張吉明， 趙 強(qiáng)， 曹江濤， 翟春艷

(遼寧石油化工大學(xué)石油化工過(guò)程控制國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué)信息與控制工程學(xué)院捐贈(zèng)渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表10臺(tái)，總價(jià)值26.6萬(wàn)元。依托這些高精度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表，構(gòu)建一個(gè)具有行業(yè)特色的高水平現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展開(kāi)放性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。Endress+Hauser(恩德斯豪斯，簡(jiǎn)稱(chēng)E+H公司)公司與國(guó)內(nèi)13所高校建立了大學(xué)聯(lián)盟［1］，遼寧石油化工大學(xué)是E+H公司的大學(xué)聯(lián)盟的一員。信息與控制工程學(xué)院的石油化工過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心是國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，但是現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有待提高，急需建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，積極開(kāi)發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，有利于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)卓越計(jì)劃的開(kāi)展，突出行業(yè)特色，提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)水平，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)［2］。

1 校企聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

2014年10月石油化工過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心向?qū)W校申請(qǐng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)立項(xiàng)，并獲批準(zhǔn)建設(shè)，配套資金22萬(wàn)元。中心教師以聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目為題，2014、2015年指導(dǎo)了自動(dòng)2011、2012級(jí)學(xué)生“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)與科技訓(xùn)練2”實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。2015～2016年以聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目為課題，指導(dǎo)了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練，于2016年10月結(jié)題。2016年3月至6月以聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目為題，指導(dǎo)了1名自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)大四學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在充分征求了學(xué)生的建設(shè)意見(jiàn)后，中心教師于2016年3月至4月設(shè)計(jì)了項(xiàng)目詳細(xì)實(shí)施方案，并提出了招標(biāo)文件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)參數(shù)。2016年5月，在遼寧政府采購(gòu)網(wǎng)進(jìn)行了公開(kāi)招標(biāo)，經(jīng)過(guò)競(jìng)標(biāo)，浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司中標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段，經(jīng)過(guò)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(dòng)化儀表有限公司開(kāi)始開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作。于2016年9月，雙方簽定了政府采購(gòu)合同。2016年11月，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制成功，校企聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成。

2 校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本構(gòu)成

2.1 水循環(huán)工藝過(guò)程

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由儲(chǔ)水箱、中位水箱、高位水箱及管道、閥門(mén)等構(gòu)建水循環(huán)工藝過(guò)程［3］，中位水箱帶電加熱系統(tǒng)，整個(gè)水循環(huán)工藝過(guò)程可應(yīng)用快速接頭任意組合循環(huán)過(guò)程［4］。在工藝過(guò)程中，可以安裝多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)，將E+H公司捐贈(zèng)的流量?jī)x表、物位儀表、物位開(kāi)關(guān)、壓力儀表、差壓儀表等巧妙應(yīng)用，并增加了溫度檢測(cè)儀表(Pt100熱電阻、K型熱電偶、雙金屬溫度計(jì))、玻璃管液位計(jì)、就地壓力表等。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表種類(lèi)多，可完成工業(yè)常用參數(shù)的檢測(cè)［5］，為實(shí)驗(yàn)學(xué)生提供親自動(dòng)手調(diào)試多種現(xiàn)場(chǎng)儀表的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。水循環(huán)工藝過(guò)程實(shí)物如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)水循環(huán)工藝過(guò)程實(shí)物圖

2.2 盤(pán)上儀表

盤(pán)上儀表選用了浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司的PLC、無(wú)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(jì)算機(jī)通訊。儀表盤(pán)面如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)儀表盤(pán)面圖

2.3 上位機(jī)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(xué)信息與控制工程學(xué)院共建了組態(tài)軟件實(shí)驗(yàn)室，在校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)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(wú)限點(diǎn)無(wú)限時(shí)授權(quán)使用。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在3臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的上位計(jì)算機(jī)安裝了北京三維力控公司的監(jiān)控組態(tài)軟件，通過(guò)工程開(kāi)發(fā)與運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，模擬真實(shí)工廠(chǎng)監(jiān)控環(huán)境［6］。

