的一部分),如:bout=about,bro=brother;首字母縮合(取單詞中的第一個字母),如:assp=as soon as possible;wysiwyg=what you see is what you get;元音省略(將單詞中的元音省略),例如:brd=bored,bn=been;詞素變化(改變單詞中的某個部分的拼寫,使之簡化),如:bi=bye,dat=that,tnx=thanks。由于漢語不是字母文字,其縮略方法相對英語而言缺乏多樣性。漢語網(wǎng)絡(luò)交際語中的縮略詞大部分是直接借用英語網(wǎng)絡(luò)交際語中的縮略詞。另外,網(wǎng)民們還模仿英語首字母縮略構(gòu)詞法創(chuàng)造了具有“中國特色”的縮略詞,即利用拼音的聲母進行縮略的詞,如:fb(腐?。?、ppmm(婆婆媽媽)等,其原因是在鍵盤上輸入漢字(五筆字型除外)比較繁瑣,要先輸入拼音再通過按數(shù)字鍵選定所需的字,而用拼音縮寫代替漢字可以減少輸入環(huán)節(jié),從而節(jié)省時間,加快交流速度。雖然漢語網(wǎng)絡(luò)交際語中也有利用漢字本身進行縮略的詞語,但這類詞語大都是反語,具有很強的諷刺意味。例如:“神童”(神經(jīng)病兒童)、“留學(xué)生”(留過級的學(xué)生)、“蛋白質(zhì)”(笨蛋+白癡+神經(jīng)質(zhì))等等。
4、數(shù)字詞的數(shù)量差異
與漢語網(wǎng)絡(luò)交際語一樣,英語網(wǎng)絡(luò)交際語也經(jīng)常用一個發(fā)音與某一個單詞相同的數(shù)字代替這個單詞從而節(jié)約時間和空間,增強交流效率,但其數(shù)量與漢語相比,則是“小巫見大巫”。在英語網(wǎng)絡(luò)語言中,用于諧音造詞的數(shù)字僅限于1(won or one)、2(to,too or two)、4(four,for orfore-)、8(eight)等數(shù)字。而在漢語網(wǎng)絡(luò)交際語中,每個阿拉伯?dāng)?shù)字都可以用來代表詞語甚至句子。例如:58451201314(我發(fā)誓,我要愛你一生一世)、5620,59487(我若愛你,我就是白癡)、8147(不要生氣)等。原因是漢語以單音節(jié)為主,便于以數(shù)字音節(jié)代替其它常見音節(jié),另外漢語方言語音的歧義也為一些數(shù)字音節(jié)代替其它音節(jié)提供了多種可能性。
三、結(jié)語
網(wǎng)絡(luò)交際語極大地豐富了人們原有的詞匯系統(tǒng),彌補了現(xiàn)有語言在網(wǎng)絡(luò)交際中的不足。英語和漢語的網(wǎng)民人數(shù)占世界網(wǎng)民人數(shù)的絕大多數(shù),其網(wǎng)絡(luò)交際詞語的構(gòu)詞特征,代表了世界網(wǎng)絡(luò)交際語言的發(fā)展趨勢。通過比較英漢網(wǎng)絡(luò)交際詞語,不僅可以幫助我們了解和掌握網(wǎng)絡(luò)交際語言的普遍特征,認識詞匯結(jié)構(gòu)體系發(fā)展變化的趨勢,還有利于我們提高在網(wǎng)絡(luò)語境下的跨文化交際能力。
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關(guān)鍵詞鍋爐房/計算機控制/供暖
AbstractDiscussestherequirementsformonitoringandmanagementofthescopesfromboilerhousesforheating,steam-waterandwater-waterheatexchangers,smallscaleheatingnetworkstolargescaledistrictheating,therelatedhardwareconfigurationandtheapproachestorealisetherequiredfunctions.
Keywordscomputercontrol,heating,boiler
5.1供暖熱水鍋爐房內(nèi)監(jiān)測與控制的主要目的應(yīng)為:
·提高系統(tǒng)的安全性,保證系統(tǒng)能夠正常運行;
·全面監(jiān)測并記錄各運行參數(shù),降低運行人員工作量,提高管理水平;
·對燃燒過程和熱水循環(huán)過程進行有效的控制調(diào)節(jié),提高鍋爐效率,節(jié)省運行能耗,并減少大氣污染。
對于熱水鍋爐,可將被監(jiān)測控制對象分為燃燒系統(tǒng)和水系統(tǒng)兩部分分別進行討論。整個計算機監(jiān)測控制管理系統(tǒng)可按圖5-1形式由若干臺現(xiàn)場控制機(DCU)和一臺中央管理機構(gòu)成。各DCU分別對燃燒系統(tǒng)、水系統(tǒng)進行監(jiān)測控制,中央管理機則顯示并記錄這兩個系統(tǒng)的在線狀態(tài)參數(shù),根據(jù)供熱狀態(tài)況確定鍋爐、循環(huán)泵的開啟臺數(shù),設(shè)定供水溫度及循環(huán)流量,協(xié)調(diào)各臺DCU完成各監(jiān)測控制管理功能。
5.1.1燃燒系統(tǒng)監(jiān)測與控制
