校企聯(lián)合現(xiàn)場檢測儀表開放實驗室建設(shè)

張吉明， 趙 強， 曹江濤， 翟春艷

(遼寧石油化工大學石油化工過程控制國家級實驗教學示范中心，遼寧撫順113001)

0 引言

2014年7月，E+H公司向遼寧石油化工大學信息與控制工程學院捐贈渦街流量計、電磁流量計等現(xiàn)場檢測儀表10臺，總價值26.6萬元。依托這些高精度的現(xiàn)場檢測儀表，構(gòu)建一個具有行業(yè)特色的高水平現(xiàn)場檢測儀表實驗室，開展開放性、創(chuàng)新性實驗教學。Endress+Hauser(恩德斯豪斯，簡稱E+H公司)公司與國內(nèi)13所高校建立了大學聯(lián)盟［1］，遼寧石油化工大學是E+H公司的大學聯(lián)盟的一員。信息與控制工程學院的石油化工過程控制實驗教學示范中心是國家級實驗教學示范中心，但是現(xiàn)有的現(xiàn)場檢測儀表方面的實驗教學條件有待提高，急需建設(shè)現(xiàn)場檢測儀表聯(lián)合實驗室，積極開發(fā)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗，有利于自動化專業(yè)卓越計劃的開展，突出行業(yè)特色，提高實驗實踐教學水平，加強對學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)［2］。

1 校企聯(lián)合現(xiàn)場檢測儀表開放實驗室建設(shè)

2014年10月石油化工過程控制實驗教學示范中心向?qū)W校申請聯(lián)合實驗室建設(shè)立項，并獲批準建設(shè)，配套資金22萬元。中心教師以聯(lián)合實驗室建設(shè)項目為題，2014、2015年指導了自動2011、2012級學生“開放實驗與科技訓練2”實驗課程，讓學生充分參與實驗室的建設(shè)。2015～2016年以聯(lián)合實驗室建設(shè)項目為課題，指導了大學生創(chuàng)新訓練，于2016年10月結(jié)題。2016年3月至6月以聯(lián)合實驗室建設(shè)項目為題，指導了1名自動化專業(yè)大四學生的畢業(yè)設(shè)計。在充分征求了學生的建設(shè)意見后，中心教師于2016年3月至4月設(shè)計了項目詳細實施方案，并提出了招標文件的現(xiàn)場檢測儀表聯(lián)合實驗室建設(shè)參數(shù)。2016年5月，在遼寧政府采購網(wǎng)進行了公開招標，經(jīng)過競標，浙江中控自動化儀表有限公司中標，項目實施進入實質(zhì)性階段，經(jīng)過雙方多次技術(shù)協(xié)商后，確定了最后方案，并由浙江中控自動化儀表有限公司開始開放實驗平臺的制作。于2016年9月，雙方簽定了政府采購合同。2016年11月，開放實驗平臺研制成功，校企聯(lián)合現(xiàn)場檢測儀表實驗室建設(shè)完成。

2 校企聯(lián)合實驗室開放實驗平臺的基本構(gòu)成

2.1 水循環(huán)工藝過程

開放實驗平臺由儲水箱、中位水箱、高位水箱及管道、閥門等構(gòu)建水循環(huán)工藝過程［3］，中位水箱帶電加熱系統(tǒng)，整個水循環(huán)工藝過程可應用快速接頭任意組合循環(huán)過程［4］。在工藝過程中，可以安裝多臺現(xiàn)場檢測儀表進行現(xiàn)場信號的檢測，將E+H公司捐贈的流量儀表、物位儀表、物位開關(guān)、壓力儀表、差壓儀表等巧妙應用，并增加了溫度檢測儀表(Pt100熱電阻、K型熱電偶、雙金屬溫度計)、玻璃管液位計、就地壓力表等。現(xiàn)場檢測儀表種類多，可完成工業(yè)常用參數(shù)的檢測［5］，為實驗學生提供親自動手調(diào)試多種現(xiàn)場儀表的學習機會。水循環(huán)工藝過程實物如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場檢測儀表開放實驗平臺水循環(huán)工藝過程實物圖

2.2 盤上儀表

盤上儀表選用了浙江中控自動化儀表有限公司的PLC、無紙記錄儀、流量積算儀、安全柵、工業(yè)電源等，智能儀表及PLC均可與上位計算機通訊。儀表盤面如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場檢測儀表開放實驗平臺儀表盤面圖

2.3 上位機與監(jiān)控組態(tài)軟件

2011年，北京三維力控科技有限公司與遼寧石油化工大學信息與控制工程學院共建了組態(tài)軟件實驗室，在校企聯(lián)合實驗室建設(shè)過程中，再次得到了力控公司的大力支持，將最新版本的監(jiān)控組態(tài)軟件以無限點無限時授權(quán)使用。實驗平臺在3臺聯(lián)網(wǎng)的上位計算機安裝了北京三維力控公司的監(jiān)控組態(tài)軟件，通過工程開發(fā)與運行，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控等功能，模擬真實工廠監(jiān)控環(huán)境［6］。

