校企联合现场检测仪表开放实验室建设

张吉明， 赵 强， 曹江涛， 翟春艳

(辽宁石油化工大学石油化工过程控制国家级实验教学示范中心，辽宁抚顺113001)

0 引言

2014年7月，E+H公司向辽宁石油化工大学信息与控制工程学院捐赠涡街流量计、电磁流量计等现场检测仪表10台，总价值26.6万元。依托这些高精度的现场检测仪表，构建一个具有行业特色的高水平现场检测仪表实验室，开展开放性、创新性实验教学。Endress+Hauser(恩德斯豪斯，简称E+H公司)公司与国内13所高校建立了大学联盟［1］，辽宁石油化工大学是E+H公司的大学联盟的一员。信息与控制工程学院的石油化工过程控制实验教学示范中心是国家级实验教学示范中心，但是现有的现场检测仪表方面的实验教学条件有待提高，急需建设现场检测仪表联合实验室，积极开发综合性、设计性、创新性实验，有利于自动化专业卓越计划的开展，突出行业特色，提高实验实践教学水平，加强对学生的工程实践能力和创新能力培养［2］。

1 校企联合现场检测仪表开放实验室建设

2014年10月石油化工过程控制实验教学示范中心向学校申请联合实验室建设立项，并获批准建设，配套资金22万元。中心教师以联合实验室建设项目为题，2014、2015年指导了自动2011、2012级学生“开放实验与科技训练2”实验课程，让学生充分参与实验室的建设。2015～2016年以联合实验室建设项目为课题，指导了大学生创新训练，于2016年10月结题。2016年3月至6月以联合实验室建设项目为题，指导了1名自动化专业大四学生的毕业设计。在充分征求了学生的建设意见后，中心教师于2016年3月至4月设计了项目详细实施方案，并提出了招标文件的现场检测仪表联合实验室建设参数。2016年5月，在辽宁政府采购网进行了公开招标，经过竞标，浙江中控自动化仪表有限公司中标，项目实施进入实质性阶段，经过双方多次技术协商后，确定了最后方案，并由浙江中控自动化仪表有限公司开始开放实验平台的制作。于2016年9月，双方签定了政府采购合同。2016年11月，开放实验平台研制成功，校企联合现场检测仪表实验室建设完成。

2 校企联合实验室开放实验平台的基本构成

2.1 水循环工艺过程

开放实验平台由储水箱、中位水箱、高位水箱及管道、阀门等构建水循环工艺过程［3］，中位水箱带电加热系统，整个水循环工艺过程可应用快速接头任意组合循环过程［4］。在工艺过程中，可以安装多台现场检测仪表进行现场信号的检测，将E+H公司捐赠的流量仪表、物位仪表、物位开关、压力仪表、差压仪表等巧妙应用，并增加了温度检测仪表(Pt100热电阻、K型热电偶、双金属温度计)、玻璃管液位计、就地压力表等。现场检测仪表种类多，可完成工业常用参数的检测［5］，为实验学生提供亲自动手调试多种现场仪表的学习机会。水循环工艺过程实物如图1所示。

图1 现场检测仪表开放实验平台水循环工艺过程实物图

2.2 盘上仪表

盘上仪表选用了浙江中控自动化仪表有限公司的PLC、无纸记录仪、流量积算仪、安全栅、工业电源等，智能仪表及PLC均可与上位计算机通讯。仪表盘面如图2所示。

图2 现场检测仪表开放实验平台仪表盘面图

2.3 上位机与监控组态软件

2011年，北京三维力控科技有限公司与辽宁石油化工大学信息与控制工程学院共建了组态软件实验室，在校企联合实验室建设过程中，再次得到了力控公司的大力支持，将最新版本的监控组态软件以无限点无限时授权使用。实验平台在3台联网的上位计算机安装了北京三维力控公司的监控组态软件，通过工程开发与运行，可实现远程监控等功能，模拟真实工厂监控环境［6］。

