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中元国际工程设计研究院物流系统工程师所长
李刚先生现任中元国际工程设计研究院(原机械工业部设计研究院)物流系统工程所所长。
李刚于1982年毕业于上海机械学院(现上海理工大学)工业自动化仪表专业。毕业后即加入机械工业部设计研究院,从事自动化仪表、自控、建筑弱电系统设计,后任自控所副所长。从1999年始,李刚任中元国际工程设计研究院任物流系统工程所所长,从事物流项目的设计和信息系统集成,现为教授级高级工程师。
李刚在智能化建筑方面成绩卓著,曾经主持过的项目有:北京首都国际机场航空货运站计算机信息系统工程、广州新白云国际机场航空货运站弱电、设备监控系统和计算机信息系统、湖南常德卷烟厂物流自动化控制和计算机管理系统,任自动化控制系统负责人等。同时,李刚还参加建设部标准所主持的《建筑电气设计技术规定》编写等多项国家规范编写工作。
宋一新
大连大洋运输冷冻工程有限公司销售副总经理,技术服务总监
宋一新先生现任大连大洋运输冷冻工程有限公司销售副总经理,技术服务总监。在此之前,宋一新曾先后供职于交通部中国汽车运输总公司、夏晖食品(北京)有限公司。
宋一新1993年加入大连大洋运输冷冻工程有限公司。作为美国冷王(THERMO KING)运输制冷设备在中国的惟一商,该公司除了把世界第一品牌的制冷机组销往各冷藏运输企业,还在推动冷链物流发展方面起了重要作用。宋一新多次为冷藏物流企业进行技术培训和指导;还为中国人民各军兵种的后勤冷藏运输管理人员提供大规模的技术培训,并为军事院校的相关教材提供技术支持。
潘景春
黑龙江完达山哈尔滨乳品有限公司物流部经理
【关键词】仪表;自动化;设计;施工
一、自动化仪表设计
化工企业自动化仪表设计是一项重要工程,主要包括自动化仪表设计、自动化仪表施工和自动化仪表调试三个阶段。其中自动化仪表设计要求从应用角度合理选型,要有很强附属性和较高的专业水平,要利于操作人员控制和管理,要将仪表设计和专业紧密相结合。自动化仪表的设计和施工是一个重要的工程,必须保证施工的质量。
自动化仪表的设计是为了满足现场生产需要,是为工艺服务的,所以要根据生产工艺的参数和介质性质、管路分布、管径大小和材质、周边环境状况等综合因素来设计。还应该考虑先进性、经济性等,运行、维护的费用也应在考虑范围内,根据检测点和控制系统进行科学合理的设计,保证自动化仪表的先进性。在自动化仪表的设计过程中,不同子项的设计要考虑产品的通用性和兼容性,对不同厂家的仪表性能要清楚地了解,从科学、经济的角度选型,以适应本企业工艺,做好相关操作人员的技术服务和操作培训及事故处理等。
二、优化设计中对仪表系统的低功耗设计
(一)对自动化仪表进行低功耗设计
在仪表优化设计中是一个重要的内容,一般进行的低功耗设计都会采用CMOS(互补金属氧化物半导体)集成电路,这种电路只有轻微的功能消耗,有很强的抗干扰能力,工作时对温度的要求也很宽松。CMOS(互补金属氧化物半导体)电路是高速低频的工作方式,在优化设计中,可以选用一些低功耗的器件,除了单片机和芯片使用CMOS(互补金属氧化物半导体)器件之外,还可以选用一些LED(半导体发光二极管)等低功耗器件。在进行低功耗设计时,采用低功耗器件,可以将LCX的运行时间进行缩短,用软件代替硬件。对单片机进行低功耗优化设计中,采用HCMOS(高密度互补金属氧化物半导体器)件芯片,此芯片和CMOS(互补金属氧化物半导体)的外形等相同,只是生产工艺不同,将系统的功耗进行降低,可以进行待机模式的运行。在对储存器进行优化设计中,采用HCMOS(高密度互补金属氧化物半导体器)储存器。对软件的选择是为了减小将仪表各方面的性能进行提升,在进行优化设计中要尽量地减少LCX的工作时间,在降低功耗的同时完成各项测量。
(二)单路220VAC供电仪表系统
在化工自动化生产系统中,对生产中的压力表、流量仪、位移仪、在线分析仪、小型独立PLC控制系统等的供电要求相对较低,这些系统仪器短时间的断电对生产影响不大。因此为节省成本,降低线路的复杂性,对这些设备系统直接采用市电单路电源供电,单路220AC供电能够满足这些电气仪表的供电需求,从技术层面和经济层面都较为合理。
单路220VAC供电仪表虽然可以在短时间内允许断电,但在发生断电事故后需要及时进行抢修,长时间的断电会影响仪表对相关数据的测量和控制,影响化工产品的正常生产。在供电系统中安置一个静态转换开关,即当UPS不间断电源出现故障后,内部电路闭锁控制静态转换开关将电源切换为市电,市电对石化企业电气仪表系统进行隔离供电,一方面保证电气仪表系统的供电安全,另一方面为对UPS电源进行抢修提供了便利。
三、仪表的设计与施工
(一)施工前策划阶段
首先要准备好资料和相关物品。资料包括安装资料和施工技术准备。安装资料包括施工图、标准图、厂家安装图、质量评验标准和相关设计手册等。对施工方案、质量计划、技术要点要合理编写,做好施工技术准备。物质准备包括施工图上用到的各种自动化仪表设备和材料。要准备出记录施工过程和质量记录的表格,便于调试仪表。
