过程装备与控制工程专业实验室建设的探讨和实践

过程装备与控制工程专业实验室建设的探讨和实践摘要针对新专业的教学计划要求,本校过程装备与控制工程专业近几年来在专业实验室建设方面做了大量工作，介绍了目前本校过程装备与控制工程专业几门主干课程配套实验项目的开设情况。关键词过程装备与控制工程；实验室建设DISCUSSIONANDPRACTICEOFLABORATORYINTHEMAJOROFPROCESSEQUIPMENTANDCONTROLENGINEERINGMENGZHIHUI,WANGCHANG,JIAHUILINGMECHANICALENGINEERINGSCHOOL,IMUSTBAOTOU,INNERMONGOLIA,014010ABSTRACTTOMEETTHENEEDOFNEWTEACHINGPLANINTHEMAJOROFPROCESSEQUIPMENTANDCONTROLENGINEERING,THESTATEOFSEVERALSPECIALIZATIONEXPERIMENTALCOURSESABOUTTHEMAJOROFPROCESSEQUIPMENTANDCONTROLENGINEERINGWASINTRODUCEDANDTHEINNOVATIONABOUTTHEORIGINALPROFESSIONALEXPERIMENTSWASEMPHASIZEDKEYWORDSPROCESSEQUIPMENTANDCONTROLENGINEERINGCONSTRUCTIONOFLABORATORY1前言过程装备与控制工程专业是将过程、装备和控制三个相关学科有机地结合在一起。根据新专业教学计划，学生除要求掌握过程装备方面的知识，还要求掌握控制工程方面的知识。为迎接我校本科教学水平的评估，学校对实验教学经费进行了大量投入，对过程装备与控制工程这个新专业，新建了过程装备与控制工程综合实验室，包括了过程设备设计、过程流体机械和过程装备控制技术及应用等主干课程的配套实验。实验教学一方面很好的满足了现有专业教学的要求；另一方面它包含的设备、仪器元件、微机硬软件等系统也为教师提供了研究开发平台。下面具体就我校过程装备与控制工程专业的专业实验室的建设作一个介绍。2过程装备与控制工程专业实验室的建设思路21过程设备设计的配套实验该专业课目前共开设四个实验包括外压失稳、内压应力测定、爆破、超声波探伤实验。前三个实验尽管实验原理和目的并不完全相同，但均可在同一个容器内外压爆破实验仪上完成，实验装置如图1所示。该容器内外压爆破实验仪是使用同一个实验试样（易拉罐）完成外压失稳、内压应力测定及爆破实验的仪器。经上万次试验，其实验数据与理论值的误差均小于510，且绝大部分小于5，是目前同类设备中造价较低、准确率较高、使用成本较少、操作较方便、而又很安全的仪器。图1容器内外压爆破实验仪其特点是（1）使用220V电压，自带电动油泵，可提供225MPA的油压供内压应力测定及爆破实验使用；配有大风量抽气机，使易拉罐内成负压供失稳使用；（2）特有的轴向力平衡杆，消除了轴向力，使易拉罐处于径向力受力状态，与失稳时临界压力理论计算公式要求的受力状态一致。（3）同一易拉罐不但可完成全部三个试验，还可做多种失稳实验，包括圆度误差较大时临界压力下降及凸形封头的失稳实验。（4）可与应变仪联合使用，得出P图，非常直观地表明了压力P与应力、之间的关系。（5）易拉罐具有极好的力学、几何及物理性能的轴对称性，十分符合无力矩理论的使用要求。毕业设计论文代做平台580毕业设计网是专业代做团队也有大量毕业设计成品提供参考WWWBYSJ580COMQQ3449649974（6）实验试件易拉罐易于获得，经济成本较低，十分利于学生实验。其中外压失稳实验属于壳体稳定性分析章节教学中的内容,该实验的目的是观察薄壁圆筒在外压作用下的失稳现象和测定圆柱形薄壁圆筒在外压作用下丧失稳定的临界压力，并与理论值进行比较；内压应力测定实验目的是解薄壁容器在内压作用下筒体的应力分布，验证薄壁容器筒体的应力计算的理论公式，掌握应变电测法测定容器应力的基本原理和掌握实验操作技能；爆破实验所属压力容器应力分析和设计章节教学中的内容，目的是了解压力容器在内压下爆破的全过程和测定容器的爆破压力并与理论计算值进行比较。而超声波探伤实验所采用的设备为HY28型全数字智能超声波探伤仪，利用超声波在零件中的匀速传播以及在传播中遇到界面时发生反射、折射等特性，即可以发现工件中的缺陷。