高校电气工程实验室智慧化建设的问题与对策探究

摘要：随着我国工业现代化的高速发展，将电气自动化技术更好地应用于电气工程实验室建设，以逐步提高实验室的安全性和智慧性，是当前实验室智慧化建设的重要目标。本文根据高校实验室智慧化发展理念，结合现阶段电气工程实验室建设过程中存在的问题，对新形势下电气工程实验室智慧化建设对策进行了探索，以促进电气工程实验室的高效发展。

关键词：电气自动化技术;实验室;智慧化;发展

1. 高校电气工程实验室智慧化建设的重要性

现代智慧化实验室是高校教学与科研创新的有力保障，我国部分地处偏远地区的高校由于实验室设备的陈旧与老化，信息化管理人员不足，使得电气工程实验室相关电气设备频繁出现故障，管理与建设相对落后，建设一个安全性高、可视化强的智慧实验室，将电气自动化技术与实验室建设相结合以提高高校电气工程实验室智能化水平显得尤为重要。同时，高校电气工程智慧化实验室能够突破时间与地点的限制，营造良好的实验环境，仪器设备的稳定运行能够保障课堂教学的有序进行，有助于培养学生的创新能力与创造能力[1]，教师也可以结合学生实践内容和实践中遇到的问题，优化教学方案，对整个教学具有导向作用。

2.当前电气工程实验室建设过程中存在的问题

2.1仪器设备运行不稳定

电气工程实验室设备和低值易耗品种类繁多，仪器设备使用频率高，在不断地运行过程中将导致电压和频率的不稳定，进而导致实验数据误差大，仪器设备自身运行不稳定等问题，严重时将导致儀器设备损坏故障，再加上不能有效的实时监控仪器设备运行状态，使部分实验设备长期处于待修状态，致使实验设备利用率不高，影响实验教学效果。

2.2落后的“机械化”管理模式

电气工程实验室建设对环境和设备管理要求较高，众多的电气设备和精密仪器需要大量的经费投入。但受高校大学排行榜的影响，在经费有限的情况下，高校往往优先配置师资队伍、学科建设和科研等领域，对实验室管理投入捉襟见肘。查国清[2]等对187所高校调研显示，有27.27%的高校未设置实验室安全专项经费，实验室环境、安全设施和基础保障等方面配备不到位。

首先，由于高校学生缺少课外使用实验室的权限，导致电气工程实验室使用过程中部分仪器设备的利用率不高，出现严重资源浪费的问题，当实验室未处于运行状态时，无法有效判定有人无人情况和有无实验室运行情况，设备运行配置逻辑性差，无法实时控制管理，造成能源消耗较大。其次，无法高效监控进出实验室操作人员，导致仪器设备误操作。当前电气工程实验室自动化管理不成熟，不能充分利用大数据分析记录设备运行能耗，仍然处于落后的“机械化”管理模式。

2.3电气自动化安全监测不到位

目前，我国大多数高校制订了实验室安全管理制度，但部分高校电气工程等专业实验室安全管理建设规划不足，制度不规范、不完善。阳富强等研究表明，实验室安全受人、机、环和管等多种因素影响，各个因素之间又相互作用，容易产生耦合效应，增加了安全管理难度[3]。电气工程实验室自动化安全运行存在突出问题：一、实验室电气自动化设置缺乏必要的紧急切断应急系统等自动化安全保证技术措施;二、用来监测电气工程实验室仪器设备运行状态的可视化数据显示及存储记录不能满足实验室现代化建设中运行维护需求;三、电气工程实验室实验环境状态无法实现可视化数据分析。另外，高校缺乏科学的电气工程实验室安全检查体系，隐患整改不到位、安全检查不扎实、问责浮于形式等问题较为突出。

