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為了實現對學生全方位的考核與測試,我們將模擬電子技術課程基本理論、EDA軟件設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理論考核、EDA仿真軟件設計以及電路實驗驗證環節。具體考核形式如下:本課程通過測試學生能否在規定的時間內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、良、中、及格以及不及格。考核的內容分別為:上課缺勤率、教學互動情況、課堂作業完成情況、實驗內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、仿真設計、現場調試操作以及數據測量與分析這幾部分構成,最后根據完成電子系統的整體性能給定成績。具體評分標準如下:1.每個學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,完成電路搭建的學生,監考老師會在其上機測試的試卷上進行電路設計打分。2.在理論計算完成之后,根據每個電路原理圖,完成相應要求的答題,仿真結果與實驗測試結果分別寫在測試卷上,其具體評分標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理論,還要熟悉EDA仿真軟件設計,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
以二級反饋電路設計考題為例,要求針對這一考試題目,學生掌握以下三點: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間的關系;3.掌握負反饋放大器能改善輸出波形的原理。考試題目為:(1)當開關放在位置“1”時,請判斷此電路中引入的反饋網絡是哪些?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?對電路的哪些性能有影響?(2)首先,調節靜態工作點,設置Vc1=5.2~5.6V,Vc2=4.5~4.8V,當輸入電壓設置在1~3mV時,分別求出開關放在位置“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,使輸出波形出現失真,(Vi=10mV)(a)在無反饋的情況下(但有Rf的負載效應,即Rf與RL并聯),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,學生首先要對電路進行理論分析,綜合所學基礎理論,對反饋形式進行判定。然后再運用EDA軟件,例如EWB軟件,對電路進行設計,并完成仿真,得到兩個開關位置下的交流信號電壓放大比例,同時在實驗平臺上構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定。經過三個模塊的考核,綜合測試學生的基礎理論水平、EDA仿真軟件設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的新情況、新現象進行總結,進一步提高學生的綜合素質與專業水平,使得學生真正能夠達到理論與實際結合,甚至能夠提出富有創新意義的課程學習思路。
三、結論
[關鍵詞]模擬電子技術;工作過程教學;職業情境
Abstract:Theteachingmodeofmockelectronicalskillshouldbebasedonworkingcourse.Relyingonvocationalsituation,teachersregardtheprojectasacarrierinteachingorganizing.Meanwhileteachersshouldcreatevocationalsituation,enlightenstudents,andcultivatemethodandabilityintheprocessofteaching.
Keywords:mockelectronicalskill;teachingbasedonworkingcourse;vocationalsituation
一、基于工作過程教學的必要性
工作過程教學是由工作實際來確定典型的工作任務,并為實現任務目標而按完整的工作程序進行的教學活動。
我國經濟的快速發展需要大批的高技能高素質的勞動人才。特別在電子行業,產業發展、技術推陳出新,變化更是日新月異,高技能人才緊缺。高職院校成了培養高技能人才的主力軍。但是高職院校的發展只有十幾年的時間,硬件、軟件條件還未充分具備,而且在辦學觀念上經歷了一個摸索的過程。高職院校電子類專業的畢業生就業率較高,但進入職業角色的適應期卻長,原因在于在校學習的理論與實際應用技能之間沒有很好地對接。盡管學生有半年甚至一年的頂崗實習過程,但其作用、效果還是不盡如人意。在職業競爭中學生需要的是具有較強實踐技能,較高的職業素質,具有能適應某類工作群和轉崗的一種能力。無疑,培養這種能力就是我們的責任,我們的教學應使學生獲得以上能力,實現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之中。
現代教育研究及實踐表明,本科院校大多數學生屬于抽象思維的智力類型,而職業教育的學生,大多數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,只是智能的結構和類型的不同。職業教育也是一種類型的教育[1]236。不同智能結構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構的職院生,具有能較快地獲取經驗性和策略性的知識的優勢,只有采取適合形象思維智力類型的培養模式,才有利于培養生產、管理和服務第一線的高技能型人才。這就要求教學在課程開發上應以情境性原則為主,教學過程應是經驗的形成過程和策略的構建過程[1]217。知識的獲取是在“為了行動”的目標指引下“通過行動”而實現的,而行動體系的參照系就是工作過程。
二、實現工作過程教學的必要條件
課程教學與工作過程之間的紐帶是學習情境,要創設工作過程的學習情境,必須解決“硬件”與“軟件”兩大問題。這里的“硬件”是指圍繞學習過程的學習情境,是一種“真真假假”的“建構存在”[1]230,是對實際職業情境經加工而構建的一種柔性集成的存在,這就要求把建構優先與指導優先的教學原則融合起來,使教室既是集理論教學、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場所。這種教室所構建的職業與學習集成的情境將學習過程與工作融于一體,形成了學習就是工作的學習氛圍,教學能產生理想的效果。
這里的“軟件”是指教師思想觀念的轉變和教學方法的更新。思想觀念的轉變,首先要清楚認識高職教育的育人目標,學生的智力類型,明確過程教學的必要性;其次是教學行動中角色的改變。傳統教學過程以教師為中心,教師按照自己的理解去“教”,難免使知識世界失去本色。而工作過程的教學是以學生為中心,學生在做中去學習、體會,從而感受知識世界的本來面目。教師的角色應是學習過程中的組織者、咨詢師,在教學方法上要結合工作過程進行創新。
三、工作過程教學的實施
1.創造職業情境
我們學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的,其對知識的選擇具有明確的指向性,經驗形成與策略構建離不開具體情境,所以教學必須融入到職業情境之中,讓學生在項目完成過程中獲得經驗(怎么做)和策略(怎么做更好)。模擬電子技術的教學以工作過程為導向,將其內容分成若干模塊,一個模塊作為一個子項目,最后整合為一個大項目。過程性知識的學習在這里除了對學習場地的要求之外,重點要求必須結合每個教學子項目設置學習情境。首先盡量對真實的職業情境進行模仿,創設不經加工而能直接移植的最具典型意義的學習情境,設計與職業工作過程具有一致性的教學過程,學生的學習過程就是“身臨其境”的工作過程,學習是主動、過程性的行動。不過學習情境的創設要求做到:學習情境的設置要貼近實際,易于實現;項目具有典型的工作任務性,目標明確,且容易理解,符合經驗(例如我們要學生完成的子項目有電壓放大電路、功率放大電路、穩壓電源等,這些都是目標明確的典型的工作任務);工作過程學習中出現的錯誤或干擾能進行糾正和排除,在解決問題中積累經驗(如放大電路中出現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);在策略能力的發展上有施展的空間(如:整流濾波電路設計,一般要求制作橋式整流電容濾波電路,而對基礎好的學生可要求根據電路選擇參數,并制作∏型濾波,提高濾波效果)。
2.教師要善于啟發學生
模擬電子技術的應用性強,教學應遵循情境原則,努力實現職業氛圍。教學作為一種有意識的活動,首先要重視促進學生對實踐情境的理解,項目教學目標有定向性、應用性與整體性,我們的教學是一種“有目標的活動”即“行動”,所以要求學生“為了行動而學習”,這是強調學生的主觀意識行動;同時“有目標的活動”又強調行動就是學習,要求“通過行動來學習”,這是指學生的客觀具體的行動