對于鏈條式熱水鍋爐,燃燒過程的控制主要是根據(jù)對產(chǎn)熱量的要求控制鏈條速度及進煤擋板高度,根據(jù)爐膛內(nèi)燃燒狀況及排煙的含氧量及爐膛內(nèi)的負壓度控制鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的風(fēng)量,從而既根據(jù)供暖的要求產(chǎn)生熱量,又獲得較高的燃燒效率。為此需要監(jiān)測的參數(shù)有:
·排煙溫度:一般使用銅電阻或熱電偶來測量;再配之以相應(yīng)的溫度變送器,即可產(chǎn)生4~20mA或0~10mA的電流信號,通過DCU的模擬量輸入通道AI即接入計算機。
·排煙含氧量:目前較多采用氧化鋯傳感器,可以對0.1%~21%范圍內(nèi)的高溫氣體的含氧量實現(xiàn)較精確的測量,其輸出通過變送器后亦可轉(zhuǎn)換為4~20mA或0~10mA電流信號。
·空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度:同上述測溫方法。
·爐膛、對流受熱面進出口、省煤器出口、空氣預(yù)熱器出口、除塵器出口煙氣壓力:測點可根據(jù)具體要求增減,一般采用膜盒式或波紋管式微壓差傳感器,再通過相應(yīng)的變送器變?yōu)?~20mA或0~10mA電流信號,接入DCU的AI通道。
·一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)壓,空氣預(yù)熱器前后壓差:測量方法同上。
·擋煤板高度測量:通過專門的機械裝置將其轉(zhuǎn)換為電阻信號,再變成標(biāo)準電流信號,送入DCU的AI通道。
·供水溫度及產(chǎn)熱量:由水系統(tǒng)的DCU測出后通過通訊系統(tǒng)送來。
燃燒系統(tǒng)需要控制調(diào)節(jié)的裝置為:
·爐排速度:由可控硅調(diào)壓,改變直流電機轉(zhuǎn)速
·擋煤板高度:控制電機正反轉(zhuǎn),通過機械裝置帶動擋板運動
·鼓風(fēng)機風(fēng)量:調(diào)鼓風(fēng)機各風(fēng)室風(fēng)閥或通過變頻器調(diào)風(fēng)機轉(zhuǎn)速
·引風(fēng)機風(fēng)量:調(diào)引風(fēng)機風(fēng)閥或通過變頻器高風(fēng)機轉(zhuǎn)速
為了監(jiān)測上述調(diào)節(jié)裝置是否正常動作,還應(yīng)配置適當(dāng)?shù)氖侄螠y試上述調(diào)節(jié)裝置的實際狀態(tài)。爐排速度和擋煤板高度可通過適當(dāng)?shù)臋C械機構(gòu)結(jié)合霍爾元件等位置探測傳感器來實現(xiàn),風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)則可以通過風(fēng)閥的閥位反饋信號或變頻器的頻率輸出信號得到。
燃燒過程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護,啟停過程控制,正常的燃燒過程調(diào)節(jié)三部分。
·事故保護:這主要是由于某種原因造成循環(huán)水停止或循環(huán)量過小,以及鍋爐內(nèi)水溫太高,出現(xiàn)汽化。此時最重要的是恢復(fù)水的循環(huán),同時制止?fàn)t膛內(nèi)的燃燒。這就需要停止給煤,停止?fàn)t排運行。停止鼓風(fēng)機,引風(fēng)機。DCU接收水溫超高的信號后,就應(yīng)立即進入事故處理程序,按照上述順序停止鍋爐運行,并響鈴報警,通知運行管理人員,必要時還可通過手動補入冷水排除熱水,進行鍋爐降溫。
啟??刂疲簡狱c火一般都是人工手動進行,但對于間歇運行的鍋爐,封火暫停機和再次啟動的過程則可以由DCU控制自動進行。封火過程為逐漸停止?fàn)t排運動,停掉鼓風(fēng)機,然后停止引風(fēng)機。重新啟動的過程則是開啟引風(fēng)機,慢慢開大鼓風(fēng)機,隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度。
正常運行調(diào)節(jié):正常運行時的調(diào)節(jié)主要是使鍋爐出口水溫度維持在要求的設(shè)定值,同時達到高燃燒效率,低排煙溫度,并使?fàn)t膛內(nèi)保持負壓。這時作為參照的測量參數(shù)有爐膛內(nèi)的溫度分布、壓力分布、排煙含水量氧量等。鍋爐的給煤量可以通過爐排速度和擋煤板高度(即煤層厚度)確定,鼓風(fēng)機則可以根據(jù)空氣預(yù)熱器進出口空氣的壓差判斷其相對的變化,此時可以調(diào)整控制量有爐排速度、煤層厚度(調(diào)整擋煤礦板高度)、鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速、各風(fēng)室風(fēng)閥、引風(fēng)機轉(zhuǎn)速或風(fēng)閥。上述各調(diào)節(jié)手段與各可參照的測量參數(shù)都不是單一的對應(yīng)關(guān)系,因此很難用如PID算法之類的簡單控制調(diào)節(jié)算法。目前,控制調(diào)節(jié)效果較好的大都采用"模糊控制"方法或"規(guī)則控制"法,都是根據(jù)大量的人工調(diào)節(jié)運行經(jīng)驗而總結(jié)出的調(diào)節(jié)運行方法。
