在线智能分析仪器特色实验室建设

李作进+聂玲+翟渊+钟秉翔+唐德东

摘要：在线分析仪器专业人才有着巨大的市场需求。重庆科技学院围绕智能仪器仪表、气体在线分析与液体在线分析建设流程工业在线智能分析仪器实验室，打造在线分析仪器专业特色人才的应用实践平台，提升多学科跨专业的工程现场综合实践能力。

关键词：在线分析仪器;实验室建设;行业现状

中图分类号：G640     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）22-0233-02

一、在线分析仪器及现状与人才需求

在线分析仪器是分析仪器中的一类，也是过程检测仪表系统的一个分支[1]。它跨越分析仪器和工业自动化仪表两大学科技术，具有多学科、高技术特征。目前，在线分析仪器技术广泛应用于石油化工、钢铁冶金、生化制药、水泥建材、天然气、微电子、煤矿安全、环境保护、空气分离、航空航天、科学研究等行业。尤其是流程工业，如石油、化工行业（包括炼油、天然气、石油化工、煤化工等）和环境保护行业是使用在线分析仪器技术比较密集的两个行业。早在2007年11月，我国分析仪器行业的主要创始人和学术带头人、原国家仪器仪表总局总工程师朱良漪先生就提出了“分析技术与自动化的系统集成是21世纪的前沿技术的学习思想”。朱先生认为[2]：“在线分析系统的基本内涵是将过去分析仪器离线测量的静态观察，改变为在线连续测量的实时动态观察，使得物质成分量的计量、检测以及信息传输与应用产生突破性飞跃，使生产过程的优化控制真正成为可能，在解决重大工程问题和环境问题方面，也会发挥特殊作用。”

近年来，在线分析仪器行业领域逐年增长[3]。据有关研究报告统计，2005年在线过程分析仪器的世界市场规模产值约为50亿美元，其中包括了运行费用、维修和综合服务费用，到2008年已达到55亿美元，其年增长率约为3%。如果仅按在线仪器销售额估计，其年增长率约为4%。中国在线分析仪器市场最近几年来也呈现出速增长的态势，据中国工控网的研究报告统计，2007年中国在线分析仪器市场产值规模为22亿元，2008年为25.3亿元，2009年为29.2亿元，到2015年预计达约50亿元，年增长率约为15%。

在线分析仪器在我国工业生产和环境保护等领域的使用量和重要性与日俱增，国家为此已经投入大量资金和人力，但其实际使用情况并不尽如人意。目前，我国在线分析仪器的应用水平较低，使用维护人员技术素质不高，在用仪器的运行情况并不理想，其作用和效能远未得到充分发挥。据近期对中国石化集团所属企业的调查，约有30%的在用仪器处于故障率高、运行不正常甚至停运状态。造成这种局面的原因是多方面的，主要原因在于我国大专院校尚未开设这一专业，一些大专院校开设的过程控制专业尚未开设在线分析仪器这门课程（此前的自动化仪表教材中仅有零散在线分析仪表章节，其内容贫乏且陈旧过时，已不敷使用），个别院校开设在线分析仪器课程，但却没有相应实践能力的锻炼和提升实验平台[4]，因此，现有相关专业的毕业生已经难以适应石油化工过程分析技术的迅速发展。

二、我校设置在线分析仪器实验室现状

重庆科技学院是重庆市唯一开始石油天然气相关专业学科建设的高校，也是依托行业特色办学鲜明的高校，目前拥有控制科学与工程市级一级重点建设学科以及在国内具有知名的在线分析仪器专家，经过近年来的积累，在油气田仪器技术、化工在线仪器检测技术等专业方向已经走到我市前列，已经成为我市乃至全国在流程工业在线分析仪器使用、研究、开发等方面的骨干力量。

2013年，我校整合测控仪器技术与仪器、自动化、电气工程专业的优势实验资源，成功申报中央地方共建项目，获批建设“流程工业在线智能分析仪器实验室”。我校建设流程工业在线智能分析仪器实验室，不仅能满足我校测控技术与仪器、自动化、石油工程、化工工程以及安全工程等专业实践能力建设的需要，也能满足随着工业生产自动化水平的提升以及生产流程安全高效运行要求不断提高对在线分析仪器的极大需求，同时对支撑地方经济发展具有显著的社会价值和经济意义。