[1]21-22。過程學習中必須要求學生實現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,教師是學習情境的設計者,學習過程的組織者,學習問題中的咨詢師。教師應善于引導啟發,構建和諧課堂。模擬電子技術可采用五個階段的教學方法。(1)教師引出項目,提出問題,講述必要的知識,學生獲取信息;(2)師生討論項目的實施方案;(3)學生實施方案,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,學生另辟路徑完成項目,或變動參數優化,擴展項目功能。這一步能培養學生的策略能力,以求怎樣做更好。
教學中強調指導性原則與構建性原則的融合,讓學生在主動、自我構建與情境引導中學習,在主動存在與受動存在中轉換,而教師是在激勵、咨詢中指導、在解釋中教,在反應存在與主動存在中轉換。
需要強調的是,工作過程的教學能否成功,要著眼于學生獲取過程性知識是否完整,學習過程的完整性培養與學生職業工作過程的完整性有著密切的聯系[1]242。因此教學中要使“指導行動的思維過程具有完整性”,可對學習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。同時要求學生“完成行動的工作過程具有完整性”,學習行動過程不能半途而廢,完成學習任務一氣呵成,注重效率。
3.培養方法能力
這里所說的方法能力,是指學習能力和應用能力。要求學生在學習過程中,積累經驗,獲得技能,在新的職業情境下能超越曾經被證明的有效的辦法和經驗去應對,靈活地、創造性地解決問題,進行工作。根據這樣的要求,針對模擬電子技術的特點,我們強調首先發展學生的學習能力,這里的學習能力,側重于吸收、運用與創新。模擬電子知識理論性、操作性及實用性都較強,學生也認為難學,因此必需的理論性知識可先講,較復雜的電路組成和應用可先演示,學生再跟著做。較繁瑣的原理性電路不講,側重于應用,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、工作條件和應用。學習能力是學生發展的動力,要注重學習方法的建立、學習習慣的養成訓練,結合具體項目或問題,從模仿吸收開始,再進行基本應用(包括儀器儀表的使用)—分析內化—開拓創新。
項目的完成過程要求學生專心投入,積極互動,在完成項目目標的基礎上首先滿足大部分學生“夠吃”,再提出改變條件、結構,優化性能,提升功效的深層目標,挖掘那些“不夠吃”的學生的才智,提供個性發展的空間。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,可獨立設置偏置電路,且要重新計算電路的參數。另外,還可以增加過流、過壓保護和相位補償電路等。行動中要求學生學會與環境互動,面對教學提供的“真情實境”怎樣落實任務和目標;學會與人互動,融入小組研究中,吸收他人經驗;學會與自己互動。教學觀察發現學生之間一開始就存在較大差距,主要表現在智力因素、學習能力、學習態度方面,有些是惰性內向的,教學中要采取“強手”與“弱手”搭配,合作與獨創共存,普遍提高與重點引導相結合的方式,發揮學生的長處,把心理素質的培養滲透到教學的每個環節之中,幫助學生克服心理障礙,積極應對,敢于挑戰,以克服困難,獲取成功,提高自信心和競爭力。
四、教學評價以行動能力為核心
對學生成績的評價,我們要轉變觀念,以往評價成績通常關注結果,重視學習階段的終了狀態的考核,這是一種顯性的功利性的評價,它不能正確、客觀、全面地對學生的能力作出判斷。基于工作過程的教學評價,應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,重視經驗的形成和策略的構建過程。這就要求注意以下四個方面:一是完整性,它不是要求學生對模擬電子技術知識完整性的“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習能力、反應及策略和應用、擴展的能力;二是連續性,要關注學生學習的全過程,關注起點與終點之間能力發展的漸進的動態過程;三是互動性,不只是老師對學生評價,而應有學生之間的自評與互評;四是反饋性,行動中學生反饋出的新思路、新策略都是能力發展的表現。對學生的評價是一個很細致的過程,職業能力的評價應以職業實踐所需的行動能力作為起點,對學生能力進行整體性評價。評價中要把握如下幾點:(1)理論與實際的結合,平時的技能考試與總體的理論知識考核相結合。(2)過程與結果,教學中每個子項目就可以組成一個產品,不只考核產品形成及功能的正確性,還應設置故障考查學生判斷、運用知識的思維能力,重視過程的完整性。(3)靜態與動態結合,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,主要考查以職業技能為主的操作能力、產品改造以及以不同方式實現和擴展產品功能的動態能力。
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,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,學校的教學模式無法一一替代;二是學生在校學習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,利益目標也不相同。因此在教學設計中應使教學中的工作崗位與實際的工作崗位在客觀層面上應有可比性,根據模擬電子技術應達到的培養目標,分解項目內容,盡量設計“真情實境”,將設備、任務、知識進行整合以求最佳組合。
2.知識的完整性問題
以往我們在教學中較重視知識的完整性、系統性、全面性,而實際上有相當一部分知識理論性過強,學后遺忘快,以后的工作中甚至用不上,學生也是“走馬觀花”、“蜻蜓點水”地學,因此相應產生“必需夠用”的觀念。模擬電子技術基于工作過程的教學方式,首先要在“必需”上做好文章,動手操作,規劃、設計、完成應用電路,要求學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,引導學生探索獲得相同結果的其他途徑以及電路功能的擴展應用,以達到簡捷、節約、環保、效用高,這些建立在行動體系上的教學其效果是事半功倍的。不過這樣的教學保持了職業活動的完整性,卻打破了知識系統的完整性、因此教學中在完成項目的同時還需將達到“夠用”數量的系統知識和定量理論進行梳理與整合,以知識包的形式授給學生。
[參考文獻]
本征半導體摻雜后就是雜質半導體,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型半導體就是本征半導體摻入施主雜質所形成的,一個施主雜質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,電子則為多數載流子,而本征激發產生的空穴只是少數載流子。相反,P型半導體則是本征半導體摻入受主雜質形成的,一個受主雜質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,空穴則為多數載流子,而本征激發產生的電子只是少數載流子。正是本征半導體摻雜后的得與失,使得雜質半導體的載流子數量有了量以及性質的改變,相對本征半導體的導電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質的改變,所以,一般不會作為普通導體應用。
二、PN結的失與得
PN結就是得與失的產物。P型半導體與N型半導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區的電子擴散到P區,P區的空穴擴散到N區,在交界區域原有的電中性被破壞,P區失去空穴留下了不能移動的雜質負離子,N區失去電子留下不能移動的雜質正離子。這些不能移動的帶電粒子集中在P區與N區交界面附近,形成空間電荷區。空間電荷區的逐步建立削弱了多子的擴散,而增強了少子的漂移。當多子擴散運動與少子漂移運動保持一種動態平衡時,交界面形成穩定的空間電荷區,即PN結。兩種不同極型的雜質半導體在交界面失去多子的過程,得到了一種導電性能獨特于雜質半導體導電能力的介質,帶來了半導體導電能力質的突變,這就是PN結的單向導電性,即正向偏置導通,反向偏置截止。復合的PN結,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電性能表現了特有的控制性能,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”的現象,而沒看到“失”的本質。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日常使用的收音機,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系,直接耦合是多級放大電路的典型結構形式,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合而成,表現在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數一致。差分電路從理論到實用經歷了三個演變,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構不變。通過電路分析不難得出結論,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。可見,差分電路通過“失去”硬件(增加結構等價的電路,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中,它們取決于放大電路組態、晶體管特性、電源以及應用的方式。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現,提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個常數,放大電路的放大倍數增大幾倍,相應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,總是選取基區體電阻小、發射結與集電結電容效應小的高頻放大管。可見,放大電路帶寬增益積概念表現了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應的范圍。
