陳懷忠 韓承江

摘要 以學生職業(yè)技能提高為根本,研究網(wǎng)絡化過程控制實驗系統(tǒng)方案。該實踐平臺模擬一個數(shù)字化工廠,為實施“教、學、做、工融合”人才培養(yǎng)模式改革提供堅實的物質(zhì)基礎,投入運行以來,取得較好的教學效果。

關鍵詞 網(wǎng)絡化;過程控制;實驗平臺

中圖分類號:TP273 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)33-0083-02

Research and Construction on Network Process Control Experiment Platform//Chen Huaizhong, Han Chengjiang

Abstract To improve vocational skills of students, we study of network process control experimental plan. The platform simulates a digital factory and provides a solid foundation for the implementation of “teaching, learning, doing, industrial integration” reform. It has been put into operation and has achieved better teaching results.

Key words network; process control; experiment platform

Authors address Zhejiang Industry Polytechnic College, Shaoxing, Zhejiang, 312000, China

工業(yè)自動化技術根據(jù)控制對象特性分為過程控制自動化和制造自動化2大方向。除了機械加工類企業(yè)外,很多行業(yè)都歸入過程工業(yè)的范疇,如電力、石油、化工、紡織、冶金、水處理等,這些工廠應用大量的過程控制設備與系統(tǒng),如PLC、DCS等。近年來,調(diào)查浙江省內(nèi)一些鋼鐵制造、環(huán)保、金屬礦山等企業(yè),了解“過程控制自動化技術專業(yè)”高職畢業(yè)生崗位技能的需求情況。學生在過程控制行業(yè)里能夠穩(wěn)定地擔任的職位有儀表安裝和維護工、控制系統(tǒng)操作工和組態(tài)工。目前相關企業(yè)對過程控制自動化人才需求旺盛,動手能力強的畢業(yè)生受到企業(yè)較大的歡迎。

1 過程控制實踐平臺現(xiàn)狀

過程控制課程是自動化類專業(yè)的重要專業(yè)課程之一,但我國目前多數(shù)高校該課程的實驗設備都遠落后于或脫離現(xiàn)場技術。通過對過程控制自動化人才培養(yǎng)實驗室硬件、教學儀器生產(chǎn)廠家進行的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)存在以下不足。

1.1 實踐教學內(nèi)容陳舊實驗設備老化,實驗教材仍采用過去的原化工機械專業(yè)的實驗教材,實驗設備缺少控制裝置,遠落后于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的實用控制技術。另外,實驗內(nèi)容單一,驗證性實驗多,缺乏綜合性與設計性實驗。

1.2 沒有體現(xiàn)現(xiàn)代過程控制設備的先進技術目前在使用的過程控制實驗系統(tǒng)涉及智能儀表技術、PLC技術、計算機控制技術等常規(guī)過程控制技術,而集散控制技術、現(xiàn)場總線技術和工控網(wǎng)絡技術卻較少涉及。控制系統(tǒng)的計算機化、網(wǎng)絡化和智能化已成為大勢所趨,計算機控制系統(tǒng)已向DCS(集散控制系統(tǒng))甚至FCS(基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng))方向發(fā)展。

1.3 實驗項目不適合高職學生目前許多過程控制實驗系統(tǒng)都是針對本科及研究生來設計實驗項目的,沒有用一線技術工人必須掌握的技術來設計實驗項目,學生應掌握的核心知識點不明確,實驗室缺乏必要的保證環(huán)節(jié)。

2 實踐平臺實施方案

2.1 實踐平臺建設目標研究建設一個網(wǎng)絡化的過程控制實驗系統(tǒng),為高職自動化專業(yè)學生提供一個體現(xiàn)當前自動化與信息技術最新發(fā)展的硬件學習和實踐平臺。

整個過程控制實驗室建設方向是模擬一個數(shù)字化工廠,在系統(tǒng)上體現(xiàn)數(shù)字化工廠的總體信息結構,在設備上應用典型自動化設備。在一個實驗室實現(xiàn)多平臺要求:為高職教育提供認知控制理論,實踐自動化技術的基本實驗平臺;為學生教育及創(chuàng)新實踐提供可組合的設計性實踐平臺;為教師科研提供體現(xiàn)當前自動化與信息技術最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡化特征,整個實驗室系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)之上,體現(xiàn)自動化系統(tǒng)的多種網(wǎng)絡發(fā)展,并為實驗室網(wǎng)絡信息化管理提供基礎?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)多樣化,實驗室方案采用模塊化設計,實現(xiàn)實驗室設備的可組合性、開放性、可發(fā)展性。