當(dāng)燃燒充分時,鍋爐的出力主要取決于燃煤量,因此鍋爐出口水溫的控制主要靠爐排速度及煤層厚度來調(diào)節(jié),煤層厚度與煤種有很大關(guān)系,爐膛內(nèi)燃燒狀況可以通過爐膛內(nèi)溫度分布及煤層風(fēng)阻來確定。燃燒充分時爐膛內(nèi)中部溫度最高,爐排尾部距擋渣器前煤已燃盡,溫度降低。鼓風(fēng)機則應(yīng)根據(jù)進煤量的增減而增減送風(fēng)量,同時通過觀測排煙的含氧量最終確定風(fēng)量是否適宜。引風(fēng)機則可根據(jù)爐膛內(nèi)負壓狀態(tài)決定運行狀態(tài),維持爐內(nèi)微負壓,從而既保證煤的充分燃燒,又不會使煙氣和火焰外溢。根據(jù)如上分析,可采用如下調(diào)節(jié)規(guī)則:
每h一次,根據(jù)爐膛內(nèi)溫度分布調(diào)整煤層厚度及爐排速度,最高溫度點后移,則將爐排速度降低5%,同時將擋煤板提高5%,當(dāng)最高溫度點前移時,則將爐排速度提高5%,同時將擋煤板降低5%。
每2h一次:若出水溫度高于設(shè)定值2℃以上,則將爐排速度降低5%,若出水溫度低于設(shè)定值2℃以上,則將爐排速度加大5%,加大和減小爐排速度的同時,還要相應(yīng)地將鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速開大或減小。當(dāng)采用風(fēng)閥調(diào)整鼓風(fēng)量時,則調(diào)閥,觀察空氣預(yù)熱器前后壓差使此壓差增大或減少10%。
每15min一次:若排煙含氧量高于高定值,則適當(dāng)減少鼓風(fēng)同風(fēng)量(降低轉(zhuǎn)速或關(guān)小風(fēng)閥),若低于高定值,則增加鼓風(fēng)機風(fēng)量。
每15min一次:若爐膛負壓值偏?。ɑ蜃?yōu)檎龎海?,加大引風(fēng)機轉(zhuǎn)速或開大風(fēng)閥,若負壓值偏大,則降低引風(fēng)機風(fēng)量。
以上調(diào)節(jié)規(guī)則中,所謂"合理的爐膛溫度分布"取決于鍋爐形式及測溫傳感器安裝位置,需通過具體運行實測分析后,給出"合理","最高溫度前移","最高溫度后移"的判據(jù),然后將其再寫入DCU控制邏輯中。同樣,排煙含氧量的設(shè)定值,含氧量出現(xiàn)偏差時對鼓風(fēng)機風(fēng)量的修正等參數(shù)也需要在鍋爐試運行后,根據(jù)實際情況摸索,逐步確定。當(dāng)然這幾個修正量參數(shù)也可以在運行過程中通過所謂"自學(xué)習(xí)"的方法得到,在這里不做過多的討論。
5.1.2鍋爐房水系統(tǒng)的監(jiān)測控制
鍋爐房水系統(tǒng)的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證系統(tǒng)的安全性;對運行參數(shù)進行計量和統(tǒng)計;根據(jù)要求調(diào)整運行工況。
·安全性保證:保證主循環(huán)泵的正常運行和補水泵的及時補水,使鍋爐中循環(huán)水不會中斷,也不會由于欠壓缺水而放空。這是鍋爐房安全運行的最主要的保證。
·計量和統(tǒng)計:測定供回水溫度和循環(huán)水量,以得到實際的供熱量;測定補水流量,以得到累計補水量。供熱量及補水量是考查鍋爐房運行效果的主要參數(shù)。
·運行工況調(diào)整:根據(jù)要求改變循環(huán)水泵運行臺數(shù)或改變循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速,調(diào)整循環(huán)流量,以適應(yīng)供暖負荷的變化,節(jié)省運行電費。
圖5-2為由2臺熱水鍋爐、4臺循環(huán)水泵構(gòu)成的鍋爐房水系統(tǒng)示意圖。圖中還給出建議的測量元件和控制元件。
2臺鍋爐的熱水出口均安裝測溫點,從而可了解鍋爐出力狀況。為了了解每臺鍋爐的流量,最好在每臺鍋爐入口或出口安裝流量計,一般可采用渦街式流量計。渦街式流量計投資較高,可以按照圖5-2那樣在鍋爐入口調(diào)節(jié)閥后面安裝壓力傳感器,根據(jù)測出的壓力p3,p4與鍋爐出口壓力p1之壓差,也可以間接得到2臺鍋爐間的流量比例。2臺鍋爐入口分別安裝電動調(diào)節(jié)閥來調(diào)整流量,可以使在2臺鍋爐都運行時,流量分配基本一致,而當(dāng)?shù)拓摵晒r下1臺鍋爐停止或封火,循環(huán)水泵運行臺數(shù)也減少時,自動調(diào)節(jié)流量分配,使運行的鍋爐通過總流量的90%以上,封火的鍋爐僅通過總流量的5%~10%,僅維持其不至于過熱。
圖5-2鍋爐房水系統(tǒng)原理及其測控點