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,在電子技術應用中運用極為普遍。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,使得閉環增益相對開環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指標得到了極大的改善,表現在增益的穩定性得到了提高;環內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的改善。如電壓串聯負反饋放大電路,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,閉環增益相對開環增益進一步增大,這是信號發生電路擾動起振的必然要求。信號發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,通過正反饋選頻網絡(RC或LC選頻網絡)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,總是需要設置輸出穩幅網絡。可見,信號發生電路由放大電路、正反饋選頻網絡、穩幅網絡三部分組成。穩幅的有效措施就是負反饋,所以,信號發生電路必須維持正反饋特性與負反饋特性的動態平衡。負反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術指標的改善;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
小功率直流穩壓電源中整流的任務就是把交流電轉換成直流電,衡量整流電路性能的主要參數表現在兩個方面:(1)表征整流電路質量的參數,有輸出電壓和脈動系數;(2)表征整流電路對整流元件要求的參數,有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低,脈動系數大;全波整流輸出電壓高,脈動系數小。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,又要對整流元件反向耐壓的要求不苛刻,有效的技術手段就是橋式整流,橋式整流相比全波整流,在電路結構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勢整合在一個應用電路中。可見,橋式整流電路通過“失去”硬件(增加電路成本),得到了優于半波與全波整流電路的整流性能。
八、結語
在獨立學院的模擬電子技術的理論教學中,眾多學生感到此課程教學與實際嚴重脫節,學習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、公式推導等計算問題上,卻無法說出相關電路在實際電子產品中的應用。另一方面在模擬電子技術的實驗教學中,實驗流于形式,學生使用現成的實驗箱,在過多的驗證性實驗“指導”下機械的插拔導線,使得實驗課程枯燥乏味,難以提起學生興趣。學生無法對實際元器件進行感性了解,這樣就直接造成學的知識與實際嚴重脫節。更有甚者在分組實驗時小組中只有少部分學生動手,學生做完實驗不知所謂。此外由于大學擴招的影響,造成學生質量下降,學生自學能力、邏輯分析問題能力不強,如何提升他們學習模擬電路的效率,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。所以現有的模擬電子技術課程教學無法滿足獨立學院培養應用性人才的目標。這樣不僅背離了應用型人才培養的宗旨,也嚴重制約應用型人才培養的質量,使得獨立學院畢業的學生處于理論上不如重點本科院校、實踐能力不如高職學生的尷尬局面。在如今嚴峻的就業形勢下,必須在學生理論知識學習的同時,加強學生分析問題、解決問題的實踐能力的培養。
2獨立學院模擬電子技術課程項目化教學改革
為了滿足獨立學院將學生培養成為應用型人才的目標,借鑒職業教育理念,我們準備對模擬電子技術課程進行項目化教學改革,目的是將傳統意義下的模擬電子技術課程知識進行解構、整合、序化,加入電子工藝學知識,配合課程實驗、課程設計項目,按照“做中學,學中做,遞進交互”的教學理念,以行業和崗位需求為導向,以培養學生的實踐技能為主線,以具體的電路產品為載體,實施項目化教學,一步步提升學生的專業實踐能力。
2.1項目化教學目標的分析
根據項目化教學要求,以社會就業行業和崗位需求為導向,通過對獨立學院往屆電信和通信相關專業的畢業生及其就業單位企業、工作需求市場進行調研,分析其就業崗位,總結出主要的職業崗位群;然后通過分析各種崗位群對模電課程相關內容的要求,確立獨立學院模擬電子技術課程的知識要求、能力要求及素質目標。
2.2項目化教學理念與思路的確立
根據項目化教學要求,以生活中具體的電路產品為載體,探索基于工作過程的課程開發與設計,通過分析真實產品的生產流程,以培養學生的實踐技能為主線,以職業資格標準為參照來開發和設計模擬電子技術項目化教學中合適的項目,實施行動導向的項目式教學方法,使學生在獲取知識、提高實踐能力的同時,獲得再學習能力和職業技術能力。
2.3項目化教學課程內容新體系的構建
模擬電子技術項目化教學中,課程內容和體系改革是課程建設的核心。本課程在進行教學的時候,應考慮哪些知識是進行項目所需的基礎,或者項目進行過程中關鍵點所在。課程內容選取遵循獨立學院教育的基本規律,基于行動優先原則,針對獨立學院電信和通信類專業培養目標及學生就業崗位需求,以職業能力培養為重點,根據職業崗位的任職要求,構建新的教學做一體化課程內容體系。根據課程教學的需要,將教學內容劃分為兩個大的模塊。基礎模塊:包括基本器件和基本放大電路。在教學過程中,突出應用,以電子產品實例為載體,使學生掌握模電基本知識點、基本放大電路的分析和設計方法。這個模塊應該強調基礎,支撐后續課程的學習,培養學生的學習興趣。實用模塊:包括集成運放電路和應用模塊。通過該模塊的學習,基本掌握實用模擬電子系統分析、計算、調試、檢測、設計的能力。教學過程中知識應該精煉,教學內容及時更新,盡量與實際崗位工作要求相符,更好地培養學生的應用能力和實踐能力。
2.4項目化教學方法與手段的設計
對課程進行基于行動導向的教學改革與實踐。實踐課程中選取多個項目,根據項目重新整理課程內容,將原模擬電子技術課程理論教學與實踐教學有機融合到這些制作項目中,通過完成產品組件的分析、制作與調試等綜合性學習任務,使教學內容更加豐富、直觀,更加貼近工程實際。理論教學主要采用以下方式:(1)“精講+演示”的教學方式,通過各個具體項目的實物電路呈現,使學生最直觀地認識電子產品的設計、制作與調試等相關知識,通過應用實例啟發學生興趣、舉一反三。(2)根據學習情境和教學對象的特點,靈活運用基于行動導向的多種教學方法,通過多媒體課件、動畫演示、課程學習網站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的軟件測試等多種現代化教學手段。將傳統教學手段與現代教學手段緊密結合,增強教學內容的動感和趣味性,從而實現更生動的教學模式。(3)引導學生使用相關軟件工具分析和設計電子電路、重視課后答疑并及時組織習題討論課,引導學生進行研究性的學習,鼓勵學生大膽提出問題、研究解決問題的途徑和方法。實踐教學主要采用以下方式:
(1)基礎實驗:“模擬電子技術實驗”。學生通過實際元器件的識別和基本電路的測試等訓練,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電路的性能有了更進一步的認識和理解。基礎實驗的具體目標是使學生從枯燥的理論知識和乏味的實驗箱操作回歸實際,讓學生對實際元器件和電路進行感性認識,并在此基礎上培養他們識圖、識器件的基本能力以及實際電路調試能力,加強理論和實際的結合。(2)提高性實訓:“專業實訓”和“電子工藝實訓”。完成Protel、Proteus等電子相關軟件的學習,指導學生利用軟件完成功能較為簡單的電路的分析與設計。要求學生利用仿真軟件繪制原理圖,利用軟件中的函數發生器、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的錯誤,經過反復調試、修改,確定電路參數、驗證電路設計的正確性,直到電路仿真通過,達到設計要求。根據仿真成功的電路確定具體電路。然后要求學生利用實驗室提供的元器件和工具,自己焊接電路板,并進行調試。(3)綜合性設計:“模擬電子技術課程設計”。①為了更好地靈活應用所學的理論知識,將實際結合到理論中去,在廣泛調研的基礎上,依據工作任務分析,以小型的電子產品組件的制作、調試作為能力培養的主線,教師確定多個項目任務,每個項目囊括較多的模擬電路知識點。②要求學生選取項目任務,根據教師下達的任務和要求,討論系統的規范與功能,并提出系統框圖。③將框圖具體電路細化,利用理論知識,針對實際要求,完成電路的設計。④利用軟件仿真來確定設計電路元器件的參數,驗證電路的正確性。⑤根據設計電路,學生列出元器件采購清單,要求親自到市場調研采購,并結合成本考慮,采購元器件。⑥學生通過自己搭接或焊接電路、測試電路性能,最終設計方案實現。⑦設計完成之后,學生必須參加項目答辯,完成設計報告。