(二)施工组织设计阶段
自动化仪表安装是一种流动性强、环境多变、施工内容和难度差别较大的工作,要求针对具体的施工任务,制定出相应的施工设计方案。对施工现场设施的要求,需要测算出水、电、所需机械设备、数量、材料、人工等具体工作安排,做好相关环节的计划,不影响物耗和工期,为企业合理节约成本。对工人进行技术培训,根据工作能力和操作熟练程度,合理搭配人员,分成班组落实工作量,将具体工作安排做好分配,分工负责,降低劳动量消耗的同时尽最大努力提高工作效率。做好预埋件、预留孔、电缆沟、地面防腐层等基础设施工作,为施工阶段做好前期的准备工作。
(三)自动化仪表施工过程
开展施工应当根据施工组织具体部署,按照施工流程顺序,逐步实行。 安装设备之前的单项调试仪表,调试成功之后安装仪表,检验通过之后安装盘箱柜,安装结束之后的调整校验。上述施工工作报验合格以后,需要实施下一工序,即安装导压管以及试压管路,安装保护管与电缆。 敷设电缆具体包含了敷设光缆与电缆,这项工作也是自动化仪表施工不可或缺的内容。 以上施工程序检验合格之后,可以开展仪表校接线。 最后对施工工程进行系统调试。 上述每一项施工结束之后,需要准确登记完工资料,为竣工验收工作准备充足的书面材料。 当系统调试检验合格以后,系统运行全部条件都已经达到要求,就能够与其他专业共同组织投产。 一般情况下只要实现自动控制,生产正常运行就能够获得保证,由此将结束自动化仪表施工工作。
(四)自动化仪表的竣工调试
自动化仪表安装完毕后,应由建设单位进行竣工验收工作。竣工验收要求对自动化仪表的施工质量进行全面、客观的检查和评价,对各个环节的调试、认真检查验收,并最终整理出完整的竣工报告。竣工验收要本着实事求是的精神,严格按照验收标准来执行。验收工作的重要性是不容小觑的,科学的、高质量的验收工作是化工企业自动化仪表施工质量达标的重要保障。自动化仪表施工质量不合格将为日后的正常运行埋下隐患,并且可能会导致化工品泄漏、腐蚀、爆炸,从而影响到石油化工企业的正常生产,甚至会严重威胁到操作人员的人身安全。验收工作结束后,对各个自动化仪表调试合格后才能正式投入运行正常使用。
总结
经过以上对自动化仪表进行的优化设计分析得到,自动化仪表的快速发展和其具有的特性,帮助了自动化仪表的在人们生活中出现程度,为了使仪表可以正常的使用和运用,要不断地将自动化仪表的性能进行提升,提高自动化仪表的测量的准确度、精密度以及灵敏度,减少在测量出现的随机误差和系统误差。对自动化仪表进行优化设计不仅要将仪表的性能进行提升,还要将仪表的硬件进行提升,降低仪表的功耗和价格,提高仪表的抗干扰能力。自动化的发展带动了工业等各行业的发展,新技术的使用,让经济效益得到增长,促进工业发展,为企业带来坚实的保障。
参考文献:
[1] 范柏杰,基于工业自动化仪表工程施工管理的研究[J] 科技创新与应用,2014,08
[2] 王岩,浅析工业自动化仪表与自动化控制技术[J] 电子技术与软件工程,2014,11
[3] 刘立波,杜惠吉,化工生产控制自动化仪表问题浅析[J]才智,2010
【关键字】电气工程及自动化;应用型人才;实践教学
电气工程专业主要特点是强弱电结合、软件与硬件结合、理论知识学习与实践应用能力培养相结合。随着社会经济和科学技术的发展,对于电气工程及其自动化专业学生的知识结构而言,培养范围不仅要有一级学科“电气工程”的特色,应具备“强弱电”的知识结构,而且也应当具备较广的人文、社会等方面的知识,有较强的实践动手能力。因此要加快实验室建设步伐,逐步实现实验教学条件现代化,必须积极开拓,建好一批有层次、相对稳定的实习教学基地。
1 电气工程及其自动化专业课程体系的探讨
随着科技的发展,电气工程的学科结构、研究领域、技术领域发生了很大变化。电气工程愈来愈多地应用信息技术、计算机技术、通信技术、电力电子技术和自动化技术,电气工程及其自动化专业内涵也发展演变为强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合。要求培养的学生具有解决电气工程与自动控制技术问题的基本能力。电气工程学科的主要任务是提高电力系统和用电设备的技术含量和运行质量,提高运行的合理性和可靠性,提高运行效率。弱电知识需要越来越多,强弱电融合是电气工程专业教育的必然趋势。电气工程及其自动化专业课程体系的构建:
1.1 根据培养目标确定对学生知识结构和能力结构的要求
根据培养目标,学生应该具备的主要知识结构和能力结构为:第一点是要求掌握比较扎实的数学、物理等自然科学的基础知识,具有较好的人文社会科学基础和外语综合能力;第二点是要具有系统地掌握电路理论、电子技术、电力拖动与控制、计算机基础及应用等专业知识,具有解决和处理企、事业单位中日常电气控制与运行的技术能力;第三点是应获得较好工程实践训练,具有较熟练的计算机应用能力和较强的工作适应能力,具备一定的科学研究、技术开发、实际工作能力;第四点是掌握文献检索、资料查询的基本方法,具有一定的市场分析和决策能力,通过锻炼能够在企、事业单位从事管理与决策工作。
