過程裝備與控制工程專業(yè)實驗室建設(shè)的探討和實踐

1、<p>　　過程裝備與控制工程專業(yè)實驗室建設(shè)的探討和實踐</p><p>　　摘要：針對新專業(yè)的教學(xué)計劃要求,本校過程裝備與控制工程專業(yè)近幾年來在專業(yè)實驗室建設(shè)方面做了大量工作，介紹了目前本校過程裝備與控制工程專業(yè)幾門主干課程配套實驗項目的開設(shè)情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：過程裝備與控制工程；實驗室建設(shè)</p><p>　　Discussion an

2、d Practice of Laboratory</p><p>　　in the Major of Process Equipment and Control Engineering</p><p>　　MENG Zhihui,　WANG Chang, 　JIA Huiling</p><p>　　Mechanical Engineering School, IM

3、UST ( Baotou, Inner Mongolia, 014010 )</p><p>　　Abstract: To meet the need of new teaching plan in the major of process equipment and control engineering, the state of several specialization experimental cou

4、rses about the major of process equipment and control engineering was introduced and the innovation about the original professional experiments was emphasized.</p><p>　　Key words: process equipment and contr

5、ol engineering; construction of laboratory </p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　過程裝備與控制工程專業(yè)是將過程、裝備和控制三個相關(guān)學(xué)科有機地結(jié)合在一起。根據(jù)新專業(yè)教學(xué)計劃，學(xué)生除要求掌握過程裝備方面的知識，還要求掌握控制工程方面的知識。為迎接我校本科教學(xué)水平的評估，學(xué)校對實驗教學(xué)經(jīng)費進(jìn)行了大量投

6、入，對過程裝備與控制工程這個新專業(yè)，新建了過程裝備與控制工程綜合實驗室，包括了過程設(shè)備設(shè)計、過程流體機械和過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用等主干課程的配套實驗。實驗教學(xué)一方面很好的滿足了現(xiàn)有專業(yè)教學(xué)的要求；另一方面它包含的設(shè)備、儀器元件、微機硬軟件等系統(tǒng)也為教師提供了研究開發(fā)平臺。下面具體就我校過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)實驗室的建設(shè)作一個介紹。</p><p>　　2 過程裝備與控制工程專業(yè)實驗室的建設(shè)思路</p&

7、gt;<p>　　2.1 過程設(shè)備設(shè)計的配套實驗</p><p>　　該專業(yè)課目前共開設(shè)四個實驗包括外壓失穩(wěn)、內(nèi)壓應(yīng)力測定、爆破、超聲波探傷實驗。前三個實驗盡管實驗原理和目的并不完全相同，但均可在同一個容器內(nèi)外壓爆破實驗儀上完成，實驗裝置如圖1所示。該容器內(nèi)外壓爆破實驗儀是使用同一個實驗試樣（易拉罐）完成外壓失穩(wěn)、內(nèi)壓應(yīng)力測定及爆破實驗的儀器。經(jīng)上萬次試驗，其實驗數(shù)據(jù)與理論值的誤差均小于5-10%，

8、且絕大部分小于5%，是目前同類設(shè)備中造價較低、準(zhǔn)確率較高、使用成本較少、操作較方便、而又很安全的儀器。</p><p>　　圖1 容器內(nèi)外壓爆破實驗儀</p><p><b>　　其特點是：</b></p><p>　　（1）使用220V電壓，自帶電動油泵，可提供2-2.5MPa的油壓供內(nèi)壓應(yīng)力測定及爆破實驗使用；配有大風(fēng)量抽氣機，使易拉罐內(nèi)成

9、負(fù)壓供失穩(wěn)使用；</p><p>　?。?）特有的軸向力平衡桿，消除了軸向力，使易拉罐處于徑向力受力狀態(tài)，與失穩(wěn)時臨界壓力理論計算公式要求的受力狀態(tài)一致。</p><p>　?。?）同一易拉罐不但可完成全部三個試驗，還可做多種失穩(wěn)實驗，包括圓度誤差較大時臨界壓力下降及凸形封頭的失穩(wěn)實驗。</p><p>　?。?）可與應(yīng)變儀聯(lián)合使用，得出P－σ圖，非常直觀地表明了壓