“模擬電子技術”是電子信息類專業的重要學科基礎課程。該課程內容豐富,既有模擬電子技術的理論分析,又強調模擬電路的工程性和實踐性;既要掌握模擬電子電路的基本概念、基本電路及其分析方法,又要求對電路進行定性分析和近似分析,學會辯證、全面地分析問題和解決問題。通過本課程的學習,培養學生繼續深入學習和接受電子技術專業知識的能力,培養學生系統的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和創新意識,學習科學的思維方法。因此,普遍認為該課程“入門難”,在教學過程中各個知識點的銜接以及各個教學環節的配合十分重要。
二、課程結構與基本教學要求
“模擬電子技術”是電子信息類專業及其重要的學科基礎課程之一,“電路分析基礎”是與其直接相關的先修課程,此外還包括“高等教學”和“普通物理學”等相關課程。“數字電子技術”、“電子線路課程設計”、“高頻電子電路”、“半導體集成電路基礎”等后續課程與本課程密切相關,傳感器原理、嵌入式系統以及畢業設計等也與本課程的聯系比較緊密。結合電子科學與技術、微電子科學與工程的專業特點,在本課程教學過程中,我們注意本課程與后續課程的內容銜接,盡量避免復雜的公式推導,注重分析問題能力的培養。
1.課程的基本結構。為使學生對電子電路建立起系統的觀念、工程的觀念和創新意識。首先,要培養學生分析問題的能力,使其“會”讀圖,能對電路進行性定性分析,其次,要求能夠進行定量計算。以我院電子科學與技術,微電子科學與工程兩個專業為例,“模擬電子技術”教學計劃共64學時,其中56學時為課堂理論教學,8學時為實驗教學。為進一步培養學生的動手能力,隨后安排2周的電子電路課程設計,作為實踐環節的補充。經過比較甄別,采用文獻[1]作為基礎教材。教材遵循“先器件后電路,先小信號后大信號,先基礎后應用”的規律編排內容,為相關課程的學習打下較好基礎。在應用方面,是圍繞信號的放大、運算、處理、轉換和產生來介紹。
2.本課程的教學內容。在教學內容安排上,除去緒論部分,筆者將課程內容分成4個單元,如表1所示。第一單元講述常用半導體原理,及其與分立元件組成的放大電路的原理;二、三單元分別為集成運算放大電路的原理及其應用;關于直流穩壓電源的內容為第四單元。其中每個單元安排2學時的實驗課程,分別為三極管放大電路(單級、差分)、運算電路、反饋放大電路和直流電源,考慮與實踐環節“電子線路課程設計”的銜接,僅安排驗證性實驗。
三、教學模式的改革思路
1.優化教學內容。我們以所選用教材為根本,考慮教學學時有限,以及相關知識點的銜接,對教學內容做了一些優化。如表1所示,第一單元內容包括半導體器件及其基本放大電路,以雙極性器件為主,單極性器件的學習做好與后續課程銜接即可。其中多級放大電路部分主要講述差分放大電路;考慮知識點的連貫性,特別是把教材第9章關于功率放大電路的內容作為分立元件放大電路的應用,與多級放大器的輸出級部分一起講授。在此,要特別注意本課程“入門難”在該部分教學內容中充分體現;例如關于PN結單向導電特點,應避免復雜的理論和公式推導,在教學時可先由線性電阻的雙向導電性對比PN結的單向導電性,比較其伏安特性曲線,使其特點一目了然。隨著信息技術的發展,集成放大電路的應用越來越廣泛。學習第二單元集成放大電路的原理及特點,特別要注意與后續課程“半導體集成電路基礎”的銜接,關于集成放大電路的原理此處應重視其外特性,重點分析集成放大電路的頻率響應和放大電路中的反饋。第三單元,集成運算放大電路的應用,包括基于集成運算放大器的信號運算與處理以及波形發生與轉換電路。此處應注意與“高頻電子線路”課程的銜接,波形發生電路重點講述RC正弦波振蕩電路即可,在內容上要避免不必要的重復。第四單元,直流穩壓電源,講述小功率整流濾波電路和串聯反饋式穩壓電路,并安排2學時的實驗。考慮到在本課程的教學過程中,已將關于電子線路讀圖的方法穿插到相關章節;沒有單獨安排第11章“模擬電子電路的讀圖”的教學內容。
2.合理安排相關知識點的教學順序。為培養學生綜合應用所學知識解決問題的能力,要明確“學以致用”的道理;即學習器件原理的目的是為了組成功能電路。遵循這個理念,合理安排相關知識點的教學順序,深刻領會知識點的內涵是教學過程中一個重要環節。首先,針對第一單元知識點的教學順序做了一些調整。在學習三極管基本原理后,接下來便是三極管基本放大電路的學習;其次,考慮為CMOS集成電路的學習打下基礎,關于場效應管原理其基本放大電路的學習雖非重點內容,但卻是必不可少的。另外,關于差分放大電路以及互補輸出電路的學習,需注意與集成運算放大電路的關系。第三單元分析非正弦波發生電路是一個難點,在教學過程中應引導學生應用“電路分析基礎”課程“RC電路三要素法”定理分析非正弦波發生電路工作原理,則問題可迎刃而解。“電路分析基礎”課程中所學“電流節點定律”、“電壓回路定律”、“線性電路疊加原理”、“戴維寧定理”和“諾頓定理”等理論是從事模擬電子線路分析的基本定理,必須牢記。
3.完善多媒體教學課件,做好板書與多媒體教學相結合。多媒體教學以信息量大、圖文并茂等優點,在當前電子信息類專業課的教學已普遍采用,很多教材配套多媒體課件,甚至出現在課教學過程中完全丟棄板書的現象。但必須注意多媒體教學節奏快,學生很難有時間做課堂筆記,容易產生“夾生飯”。對此,我們首先完善了與教材配套的多媒體教學課件,根據上文3.1和3.2所述優化教學內容和知識點順序,特別參考相關文獻對一些知識難點分解、細化,經過近3年的不斷完善基本形成具有特色的“模擬電子技術基礎”多媒體課件。同時,對一些比較適合板書講解的知識點,注意做好傳統板書與多媒體相結合;例如二極管整流濾波、放大電路圖解分析法、放大電路交流等效電路、非正弦波發生電路的過程分析等,在講解過程中通過板書一步步地畫出相關波形有利于充分理解其內涵,培養學生的學習興趣、增強學生的自主學習和實踐動手能力。
4.以能力培養為導向,充分調動學習主動性。以能力培養為導向,注重學生的綜合素質與創新能力的提高。探索師生互動的課堂教學模式,提倡和鼓勵學生自主學習,讓學生真正參與教學。以應用為背景,采用提問的方式,激發學生學習興趣,破解本課程“入門難”的問題。在一輪教學過程,按照“回顧要點—提出問題—分析問題—當堂小結”的順序組織授課內容,除了要求完成相應的作業題目,每個知識點均設計1~2題小結性質的問題進行提問,并引導學生當堂解答,或作為課后作業在下次課隨機抽取學生講述該題目的解答,鼓勵學生發表見解,大膽質疑。以此使學生充分參與教學,激發學習興趣,調動其學習積極性。
關鍵詞:信息化教學 汽車電氣設備 應用與實踐
信息技術日新月異的發展,為教育教學的進一步發展創新提供了良好的教學模式和廣闊的教學空間。由于汽車電器本身結構復雜,原理比較抽象,采用傳統的教師“講”的模式不利于學生對知識的掌握,而借助現代化的信息化教學,可以優化課堂教學,從而提高教學效率。
一、信息化教學的定義和特點
信息化教學就是在信息化環境中,教育者與學習者借助現代教育媒體、教育信息資源和教育技術方法進行的雙邊活動。
其特點是:以信息技術為支撐;以現代教育教學理論為指導;強調新型教學模式的構建;教學內容具有更強的時代性和豐富性;教學更適合學生的學習需要和特點。
二、信息化教學的積極作用
信息化教學相對常規課堂教學有著不可比擬的優勢,可以使汽車電氣設備課程的課堂教學形式豐富多樣,改變以往呆板枯燥的形式,其表現如下:
(一)、有利于調動學生的主體性,激發學習興趣
信息化教學以圖形、動漫、影像、聲音和文字等多種方式顯示教學信息,傳遞教學內容,具有直觀生動、形式多樣的特點。它可以充分利用網絡或動漫情景全方位地調動學生的學習主動性,最大限度地挖掘學生的潛力,拓寬學生的思路,這樣不但增進學生對知識的理解,而且使課堂氣氛活躍輕松,激起他們的求知欲望,使學生從“要我學”轉化為“我要學”的狀態,使學生有著置身其中的感覺,從而激發他們強烈的學習興趣。
(二)、有利于提高學生的信息素養和協作能力
借助信息化資源,學生通過多種渠道搜索資料,整合資源,并進行加工和處理,極大地提高了學生的信息素養。同時通過學生的交流、合作,共同完成某一項任務,從而培養了學生的協作能力。
(三)、有利于更新知識結構,優化課程內容
專業教學不同于基礎課的教學,它隨科技的發展知識也在不斷隨之更新,教師掌握的知識也要緊密結合科技、社會發展的進程。課堂上傳授的知識要具有科技前沿性,然而,教學使用的教材具有知識滯后性,如果教師能在課堂上借助網絡可以將新知識、新科技引入課堂,及時傳授給學生,這樣可以彌補課本的不足,優化課程內容,使學生能實現與社會零距離對接。
三、汽車電氣設備信息化教學的應用與實踐
(一)、多媒體在中職汽車電氣設備中的應用