溫度傳感器t3,t4,t5和流量傳感器F1一起構(gòu)成對熱量的計量。用戶側(cè)供暖熱量為,GF1cp(t3-t4),其中GF1為用流量F1測出的流量。鍋爐提供的熱量則為GF1cp(t3-t5),二者之差是用于加熱補水所需要的熱量。長期記錄此熱量并經(jīng)常對其作統(tǒng)計分析,與煤耗量比較,既可檢查鍋爐效率的變化,及時發(fā)現(xiàn)鍋爐可能出現(xiàn)的問題,與外溫變化情況相比較,則又可以了解管網(wǎng)系統(tǒng)的變化及供熱系統(tǒng)的變化,從而為科學(xué)地管理供暖系統(tǒng)的運行提供依據(jù)。
泵1~4為主循環(huán)泵。壓力傳感器p1,p2則觀測網(wǎng)路的供回水壓力。安裝4臺泵時的一般視負荷變化情況同時運行2臺或3臺水泵,留1臺或2臺備用。用DCU控制和管理這些循環(huán)水泵時,如前幾講所述,不僅要能夠控制各臺泵的啟停,同時還應(yīng)通過測量主接觸器的輔助觸點狀態(tài)測出每臺泵的開停狀態(tài)。這樣,當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺泵由于故障而突然停止運行時,DCU即可立即啟動備用泵,避免出現(xiàn)因循環(huán)泵故障而使鍋爐中循環(huán)水停止流動的事故。流量傳感器F1也是觀察循環(huán)水是否正常的重要手段。當(dāng)外網(wǎng)由于某種原因關(guān)閉,盡管循環(huán)水泵運行,但流量可以為零或非常小,此時也應(yīng)立即報警,通過計算機使鍋爐自動停止,同時由運行值班人員立即手動開啟鍋爐的旁通閥V4,恢復(fù)鍋爐內(nèi)的水循環(huán)。
泵5,6與壓力測量裝置p2,流量測量裝置F2及旁通閥V3構(gòu)成補水定壓系統(tǒng),當(dāng)p2壓力降低時,開啟一臺補水泵向系統(tǒng)中補水,待p2升至設(shè)定的壓力值時,停止補水。為防止管網(wǎng)系統(tǒng)中壓力波動太大,當(dāng)未設(shè)膨脹水箱時,還可設(shè)置旁通閥V3來維持壓力的穩(wěn)定。長期使一臺補水泵運行,通過調(diào)整閥門V3來維持壓力p2不變。補水泵5,6也是互為備用,因此DCU要測出每臺泵的實際啟停狀態(tài),當(dāng)發(fā)現(xiàn)運行的泵突然停止或需要啟動的泵不能啟動時,立即啟動另一臺泵,防止系統(tǒng)因缺水而放空。流量計F2用來計算累計的補水量,它可以是渦街流量計,也可以采用通常的冷水水表,或有電信號輸出的水表。
5.1.3鍋爐房的中央管理機
如圖5-1所示,可采用一臺中央管理計算機與各臺DCU連接,協(xié)調(diào)整個鍋爐房及熱網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)與管理。中央機主要工作任務(wù)為:
·通過圖形方式顯示燃燒系統(tǒng)、水系統(tǒng)及外網(wǎng)系統(tǒng)的運行參數(shù),記錄和顯示這些參數(shù)的長期變化過程,統(tǒng)計分析耗熱量、補水量、外溫及供回水溫度的變化。
·根據(jù)外溫變化情況,預(yù)測負荷的變化,從而確定供熱參數(shù),即循環(huán)水量及泵的開啟臺數(shù)、供水溫度、鍋爐運行臺數(shù)。將這些決定通知相應(yīng)的DCU產(chǎn)生相應(yīng)原操作或修改相應(yīng)的設(shè)定值。負荷的預(yù)測可以根據(jù)測出的以往24h的平均外溫w來確定:
(5-1)
式中為Q0設(shè)計負荷,t0為設(shè)計狀態(tài)下的室外溫度,Q為預(yù)測出的負荷。考慮到建筑物和管網(wǎng)系統(tǒng)的熱慣性,采用時間序列的方法來預(yù)測實際需要的負荷,可能要更準確些。
式(5-1)中的負荷盡管每h計算一次,但由于是取前24h的平均外溫,因此它隨時間變化很緩慢。每hQ的變化ΔQ僅為:
(5-2)
其中tw,τ-tw,τ-24為兩天間同一時刻溫度之差,一般不會超過5℃,因此ΔQ的變化總是小于Q的1%,所以不會引起系統(tǒng)的頻繁調(diào)節(jié)。
根據(jù)預(yù)測的負荷可以確定鍋爐的開啟臺數(shù)Nb:Nb≥Q/q0,其中q0為每臺鍋爐的最大出力。由此還可確定循環(huán)水泵的開啟臺數(shù)。
要求的總循環(huán)量G=max(Q/(Δt·cp)Cmin),其中Gmin為不產(chǎn)生垂直失調(diào)時要求的最小系統(tǒng)流量,Δt為設(shè)定的供回水溫差。由于多臺泵并聯(lián)時,總流量并非與開啟臺數(shù)成正比,因此可預(yù)先在計算機中預(yù)置一個開啟臺數(shù)成正比,因此可預(yù)先在計算機中預(yù)置一個開啟臺數(shù)與流量的關(guān)系對應(yīng)表,由此可求出要求的運行臺數(shù)。
·分析判斷系統(tǒng)出現(xiàn)的故障并報警。鍋爐及鍋爐房可能出現(xiàn)的故障及由計算機進行判斷的方法為:
--水冷壁管或?qū)α鞴鼙苁鹿蚀藭r補水量迅速增加,爐膛內(nèi)溫度迅速下降,排煙溫度下降,爐膛內(nèi)溫度迅速下降,排煙溫度下降,爐膛內(nèi)壓力迅速由負壓變?yōu)檎龎骸?/p>
--水側(cè)升溫汽化事故此時鍋爐熱水出口溫度迅速提高,接近達到或超過出口壓力對應(yīng)的飽和溫度。
--鍋爐內(nèi)壓力超壓事故測出水側(cè)壓力突然升高,超過允許的工作壓力;
--管網(wǎng)漏水嚴重測了水側(cè)壓力降低,補水量增大;
