具有矿业特色的电气工程专业综合课程设计

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  摘要:以“矿山电气化与自动化”为特色,改革专业人才培养方案,改革实践教学,提出了具有矿业特色的电气工程专业综合课程设计方案,在多个研究方向布置和安排与煤矿现场紧密相关的专业综合课题。这些课题的设计,有利于培养具有矿业特色的复合型电气工程高级专门人才。
  关键词:矿山电气化与自动化;专业综合课程设计;矿业特色
  作者简介:邹甲(1984-),男,江西吉安人,中国矿业大学(北京)机电学院电气工程实验教学中心,工程师,工学硕士,主要研究方向:电力电子与电力传动;程红(1966-),女,浙江金华人,中国矿业大学(北京)机电学院电气工程实验教学中心,副教授,工学博士,主要研究方向:电力电子与电力传动。(北京 100083)
  
  中国矿业大学(本文特指北京校区,以下简称“我校”)电气工程与自动化专业进行特色专业建设的总体目标为:依据我国社会主义现代化经济建设和社会发展的需要,以“矿山电气化与自动化”为特色,改革专业人才培养方案,完善教材内容,改革实践教学,提高学生的自觉意识、解决问题的能力和创新能力,形成“立足矿业特色,拓宽行业领域,满足社会需求”的课程体系,培养适应于我国现阶段煤矿行业急需的电气工程与自动化专业工程型人才,为同类型高校相关专业建设和改革起到示范和带动作用。而开展具有矿业特色的电气工程专业综合课程设计是特色专业建设的重要一环。[1,2]我校电气工程与自动化专业实践教学平台的专业课程设计与专业综合设计,属于开放型实验,让学生面对简单的实际工程问题,完成包括系统设计、制作、调试,测试与数据处理以及设计报告与技术资料归档等完整过程。
  一、开展矿业特色的专业综合设计实践课程的必要性
  专业综合设计实践课程属于课程设计类课程,却又不同于一般课程设计。一般课程设计通常局限于一门专业主干课程的内容,不具有培养专业综合素质的功能,而且由于经费等条件所限,一般课程设计不能强行要求设计实物(设计样机),因而培养实践能力的功能往往得不到发挥。设置综合设计实践课程,可以有效地弥补一般课程设计在培养专业综合素质和实践能力方面的不足。设置综合设计实践课程,还可以为学生进行毕业设计(论文)打好基础,并部分弥补毕业设计(论文)培养阶段的某些缺憾。
  专业综合课程设计课程是电气工程与自动化专业的一门综合设计和实践课程,该课程设计是“供电系统”、“电力电子技术”、“电机与拖动”课程教学环节的后续部分,专业综合设计的性质和主要目的是在相关专业范围内,得到一次进行独立完成设计的工程实践锻炼,从而提高从事本专业相关设计与科研开发工作的能力,并为以后的毕业设计打下良好的基础。
  依据我校“坚持矿业特色,致力于能源科教事业”的指导思想,作为服务能源特别是煤炭工业发展的矿业类高校的代表,为社会培养了解煤矿、热爱煤矿的人才是我校重要的职责。而通过具有矿业特色的电气工程专业综合课程设计有利于改善电气专业学生的知识结构,提高电气专业学生分析、解决实际问题的能力,培养国家急需和紧缺的、具有矿业和广泛行业技能的复合型电气工程高级专门人才。
  二、具有矿业特色的电气工程专业综合设计内容
  我校电气工程与自动化专业依托于我校电力电子与电力传动国家级重点学科,电力电子与电力传动、检测技术及其自动化装置、控制理论与控制工程三个博士点学科。因此,专业综合课程设计的设置形式面向几个研究方向,在每个研究方向上布置几个课题,这些课题都是与煤矿现场机电自动化和安全生产紧密相关。电气专业的学生可以分成若干个小组,自由选择其中的一个课题完成专业综合设计。本文主要讨论以下三个研究方向:电力电子与电力传动、电力系统及自动化、检测技术及其自动化装置。
  1.专业综合课程设计方向一“电力电子与电力传动”
  随着我国煤矿开采量的增加和自动化管理水平的不断提高,用于煤矿井下通信、检测、监控、报警等仪器和相关设备越来越多,这些仪器和设备大多在爆炸性气体环境中工作,如发生爆炸则危害极大。所以,煤炭行业《煤矿安全规程》就规定:工作于煤矿井下危险环境的电气、电子设备等电子产品必须满足防爆要求。根据应用于危险环境的电气电子设备所采取的防爆措施,可把防爆电气设备分为本质安全型、隔爆型、增安型、正压型、油浸型、充砂型、浇封型、n型、特殊型、粉尘防爆型等。其中以隔爆型和本安型应用最为广泛。