3.电气工程实验室建设过程中的智慧化应用

3.1加强电气工程实验室电气系统智慧化运行

为了解决电气工程实验室传统运行模式带来的局限性与弊端，必须利用新技术、新思维进行智慧化建设来提高电压和频率的稳定性。当前，电气自动化技术发展迅速，借用云技术构建一套智慧化、现代化、虚拟化的计算机桌面系统，实现各类实验室从中心服务器到存储空间再到机房终端的虚拟化，形成更加安全、高效的云端教学来提高资源利用率，同时，可以在电气工程实验室供电系统始端增加一个满足实验室负荷容量的UPS不间断电源装置，保障电气系统稳定性，进而提升集中实验室管理水平。

3.2电气工程实验室智慧化管理模式

针对落后的“机械化”管理模式，电气工程实验室应采用不同的智慧化模块来实现自动化管理。

首先，采用智慧化数据库管理模块和人机接口模块，通过大数据分类查询和统计各个设备、各个时间段的历史数据，管理人员通过HUI交互屏幕查看画面，可以形象直观地观察各种实时采集的数据，进而了解系统和各运行设备的实际运行情况以及当前观察对象的变化趋势，还可直接在画面上实现远程开关、调节、设定及手动紧急锁定等操作。其次，采用智慧化用户管理模块，为便于实时监控电气系统的安全稳定运行，根据操作人员的技术水平及管理权限，对用户名、口令、操作权限、监控范围等进行分级分类设置，对重要的控制使用口令密码确认方式，对操作员的重要操作给予记录。最后，采用智慧化事故查询模块，在实验室系统发生故障后，通过对数据库全部或部分实时信息以及对事故发生时保存在数据库中的历史数据进行自动分析、对比和显示，以曲线、表格等形式展现出来，为用户分析事故原因提供必要的信息，以便采取相应措施。

3.3电气工程实验室智慧化安全监测

电气工程实验室智慧化安全监测系统应包含以下应用措施：一、电气工程实验室应建设有自动化可视化自检自启系统，由使用部门设定自检自启时间周期，在假期及实验空置期对实验室进行预运行及记录上报隐患问题，并配备紧急切断控制系统，减少安全事故得发生;二、电气工程实验室智慧化建设应结合组态软件等进行智慧自动化平台组建，通过各项传感器等反馈信息在PC端或手机客户终端上实现数据信息可视化呈现，设备运行状态等进行可视化管理。三、电气工程实验室智慧化建设方案中应对门体开关状态、房间温湿度状态、房间压力梯度、房间照明灯具开启状态、实验室空调机组运行状态、暖通模拟量（开关量）阀门状态、灭菌杀毒装置（臭氧发生器、紫外线灭菌灯）运行状态等环境指标进行实时监控管理，以实现实验室环境状态可视化。另外，电气工程实验室智慧化建设过程中应切实履行起各级主体责任，坚持“谁使用谁负责、谁主管谁负责”原则，逐级分层落实安全责任制，促成科学的电气工程实验室安全检查体系。

结语

电气工程实验室智慧化建设和管理是目前高校实验室发展的必然趋势，将理论教学、实践教学、信息化网络教学有机结合离不开智慧化的实验室建设。可视化数据的完整展现，实现了实验室设备及环境运行的指标化、可视化，使得实验室管理人员能够清晰直观地观测到每一个实验室的运行状态。我国高校应根据自身学校的实际情况和专业特色加强电气工程实验室智慧化建设，优化实验室资源，强化责任意识，促进电气工程实验室向智慧化、可视化、安全化方向发展。

参考文献

[1]孙佃升.浅谈国内高校虚拟仿真实验中心建设及仿真实验教学———以电气、自动化专业为例[J].电子世界，2018（22）：42-43.

[2]查国清，徐亚妮，秦夷飞.高校实验室安全管理体系存在的问题及对策建议[J].实验技术与管理，2020（10）：272-278.

[3]阳富强，邱东阳.基于相似安全系统学的高校实验室爆炸事故分析及防控[J].安全与环境工程，2020（2）：92-97.

作者简介

翟峰，男（1989.3-），汉族山东莱阳，本科，助理实验师，电气工程及其自动化方向，青岛农业大学海都学院。