--鍋爐內(nèi)水系統(tǒng)循環(huán)不良測出總循環(huán)水量GF1減少很多,壓差p3-p1或p4-p1加大;
--除污器堵塞測出總循環(huán)水量GF1減少,當(dāng)閥門V1、V2全開時壓差p3-p2、p4-p2仍偏小,說明壓力傳感器p2的測點至循環(huán)水泵入口間的除污器的堵塞。
--爐排故障測出的爐排運動速度與設(shè)定值有較大差別;
--引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、水泵故障相應(yīng)的主接觸器跳閘,或所測出的空氣壓差或水循環(huán)流量與風(fēng)機、水泵的設(shè)計狀況有較大出入。
利用計算機根據(jù)上述規(guī)則及實測運行參數(shù)不斷進行分析判斷,即可及時發(fā)現(xiàn)上述事故或故障,并立即采取報警和停爐等相應(yīng)的措施,從而防止事故的進一步擴大或故障轉(zhuǎn)化為事故,提高運行管理的安全性。
5.2蒸汽-水和水-水換熱站的監(jiān)測與控制
對于利用大型集中鍋爐房或熱電廠作為熱源,通過換熱站向小區(qū)供熱的系統(tǒng)來說,換熱站的作用就同上一節(jié)的供暖鍋爐房一樣,只是用熱交換器代替了熱水鍋爐。
圖5-3為蒸汽-水換熱站的流程及相應(yīng)的測控制元件。水側(cè)與圖5-2一樣,控制泵5、6及閥V2根據(jù)p2的壓力值補水和定壓;啟停泵1~4來調(diào)整循環(huán)水量;由t2,t3及流量測量裝置F1來確定實際的供熱量。與鍋爐房不同的是增加了換熱器、凝水泵的控制以及蒸汽的計量。
蒸汽計量可以通過測量蒸汽溫度t1、壓力p3和流量F3實現(xiàn),F(xiàn)3可以選取用渦街流量計測量,它測出的為體積流量,通過t1和p3由水蒸氣性質(zhì)表可查出相應(yīng)狀態(tài)下水蒸氣的比體積ρ,從而由體積流量換算出質(zhì)量流量。為了能由t和p查出比體積,要求水蒸氣為過熱蒸汽。為此將減壓調(diào)節(jié)閥移至測量元件的前面,如圖5-3中所示,這樣即使輸送來的蒸汽為飽和蒸汽,經(jīng)調(diào)節(jié)閥等焓減壓后,也可成為過熱蒸汽。
實際上還可以通過測量凝水量來確定蒸汽流量。如果凝水箱中兩個液位傳感器L1、L2靈敏度較高,則可在L2輸出無水信號后,停止凝水排水泵,當(dāng)L2再次輸出有水信號時,計算機開始計時,直到L1發(fā)出有水信號時,計時停止,同時啟動凝水泵開始排水。從L2輸出有水信號至L1開始輸出有水信號間的流量可以用重量法準確標(biāo)定出,從而即可通過DCU對這兩個水位計的輸出信號得到一段時間內(nèi)的蒸汽平均質(zhì)量流量,代替流量計F3,并獲得更精確的測量。當(dāng)然此處要求液位傳感器L1、L2具有較高靈敏度。一般如浮球式等機械式液位傳感器誤差較大,而應(yīng)采取如電容式等非直接接觸的電子類液位傳感器。
加熱量由蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)閥V1控制。此時V1實際上是控制進入換熱器的蒸汽壓力,從而決定了冷凝溫度,也就確定了傳熱量。為改善換熱器的調(diào)節(jié)特性,可以根據(jù)要求的加熱量或出口水溫確定進入加熱器的蒸汽壓力的設(shè)定值。調(diào)整閥門V1使出口蒸汽壓力p3達到這一設(shè)定值。與直接根據(jù)出口水溫調(diào)整閥門的方式相比,這種串級調(diào)節(jié)的方式可獲得更好的調(diào)節(jié)效果。
供水溫度t3的設(shè)定值,循環(huán)泵的開啟臺數(shù)或要求的循環(huán)水量的確定,可以同上一節(jié)一樣,根據(jù)前24h的外溫平均值查算供熱曲線得到要求的供熱量,并算出要求的循環(huán)水量。供水溫度的設(shè)定值t3,set可由調(diào)整后測出的循環(huán)水量G、要求的熱量Q及實測回水溫度t2確定:
t3,set=t2+Q/(cp·G)
隨著供水溫度t3的改變,t2也會緩慢變化,從而使要求的供水溫度同時相應(yīng)地改變,以保證供出的熱量與要求的熱量設(shè)定值一致。
對于一次網(wǎng)為熱水的水-水換熱站,原則上可以按照完全相同的方式進行,如圖5-4。取消二次供水側(cè)的流量計F1,僅測量高溫?zé)崴畟?cè)的流量F3,再通過即可和到二次側(cè)的循環(huán)水量,一般高溫水溫差大,流量小,因此將流量計裝在高溫側(cè)可降低成本。測量高溫水側(cè)供回水壓力p3、p4可了解高溫側(cè)水網(wǎng)的壓力分布狀況,以指導(dǎo)高溫側(cè)水網(wǎng)的調(diào)節(jié)。