教學中合理地運用圖片、Flas或微視頻,不僅可以激發學生的學習興趣,還可突破教學的重點和難點。例如,通過智能手機拍下發動機上“節氣門位置傳感器”實物后制成PPT圖片展示,這樣就輕松地使學生對其安裝位置、形狀、結構、甚至功能都有較深刻的印象,同時解決了實物體積小、數量有限的不足。感性的實物會一下子激發學生的興趣,讓他們的注意、記憶、思維都活躍起來,達到最佳狀態。這樣講授的新課,能收到事半功倍的效果。汽車電氣設備理論教學的重點、難點都集中在各部分的原理上,有時教師講得口干舌燥,學生卻不知所云。例如,在講授發動機中“噴油器”的結構和工作原理,因其結構比較復雜,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,還有噴霧質量等,教師都較難以講授清楚,學生也難以掌握。如果將噴油器的結構和工作原理以Flas的形式展示,學生便能很清楚地弄清噴油器的結構、原理和工作情況。
(二).網絡信息在中職汽車電氣設備中的應用
豐富的網絡優質資源,為學生的自主學習提供了有利條件。通過任務驅動,教師提出相關問題,讓學生操作計算機在網絡中搜索信息,尋求答案,學生在完成任務的同時,也促成了教學目標的達成。還可以鼓勵學生課余時間上網,從網上學習或下載汽車電器最新成果、汽車電氣設備課件、電子論文等,然后進行信息交流。這不僅讓學生學習了更多的汽車電氣設備方面的知識,而且增強他們對現代信息技術的認識及應用能力。
(三).計算機仿真軟件在中職汽車電氣設備中的應用
計算機仿真模擬法對汽車電氣設備理論原理高效的學習有不可估量的作用,而且同樣對汽車電氣檢測、排故實訓教學有著巨大的幫助。模擬仿真教學在汽車電氣設備課程教學中主要是指采用計算機技術對具體的汽車電氣工作原理、技能操作的仿真模擬系統,通過模擬系統的學習,學生可以在趣味性的情景中完成課程學習,達到掌握基本原理或模擬進入生產現場實際操作的教學目的。這種教學方法特別適宜于汽車電氣理論認知和技能實習前的教學,通過模擬系統的使用,不僅使學生熟練地掌握了汽車電氣設備各模塊的工作原理、各類檢測設備的操作方法,縮短了實習教學的適應時間, 提高了實習教學效率,而且有效地提高了實習教學的目的性和實習效果。這也是目前汽車電氣實訓課中學生人數多而實訓設備相對不足所進行教學的一種有效的選擇。
四、汽車電氣設備信息化教學教學的反思
1.學校加大硬件設施的投入。
2.不斷提升教師自身的信息化能力,樹立終身學習的意識。
3.開發汽車電氣設備信息化教材。
4.信息化教學要注重教學效果,避免華而不實
5.加強教育和監管,增強學生合理、文明地使用網絡的意識。
五、結束語
信息化教學是網絡時代教師必備的職業技能,,是教師現代化教學的一項基本功。在現代信息化環境下,教師不僅是傳統的傳道授業解惑,而且要把主要精力放在如何利用信息化教學資源,設計好的教學方案,同時要培養學生使用信息技術、利用信息技術的意識和興趣,培養學生利用信息技術獲取知識、獲取信息的能力,進而培養學生的創造精神和專業實踐能力。信息化課堂符合時代特征,形式內容豐富,從而優化汽車電氣設備的教學。
參考文獻:
[1].陳文玲.進一步完善新技術在教學中的運用[J].中央廣播電視大學學報,2010,(12).
論文摘要:作為網民使用最多的兩大語言——英語和漢語,其網絡交際語言在構詞上有相似之處,同時也表現出了不同的特點。文章通過對比英漢網絡交際語言在造詞方法上的異同,探討了它們的構詞理據。
詞語的理據指的是事物和現象獲得名稱的依據,說明詞義與事物或現象的命名之間的關系。這種依據既可以是“微觀的”,即基于語言本身,包括擬聲理據、形態理據、語義理據、邏輯理據和詞源理據,也可以是“宏觀”的,即依托于大的社會文化背景,如社會政治、經濟、文化的發展甚至政權的變更等都會產生大量新詞。
隨著互聯網的飛速發展和日益普及,一種全新的交際模式——網絡交際,已被越來越多的人所接受,并因其獨特的魅力而風靡全球。以電子郵件、電子論壇、聊天室等為載體的網絡交際已成為人們生活中不可或缺的一部分。網絡交際語是網民們為了方便交流,加強溝通而在網上使用的,有獨特風格的習慣用語,是為了滿足網絡交際的需要而發展起來的一種新的社會“方言”。
網絡交際是對常規交際的一次重大突破,傳統語言的規范性在這里遭遇了最大的挑戰。盡管許多網絡交際詞語的產生有一定的隨意性,但還是“有據可查”的。作為網民使用最多的兩大語言——英語和漢語,其網絡交際語言在構詞上有相似之處,同時也表現出了不同的特點。本文通過對比英漢網絡交際語言在造詞方法上的異同,來探討它們的構詞理據。
一、英漢網絡語言造詞方法的共同點
英漢網絡交際語是網絡交際時代的新產物,其發展離不開網絡這一交際媒介,因此在造詞方面必然會出現共同之處。
1、大量運用非常規縮略詞
所謂縮略詞是從已相對穩固的詞或短語中,直接或間接地抽取其主要成份形成簡短的詞語,表示與原復雜詞語相同的意義。縮略構詞法是現代語言中一種重要的構詞手段,由這種構詞法創造的新詞言簡意賅,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術語或機構名稱,且數量不多。而在英漢網絡交際中,大量的非常規縮略詞為網民們使用著。這主要是由網絡交際的特點決定的。網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送信息才能使交際連續不斷,否則會影響交際的速度和效率。因此在網上交際時必須以盡可能少的字符來表達意義,以加快節奏、提高效率。縮略詞語可以有效減少鍵盤敲擊次數,滿足了網民們在最短的時間內傳遞出最大的信息量的要求,因此在網絡聊天或發送電子郵件時,網民們便約定俗成地大量使用一些非常規縮略詞。
2、運用諧音詞
所謂“諧音詞”就是對原字詞的讀音進行模擬,構成一個與原字詞讀音相近的新詞語。作為一種語言現象,諧音在日常生活乃至各行各業中都有廣泛的運用。在英漢網絡交際語中,利用諧音產生的新詞俯拾皆是,可謂網絡語言的又一特色。諧音在網絡交際語言中之所以被廣泛應用主要有兩個原因: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,為網絡交際增色不少。
3、直接采用阿拉伯數字代替詞語
用數字代替詞語并不是網絡交際語言的原創。早在網絡出現以前就已經為一些人所使用,但在網絡交際語中,對數字的運用可以說達到了極致。因為網絡交際實質上是文本化的口語交際,主要借助文字輸入這一環節來實現,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,網民們絞盡腦汁使用了多種手段,其中之一就是用數字代替詞語。因為數字是鍵盤自帶的,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絡交際語獨有的特征。主要是由網絡交際場景的分隔性決定的。網絡交際雖然打破了傳統交際的時空局限,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)。與現實交際相比,交際雙方的姿勢、表情等就無法表現出來,在理解彼此意思的時難免會出現一些偏差和誤解。于是妙用多種手段組合鑲嵌的表情符號就應運而生了,從而消除了網絡交際方式的沉悶枯燥,增強了趣味性。
二、英漢網絡語言造詞方法的不同點
英漢網絡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生很大程度上應歸因于漢語的拼音輸入法。我們知道漢語音節比較簡單,主要通過聲調來區分詞義。但由于網上使用五筆打字的人還很少,大多數網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,因此當人們在拼音(如智能abc)輸入狀態下輸入某個詞語的拼音時,就會出現一系列的同音詞。但在時間寶貴的網絡上,網民們來不及去挑選正確的詞語,因此就出現了“斑竹”、“大蝦”之類的諧音同義詞。英語沒有這種現象。因為英語是拼音文字,雖沒有聲調,但有發達的輔音連綴,使音節變化大大增加,單詞孤立達意能力比漢語要強,同音現象遠不如漢語突出。
2、漢語網絡交際語中的諧音詞不僅數量比英語多而且表現手法多種多樣
網民們在用漢語進行網絡交際時,除了使用單純的數字諧音和文字諧音,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。而英語網絡交際語中的諧音詞除了上面提到的為數不多的數字諧音外,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。因為英語單詞音節比較復雜,詞的同音情況較少,因此網絡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成諧音,依靠聲音和意義之間的聯系造成一語雙關,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、縮略詞的數量以及縮略的方法不同
在英語網絡交際語中,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。此外英漢網絡縮略詞的縮略方法也有所不同。英語網絡縮略詞的大部分并非規范性的縮寫,而是由網民們自行創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。漢語網絡交際語中的縮略詞大部分是直接借用英語網絡交際語中的縮略詞。另外,網民們還模仿英語首字母縮略構詞法創造了具有“中國特色”的縮略詞,即利用拼音的聲母進行縮略的詞,如:fb(腐敗)、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節,從而節省時間,加快交流速度。雖然漢語網絡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”(神經病兒童)、“留學生”(留過級的學生)、“蛋白質”(笨蛋+白癡+神經質)等等。