1.2 如何构建课程体系
按专业培养目标和培养方向,结合用人单位对专业人才素质、知识和技能的要求,要根据学生应具备和达到的知识结构和能力结构构建课程体系,课程的设置和专业教学内容不是毫无联系的排列,研究课程的内在联系,形成条块清晰而又相互融合的专业体系结构是必需的。根据本专业特点,除了公共基础课程大平台外,涉及本专业的课程可划分为四个课程群:电子技术课程群、计算机应用技术课程群、自动控制课程群、电机与电能系统课程群。
电气工程学科的快速发展与应用离不开电子技术的飞速发展,所以本专业应加强电子技术课程设置并优化其教学内容,特别是应加强集成电路、超大规模集成电路、可编程超大规模集成电路CPLD等内容的学习。由于自动化的发展一直都是借助计算机技术的发展而发展的,所以工业自动化的前途在于计算机技术服务于控制技术的发展,因此从小的控制装置到大型的控制系统都要应用计算机技术。课程设置包括计算机应用基础、程序设计、微机原理及应用、单片机原理与接口技术、嵌入式处理器及操作系统、数字信号处理器(DSP)原理及应用、工业计算机网络等。另外工业工程系统实现的重要原理及技术,对于促进学生专业思想的形成,理解专业构建的体系以及对今后的控制工程应用都是十分重要的。
按照学生学习过程中的认知规律和实践教学自身的客观规律,与学习的不同阶段相对应,研究建立了四层次结构实践教学体系。它的层次性体现于从低年级到高年级循序渐进、由浅入深,从认识性实践,到验证性、设计性、综合性及创新实践。培养具有工程素质、创新能力和较强动手能力,能独立分析解决实际问题的应用型高级人才,不仅在理论教学中应致力于理论的应用,更重要的是加强实践环节,建立知识和能力并重、实验教学与理论教学有机结合,而且相对独立的实验教学体系。
2 加强实践教学管理
首先通过对课程的优化,减少验证性实验,增加综合性、设计性实验和系统性的实习环节。通过开放性实验和创新学分平台,开展个性化实践教学改革,让学生根据自己就业意向、实习兴趣和特长,选择实验内容和设计方案,组织实验和实习教学。在系统的实习过程中要求学生完成从元件的选择到系统的组装,从单元电路调试到系统调试,使其具有系统实践应用能力。
2.1 要抓紧实践教学的质量
在合理构建实践教学体系中,努力建设相对完整、与理论教学联系紧密的实践教学体系。实践教学内容的更新,必须注重加强对学生创新思维和综合能力的培养。要对现有的实验教学内容进行整合,进一步减少验证性实验,增加综合性、设计性及研究创新型实验。要充分利用网络等现代化技术及先进的教学手段,积极使用计算机教学软件和多媒体教学课件,推广运用虚拟仿真技术和实践相结合,并逐步建立以学生为主体、以学生自我学习和训练为主的实践教学开放教学体系,并逐步扩大开放教学的比例。不同类型的实践教学环节(实验、实习、课程计、生产实习、毕业论文与毕业设计等)在教学计划中的学分、顺序及时间分配等方面要符合培养目标要求,要与相关课程保持协调一致的关系。
2.2 要保证实践教学基本条件
我们一方面要聘请基地所在单位的专家、专业技术人员和管理干部一起参与实习教学环节的管理和指导;另一方面积极帮助基地所在单位开展员工技术培训、科技开发和科研等工作,使实习基地同时成为科技开发和人才培训基地。在互惠互利的基础上,不断拓展校外实习基地建设的新道路。以实现加快实验室建设步伐,逐步实现实验教学条件现代化的目的。实践教学各环节的规范化管理是保证实践教学质量的基本前提。理顺管理体制,建立与完善实践教学评价体系,是提高实践教学质量的重要措施。
3 电气工程及自动化专业培养目标及方法
基础课一定要给较多学时,让学生牢固掌握,为后续课程的学习和自主学习提供有力的保障。专业课的门数较多,学时较少,主要给学生介绍专业内容和国内外发展动向。在重点、难点讲解的基础上,激发学生的学习兴趣,培养学生的自学能力和终生学习思想。电气工程专业在一定程度上要进一步拓宽专业口径,新的强电专业的人才必须掌握更多的信息技术、自动化技术和计算机技术。遵照教育要“面向现代化,面向世界,面向未来”的精神,贯彻德智体全面发展, 培养基础理论扎实,知识面宽,重视理论联系实际,强化实践动手能力,重视自学能力、创新能力和“复合型”“应用型”人才的培养。针对电气自动化技术的不断发展变化,理论教学内容也应进行适当调整,删除一些陈旧落后的技术课程,加入一些最新技术和当前应用比较广泛的技术作为课堂教学内容。
为使我们培养的人才能顺利进入市场参与竞争,高等学校的毕业证书和学位证书是毕业生获得从事相应专业工作的必备的两张准入证。专业人员职业资格证书(高级维修电工)是毕业生获得从事相应专业工作的又一准入证。在此基础上学生走向社会,经一段时间的工作锻炼,可向注册工程师等有关的专业技术人员职业岗位的资格认证努力。
4 结语