調(diào)整電動閥門V1改變高溫水進入換熱器的流量,即可改變換熱量。可以按照前述方法確定二次側(cè)供水溫設(shè)定值,由V1按此設(shè)定值進行調(diào)節(jié)。在實際工程中,高溫水網(wǎng)側(cè)的主要問題是水力失調(diào),由于各支路通過干管彼此相連,一個熱力站的調(diào)整往往會導(dǎo)致鄰近熱力站流量的變化。另外,高溫水側(cè)管網(wǎng)總的循環(huán)水量也很難與各換熱站所要求的流量變化相匹配,于是往往造成外溫降低時各換熱站都將高溫側(cè)水閥V1開大,試圖增大流量,結(jié)果距熱源近的換熱站流量得到滿足,而距熱源遠的換熱站流量反而減少,造成系統(tǒng)嚴重的區(qū)域失調(diào)。解決這種問題的方法就是采用全網(wǎng)的集中控制,由管理整個高溫水網(wǎng)的中央控制管理計算機統(tǒng)一指定各熱力站調(diào)節(jié)閥V1的閥位或流量,各換熱站的DCU則僅是接收通過通訊網(wǎng)送來的關(guān)于調(diào)整閥門V1的命令,并按此命令進行相應(yīng)的調(diào)整。高溫水側(cè)面管網(wǎng)的集中控制調(diào)節(jié)。將在一下節(jié)中詳細介紹。
5.3小區(qū)熱網(wǎng)的監(jiān)測與調(diào)節(jié)
小區(qū)熱網(wǎng)指供暖鍋爐房或換熱站至各供暖建筑間的管網(wǎng)的監(jiān)測調(diào)節(jié)。小區(qū)熱網(wǎng)的主要問題也是冷熱不均,有些建筑或建筑某部分流量偏大,室內(nèi)過熱,而另一些建筑或建筑的另一部分卻由于流量不足而偏冷。這樣,計算機系統(tǒng)的中心任務(wù)就是掌握小區(qū)各建筑物的實際供暖狀況,并幫助維護人員解決冷熱不均問題。
測量各戶室溫是對供暖效果最直接的觀測,但實際系統(tǒng)中尤其是對住宅來說,很難在各房間安裝溫度傳感器。比較現(xiàn)實的方法就是測量回水溫度,根據(jù)各支路回水溫度的差別,就可以估計出各支路所負責(zé)建筑平均室溫的差別。如果各支路回水溫度調(diào)整到相同值,就意味著各支路所帶散熱器的平均溫度彼此相同,因此可以認為室溫也基本相同。一般住宅的回水溫度測點可選在建筑熱入口中的回水管上。對于大型建筑,可選在設(shè)備夾層中幾個主要支路的回水干管上。
要解決冷熱不均問題就需要對系統(tǒng)的流量分配進行調(diào)整,在各支路上都安裝由計算機進行自動調(diào)節(jié)的電動調(diào)節(jié)閥成本會很高,同時一旦各支路流量調(diào)節(jié)均勻,在無局部的特殊變化時,系統(tǒng)應(yīng)保持冷熱均勻的狀態(tài),不需要經(jīng)常調(diào)整。因此可以在各支路上安裝手動調(diào)節(jié)閥,通過計算機監(jiān)測和指導(dǎo)與人工手動調(diào)節(jié)相配合的方法實現(xiàn)小區(qū)供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和管理。為便于人工手動調(diào)節(jié),希望各支路的調(diào)節(jié)閥有較準確的開度指示。目前國內(nèi)推廣建研院空調(diào)所等幾個單位研究開發(fā)流量調(diào)配閥,有準確的閥位指示,閥位可鎖定,并提供較準確的閥位-阻力特性曲線,采用這種閥門將更易于計算機指導(dǎo)下的人工調(diào)節(jié)。
根據(jù)上述討論,計算機系統(tǒng)要測出各支路的回水溫度,并將其統(tǒng)一送到供暖小區(qū)的中央管理計算機中進行顯示、記錄和分析。測出這些回水溫度的方法有如下兩種方式:
集中十余個回水溫度測點設(shè)置1臺DCU。此DCU僅需要溫度測量輸入通道。再通過專門鋪設(shè)的局部網(wǎng)或通過調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過電話線與小區(qū)的中央管理聯(lián)接。當(dāng)這十幾個溫度相互距離較遠時,溫度傳感器至DCU之間的電纜的鋪設(shè)有時就有較大困難,溫度信號的長線傳輸亦會有一些干擾等影響。這種方式僅在建筑物較集中、每一組聯(lián)至一臺DCU的測溫點相距不太遠時適用。
采用內(nèi)部裝有單片機的智能式溫度傳感器,可以連接通訊網(wǎng)通訊或通過調(diào)制解調(diào)器搭用電話線連至中央管理計算機。這樣,可以在距測點最近的樓道墻壁上掛上一臺帶有調(diào)制解調(diào)器的溫度變送器,通過一根電纜接至回水管上的溫度傳感器,再通過一根電纜搭接鄰近電話線。目前這類設(shè)備每套價格可在1000~1500元人民幣之間。如果每1000~3000m2建筑安裝一個回水溫度測點,則平均每m2供暖建筑投資在0.50~1元間。
小區(qū)的中央管理計算機采集到各點的回水溫度后,可在屏幕上通過圖形方式顯示,使運行管理人員對當(dāng)時的供熱狀況一目了然。還可根據(jù)各支路間回水溫度的差別計算各支路閥門需要的調(diào)整量。對于一般的帶有閥位指示的調(diào)節(jié)閥,這種分析只能采用某種基于經(jīng)驗的規(guī)則判斷法,下面為其一例:
找出溫度最高的10%支路的平均溫度max,溫度最低的10%支路和的平均溫度min,全網(wǎng)平均回水溫度。
若max-min<3℃,不需要再做調(diào)節(jié)。
若max->2℃,將溫度最高的10%支路閥門都關(guān)小,與相比溫度每高1℃關(guān)小3%5~%;
若max-<-2℃,將溫度最低的10%支路閥門都開大,與相比溫度每高1℃開大3%~5%;
根據(jù)上面的分析結(jié)果,計算機顯示并打印出需要調(diào)節(jié)的支路及其調(diào)節(jié)量。運行管理人員根據(jù)計算機的輸出結(jié)果到現(xiàn)場進行手動調(diào)節(jié)。在供暖初期每3天左右進行一次這種調(diào)節(jié)。一般經(jīng)過6~8次即可使一個小區(qū)基本實現(xiàn)均勻供熱。