10、力P與應(yīng)力σφ、σθ之間的關(guān)系。</p><p>　?。?）易拉罐具有極好的力學(xué)、幾何及物理性能的軸對稱性，十分符合無力矩理論的使用要求。畢業(yè)設(shè)計論文代做平臺 《580畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)》 是專業(yè)代做團隊 也有大量畢業(yè)設(shè)計成品提供參考 www.bysj580.com QQ3449649974</p><p>　?。?）實驗試件——易拉罐易于獲得，經(jīng)濟成本較低，十分利于學(xué)生實驗。</p

11、><p>　　其中外壓失穩(wěn)實驗屬于殼體穩(wěn)定性分析章節(jié)教學(xué)中的內(nèi)容,該實驗的目的是觀察薄壁圓筒在外壓作用下的失穩(wěn)現(xiàn)象和測定圓柱形薄壁圓筒在外壓作用下喪失穩(wěn)定的臨界壓力，并與理論值進(jìn)行比較；內(nèi)壓應(yīng)力測定實驗?zāi)康氖墙獗”谌萜髟趦?nèi)壓作用下筒體的應(yīng)力分布，驗證薄壁容器筒體的應(yīng)力計算的理論公式，掌握應(yīng)變電測法測定容器應(yīng)力的基本原理和掌握實驗操作技能；爆破實驗所屬壓力容器應(yīng)力分析和設(shè)計章節(jié)教學(xué)中的內(nèi)容，目的是了解壓力容器在內(nèi)壓下爆

12、破的全過程和測定容器的爆破壓力并與理論計算值進(jìn)行比較。</p><p>　　而超聲波探傷實驗所采用的設(shè)備為HY-28型全數(shù)字智能超聲波探傷儀，利用超聲波在零件中的勻速傳播以及在傳播中遇到界面時發(fā)生反射、折射等特性，即可以發(fā)現(xiàn)工件中的缺陷。</p><p>　　2.2 過程流體機械的配套實驗</p><p>　　該專業(yè)課目前共開設(shè)的實驗包括活塞式壓縮機性能綜合實驗、往

13、復(fù)式壓縮機示功圖測試和泵的拆裝實驗。其中活塞式壓縮機性能綜合實驗和往復(fù)式壓縮機示功圖測試所用裝置為空氣壓縮機性能綜合實驗臺，如圖2所示?；钊綁嚎s機性能綜合實驗的目的是學(xué)習(xí)排氣量和主軸轉(zhuǎn)速的測量，排氣量的測量是利用流體在流經(jīng)排氣管道的噴嘴時，流速在出口處形成局部收縮，使流速增加，靜壓力降低，因而在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差，流動介質(zhì)的流量越大，則在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差越大，故通過測量壓差值就可以計算出流體流量的數(shù)值。而轉(zhuǎn)速測量是采用旋轉(zhuǎn)編

14、碼器作為轉(zhuǎn)速測量傳感器。利用旋轉(zhuǎn)編碼器和數(shù)據(jù)采集卡的脈沖計數(shù)功能，軟件計算出主軸的平均轉(zhuǎn)速，或直接利用數(shù)據(jù)采集卡的脈沖頻率測量功能得到轉(zhuǎn)速。而往復(fù)式壓縮機示功圖測試實驗的目的是掌握往復(fù)式壓縮機示功圖及轉(zhuǎn)速的測試方法并分析壓縮機汽缸內(nèi)壓力的實際變化過程。</p><p>　　圖2 空氣壓縮機性能綜合實驗臺</p><p>　　泵的拆裝實驗的目的是通過拆裝了解泵的結(jié)構(gòu)及工作原理，學(xué)會使用各種工

15、具，了解各種量具的使用及讀數(shù)，掌握各種配合公差。例如螺桿泵、氣動隔膜泵、離心泵、多級泵等。</p><p>　　2.3 過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用的配套實驗</p><p>　　該專業(yè)課目前共開設(shè)四個實驗包括比例調(diào)節(jié)閥的校驗、單容上水箱特性的測試、單容液位(上水箱)PID控制和鍋爐內(nèi)膽溫度定值控制實驗。比例調(diào)節(jié)閥的校驗實驗的目的是了解比例閥的結(jié)構(gòu)、工作過程與原理，掌握比例閥的校驗方法，理解其相