世界科学技术迅猛发展和信息时代的到来,对我国高等人才的规格和质量要求也越来越高。另外,我国社会主义现代化进程及经济发展的需要,使高等人才的培养面临着新的挑战。在人才培养过程中,我们应注重强电与弱电结合、软件与硬件结合、元件与系统结合、运行与制造结合,使学生毕业后的就业有很强的适应性,既可以从事电力系统及其相关领域的工作,也可以在自动化及信息技术领域从事工程设计、研究开发、系统运行等其他方面的工作。
参考文献:
[关键词]现场总线;OSI参考模型;网络
[中图分类号]F274[文献标识码]A[文章编号]1005-6432(2011)41-0046-01
1 前 言
在这些现场总线中不乏优异的现场总线,如CAN,Modbus,Profibus,Lonworks,BACnet,DeviceNet等。其中Lonworks,BACnet,CAN,EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了较广泛的应用。尽管基于现场总线的FCS克服了DCS的许多缺点,但还是有一些不尽如人意的地方,最明显的缺点:多种现场总线并存而互不兼容,导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点作进一步说明。
2 Lonworks
美国Wchelom公司1991年推出了LON(Local Operrationg Networks)技术,又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持,已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说Lonworks具有以下优点:
①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式,包括总线形、星形、树形、自由拓扑形等,这样可适应复杂的现场环境,方便现场布线;
②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等;两种传输速率:78bps和125Mbps,最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定,一般可从800m到2700m。可接入的节点最多为32385个;
③完善的开发工具。提供完善的系统开发环境,采用开放的NEURONC语言,它是ANSIC语言的扩展;
④无主的网络系统。Lonworks网络中各节点的地位相同,网络管理可设在任一节点处,并可安装多个网络管理器;
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短,也易于维护。LonWorks采用的LonTMk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中,这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间,也方便维护。同其他现场总线一样,LonWorks也有自身的缺点。首先,LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺;其次,由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片,所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足,但是LonWorks的FCS还是在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品,其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点,LonTMk协议也被接纳为欧洲CENTC247,CEN TC205的一部分。自1996年以来,LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下,国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统,并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
3 BACnet
BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议,它代表了智能建筑发展的主流趋势。BACnet不是软件或硬件,也不是固件,严格地说,BACnet并不是现场总线,而是一种网络协议,即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Ethernet,ARCNET,MS/TP,PTP,LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信和通信速度选择不同的网络技术。相对其他现场总线,BACnet标准最大的优点是可以与Ethernet,LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通信问题设计,并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用,全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国,但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小,而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的,还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
