一、课程概述

《过程控制系统》虚拟仿真实验教学课程是2020年辽宁省虚拟仿真实验教学一流课程，课程负责人为律德财教授。

该课程实验教学以PLC过程控制系统为研究平台，结合3D建模、动画模拟、人机交互等手段，以二维和三维结合的方式，逼真展示温度、压力、流量、液位等过程控制系统的组成、结构。通过本虚拟实验仿真，使学生学习到过程控制系统中的总线式控制仪表、PLC系统、被控对象及其组件的选择、组装以及PID参数设置和控制系统响应曲线。通过把抽象的概念、理论转换成形象的3D图形和图像，帮助学生深刻理解过程控制系统知识，为在真实的实验装置上编程、调试打下深厚基础。通过该课程，达到以下目标：

（一）激发学生的兴趣：通过虚拟仿真实验教学，使学生在虚拟的环境中，掌握过程控制的基本原理、设备连接以及参数设置。这种灵活的方式能够激发学生主动学习知识的兴趣和养成不断思考的习惯。

（二）提高学生的学习效率和学习能力：在虚拟环境中，学生可以根据自己的想法连接系统、设定参数。这样能够加深对理论知识的理解。学生沉浸在虚拟环境中，能够随时随地进行试验，从而及时发现问题和解决问题，提高学习效率。该虚拟仿真平台设置了5个案列，学生完成了5个案列的实验，基本上掌握了过程控制技术的知识。

（三）提高人才培养质量和效率。学生通过过程控制虚拟仿真实验平台，可以帮助学生把抽象的理论知识转化为生动的图形图像。并通过对虚拟图形图像操控，加速学生对知识的理解和记忆，大大提升实验教学效果。

（四）节省实验成本，提高安全性。利用虚拟的图形图像，替代原来过程控制系统组装实验中物理的仪表、装置、管、线、被控对象等，即方便学生操控，又节省实验成本。尤其是对于存在一定压力和温度较高的过程控制系统，实验具有一定的安全隐患。通过虚拟仿真平台，学生既能掌握相关的实验要求，又避免发送危险。

二、课程建设历程

课程建设主要经历了以下阶段：

（一）2019年-2020年，基于虚拟仿真实验平台，构建了《过程控制系统》虚拟仿真实验教学体系。

（二）2020年-至今，面向高校的教学推广应用计划：

本实验系统将置于曼恒VR BOX中，面向所有有需求且具备相应实验系统设备的高校开放。

（三）2020年-至今，课程的持续改进和优化，不断根据学生和教师的反馈进行调整和优化，探索有利于虚拟仿真实验教学项目开放共享的教学绩效激励机制。

三、课程创新特色

（一）虚实结合。利用虚拟现实技术逼真地模拟现实世界中的被控对象、过程仪表、管道、电路、控制器等，通过三维立体影像帮助学生加深对过程控制系统的认识，培养学生在实验环节的创新实践能力 ，激发学生的学习兴趣，提高实验教学的效果。学生在虚拟仿真平台搭建控制系统，在真实的实验平台编程、调试，这种虚实结合的教学形式，能让学生更深刻理解温度、压力、流量、物位等过程控制知识，提高过程控制系统应用技术人才培养效率。

图1 过程控制系统实物图

图2 虚拟仿真图

（二）沉浸式体验。虚拟仿真实验课程通过三维模拟、虚拟现实等技术，为学生提供沉浸式的体验，学生可以在虚拟环境中进行操作，仿佛置身于真实的实验环境中，增强了学习的直观性和趣味性。

图3 学生进行课程实验

（三）跨学科整合、课赛融合。虚拟仿真实验课程能够整合不同学科的知识，创建跨学科的实验项目，帮助学生理解不同学科之间的联系，培养综合解决问题的能力。《过程控制系统》虚拟仿真实验教学整合了过程控制系统、PLC应用技术、计算机仿真等学科，同时通过虚拟仿真实验，有助于培养学生的创新能力和 解决实际问题的能力。

图4 学生竞赛获奖证书

四、课程团队

该课程建设团队包括我校教师团队和企业工程师。其中律德财教授为课程建设负责人，负责方案的设计。

律德财，工学博士，教授。主要研究方向包括电容层析成像技术，智能传感器及现场总线技术等。发表科技论文15篇，其中被 SCI 、EI检索12篇。获国家发明专利授权3项，获辽宁省教学成果奖5项，辽宁省自然科学学术成果一等奖1项，辽宁省科技进步三等奖1项。主持建设辽宁省一流虚拟仿真课程1门，主讲传感器技术、工业网络等专业课程。

图5 课程负责人律德财教授

王义洋、杜忠波、才勇智、丁英丽等老师为课程主讲。马志财、王善辉、佟莹欣、贾莉娜等老师负责技术支持。索思凯为上海曼恒数字技术有限公司技术工程师，负责校企协作及其技术工作。

图6 教学成果

来源：英国best365官方网站入口教学平台