3 校企联合实验室的应用情况

2016年11月，校企联合实验室建设完成后，于当年应用该实验室开展了本校自动化专业72名大四学生的“开放实验与科技训练2”实验课程教学，开放实验项目“现场检测仪表系统设计与调试运行”。由于联合实验室构建了现场检测仪表开放实验平台，依托该平台，学生可以自由设计工艺过程和检测仪表系统，并通过调试运行实现流量、物位、压力、温度的检测、记录、控制、报警、监控等功能。该实验平台的仪表盘、控制柜等设备采用工业标准建设，不同于仪表盘外带有接钱图并能够外部插孔接线式的实验台，所有硬件接线要由学生学习、研究工业标准的图纸后按工业标准真实进行。所有实验内容由学生自主、创新设计，全过程自己动手操作，充分发挥学生的创新精神，培养学生的工程实践能力。通过系统设计与运行各环节的工作，培养学生自学能力、综合运用知识的能力，加深对自动化专业的仪表系统的整体概念理解，提高学生的创新精神和工程实践能力，培养学生解决复杂工程问题的能力［7］。仪表盘内布线如图3所示。

图3 仪表盘内布线图

学生每5人一组进行实验，培养了学生的团队合作意识，并且取得了良好的实验教学效果，每一组学生都能成功完成实验内容。因为实验内容是开放性、创新性实验，所以是属于没有标准答案的实验，学生们完成的硬件连接和组态设计实验结果也不同，并且优秀的设计结果可以成功应用于课程实验，如测控技术与仪器专业的《测控仪表及装置》课程实验等，不同组学生开发的监控组态程序在线运行如图4、图5所示。

图4 实验学生的组态设计在线运行图1

4 校企联合实验室建设特色及创新点

(1)学生全程充分参与开放实验平台研制过程。以联合实验室建设项目为课题，指导了“学生开放实验与科技训练2”实验课程、毕业设计、大学生创新训练。在学生充分参与的情况下，不仅起到了很好的教学效果，还充分征求了学生的意见，为实验室将来能更好为学生服务打下了坚实的基础［8］。

图5 实验学生的组态设计在线运行图2

(2)开放实验平台具有石油化工行业特色。巧妙构建水循环工艺，模拟石油化工生产过程，把多台现场检测仪表应用其中，能完成物位、流量、压力、差压、温度等信号的检测与处理［9］。可开发液位的单回路和串级控制、温度控制、流量控制等实验内容［10-12］。

(3)开放实验平台由校企联合研制建设。开放实验平台应用了E+H公司、浙江中控自动化有限公司的仪表，北京三维力控科技有限公司的监控组态软件，并由辽宁石油化工大学提出建设方案，联合实验室是高校与行业企业四方共建的联合实验室，开放实验平台由辽宁石油化工大学与浙江中控自动化仪表有限公司校企联合研制。

(4)开放实验平台的开放性能突出。开放实验平台可任意构成工艺过程，并完成仪表安装、调试、和上位机的监控组态设计，可由学生自主设计实验内容并亲自动手实施，可开展设计性、创新性实验［13-14］。

(5)开放实验平台的可持续建设性强。开放实验平台的盘上智能仪表及PLC可连接现场检测仪表点数多，目前仅使用不足1/3，可扩容性强。水循环工艺过程开放性突出，可增加水分析仪表等多种现场检测仪表及执行机构等［15-16］。

5 结语

石油化工过程控制实验教学示范中心建设了具有石油化工行业特色的高水平校企联合现场检测仪表开放实验室，进一步改善了国家级实验教学示范中心的实验条件，有助于实验教学方法改革、提高了实验教学水平，联合实验室的开放实验教学效果突出。联合实验室得到了“E+H”公司及兄弟高校的高度评价，加强了对国家级实验教学示范中心的支撑与示范作用。