4、數字詞的數量差異
與漢語網絡交際語一樣,英語網絡交際語也經常用一個發音與某一個單詞相同的數字代替這個單詞從而節約時間和空間,增強交流效率,但其數量與漢語相比,則是“小巫見大巫”。在英語網絡語言中,用于諧音造詞的數字僅限于1(won or one)、2(to,too or two)、4(four,for orfore-)、8(eight)等數字。而在漢語網絡交際語中,每個阿拉伯數字都可以用來代表詞語甚至句子。例如:58451201314(我發誓,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為主,便于以數字音節代替其它常見音節,另外漢語方言語音的歧義也為一些數字音節代替其它音節提供了多種可能性。
三、結語
網絡交際語極大地豐富了人們原有的詞匯系統,彌補了現有語言在網絡交際中的不足。英語和漢語的網民人數占世界網民人數的絕大多數,其網絡交際詞語的構詞特征,代表了世界網絡交際語言的發展趨勢。通過比較英漢網絡交際詞語,不僅可以幫助我們了解和掌握網絡交際語言的普遍特征,認識詞匯結構體系發展變化的趨勢,還有利于我們提高在網絡語境下的跨文化交際能力。
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關鍵詞鍋爐房/計算機控制/供暖
AbstractDiscussestherequirementsformonitoringandmanagementofthescopesfromboilerhousesforheating,steam-waterandwater-waterheatexchangers,smallscaleheatingnetworkstolargescaledistrictheating,therelatedhardwareconfigurationandtheapproachestorealisetherequiredfunctions.
Keywordscomputercontrol,heating,boiler
5.1供暖熱水鍋爐房內監測與控制的主要目的應為:
·提高系統的安全性,保證系統能夠正常運行;
·全面監測并記錄各運行參數,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過程進行有效的控制調節,提高鍋爐效率,節省運行能耗,并減少大氣污染。
對于熱水鍋爐,可將被監測控制對象分為燃燒系統和水系統兩部分分別進行討論。整個計算機監測控制管理系統可按圖5-1形式由若干臺現場控制機(DCU)和一臺中央管理機構成。各DCU分別對燃燒系統、水系統進行監測控制,中央管理機則顯示并記錄這兩個系統的在線狀態參數,根據供熱狀態況確定鍋爐、循環泵的開啟臺數,設定供水溫度及循環流量,協調各臺DCU完成各監測控制管理功能。
5.1.1燃燒系統監測與控制
對于鏈條式熱水鍋爐,燃燒過程的控制主要是根據對產熱量的要求控制鏈條速度及進煤擋板高度,根據爐膛內燃燒狀況及排煙的含氧量及爐膛內的負壓度控制鼓風機、引風機的風量,從而既根據供暖的要求產生熱量,又獲得較高的燃燒效率。為此需要監測的參數有:
·排煙溫度:一般使用銅電阻或熱電偶來測量;再配之以相應的溫度變送器,即可產生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%范圍內的高溫氣體的含氧量實現較精確的測量,其輸出通過變送器后亦可轉換為4~20mA或0~10mA電流信號。
·空氣預熱器出口熱風溫度:同上述測溫方法。
·爐膛、對流受熱面進出口、省煤器出口、空氣預熱器出口、除塵器出口煙氣壓力:測點可根據具體要求增減,一般采用膜盒式或波紋管式微壓差傳感器,再通過相應的變送器變為4~20mA或0~10mA電流信號,接入DCU的AI通道。
·一次風、二次風風壓,空氣預熱器前后壓差: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換為電阻信號,再變成標準電流信號,送入DCU的AI通道。
·供水溫度及產熱量:由水系統的DCU測出后通過通訊系統送來。
燃燒系統需要控制調節的裝置為:
·爐排速度:由可控硅調壓,改變直流電機轉速
·擋煤板高度:控制電機正反轉,通過機械裝置帶動擋板運動
·鼓風機風量:調鼓風機各風室風閥或通過變頻器調風機轉速
·引風機風量:調引風機風閥或通過變頻器高風機轉速
為了監測上述調節裝置是否正常動作,還應配置適當的手段測試上述調節裝置的實際狀態。爐排速度和擋煤板高度可通過適當的機械機構結合霍爾元件等位置探測傳感器來實現,風機風量的調節則可以通過風閥的閥位反饋信號或變頻器的頻率輸出信號得到。
燃燒過程的控制調節主要包括事故下的保護,啟停過程控制,正常的燃燒過程調節三部分。
·事故保護:這主要是由于某種原因造成循環水停止或循環量過小,以及鍋爐內水溫太高,出現汽化。此時最重要的是恢復水的循環,同時制止爐膛內的燃燒。這就需要停止給煤,停止爐排運行。停止鼓風機,引風機。DCU接收水溫超高的信號后,就應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。
啟停控制:啟動點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爐排運動,停掉鼓風機,然后停止引風機。重新啟動的過程則是開啟引風機,慢慢開大鼓風機,隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度。
正常運行調節:正常運行時的調節主要是使鍋爐出口水溫度維持在要求的設定值,同時達到高燃燒效率,低排煙溫度,并使爐膛內保持負壓。這時作為參照的測量參數有爐膛內的溫度分布、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,鼓風機則可以根據空氣預熱器進出口空氣的壓差判斷其相對的變化,此時可以調整控制量有爐排速度、煤層厚度(調整擋煤礦板高度)、鼓風機轉速、各風室風閥、引風機轉速或風閥。上述各調節手段與各可參照的測量參數都不是單一的對應關系,因此很難用如PID算法之類的簡單控制調節算法。目前,控制調節效果較好的大都采用"模糊控制"方法或"規則控制"法,都是根據大量的人工調節運行經驗而總結出的調節運行方法。
當燃燒充分時,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節,煤層厚度與煤種有很大關系,爐膛內燃燒狀況可以通過爐膛內溫度分布及煤層風阻來確定。燃燒充分時爐膛內中部溫度最高,爐排尾部距擋渣器前煤已燃盡,溫度降低。鼓風機則應根據進煤量的增減而增減送風量,同時通過觀測排煙的含氧量最終確定風量是否適宜。引風機則可根據爐膛內負壓狀態決定運行狀態,維持爐內微負壓,從而既保證煤的充分燃燒,又不會使煙氣和火焰外溢。根據如上分析,可采用如下調節規則:
每h一次,根據爐膛內溫度分布調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:若出水溫度高于設定值2℃以上,則將爐排速度降低5%,若出水溫度低于設定值2℃以上,則將爐排速度加大5%,加大和減小爐排速度的同時,還要相應地將鼓風機轉速開大或減小。當采用風閥調整鼓風量時,則調閥,觀察空氣預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,則適當減少鼓風同風量(降低轉速或關小風閥),若低于高定值,則增加鼓風機風量。
每15min一次:若爐膛負壓值偏小(或變為正壓),加大引風機轉速或開大風閥,若負壓值偏大,則降低引風機風量。
以上調節規則中,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,然后將其再寫入DCU控制邏輯中。同樣,排煙含氧量的設定值,含氧量出現偏差時對鼓風機風量的修正等參數也需要在鍋爐試運行后,根據實際情況摸索,逐步確定。當然這幾個修正量參數也可以在運行過程中通過所謂"自學習"的方法得到,在這里不做過多的討論。
5.1.2鍋爐房水系統的監測控制
鍋爐房水系統的計算機監測控制系統的主要任務是保證系統的安全性;對運行參數進行計量和統計;根據要求調整運行工況。
·安全性保證:保證主循環泵的正常運行和補水泵的及時補水,使鍋爐中循環水不會中斷,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。
·計量和統計:測定供回水溫度和循環水量,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。
·運行工況調整:根據要求改變循環水泵運行臺數或改變循環水泵轉速,調整循環流量,以適應供暖負荷的變化,節省運行電費。
