后勤測控系統科研成果案例化方法探索與實踐

稅愛社 劉良兵 李明 方衛紅 劉軍

摘要：針對我院后勤測控系統課程教學中存在的實效性、實踐性和針對性差等問題，將后勤測控系統建設典型科研成果“儲油罐區監控系統”引入教學內容，探索與實踐了科研成果案例化方法，并取得了良好的教學效果。

關鍵詞：科研成果；案例化方法；儲油罐區

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）17-0142-02

科研與教學相互轉化、促進，科研反哺教學，已成為培養高水平創新型人才的重要技術途徑。將科研成果中解決的若干關鍵問題，以教學案例的形式轉化成內容完整、情節具體、過程詳細的典型事例，對豐富學科專業教學內涵，促進理論與實踐教學的有機結合，推動教學與科研的可持續協調發展具有重要意義。針對我院后勤測控系統課程教學中存在的實效性、實踐性和針對性差等問題，將后勤測控系統典型科研成果引入教學內容，探索與實踐了科研成果案例化方法，并取得了良好的教學效果。

一、后勤測控系統典型科研成果概述

后勤測控系統是以感知和控制后勤設施設備為目標，集成信息采集與自動控制硬件及軟件于一體的自動化系統，主要包括數字化油庫、自動化立體倉庫及數字營區等。隨著智能傳感、現代控制、物聯通信、智能識別、三維實景與管理技術的迅猛發展及其在后勤測控系統領域中的應用，現代后勤測控系統呈現出“信息采集自動化、信息傳輸網絡化、信息資源可視化、安全管理智能化和供應保障精確化”的新局面，在后勤保障減員增效、提高作業安全、改善作業環境方面發揮了重要作用。

從測控實體對象和信息流動角度出發，后勤測控系統分為現場儀表層、分散控制層、集中管理層和應用服務層，各層間通過三層高效可靠的網絡進行互聯互通。現場儀表層主要由液位、壓力、溫度、流量、環境油氣、泵、閥門及安防設備等感知和控制儀表組成；分散控制層主要由測控分機、網絡交換機、路由器或集線器等組成；集中管理層主要由拼接大屏幕、服務器、工控機、客戶電腦以及綜合管理信息平臺等組成；應用服務層主要由各級領導電腦及應用服務系統等組成。三層互聯互通網絡中，工業控制網，實現作業現場設施設備和控制器的互聯；局域辦公網，實現辦公區與管控中心之間信息互聯互通；綜合信息網實現遠程通信。從系統軟件角度出發，后勤測控系統主要包括系統軟件、組態軟件及高級開發編程軟件、應用軟件及通信軟件，其中應用軟件包括現場分散控制層及集中管理層應用軟件，現場控制站應用軟件主要完成現場設施設備信息采集及控制，集中管理層應用軟件主要完成現場監控及管理。

二、科研成果案例化方法

后勤測控系統科研成果是科研工作取得成效的標志之一，主要通過發表學術論文、申請專利、申報科研獎勵及技術產品轉化等形式體現，具有科學性、創新性、學術性、先進性及實用性等特征。通過科研成果案例化，一方面可拓展上述科研成果的應用服務范圍，另一方面可聚焦實際科研活動中存在的關鍵問題，結合科研過程實踐經驗，優化重組成果內容，構建具有顯明的實效性、實踐性、完整性和典型性優勢的鮮活教學案例。

（一）構建步驟

首先根據學員對象及教學任務，明確案例編寫的宗旨及重點，結合科研成果，提出案例主題和問題。案例教學宗旨是為了促進理論和實踐有機結合，在實踐中驗證理論、深化對理論的認識、發現新的規律，又用理論指導實踐、引導實踐，繼而圍繞教學目的展開案例研究工作。分三個階段開展案例研究：第一階段是科研成果、技術總結報告及相關文獻資料的研究，熟悉案例的背景情況；第二階段是咨詢研究，通過現場調研、咨詢及采訪，了解案例所需的真實可靠的細節；第三階段是建立科研成果的全物理仿真教學模型。然后撰寫案例正文，過程可分為以下步驟：瞄準案例撰寫的核心，提出儲油罐區監控系統構建面臨的難題；寫好案例的開頭，用有吸引力的背景和事件作案例的開頭；呈現詳實的背景材料，讓學生了解事件的來龍去脈；圍繞主題及系列問題，按時間順序展開事件的全貌；留下一個思考和討論的結尾空間；最后編寫案例教學使用指南（提問、討論、應對）等內容并做總結。

（二）案例正文的基本結構

為便于教學使用，案例正文的基本結構包括：標題，以不帶暗示性的中性標題為宜；首頁注釋，簡介編寫者、案例涉及的知識點、案例的來源及使用要求等信息；中英文摘要及關鍵詞；引言，介紹時間、地點、決策者及關鍵問題等信息；背景介紹，行業、單位、主要人物、事件等相關背景資料；內容，要求層次分明、概念準確及客觀地描述事件的構成要素和基本過程，并反映客觀存在的不同觀點及其依據，其中涉及的新名詞或英文縮寫應有解釋；小結；附件，與案例相關的圖表、ppt等；思考題，啟發學生找準案例分析的切入點，明確需要解決的重點問題。