4 CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的,现在它已经成为一种国际标准,在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点:
①采用8字节的短帧传送,故传输时间短、抗干扰性强;②具有多种错误校验方式,形成强大的差错控制能力,而且在严重错误的情况下,节点会自动离线,避免影响总线上其他节点;③采用无损坏的仲裁技术;④CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是:CAN总线上最多可挂接110个节点,这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展,相对其他一些现场总线,CAN总线技术比较简单,CAN相关产品的开发费用也远远低于其他现场总线技术产品的开发费用。因此,很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了S 2000楼宇自控系统。
5 EIB
EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出,经过十多年的发展,成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准,在欧洲得到了近300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域,并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里,国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用,如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
记者:在英国,诺丁汉大学就已使用MATLAB和Simulink产品,那么请院长介绍一下关于此次中国的校区(宁波诺丁汉大学)与MathWorks合作的细节。
Gethin Wyn Roberts:我本人就是一个MATLAB的用户,我在诺丁汉大学已经三年了,亲自见证了MATLAB在英国这边的广泛使用。举个例子,在专业领域测绘方向,大家都用MATLAB来分享数据或共享研究成果。
那么在中国这个校区,在这个学院,尤其是在电子工程方向,有些课程就会采用MATLAB来进行教学与科研,比如信号处理与通信,当有要求时,学生就会用MATLAB来完成学习任务。
记者:请问院长,在诺丁汉大学的理工学院里面,有哪些公共课程用到了MATLAB和Simulink,又有哪些专业课程用到了MATLAB和Simulink?
Gethin Wyn Roberts:对于第一年入学的本科生,他们有一个类似于叫基本技术培训的课程,这是MathWorks自己开发的课程,叫Moni模块,学生必须学习MATLAB基础的功能,掌握基础技能后,到大三、大四以及研究生阶段时,很多专业课程就会用到这些技能了。到那时,我们就没有课程专门学MATLAB,而是将MATLAB融入专业课程当中,将MATLAB作为工具,来做作业或做项目。其实,MATLAB就好比Word和PPT一样,是学生必备的基本技能。
记者:我们知道MathWorks非常注重与中国高校的合作,那么对于西北部一些比较偏远地区的高校,是否有合作的计划呢?
陈炜:实际上MathWorks刚进入中国五年,那么我们目前的一些教育计划或者合作计划还是以目前的Office——北京、上海这两个中心展开,而且你也在我们的Office里看到,目前大概是三四十人的规模,业务方向的话,可能还没有特别覆盖到全国范围内,那么对于西北的话,在我这个方向,或者在大学的合作方向,目前还没有展开,但是那是一个很好的领域,可能是在下一个阶段会进行考虑。现在我们主要产品的全国高校或者地区巡回讲座,主要会集中在北京、上海、成都、西安,我们会覆盖这些区域,并将与这些大学做很多的深入的合作。
记者:MathWorks与中国的高校展开了很多竞赛合作,这些竞赛的举办是否有深入的进行下去?也就是说当竞赛结束后,是否可以让老师把竞赛的过程或者是在使用MATLAB与Simulink的过程中的经验进行总结,相信这个影响会是一个长期的。