2.2 實踐平臺建設硬件構成

1)裝置層。由常規(guī)檢測儀表與執(zhí)行機構構成,帶現(xiàn)場總線或其他協(xié)議接口的智能檢測儀表與執(zhí)行機構。在系統(tǒng)操作層,保證系統(tǒng)的開放性,支持光纜和雙絞線,支持交換器工作方式和普通方式。

2)控制層。由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、DCS控制系統(tǒng)、FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)構成。體現(xiàn)PC自動化的系統(tǒng),采用冗余的100 Mbps以太網(wǎng),保證系統(tǒng)的可靠性;支持光纜以及雙絞線。在現(xiàn)場信號處理層,采用1.5 mbps～12 mbps的Profibus-dp工業(yè)現(xiàn)場總線連接中央控制單元和I/O模件。此外,系統(tǒng)還提供標準的RS485、RS232通信協(xié)議,ModBus協(xié)議及通訊接口,與其他計算機和智能化單元如PLC、智能儀表等連接。

3)企業(yè)層。由實時生產(chǎn)信息流的共享系統(tǒng)構成。在企業(yè)管理層采用標準的100 Mbps以太網(wǎng)(TCP/IP協(xié)議),可以與企業(yè)的管理網(wǎng)直接相連。

4)網(wǎng)絡結構規(guī)劃。系統(tǒng)實驗室基于對數(shù)字化工廠的模擬,所有系統(tǒng)構建在工業(yè)以太網(wǎng)上,并包含現(xiàn)場總線等熱點自動化技術。網(wǎng)絡化過程控制實驗室網(wǎng)絡結構規(guī)劃方案如圖1所示。

經(jīng)過綜合考察,本實驗室委托浙江中控教儀公司承擔設備制作。配置分2大部分組成:第一部分為7套AE2000 A4常規(guī)控制綜合實驗系統(tǒng),每套系統(tǒng)設有1個主監(jiān)控站、6個從監(jiān)控站;第二部分為1套AE2000 A8高級網(wǎng)絡型DCS分布式集散控制系統(tǒng),1個主監(jiān)控站、6個從監(jiān)控站。每個監(jiān)控站實驗臺可安排1名學生實驗,整個實驗室可同時容納49名學生實驗實訓。該裝置通過多種智能儀表和控制裝置能對溫度、壓力、流量、液位4個典型控制參數(shù)進行檢測和控制,采用模塊化設計,可以方便地組合成多種過程控制實驗。網(wǎng)絡化特征明顯,可以幾臺計算機組成一個小網(wǎng)絡,也可以全部計算機組成一個大網(wǎng)絡進行實驗管理和控制。目前,新的網(wǎng)絡化過程控制實驗室已建設完畢并投入使用。

3 實驗內(nèi)容改革

本課程要不斷在教學實踐中探索改革,逐步形成以過程控制與集散系統(tǒng)為主要內(nèi)容,并與控制理論發(fā)展相結合,以及理論教學與實驗教學相結合的較為完整的富有特色的課程體系。過程控制教學內(nèi)容主要是基于古典控制理論的單參數(shù)控制,包括單回路串級、均勻、比值等控制方案,所講內(nèi)容強調(diào)理論,而培養(yǎng)的是過程控制高技能人才,因此要結合工程設計實際,提高學生的動手能力。在教學過程中注重課堂教學與實驗教學相結合,在教學中充分發(fā)揮實驗室的作用。訓練學生的工程設計能力和操作技能通過3個層次完成:基本實驗、應用型實驗、綜合設計型實驗。充分利用網(wǎng)絡化數(shù)字工廠動態(tài)模擬仿真系統(tǒng),對學生進行計算機控制組態(tài)訓練,以典型的石油化工過程的動態(tài)模型為對象自行設計控制方案,培養(yǎng)學生的過程控制計算機應用能力。

4 結論

計算機控制系統(tǒng)以網(wǎng)絡為基礎,已經(jīng)成為當今自動化控制系統(tǒng)的趨勢。隨著計算機技術的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡的普及,越來越多的過程控制企業(yè)采用先進的網(wǎng)絡過程控制系統(tǒng)來代替以往相對獨立的多臺模擬式儀表為基礎的控制方式。這為高職院校過程控制理論和實踐教學提供了極大的方便,為學生動手能力的掌握提供了物質(zhì)基礎。目前該實驗室已投入使用,效果較好,大大提高學生的動手能力和就業(yè)競爭能力。

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