三、在线智能分析仪器实验室建设方案

流程工业在线智能分析仪器实验室围绕智能仪器仪表、气体在线分析与液体在线分析构建实验室，各分室建设任务如下。

1.智能仪器仪表综合实验分室。该实验分室由两个部分组成：基于嵌入芯片的智能仪器仪表实验平台。主要以MS51、STM32、DSP等作为微处理器，与各种传感器模块、信号处理模块、通信模块、人机接口模块、输出控制模块、网络接口模块等构成各种不同的智能仪器仪表及控制系统，满足学生自主、开放专业设计的要求。基于虚拟仪器的智能仪器实验平台。主要以LABVIEW软件和NI ELVIS的创新教学实验平台，开展控制、嵌入式设计、仪器仪表、数字电子、现场可编程门阵列（FPGA）等课程的教学;基于PXI模块实现智能仪器仪表、计算机测试系统。建成的数据采集平台、基于FPGA的嵌入式设计平台，将工程技术引入到测量、电路、控制、嵌入式系统设计中，工程项目和动手实践的学习体验使工程基础学习变得真实直观。

2.气体在线分析仪器实验分室。该实验分室建设的“烟气成分在线监测”实验平台包括烟气取样与预处理系统、颗粒物排放浓度监测系统、气态污染物排放浓度监测系统、烟气参数测量系统及自动反吹控制系统、数据采集、处理与通信系统，能够实时在线监测烟气中的NOx、SO2、CO、CO2和O2等气体成分，监测烟气中的颗粒物浓度，监测烟气的温度、流速与压力等参数，并实时传输到工作站的数据库进行统计和分析。这种方式在石化、冶金、垃圾焚烧等大型流程企业均广泛应用，对学生训练均有较强的针对性和实用性，能够培养学生的测控仪器的设计与集成、工业自动化过程控制等方面能力，掌握在线分析仪表的原理、结构、选型、应用、维护与校准知识，强化取样及样品处理系统的设计和应用技术、分析仪器系统的安装施工等相关技能。endprint

3.液体在线分析仪器实验分室。该实验室以天然气开采中大量的污水处理为背景，建设的水质在线监测模拟实验平台包括格栅、沉沙池、泵、初沉池、曝气池、二沉池、消毒室等流程单元，在每一单元安装各类水质在线智能分析仪器，能够实现工业污水的浊度、水位、流量、COD，氨氮、PH、溶解氧、电导、水中油等水质参数的在线检测，并实时传输到工作站的数据库进行统计和分析。这种方式在石化、冶金等大型流程企业均广泛应用，学生训练均有较强的针对性和实用性，能够培养学生的测控仪器的设计与集成能力，掌握在线分析仪表的原理、结构、选型、应用、维护与校准知识，强化取样及样品处理系统的设计和应用技术、分析系统的安装施工等相关技能。

四、实验室承担的实验教学任务

在线智能分析仪器实验室为承担石油工程、化工工程、安全工程、电气工程及其自动化、自动化、测控技术与仪器等专业的《自动检测技术》、《现场安全》、《测控仪表与装置》、《测控仪表与设计》、《流程系统与集成技术》、《化工在线分析》、《流体工程控制》、《智能仪器》、《在线分析仪器》、《虚拟仪器技术》等专业课程的实验、课程设计、综合训练和实习基地;承担仪器仪表类专业学生的赛课计划，学科竞赛和大学生创新项目，培养学生的团队意识和创新精神;同时承担仪表维修工的培训与考核工作，使学生在毕业时除了获得毕业证之外，还能获得行业资格证书。该实验室另一个重要的功能是为教师的科研提供实验平台。

五、结束语

高等教育的目标是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才[5]。重庆科技学院正是围绕在线分析仪器的市场需求，结合自身办学优势，建设面向流程工业的在线智能分析实验室，为我校培养在线分析仪器高级专门人才提供充分的实验条件。

参考文献：

[1]吴桥慧，等.应用型本科人才培养模式研究与实践[M].北京：中国轻工业出版社，2011.

[2]董洪亮.地方本科高校该转型了[N].人民日报，2014-05-08（018）.

[3]徐宏飞，等.测控专业概论[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4]工信部.仪器仪表行业十二五发展规划[Z].2011.

[5]王森.在线分析仪器技术进展、市场前景、存在问题及建议[J].中国仪器仪表，2009，（2）：26-30.

[6]于洋，范玮琦.在线分析仪器课程教学改革探索[J].中国大学教育，2013，（1）：68-69.

[7]瞿翠玲，潘家安，陈利芝.加强实践教育，培养个性化创新人才[J].佳木斯教育学院学报，2014，（5）：194-195.

[8]Jason Sheng-Hong Tsai，Fu-Ming Chen，Tze-Yu Yu，Shu-Mei Guo，Leang-San Shieh. Efficient decentralized iterative learning tracker for unknown sampled-data interconnected large-scale state-delay system with closed-loop decoupling property[J]. ISA Transactions，2011，（1）.

[9]张国华，张文娟，薛鹏翔.小波分析与应用基础[M].西安：西北工业大学出版社，2006.endprint