3 校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用情況

2016年11月，校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成后，于當(dāng)年應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了本校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)72名大四學(xué)生的“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)與科技訓(xùn)練2”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試運(yùn)行”。由于聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，依托該平臺(tái)，學(xué)生可以自由設(shè)計(jì)工藝過(guò)程和檢測(cè)儀表系統(tǒng)，并通過(guò)調(diào)試運(yùn)行實(shí)現(xiàn)流量、物位、壓力、溫度的檢測(cè)、記錄、控制、報(bào)警、監(jiān)控等功能。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的儀表盤(pán)、控制柜等設(shè)備采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，不同于儀表盤(pán)外帶有接錢(qián)圖并能夠外部插孔接線(xiàn)式的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，所有硬件接線(xiàn)要由學(xué)生學(xué)習(xí)、研究工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖紙后按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)進(jìn)行。所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由學(xué)生自主、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，全過(guò)程自己動(dòng)手操作，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行各環(huán)節(jié)的工作，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，加深對(duì)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的儀表系統(tǒng)的整體概念理解，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力［7］。儀表盤(pán)內(nèi)布線(xiàn)如圖3所示。

圖3 儀表盤(pán)內(nèi)布線(xiàn)圖

學(xué)生每5人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，并且取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，每一組學(xué)生都能成功完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)內(nèi)容是開(kāi)放性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，所以是屬于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們完成的硬件連接和組態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不同，并且優(yōu)秀的設(shè)計(jì)結(jié)果可以成功應(yīng)用于課程實(shí)驗(yàn)，如測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)的《測(cè)控儀表及裝置》課程實(shí)驗(yàn)等，不同組學(xué)生開(kāi)發(fā)的監(jiān)控組態(tài)程序在線(xiàn)運(yùn)行如圖4、圖5所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)學(xué)生的組態(tài)設(shè)計(jì)在線(xiàn)運(yùn)行圖1

4 校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)特色及創(chuàng)新點(diǎn)

(1)學(xué)生全程充分參與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制過(guò)程。以聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目為課題，指導(dǎo)了“學(xué)生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)與科技訓(xùn)練2”實(shí)驗(yàn)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練。在學(xué)生充分參與的情況下，不僅起到了很好的教學(xué)效果，還充分征求了學(xué)生的意見(jiàn)，為實(shí)驗(yàn)室將來(lái)能更好為學(xué)生服務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［8］。

圖5 實(shí)驗(yàn)學(xué)生的組態(tài)設(shè)計(jì)在線(xiàn)運(yùn)行圖2

(2)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(guò)程，把多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表應(yīng)用其中，能完成物位、流量、壓力、差壓、溫度等信號(hào)的檢測(cè)與處理［9］。可開(kāi)發(fā)液位的單回路和串級(jí)控制、溫度控制、流量控制等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［10-12］。

(3)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由校企聯(lián)合研制建設(shè)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用了E+H公司、浙江中控自動(dòng)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(xué)提出建設(shè)方案，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室是高校與行業(yè)企業(yè)四方共建的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由遼寧石油化工大學(xué)與浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司校企聯(lián)合研制。

(4)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)放性能突出。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可任意構(gòu)成工藝過(guò)程，并完成儀表安裝、調(diào)試、和上位機(jī)的監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)，可由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并親自動(dòng)手實(shí)施，可開(kāi)展設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)［13-14］。

(5)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可持續(xù)建設(shè)性強(qiáng)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的盤(pán)上智能儀表及PLC可連接現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表點(diǎn)數(shù)多，目前僅使用不足1/3，可擴(kuò)容性強(qiáng)。水循環(huán)工藝過(guò)程開(kāi)放性突出，可增加水分析儀表等多種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等［15-16］。

5 結(jié)語(yǔ)

石油化工過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(chǎng)檢測(cè)儀表開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)一步改善了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的實(shí)驗(yàn)條件，有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革、提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果突出。聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室得到了“E+H”公司及兄弟高校的高度評(píng)價(jià)，加強(qiáng)了對(duì)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的支撐與示范作用。