22过程流体机械的配套实验该专业课目前共开设的实验包括活塞式压缩机性能综合实验、往复式压缩机示功图测试和泵的拆装实验。其中活塞式压缩机性能综合实验和往复式压缩机示功图测试所用装置为空气压缩机性能综合实验台，如图2所示。活塞式压缩机性能综合实验的目的是学习排气量和主轴转速的测量，排气量的测量是利用流体在流经排气管道的喷嘴时，流速在出口处形成局部收缩，使流速增加，静压力降低，因而在节流装置前后产生压力差，流动介质的流量越大，则在节流装置前后产生的压差越大，故通过测量压差值就可以计算出流体流量的数值。而转速测量是采用旋转编码器作为转速测量传感器。利用旋转编码器和数据采集卡的脉冲计数功能，软件计算出主轴的平均转速，或直接利用数据采集卡的脉冲频率测量功能得到转速。而往复式压缩机示功图测试实验的目的是掌握往复式压缩机示功图及转速的测试方法并分析压缩机汽缸内压力的实际变化过程。图2空气压缩机性能综合实验台泵的拆装实验的目的是通过拆装了解泵的结构及工作原理，学会使用各种工具，了解各种量具的使用及读数，掌握各种配合公差。例如螺杆泵、气动隔膜泵、离心泵、多级泵等。23过程装备控制技术及应用的配套实验该专业课目前共开设四个实验包括比例调节阀的校验、单容上水箱特性的测试、单容液位上水箱PID控制和锅炉内胆温度定值控制实验。比例调节阀的校验实验的目的是了解比例阀的结构、工作过程与原理，掌握比例阀的校验方法，理解其相关特性及性能指标含义；单容上水箱特性的测试实验的目的是熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线，跟据实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定他们的参数；单容液位上水箱PID控制实验的目的是熟悉单回路控制系统构成和临界比例度法整定的PID参数方法，掌握PID参数对控制系统质量指标的影响；锅炉内胆温度定值控制实验的目的是了解智能仪表的工作原理、操作方法，掌握仪表控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。这些实验都是在TDGK过程装备控制综合实验台上完成的，装置如图3所示。本实验台完全采用工业生产中实际使用的传感器、仪表、执行器等工业级元件，在一个管路循环系统上实现过程控制。该实验台可以利用手动按钮、智能仪表、PLC等进行控制，亦可利用上位PC机，结合MCGS工控组态软件，实现实时监控。同时从教学实际出发，所有的传感器、仪表、执行元件、水箱管路等完全可视化，直观集成于整体实验台上，不仅结构紧凑利于观察调试，且有利于提高学生学习兴趣。本实验台是开放系统，每个实验模块都经过精心设计，在学生课程教学中，不仅可以用作教学演示仪器，进行传统的一些典型的验证性实验。同时也着重考虑设计型和综合型实验的操作性、扩展性如在毕业设计中实现教学与实际工作相结合；教师根据用人单位要求来指导学生改变仪表参数、数据处理方式、程序结构等，变实验装置为工业现场，充分激发学生思考的积极性，提高解决问题能力，使学生尽快适应实际工作要求。其特点是图3过程装备控制综合实验台（1）控制系统的被控量包含温度、流量、液位、压力四大热工参数。（2）执行器中既有电磁比例调节阀类执行器，又有加热控制器等电力拖动类执行器。（3）各种控制算法和调节规律在开放的实验平台上都可以实现。（4）具有多种工业控制方式，控制过程清晰。控制方式有手动调节控制、PLC控制、计算机控制（5）模拟工业现场，具有真实可靠性、直观性。（6）传感器、变送器、执行器、电路全部采用IEC标准信号传输。（7）实验数据及图表在MCGS软件中很容易存储及调用，便于实验后的分析。3结束语在校设备处、院等部门的大力关心和协助下,经过一年多时间的努力,过程装备与控制工程专业综合实验室初步建成啦，在全新的实验装置面前,学生表现出了较大的新奇和兴趣,其主动性也大大增强；在毕业设计过程中,一些学生在了解某些实验装置设计功能和目标的基础上，能提出自己独特的设计新观点和思想，这培养了他们的设计、创新能力。实验教学改革的完善和建设对本专业培养知识面广、创新能力强、综合能力高的专业技术人才会起到一个很好的推进作用。参考文献1第八届全国高等学校过程装备与控制工程专业教学改革与学