（三）案例使用說明的基本結構

為了便于教學實施，案例使用說明的基本結構包括：教學目的與用途；涉及知識點；配套教材；課件；啟發思考題；分析思路；理論依據與分析；背景信息；關鍵要點；建議課堂計劃。

三、科研成果案例化實例

（一）確立案例主題

油庫儲油罐區監控系統涉及的技術問題主要有：如何實時、準確、可靠、經濟地采集點多、面廣的儲油罐監控信息，實現大范圍的數據共享；如何基于多參數實時數據，進行智能分析、處理，進一步提高計量精度；如何基于監控信息及數據，進行儲油罐區油料平衡分析，提高儲油罐區安全管理的智能化水平等，是后勤測控系統最具典型性及針對性的科研成果，因此確立儲油罐區監控系統構建為案例主題，重點培養學生提出問題、分析問題及解決問題的能力。

（二）熟悉案例背景

1.儲油罐區概況。油庫儲油罐區是油料保障的重要基地，具有分布范圍廣，安全防爆要求高，監控點多，布線復雜，自動化系統的水平和垂直集成難度大的特點。某油庫現有洞庫立式儲油罐×個，半地下立式儲油罐×個，中繼臥式油罐××個，放空罐×個，儲油區距辦公區×公里，收油作業區距儲油區×公里，距辦公區××公里，是一個儲油罐類型較全、兼有儲備庫和供應庫特點的油庫。

2.監控系統結構與組成。針對上述油庫儲油罐的實際情況，系統體系結構分為三層，底層為油罐一次儀表，包括液位計、溫度傳感器、壓力傳感器、可燃氣濃度傳感器等，通過測控分機接入中間層。中間層為分布式現場總線測控網絡。上層為TCP/IP油庫局域網。

3.監控系統功能。油罐自動計量；油罐狀態實時監測與報警；系統參數設定與修改；油罐信息自動顯示與管理；網絡瀏覽與可視信息服務。

（三）明確案例問題

圍繞課程教學目標，主要明確系統研究成果中關鍵技術處理中解決的核心問題。

1.儲油罐液位計選型。儲油罐液位計是油罐測量的主要儀表，其技術性能直接影響油罐測量的精度和可靠性。針對不同油品和不同儲油罐類型，存在的問題是如何選擇，才能充分發揮液位計使用性能，達到高性價比、高精度的液位測量。

2.測控分機設計。測控分機完成傳感器數據采集與執行器自動控制等功能。針對不同測控信號，存在的問題是如何進行硬件設計和軟件開發。

3.混合測量模型建立。為實現多參數的實時監測和質量計量，并保證計量精度系統采用混合法油罐自動計量，主要設備包括：高精度液位計測量油高；安裝于罐壁底部和罐頂部的高精度智能壓力變送器測量油品壓力和氣相壓力；多點溫度傳感器測量油品平均溫度。針對多參數測量存在的問題是如何根據直接測量參數及儲油罐容積表，計算平均密度、視體積，標準體積和質量，即如何建立混合測量模型。

4.現場總線標準的選擇。現場總線因其具有雙向數字化、開放性、分散性以及對現場環境的適應性等特點而獲得了非常廣泛的應用。由于目前有影響力的現場總線標準有多種，存在的問題是選擇何種現場總線標準。

5.油量平衡分析模型建立。分析油料平衡，控制油料泄漏和損耗，是油罐監控系統的重要任務之一，存在的問題是如何建立油量平衡分析模型。

（四）撰寫教學案例

撰寫儲油罐區監控系統構建案例的目的是使學員明確測控系統技術現狀，深入認識測控系統結構、功能及技術指標，進一步掌握測控系統關鍵技術處理方法。為此，圍繞下述五大系列問題，按時間順序展開研究過程的全貌：問題一是罐區監控系統技術現狀；問題二是罐區監控系統結構；問題三是罐區監控管理系統功能；問題四是罐區監控管理系統技術指標；問題五是罐區監控管理系統關鍵技術處理方法，其中涵蓋了案例的若干核心問題。

（五）案例教學安排

后勤測控系統課程是我院自動化類本科的專業課，也是自動化類任職教育的必選課，由測控系統理論基礎、技術基礎及系統設計三大部分教學內容構成。在學生初步掌握有關后勤測控系統的理論與技術的基礎上，系統設計部分進行案例教學改革，以期使學生進一步熟悉傳感及控制技術的應用方法，了解測控系統集成技術，具備應用所學知識對測控系統進行構思、分析及創新設計的能力。

四、結論

儲油罐區監控系統構建案例在我院本科及任職教學應用結果表明，構建的案例涉及了國內外同類技術對比、技術原理、關鍵技術及創新點等研究內容，涵蓋了課程教學標準相關教學內容，體現了監控系統的最新科技理論和實踐成果，充實、更新了理論與實踐教學內容，從系統調研、系統分析、方案設計、系統開發及運行維護的各個階段，促進了課程教學水平和學員創新實踐能力的提高。

參考文獻：

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