基于物聯網技術的自動化專業開放實驗室管理平臺建設

付秀偉，付 莉，趙廣磊

（1.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；2.燕山大學 自動化學院，河北 秦皇島 066004）

0 引 言

自動化專業是綜合性專業，涉及控制、電工、電子、傳感、計算機、網絡、電機等知識，學習內容多，范圍廣。該專業學生可從事自動化及相關領域的設計、研發、科研、技術管理等工作，主要解決復雜工程問題[1]。自動化專業主要應用于化工行業、智能交通行業、電網相關行業、污水處理行業、公共服務行業等。“中國制造2025”和“工業4.0”對自動化專業提出新挑戰[2-3]，必須增強工程實踐教育，拓展學生工程實踐內容。傳統實踐教學方式是對理論教學的驗證，僅針對課程內容進行實踐教學[4]，學生參與實驗室學習時間少，不能有效、合理利用實驗室資源進行實踐部分學習。本文提出的基于物聯網技術的自動化專業開放實驗室管理平臺采用網絡預約，有效提高了實驗室設備利用率；通過網絡對實驗室設備和實驗室進行管理和監督，讓師生利用業余時間參與實驗室教研、科研、學科競賽等活動，激發師生學習熱情。

1 傳統實驗室的現狀及所存在的問題

1.1 實驗室安全與管理方面的不足

目前，傳統實驗室存在實驗室匱乏，實驗設備過多，一個實驗室供多個課程共用試驗臺等現象。傳統的實驗室管理模式無法滿足現有教學和科研要求，存在管理方案不合理、安全管理有漏洞、管理體制不健全等問題；多科室各司其職，難以對實驗室進行合理、有效的管理[5]；師生無法更好地在實驗室開展教學、科研和學科競賽等活動；實驗設備陳舊、老化。傳統實驗室管理存在的漏洞，與實驗室信息化建設管理、共享平臺健全機制、高校師生需求逐年加大的矛盾日益突出。

1.2 開放實驗室運行困難

自動化專業實驗室是面向全體師生開展實踐教學、科學研究、學科競賽、培養學生創新創業和實踐能力等活動的重要平臺[6]。與傳統實驗室相比，開放實驗室可以合理、有效地利用實驗室設備，提高實驗設備的利用率。但隨著開放實驗室的加大使用，開放的實驗項目和類型增多，實驗人員劇增，而現有實驗設備陳舊、維修不及時造成實驗不能完整進行[7]；此外，進入實驗室的人員安全素質參差不齊，實驗設備報備不及時，實驗用電、儀器儀表操作安全事故發生率也隨之增加，都增加了開放實驗室的安全問題。

2 基于物聯網技術的自動化專業開放實驗室管理平臺架構設計

物聯網技術是構建自動化專業實驗室管理平臺的關鍵技術，采用物聯網技術[8]可更好地合理配置資源，有效利用實驗室資源進行實踐教學，培養學生創新能力和工程實踐能力，也有助于教師科研創新。學生可利用業余時間開展大學生創新創業項目、“互聯網+競賽”、各種電子競賽等[9]；專業老師利用空余時間進行科研和教學實踐工作，提高成果轉化率[10]。根據自動化專業實驗室的實際情況，結合物聯網的特點，本文構建了自動化專業實驗平臺構架模型，如圖1所示。自動化專業實驗平臺構架包括設備管理系統、實驗室預約系統、實驗室監控系統、后臺管理系統等四大系統。

圖1 自動化專業實驗平臺構架模型

2.1 設備管理系統

自動化專業現有專業課包括自動控制理論、電力電子技術、電機與拖動基礎、電力拖動控制系統、自動化檢測儀表、工業過程控制、集散控制系統、現代控制理論、信號與系統等課程。每門課程都有12學時實驗，實驗課程較多，便會出現幾門課共用一個實驗室，容易出現學生扎堆做實驗的情況，不利于實驗設備合理而有效使用。本專業對每個實驗室的設備進行統一編號，采用無線射頻技術實現對設備使用情況的跟蹤，了解設備使用狀況；合理有效地分配給學生，并對師生在使用過程中出現的問題，如設備損壞、器件損壞、設備增減、設備借用等及時處理，使設備始終處于正常狀態。

2.2 實驗室預約系統

自動化專業所有的實驗室均采用微信公眾號開放式預約方式，師生可通過微信公眾號平臺預約實驗設備，從微信公眾號進入自動化專業實驗室欄目，即可了解實驗室已被占用的時間段，師生就可預約其他空余時間段。

2.3 實驗室監控系統

實驗室監控系統主要由安全用電監控和實驗室環境監控組成。實驗室開放使用，其設備使用頻率相比傳統實驗室更高，提高了實驗設備的利用率。但隨著設備使用時間加長，加快了實驗設備老化程度，易發生線路短路現象，處理不當則會發生火災，因此安全用電尤為重要。實驗室環境監控主要包括防火監控、防爆監控、防水監控，確保實驗室設備正常運行。

2.4 后臺管理系統

后臺管理系統主要負責設備增減和數據更新、網絡預約系統內容的修改和發布，以及使用人員的增減與刪除。

3 結 語

本文提出基于物聯網技術的自動化實驗室構架模型，設計開放實驗室系統，提高了實驗室設備的有效利用率，改變了傳統實驗室的工作方式和思路，采用互聯網技術管理理念，開放服務，便捷管理，資源共享，服務于廣大師生，培養了更多物聯網技術開發人才。