圖5-2為由2臺熱水鍋爐、4臺循環水泵構成的鍋爐房水系統示意圖。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那樣在鍋爐入口調節閥后面安裝壓力傳感器,根據測出的壓力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節閥來調整流量,可以使在2臺鍋爐都運行時,流量分配基本一致,而當低負荷工況下1臺鍋爐停止或封火,循環水泵運行臺數也減少時,自動調節流量分配,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F1一起構成對熱量的計量。用戶側供暖熱量為,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常對其作統計分析,與煤耗量比較,既可檢查鍋爐效率的變化,及時發現鍋爐可能出現的問題,與外溫變化情況相比較,則又可以了解管網系統的變化及供熱系統的變化,從而為科學地管理供暖系統的運行提供依據。
泵1~4為主循環泵。壓力傳感器p1,p2則觀測網路的供回水壓力。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,同時還應通過測量主接觸器的輔助觸點狀態測出每臺泵的開停狀態。這樣,當發現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,避免出現因循環泵故障而使鍋爐中循環水停止流動的事故。流量傳感器F1也是觀察循環水是否正常的重要手段。當外網由于某種原因關閉,盡管循環水泵運行,但流量可以為零或非常小,此時也應立即報警,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,恢復鍋爐內的水循環。
泵5,6與壓力測量裝置p2,流量測量裝置F2及旁通閥V3構成補水定壓系統,當p2壓力降低時,開啟一臺補水泵向系統中補水,待p2升至設定的壓力值時,停止補水。為防止管網系統中壓力波動太大,當未設膨脹水箱時,還可設置旁通閥V3來維持壓力的穩定。長期使一臺補水泵運行,通過調整閥門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,當發現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,協調整個鍋爐房及熱網的運行調節與管理。中央機主要工作任務為:
·通過圖形方式顯示燃燒系統、水系統及外網系統的運行參數,記錄和顯示這些參數的長期變化過程,統計分析耗熱量、補水量、外溫及供回水溫度的變化。
·根據外溫變化情況,預測負荷的變化,從而確定供熱參數,即循環水量及泵的開啟臺數、供水溫度、鍋爐運行臺數。將這些決定通知相應的DCU產生相應原操作或修改相應的設定值。負荷的預測可以根據測出的以往24h的平均外溫w來確定:
(5-1)
式中為Q0設計負荷,t0為設計狀態下的室外溫度,Q為預測出的負荷。考慮到建筑物和管網系統的熱慣性,采用時間序列的方法來預測實際需要的負荷,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%,所以不會引起系統的頻繁調節。
根據預測的負荷可以確定鍋爐的開啟臺數Nb:Nb≥Q/q0,其中q0為每臺鍋爐的最大出力。由此還可確定循環水泵的開啟臺數。
要求的總循環量G=max(Q/(Δt·cp)Cmin),其中Gmin為不產生垂直失調時要求的最小系統流量,Δt為設定的供回水溫差。由于多臺泵并聯時,總流量并非與開啟臺數成正比,因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數成正比,因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數與流量的關系對應表,由此可求出要求的運行臺數。
·分析判斷系統出現的故障并報警。鍋爐及鍋爐房可能出現的故障及由計算機進行判斷的方法為:
--水冷壁管或對流管爆管事故此時補水量迅速增加,爐膛內溫度迅速下降,排煙溫度下降,爐膛內溫度迅速下降,排煙溫度下降,爐膛內壓力迅速由負壓變為正壓。
--水側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的飽和溫度。
--鍋爐內壓力超壓事故測出水側壓力突然升高,超過允許的工作壓力;
--管網漏水嚴重測了水側壓力降低,補水量增大;
--鍋爐內水系統循環不良測出總循環水量GF1減少很多,壓差p3-p1或p4-p1加大;
--除污器堵塞測出總循環水量GF1減少,當閥門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定值有較大差別;
--引風機、鼓風機、水泵故障相應的主接觸器跳閘,或所測出的空氣壓差或水循環流量與風機、水泵的設計狀況有較大出入。
利用計算機根據上述規則及實測運行參數不斷進行分析判斷,即可及時發現上述事故或故障,并立即采取報警和停爐等相應的措施,從而防止事故的進一步擴大或故障轉化為事故,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,通過換熱站向小區供熱的系統來說,換熱站的作用就同上一節的供暖鍋爐房一樣,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的測控制元件。水側與圖5-2一樣,控制泵5、6及閥V2根據p2的壓力值補水和定壓;啟停泵1~4來調整循環水量;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,F3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由水蒸氣性質表可查出相應狀態下水蒸氣的比體積ρ,從而由體積流量換算出質量流量。為了能由t和p查出比體積,要求水蒸氣為過熱蒸汽。為此將減壓調節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,經調節閥等焓減壓后,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L2再次輸出有水信號時,計算機開始計時,直到L1發出有水信號時,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的蒸汽平均質量流量,代替流量計F3,并獲得更精確的測量。當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。
加熱量由蒸汽側調節閥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。為改善換熱器的調節特性,可以根據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定值。調整閥門V1使出口蒸汽壓力p3達到這一設定值。與直接根據出口水溫調整閥門的方式相比,這種串級調節的方式可獲得更好的調節效果。
供水溫度t3的設定值,循環泵的開啟臺數或要求的循環水量的確定,可以同上一節一樣,根據前24h的外溫平均值查算供熱曲線得到要求的供熱量,并算出要求的循環水量。供水溫度的設定值t3,set可由調整后測出的循環水量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地改變,以保證供出的熱量與要求的熱量設定值一致。
對于一次網為熱水的水-水換熱站,原則上可以按照完全相同的方式進行,如圖5-4。取消二次供水側的流量計F1,僅測量高溫熱水側的流量F3,再通過即可和到二次側的循環水量,一般高溫水溫差大,流量小,因此將流量計裝在高溫側可降低成本。測量高溫水側供回水壓力p3、p4可了解高溫側水網的壓力分布狀況,以指導高溫側水網的調節。
調整電動閥門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供水溫設定值,由V1按此設定值進行調節。在實際工程中,高溫水網側的主要問題是水力失調,由于各支路通過干管彼此相連,一個熱力站的調整往往會導致鄰近熱力站流量的變化。另外,高溫水側管網總的循環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水閥V1開大,試圖增大流量,結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,造成系統嚴重的區域失調。解決這種問題的方法就是采用全網的集中控制,由管理整個高溫水網的中央控制管理計算機統一指定各熱力站調節閥V1的閥位或流量,各換熱站的DCU則僅是接收通過通訊網送來的關于調整閥門V1的命令,并按此命令進行相應的調整。高溫水側面管網的集中控制調節。將在一下節中詳細介紹。
5.3小區熱網的監測與調節
小區熱網指供暖鍋爐房或換熱站至各供暖建筑間的管網的監測調節。小區熱網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,計算機系統的中心任務就是掌握小區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。比較現實的方法就是測量回水溫度,根據各支路回水溫度的差別,就可以估計出各支路所負責建筑平均室溫的差別。如果各支路回水溫度調整到相同值,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的流量分配進行調整,在各支路上都安裝由計算機進行自動調節的電動調節閥成本會很高,同時一旦各支路流量調節均勻,在無局部的特殊變化時,系統應保持冷熱均勻的狀態,不需要經常調整。因此可以在各支路上安裝手動調節閥,通過計算機監測和指導與人工手動調節相配合的方法實現小區供暖系統的調節和管理。為便于人工手動調節,希望各支路的調節閥有較準確的開度指示。目前國內推廣建研院空調所等幾個單位研究開發流量調配閥,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下的人工調節。