采用流量調(diào)配閥時可以使調(diào)節(jié)效率更高,效果更好。此時需要將現(xiàn)場各流量調(diào)配閥的實際開度、流量調(diào)配閥的開度-阻力特性性能曲線及小區(qū)管網(wǎng)的連接關(guān)系圖輸入中央管理計算機,有專門的算法可以根據(jù)調(diào)整閥門后回水溫度的變化情況識別出管網(wǎng)的阻力特性及熱用戶的熱力特性,從而可較準確地給出各流量調(diào)本閥需要調(diào)整的開度[4],每次調(diào)整后,調(diào)整人員需將實際上各調(diào)節(jié)閥的調(diào)整程度輸入計算機。計算機進而計算了下一次需要的調(diào)整量,像這樣一次高速可間隔2~5d。模擬分析與實驗結(jié)果表明,一般只要進行3~4次調(diào)節(jié),即可使各支路的回水溫度調(diào)整到相互間差值都在3℃以內(nèi),實現(xiàn)較好的均勻供熱[8]。
目前,許多供熱公司和有關(guān)管理部門開始提出裝設(shè)熱量計,以按照實際供熱量收供暖費,各種采用單片計算機的熱量計相應(yīng)出臺。這種熱量計多是由一臺轉(zhuǎn)子式流量計和兩臺溫度傳感器配一臺單片計算機構(gòu)成。轉(zhuǎn)子式流量計每流過一個單元流量即發(fā)出一個脈沖,由單片機測出此脈沖,得到流量,再乘以當(dāng)時測出的供回水溫差,即可行到相應(yīng)的熱量,由單片要對此熱量值進行累計和其它統(tǒng)計分析就成為熱量計。目前的單片機稍加擴充就可以具有通訊功能,通過調(diào)制解調(diào)器將它與電話線連接,就能實現(xiàn)熱量計與小區(qū)供暖的中央管理機通訊。這樣,不但各用戶的用熱量能夠及時在中央管理機中反映,各用戶的回水溫度狀況還能隨時送到中央管理計算機中,從而可以對網(wǎng)的不平衡發(fā)問進行分析,給出熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)方案。這樣,將熱量計、通訊網(wǎng)與小區(qū)中央管理計算機三者結(jié)合,就可以全面實施小區(qū)熱網(wǎng)的熱量計量、統(tǒng)計與管理、運行調(diào)節(jié)分析三部分功能,較好地解決小區(qū)熱網(wǎng)的運行、管理與調(diào)節(jié)。
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5.4熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供熱網(wǎng)的計算機監(jiān)控管理
熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供熱網(wǎng)可以分成兩部分:熱源至各熱力站間的一次網(wǎng),熱力站至各用戶建筑的二次網(wǎng)。后者的控制調(diào)節(jié)已在前幾節(jié)討論,本節(jié)討論熱源至各熱力站間的一次網(wǎng)的監(jiān)控管理。
一次網(wǎng)有蒸汽網(wǎng)和熱水網(wǎng)兩種形式,對于蒸汽網(wǎng),各熱力站為前面討論過的蒸汽-熱水換熱站,一次網(wǎng)的管理主要是各熱力站蒸汽用量的準確計量,這在前面也已討論。下面主要研究熱水網(wǎng)的監(jiān)測控制調(diào)節(jié)。
若忽略熱網(wǎng)本身的慣性,則系統(tǒng)各時刻和熱力站換熱量之和總是等于熱源供出的總熱量,此外各熱力站一次網(wǎng)循環(huán)水量之和又總是等于熱源循環(huán)泵的流量,不論是冷凝式、抽汽式還是背壓式熱電廠,其輸出到熱網(wǎng)的熱量都不是完全由各熱力站的調(diào)節(jié)決定,而是由熱電廠本身的調(diào)節(jié)來決定,取決于進入蒸汽-水換熱器的蒸汽量。由于熱電廠控制調(diào)節(jié)輸出熱量時很難準確了解各熱力站對熱量的需求,同時還要兼顧發(fā)電的要求,不能完全根據(jù)各熱力站需要的熱量調(diào)整,于是熱源供出的熱量就很難與各熱力站實際需求的熱量之和一致,這樣,就導(dǎo)致控制調(diào)節(jié)上的一些矛盾。
為簡單起見,假設(shè)熱電廠向蒸汽-水加熱器送入固定的蒸汽量Q0,如圖5-5,若此熱量大于各熱力站需要的熱量,則各熱力站二次側(cè)調(diào)節(jié)紛紛關(guān)小。以減小流量。由此使總流量相應(yīng)減少,導(dǎo)致供回水溫差加大。如果電廠維持蒸汽量Q0不變則各熱力站調(diào)節(jié)閥的關(guān)小并不能使總熱量減少,而只是根據(jù)網(wǎng)的特性及各熱力站調(diào)節(jié)特性的不同,有的熱力產(chǎn)流量減少的多,使得供熱量有所減少;有的熱力站流量減少的幅度小,則供熱量反而電動閥加。同樣,如果Q0小于各熱力站需要的總熱量時,各熱力站的調(diào)節(jié)閥紛紛開大,使流量增加,由此導(dǎo)致供回水溫差減小。