16、關(guān)特性及性能指標(biāo)含義；單容上水箱特性的測試實驗的目的是熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線，跟據(jù)實際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定他們的參數(shù)；單容液位(上水箱)PID控制實驗的目的是熟悉單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成和臨界比例度法整定的PID參數(shù)方法，掌握PID參數(shù)對控制系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)的影響；鍋爐內(nèi)膽溫度定值控制實驗的目的是了解智能儀表的工作原理、操作方法，掌握儀表控制系統(tǒng)的工作原理、控制過程和控制特性。</p>

17、<p>　　這些實驗都是在TDGK過程裝備控制綜合實驗臺上完成的，裝置如圖3所示。本實驗臺完全采用工業(yè)生產(chǎn)中實際使用的傳感器、儀表、執(zhí)行器等工業(yè)級元件，在一個管路循環(huán)系統(tǒng)上實現(xiàn)過程控制。該實驗臺可以利用手動按鈕、智能儀表、PLC等進(jìn)行控制，亦可利用上位PC機，結(jié)合MCGS工控組態(tài)軟件，實現(xiàn)實時監(jiān)控。同時從教學(xué)實際出發(fā)，所有的傳感器、儀表、執(zhí)行元件、水箱-管路等完全可視化，直觀集成于整體實驗臺上，不僅結(jié)構(gòu)緊湊利于觀察調(diào)試，且

18、有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。</p><p>　　本實驗臺是開放系統(tǒng)，每個實驗?zāi)K都經(jīng)過精心設(shè)計，在學(xué)生課程教學(xué)中，不僅可以用作教學(xué)演示儀器，進(jìn)行傳統(tǒng)的一些典型的驗證性實驗。同時也著重考慮設(shè)計型和綜合型實驗的操作性、擴展性：如在畢業(yè)設(shè)計中實現(xiàn)教學(xué)與實際工作相結(jié)合；教師根據(jù)用人單位要求來指導(dǎo)學(xué)生改變儀表參數(shù)、數(shù)據(jù)處理方式、程序結(jié)構(gòu)等，變實驗裝置為工業(yè)現(xiàn)場，充分激發(fā)學(xué)生思考的積極性，提高解決問題能力，使學(xué)生盡快適應(yīng)實際工

19、作要求。</p><p><b>　　其特點是：</b></p><p>　　圖3 過程裝備控制綜合實驗臺</p><p>　　（1）控制系統(tǒng)的被控量包含溫度、流量、液位、壓力四大熱工參數(shù)。</p><p>　?。?）執(zhí)行器中既有電磁比例調(diào)節(jié)閥類執(zhí)行器，又有加熱控制器等電力拖動類執(zhí)行器。</p><p

20、>　?。?）各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實驗平臺上都可以實現(xiàn)。</p><p>　　（4）具有多種工業(yè)控制方式，控制過程清晰?？刂品绞接校菏謩诱{(diào)節(jié)控制、PLC控制、計算機控制</p><p>　?。?）模擬工業(yè)現(xiàn)場，具有真實可靠性、直觀性。</p><p>　?。?）傳感器、變送器、執(zhí)行器、電路全部采用IEC標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸。</p><p&

21、gt;　?。?）實驗數(shù)據(jù)及圖表在MCGS軟件中很容易存儲及調(diào)用，便于實驗后的分析。</p><p><b>　　3 結(jié)束語</b></p><p>　　在校設(shè)備處、院等部門的大力關(guān)心和協(xié)助下,經(jīng)過一年多時間的努力,過程裝備與控制工程專業(yè)綜合實驗室初步建成啦，在全新的實驗裝置面前,學(xué)生表現(xiàn)出了較大的新奇和興趣,其主動性也大大增強；在畢業(yè)設(shè)計過程中,一些學(xué)生在了解某些實驗

22、裝置設(shè)計功能和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，能提出自己獨特的設(shè)計新觀點和思想，這培養(yǎng)了他們的設(shè)計、創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)改革的完善和建設(shè)對本專業(yè)培養(yǎng)知識面廣、創(chuàng)新能力強、綜合能力高的專業(yè)技術(shù)人才會起到一個很好的推進(jìn)作用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 第八屆全國高等學(xué)校過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)改革與學(xué)科建設(shè)成果校際交流會論文集[C],西安:

23、2002,89-92.</p><p>　　[2] 鄭津洋等.過程設(shè)備設(shè)計[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[3] 姜培正,等.過程流體機械[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　[4] 王毅,等.過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.</p><p>　　第一作者簡介