  因此,煤矿井下应用的电子设备的电源模块必须满足防爆要求,表1所示为课题小功率本安电源的设计正是为了解决煤矿井下电子设备的安全供电问题。
  2.专业综合课程设计方向二“传感与检测”
  甲烷是煤矿井下主要的有害气体,直接威胁矿井生产安全和矿工生命安全。为了确保矿井的生产安全和矿工的生命安全,防止瓦斯爆炸,本课题研究并设计一种新型便携式红外瓦斯检测仪,用于煤矿瓦斯检测(如表2所示)。所研制的系统,集小型化、免维护、便携式、新型光学气体监测设备于一体,提高了瓦斯的检测准确度,增强了煤矿的安全监测能力。本课题专业综合设计的目的是为了培养学生进一步提高分析问题、解决问题的能力,针对煤炭工业安全生产中的瓦斯监测问题,能够综合运用所学知识,完成便携式瓦斯检测仪的部分软硬件设计工作,使学生能够融会贯通,更好地掌握传感与检测自动化技术。
  3.专业综合课程设计方向三“电力系统及自动化”
  “矿井供电”是我校电气工程与自动化专业的主干专业课程之一,通过对本课程的学习,学生可以对工业企业供配电系统有一个较为全面的认识,掌握一定的运行维护知识,具有初步的工程设计能力和分析解决供配电技术问题的能力,尤其要掌握一定的煤矿井下电气安全的有关知识。本课题专业综合设计的目的是为了培养学生进一步提高分析问题、解决问题的能力,针对煤炭工业生产中的供电技术问题,能够综合运用所学知识,完成矿井供电的部分设计工作,使学生能够融会贯通,更好地掌握供电技术。
  如表3所示,新景矿15#煤80113工作面采长170m,顺槽长度2270m,为直线距离,其进风口至配电室沿皮带巷走只有100m。工作面采用3300V电压供电给前溜、后溜、采煤机、转载机、破碎机,3300V供电系统使用天津贝克公司的KE3002开关;顺槽共安装三部皮带,供电电压为1140V,头部、二部电机使用变频启动开关,三部皮带机使用降压软启动开关。
  三、课程组织
  1.学时安排
  我校电气工程专业综合课程设计共安排4周(总计20天)的教学时间,进度安排分三个阶段:根据内容消化原理、完成方案论证阶段;进行详细的设计和相关计算、完成全部设计内容阶段;总结,完成设计报告阶段。每个阶段各占总时间的1/3,也可根据情况适当调整。
  2.成绩评定
  设计成绩评定标准充分考虑了学生的创新能力、动手能力、论文撰写能力和学习态度。设计成绩评定标准共分为4个部分,在做综合设计之前就向学生公布了评分标准,使之心中有数。
  (1)方案设计(20分),这一项考核学生的设计能力和创新能力。
  (2)制作与调试(50分),这一项主要考核学生的动手能力、分析问题和解决能力以及学习态度。
  (3)考核(15分),这一项主要考核学生的思维能力和语言表达能力。
  (4)设计报告分(15分),这一项主要考核报告撰写是否规范,设计报告总结是否全面,培养学生论文报告撰写能力。
  四、总结
  专业综合设计采取全开放方式,使学生基本经历了系统设计的全过程,提高了专业综合设计的真实性,从而取得了较好的教学效果,成为本科教育的一个比较完善的教学环节。通过对我校电气工程与自动化专业2007~2009届学生的教学实践,调动了学生自学和动手创作的积极性,其动手能力和创新能力都有很大提高。设计内容主要面对煤矿生产现场实际的问题,加深了学生对煤炭行业的了解。
  煤矿的安全、高效、可持续生产离不开大量的电气工程与自动化专业人才,培养从事与煤炭有关的电气工程与自动化专业工程技术人才是当今社会的一大课题。办好电气工程与自动化专业,对实现我校“立足矿业特色,拓宽行业领域,满足社会需求”的基本定位,办出自身特色十分重要。通过具有矿业特色的电气工程专业综合课程设计,为培养国家急需和紧缺的、了解煤矿、热爱煤矿并具有矿业和广泛行业技能的复合型电气工程高级专门人才做出贡献。[3]
  
  参考文献:
  [1]乔建永.面向21世纪的矿业高等教育[J].北京教育(高教版),2008,(2):30-33.
  [2]常维亚,邢鹏,赵莉.探索建立研究型大学本科实践教学模式[J].中国高等教育,2004,(9):24-25.
  [3]程红.加强特色专业建设培养矿业特色的电气工程创新人才[J].中国电力教育,2009,(3):103-104.
  (责任编辑:苏宇嵬)
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