根據上述討論,計算機系統要測出各支路的回水溫度,并將其統一送到供暖小區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置1臺DCU。此DCU僅需要溫度測量輸入通道。再通過專門鋪設的局部網或通過調制解調器經過電話線與小區的中央管理聯接。當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、每一組聯至一臺DCU的測溫點相距不太遠時適用。
采用內部裝有單片機的智能式溫度傳感器,可以連接通訊網通訊或通過調制解調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制解調器的溫度變送器,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時的供熱狀況一目了然。還可根據各支路間回水溫度的差別計算各支路閥門需要的調整量。對于一般的帶有閥位指示的調節閥,這種分析只能采用某種基于經驗的規則判斷法,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,全網平均回水溫度。
若max-min<3℃,不需要再做調節。
若max->2℃,將溫度最高的10%支路閥門都關小,與相比溫度每高1℃關小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%;
根據上面的分析結果,計算機顯示并打印出需要調節的支路及其調節量。運行管理人員根據計算機的輸出結果到現場進行手動調節。在供暖初期每3天左右進行一次這種調節。一般經過6~8次即可使一個小區基本實現均勻供熱。
采用流量調配閥時可以使調節效率更高,效果更好。此時需要將現場各流量調配閥的實際開度、流量調配閥的開度-阻力特性性能曲線及小區管網的連接關系圖輸入中央管理計算機,有專門的算法可以根據調整閥門后回水溫度的變化情況識別出管網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本閥需要調整的開度[4],每次調整后,調整人員需將實際上各調節閥的調整程度輸入計算機。計算機進而計算了下一次需要的調整量,像這樣一次高速可間隔2~5d。模擬分析與實驗結果表明,一般只要進行3~4次調節,即可使各支路的回水溫度調整到相互間差值都在3℃以內,實現較好的均勻供熱[8]。
目前,許多供熱公司和有關管理部門開始提出裝設熱量計,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出臺。這種熱量計多是由一臺轉子式流量計和兩臺溫度傳感器配一臺單片計算機構成。轉子式流量計每流過一個單元流量即發出一個脈沖,由單片機測出此脈沖,得到流量,再乘以當時測出的供回水溫差,即可行到相應的熱量,由單片要對此熱量值進行累計和其它統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,通過調制解調器將它與電話線連接,就能實現熱量計與小區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,從而可以對網的不平衡發問進行分析,給出熱網的調節方案。這樣,將熱量計、通訊網與小區中央管理計算機三者結合,就可以全面實施小區熱網的熱量計量、統計與管理、運行調節分析三部分功能,較好地解決小區熱網的運行、管理與調節。
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5.4熱電聯產的集中供熱網的計算機監控管理
熱電聯產的集中供熱網可以分成兩部分:熱源至各熱力站間的一次網,熱力站至各用戶建筑的二次網。后者的控制調節已在前幾節討論,本節討論熱源至各熱力站間的一次網的監控管理。
一次網有蒸汽網和熱水網兩種形式,對于蒸汽網,各熱力站為前面討論過的蒸汽-熱水換熱站,一次網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的監測控制調節。
若忽略熱網本身的慣性,則系統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循環水量之和又總是等于熱源循環泵的流量,不論是冷凝式、抽汽式還是背壓式熱電廠,其輸出到熱網的熱量都不是完全由各熱力站的調節決定,而是由熱電廠本身的調節來決定,取決于進入蒸汽-水換熱器的蒸汽量。由于熱電廠控制調節輸出熱量時很難準確了解各熱力站對熱量的需求,同時還要兼顧發電的要求,不能完全根據各熱力站需要的熱量調整,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,就導致控制調節上的一些矛盾。
為簡單起見,假設熱電廠向蒸汽-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,則各熱力站二次側調節紛紛關小。以減小流量。由此使總流量相應減少,導致供回水溫差加大。如果電廠維持蒸汽量Q0不變則各熱力站調節閥的關小并不能使總熱量減少,而只是根據網的特性及各熱力站調節特性的不同,有的熱力產流量減少的多,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,各熱力站的調節閥紛紛開大,使流量增加,由此導致供回水溫差減小。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閥門的調節實際是對各熱力站之間的熱量分配比例的調節,而不是對熱量的調節,如果各熱力站都是這樣獨立地根據自己小區的供熱需求進行調節,而熱電廠又不做相應的配合,則整個熱網不可能調整控制好。實際上熱電廠也會進行一些相應的調節,例如發現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節中的討論的,根據外溫獨立調節。既然各熱力站一次側閥門的調節只解決熱量的分配比例,那么對它們的調節亦應該根據對熱量的分配比例來調節。一種方式是如果認為供熱量應與供熱面積成正比,則測出每個熱力站的瞬時供熱量,根據各熱力站的供熱面積,計算每個熱力站的單位面積q。對q偏大的熱力站關小調節閥,對q偏小的則開大調節閥,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的供回水平均溫度,因此可以各熱力站二次側供回水平均溫度調整成一致目標,統一確定熱力站二次側供回水平均溫度的設定值,根據此設定值與實測供回水平均溫度確定開大或關小一次側調節閥。按照這一思路,對各熱力站的調節以達到熱量的平均分配為目的,以實現均勻供熱。熱電廠再根據外溫變化,統一對總的供熱量進行調整,以保證供熱效果并且不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物效果并不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物均處在同一外溫下,因此,一旦系統調整均勻,對各熱和站調節閥的調整很少,熱源的總的供熱以數隨外溫改變,各熱力站的調節閥則不需要隨外溫而變化,只當小區二次系統發生一些變化時才需要進行相應的調節。
要實現這種調節方式,就必須對全網各熱力站的調節閥實行集中統一的控制調節。可以在每個熱力站設一臺DCU現場控制機,測量一、二次側的水溫、壓力、流量及二次側循環泵狀態,并可控制一次側電動調節閥。通過通訊網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制解調器搭用電話線,也可以隨著供熱干管同時埋設通訊電纜,使用雙絞線按照電流環方式通訊。中央管理機不斷采集各熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量,定期計算熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量,定期計算熱力站發送來的實測溫度的設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/關小電動調節閥。各熱力站二次側回水溫度的變化是一慣性很大且緩慢的過程,因此應采有0.5~1h以上的時間步長進行調節,以防止振蕩。
除對熱網工況進行高速外,計算機控制系統還應為保證系統的安全運行做出貢獻。當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超壓導致散熱器脹裂,DCU可直接監視用戶的供回水管壓力,發現超壓立即關閉供水閥,起到保護作用。無論直連還是間連網,另一類嚴重的事故就是一次網漏水。嚴重的管道漏水如不能及時發現并切斷和修復,將嚴重影響供熱系統和熱電廠的運行。根據各熱力站DCU監測的一次網供回水壓力分布,還可以從其中的突然變化判斷漏水事故及其位置,這對提高熱網的安全運行有十分重要的意義,這類系統壓力分析與事故判斷的工作應屬于中央管理機的工作內容。
5.5參考文獻
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