熱力站1,2可能由于熱量增大的幅度大于水溫降低的幅度,供熱量的需求得以滿足,但由于流量增大,泵的壓力降低,干管壓降又減小,導(dǎo)致3,4的資用壓頭大幅度下降,閥門開大后,流量也增加不多,甚至還要下降,這樣,供熱量反而減少。由此可見在這種情況下各熱力站對一次側(cè)閥門的調(diào)節(jié)實際是對各熱力站之間的熱量分配比例的調(diào)節(jié),而不是對熱量的調(diào)節(jié),如果各熱力站都是這樣獨立地根據(jù)自己小區(qū)的供熱需求進行調(diào)節(jié),而熱電廠又不做相應(yīng)的配合,則整個熱網(wǎng)不可能調(diào)整控制好。實際上熱電廠也會進行一些相應(yīng)的調(diào)節(jié),例如發(fā)現(xiàn)t供升高時會減少蒸汽量,t供降低時會增加蒸汽量,但Q0總是不可能時刻與各熱力站總的需求量一致,上述矛盾是永遠存在的。
因此,就不宜對各個熱力站按照第5.1、5.2節(jié)中的討論的,根據(jù)外溫獨立調(diào)節(jié)。既然各熱力站一次側(cè)閥門的調(diào)節(jié)只解決熱量的分配比例,那么對它們的調(diào)節(jié)亦應(yīng)該根據(jù)對熱量的分配比例來調(diào)節(jié)。一種方式是如果認為供熱量應(yīng)與供熱面積成正比,則測出每個熱力站的瞬時供熱量,根據(jù)各熱力站的供熱面積,計算每個熱力站的單位面積q。對q偏大的熱力站關(guān)小調(diào)節(jié)閥,對q偏小的則開大調(diào)節(jié)閥,這樣不斷修正,直至各熱力站的q相同為止。再一種方式則是認為各散熱器內(nèi)的平均溫度相同,房間的供熱效果就相同。由于散熱器的平均溫度等于二次側(cè)的供回水平均溫度,因此可以各熱力站二次側(cè)供回水平均溫度調(diào)整成一致目標(biāo),統(tǒng)一確定熱力站二次側(cè)供回水平均溫度的設(shè)定值,根據(jù)此設(shè)定值與實測供回水平均溫度確定開大或關(guān)小一次側(cè)調(diào)節(jié)閥。按照這一思路,對各熱力站的調(diào)節(jié)以達到熱量的平均分配為目的,以實現(xiàn)均勻供熱。熱電廠再根據(jù)外溫變化,統(tǒng)一對總的供熱量進行調(diào)整,以保證供熱效果并且不浪費熱量。由于整個熱網(wǎng)所供應(yīng)的建筑物效果并不浪費熱量。由于整個熱網(wǎng)所供應(yīng)的建筑物均處在同一外溫下,因此,一旦系統(tǒng)調(diào)整均勻,對各熱和站調(diào)節(jié)閥的調(diào)整很少,熱源的總的供熱以數(shù)隨外溫改變,各熱力站的調(diào)節(jié)閥則不需要隨外溫而變化,只當(dāng)小區(qū)二次系統(tǒng)發(fā)生一些變化時才需要進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
要實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)方式,就必須對全網(wǎng)各熱力站的調(diào)節(jié)閥實行集中統(tǒng)一的控制調(diào)節(jié)。可以在每個熱力站設(shè)一臺DCU現(xiàn)場控制機,測量一、二次側(cè)的水溫、壓力、流量及二次側(cè)循環(huán)泵狀態(tài),并可控制一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥。通過通訊網(wǎng)將各熱力站連至中央管理計算機。由于熱力站分布范圍很大,通訊距離較過遠,這時的通訊可通過調(diào)制解調(diào)器搭用電話線,也可以隨著供熱干管同時埋設(shè)通訊電纜,使用雙絞線按照電流環(huán)方式通訊。中央管理機不斷采集各熱力站發(fā)送來的實測溫度、壓力、流量,定期計算熱力站發(fā)送來的實測溫度、壓力、流量,定期計算熱力站發(fā)送來的實測溫度的設(shè)定值與和各熱力站實測值的比較,直接命令各熱力站DCU開大/關(guān)小電動調(diào)節(jié)閥。各熱力站二次側(cè)回水溫度的變化是一慣性很大且緩慢的過程,因此應(yīng)采有0.5~1h以上的時間步長進行調(diào)節(jié),以防止振蕩。
除對熱網(wǎng)工況進行高速外,計算機控制系統(tǒng)還應(yīng)為保證系統(tǒng)的安全運行做出貢獻。當(dāng)熱力站采用直連的方式,不使用熱交換器時,最常見的事故就是管道內(nèi)超壓導(dǎo)致散熱器脹裂,DCU可直接監(jiān)視用戶的供回水管壓力,發(fā)現(xiàn)超壓立即關(guān)閉供水閥,起到保護作用。無論直連還是間連網(wǎng),另一類嚴重的事故就是一次網(wǎng)漏水。嚴重的管道漏水如不能及時發(fā)現(xiàn)并切斷和修復(fù),將嚴重影響供熱系統(tǒng)和熱電廠的運行。根據(jù)各熱力站DCU監(jiān)測的一次網(wǎng)供回水壓力分布,還可以從其中的突然變化判斷漏水事故及其位置,這對提高熱網(wǎng)的安全運行有十分重要的意義,這類系統(tǒng)壓力分析與事故判斷的工作應(yīng)屬于中央管理機的工作內(nèi)容。
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