3 校企聯(lián)合實驗室的應用情況

2016年11月，校企聯(lián)合實驗室建設(shè)完成后，于當年應用該實驗室開展了本校自動化專業(yè)72名大四學生的“開放實驗與科技訓練2”實驗課程教學，開放實驗項目“現(xiàn)場檢測儀表系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試運行”。由于聯(lián)合實驗室構(gòu)建了現(xiàn)場檢測儀表開放實驗平臺，依托該平臺，學生可以自由設(shè)計工藝過程和檢測儀表系統(tǒng)，并通過調(diào)試運行實現(xiàn)流量、物位、壓力、溫度的檢測、記錄、控制、報警、監(jiān)控等功能。該實驗平臺的儀表盤、控制柜等設(shè)備采用工業(yè)標準建設(shè)，不同于儀表盤外帶有接錢圖并能夠外部插孔接線式的實驗臺，所有硬件接線要由學生學習、研究工業(yè)標準的圖紙后按工業(yè)標準真實進行。所有實驗內(nèi)容由學生自主、創(chuàng)新設(shè)計，全過程自己動手操作，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的工程實踐能力。通過系統(tǒng)設(shè)計與運行各環(huán)節(jié)的工作，培養(yǎng)學生自學能力、綜合運用知識的能力，加深對自動化專業(yè)的儀表系統(tǒng)的整體概念理解，提高學生的創(chuàng)新精神和工程實踐能力，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力［7］。儀表盤內(nèi)布線如圖3所示。

圖3 儀表盤內(nèi)布線圖

學生每5人一組進行實驗，培養(yǎng)了學生的團隊合作意識，并且取得了良好的實驗教學效果，每一組學生都能成功完成實驗內(nèi)容。因為實驗內(nèi)容是開放性、創(chuàng)新性實驗，所以是屬于沒有標準答案的實驗，學生們完成的硬件連接和組態(tài)設(shè)計實驗結(jié)果也不同，并且優(yōu)秀的設(shè)計結(jié)果可以成功應用于課程實驗，如測控技術(shù)與儀器專業(yè)的《測控儀表及裝置》課程實驗等，不同組學生開發(fā)的監(jiān)控組態(tài)程序在線運行如圖4、圖5所示。

圖4 實驗學生的組態(tài)設(shè)計在線運行圖1

4 校企聯(lián)合實驗室建設(shè)特色及創(chuàng)新點

(1)學生全程充分參與開放實驗平臺研制過程。以聯(lián)合實驗室建設(shè)項目為課題，指導了“學生開放實驗與科技訓練2”實驗課程、畢業(yè)設(shè)計、大學生創(chuàng)新訓練。在學生充分參與的情況下，不僅起到了很好的教學效果，還充分征求了學生的意見，為實驗室將來能更好為學生服務打下了堅實的基礎(chǔ)［8］。

圖5 實驗學生的組態(tài)設(shè)計在線運行圖2

(2)開放實驗平臺具有石油化工行業(yè)特色。巧妙構(gòu)建水循環(huán)工藝，模擬石油化工生產(chǎn)過程，把多臺現(xiàn)場檢測儀表應用其中，能完成物位、流量、壓力、差壓、溫度等信號的檢測與處理［9］。可開發(fā)液位的單回路和串級控制、溫度控制、流量控制等實驗內(nèi)容［10-12］。

(3)開放實驗平臺由校企聯(lián)合研制建設(shè)。開放實驗平臺應用了E+H公司、浙江中控自動化有限公司的儀表，北京三維力控科技有限公司的監(jiān)控組態(tài)軟件，并由遼寧石油化工大學提出建設(shè)方案，聯(lián)合實驗室是高校與行業(yè)企業(yè)四方共建的聯(lián)合實驗室，開放實驗平臺由遼寧石油化工大學與浙江中控自動化儀表有限公司校企聯(lián)合研制。

(4)開放實驗平臺的開放性能突出。開放實驗平臺可任意構(gòu)成工藝過程，并完成儀表安裝、調(diào)試、和上位機的監(jiān)控組態(tài)設(shè)計，可由學生自主設(shè)計實驗內(nèi)容并親自動手實施，可開展設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗［13-14］。

(5)開放實驗平臺的可持續(xù)建設(shè)性強。開放實驗平臺的盤上智能儀表及PLC可連接現(xiàn)場檢測儀表點數(shù)多，目前僅使用不足1/3，可擴容性強。水循環(huán)工藝過程開放性突出，可增加水分析儀表等多種現(xiàn)場檢測儀表及執(zhí)行機構(gòu)等［15-16］。

5 結(jié)語

石油化工過程控制實驗教學示范中心建設(shè)了具有石油化工行業(yè)特色的高水平校企聯(lián)合現(xiàn)場檢測儀表開放實驗室，進一步改善了國家級實驗教學示范中心的實驗條件，有助于實驗教學方法改革、提高了實驗教學水平，聯(lián)合實驗室的開放實驗教學效果突出。聯(lián)合實驗室得到了“E+H”公司及兄弟高校的高度評價，加強了對國家級實驗教學示范中心的支撐與示范作用。