在線智能分析儀器特色實驗室建設(shè)

李作進+聶玲+翟淵+鐘秉翔+唐德東

摘要：在線分析儀器專業(yè)人才有著巨大的市場需求。重慶科技學(xué)院圍繞智能儀器儀表、氣體在線分析與液體在線分析建設(shè)流程工業(yè)在線智能分析儀器實驗室，打造在線分析儀器專業(yè)特色人才的應(yīng)用實踐平臺，提升多學(xué)科跨專業(yè)的工程現(xiàn)場綜合實踐能力。

關(guān)鍵詞：在線分析儀器;實驗室建設(shè);行業(yè)現(xiàn)狀

中圖分類號：G640 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）22-0233-02

一、在線分析儀器及現(xiàn)狀與人才需求

在線分析儀器是分析儀器中的一類，也是過程檢測儀表系統(tǒng)的一個分支[1]。它跨越分析儀器和工業(yè)自動化儀表兩大學(xué)科技術(shù)，具有多學(xué)科、高技術(shù)特征。目前，在線分析儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油化工、鋼鐵冶金、生化制藥、水泥建材、天然氣、微電子、煤礦安全、環(huán)境保護、空氣分離、航空航天、科學(xué)研究等行業(yè)。尤其是流程工業(yè)，如石油、化工行業(yè)（包括煉油、天然氣、石油化工、煤化工等）和環(huán)境保護行業(yè)是使用在線分析儀器技術(shù)比較密集的兩個行業(yè)。早在2007年11月，我國分析儀器行業(yè)的主要創(chuàng)始人和學(xué)術(shù)帶頭人、原國家儀器儀表總局總工程師朱良漪先生就提出了“分析技術(shù)與自動化的系統(tǒng)集成是21世紀的前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)思想”。朱先生認為[2]：“在線分析系統(tǒng)的基本內(nèi)涵是將過去分析儀器離線測量的靜態(tài)觀察，改變?yōu)樵诰€連續(xù)測量的實時動態(tài)觀察，使得物質(zhì)成分量的計量、檢測以及信息傳輸與應(yīng)用產(chǎn)生突破性飛躍，使生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制真正成為可能，在解決重大工程問題和環(huán)境問題方面，也會發(fā)揮特殊作用?！?/p>

近年來，在線分析儀器行業(yè)領(lǐng)域逐年增長[3]。據(jù)有關(guān)研究報告統(tǒng)計，2005年在線過程分析儀器的世界市場規(guī)模產(chǎn)值約為50億美元，其中包括了運行費用、維修和綜合服務(wù)費用，到2008年已達到55億美元，其年增長率約為3%。如果僅按在線儀器銷售額估計，其年增長率約為4%。中國在線分析儀器市場最近幾年來也呈現(xiàn)出速增長的態(tài)勢，據(jù)中國工控網(wǎng)的研究報告統(tǒng)計，2007年中國在線分析儀器市場產(chǎn)值規(guī)模為22億元，2008年為25.3億元，2009年為29.2億元，到2015年預(yù)計達約50億元，年增長率約為15%。

在線分析儀器在我國工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護等領(lǐng)域的使用量和重要性與日俱增，國家為此已經(jīng)投入大量資金和人力，但其實際使用情況并不盡如人意。目前，我國在線分析儀器的應(yīng)用水平較低，使用維護人員技術(shù)素質(zhì)不高，在用儀器的運行情況并不理想，其作用和效能遠未得到充分發(fā)揮。據(jù)近期對中國石化集團所屬企業(yè)的調(diào)查，約有30%的在用儀器處于故障率高、運行不正常甚至停運狀態(tài)。造成這種局面的原因是多方面的，主要原因在于我國大專院校尚未開設(shè)這一專業(yè)，一些大專院校開設(shè)的過程控制專業(yè)尚未開設(shè)在線分析儀器這門課程（此前的自動化儀表教材中僅有零散在線分析儀表章節(jié)，其內(nèi)容貧乏且陳舊過時，已不敷使用），個別院校開設(shè)在線分析儀器課程，但卻沒有相應(yīng)實踐能力的鍛煉和提升實驗平臺[4]，因此，現(xiàn)有相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生已經(jīng)難以適應(yīng)石油化工過程分析技術(shù)的迅速發(fā)展。

二、我校設(shè)置在線分析儀器實驗室現(xiàn)狀

重慶科技學(xué)院是重慶市唯一開始石油天然氣相關(guān)專業(yè)學(xué)科建設(shè)的高校，也是依托行業(yè)特色辦學(xué)鮮明的高校，目前擁有控制科學(xué)與工程市級一級重點建設(shè)學(xué)科以及在國內(nèi)具有知名的在線分析儀器專家，經(jīng)過近年來的積累，在油氣田儀器技術(shù)、化工在線儀器檢測技術(shù)等專業(yè)方向已經(jīng)走到我市前列，已經(jīng)成為我市乃至全國在流程工業(yè)在線分析儀器使用、研究、開發(fā)等方面的骨干力量。

2013年，我校整合測控儀器技術(shù)與儀器、自動化、電氣工程專業(yè)的優(yōu)勢實驗資源，成功申報中央地方共建項目，獲批建設(shè)“流程工業(yè)在線智能分析儀器實驗室”。我校建設(shè)流程工業(yè)在線智能分析儀器實驗室，不僅能滿足我校測控技術(shù)與儀器、自動化、石油工程、化工工程以及安全工程等專業(yè)實踐能力建設(shè)的需要，也能滿足隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的提升以及生產(chǎn)流程安全高效運行要求不斷提高對在線分析儀器的極大需求，同時對支撐地方經(jīng)濟發(fā)展具有顯著的社會價值和經(jīng)濟意義。

三、在線智能分析儀器實驗室建設(shè)方案

流程工業(yè)在線智能分析儀器實驗室圍繞智能儀器儀表、氣體在線分析與液體在線分析構(gòu)建實驗室，各分室建設(shè)任務(wù)如下。

1.智能儀器儀表綜合實驗分室。該實驗分室由兩個部分組成：基于嵌入芯片的智能儀器儀表實驗平臺。主要以MS51、STM32、DSP等作為微處理器，與各種傳感器模塊、信號處理模塊、通信模塊、人機接口模塊、輸出控制模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等構(gòu)成各種不同的智能儀器儀表及控制系統(tǒng)，滿足學(xué)生自主、開放專業(yè)設(shè)計的要求。基于虛擬儀器的智能儀器實驗平臺。主要以LABVIEW軟件和NI ELVIS的創(chuàng)新教學(xué)實驗平臺，開展控制、嵌入式設(shè)計、儀器儀表、數(shù)字電子、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等課程的教學(xué);基于PXI模塊實現(xiàn)智能儀器儀表、計算機測試系統(tǒng)。建成的數(shù)據(jù)采集平臺、基于FPGA的嵌入式設(shè)計平臺，將工程技術(shù)引入到測量、電路、控制、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，工程項目和動手實踐的學(xué)習(xí)體驗使工程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)變得真實直觀。

2.氣體在線分析儀器實驗分室。該實驗分室建設(shè)的“煙氣成分在線監(jiān)測”實驗平臺包括煙氣取樣與預(yù)處理系統(tǒng)、顆粒物排放濃度監(jiān)測系統(tǒng)、氣態(tài)污染物排放濃度監(jiān)測系統(tǒng)、煙氣參數(shù)測量系統(tǒng)及自動反吹控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理與通信系統(tǒng)，能夠?qū)崟r在線監(jiān)測煙氣中的NOx、SO2、CO、CO2和O2等氣體成分，監(jiān)測煙氣中的顆粒物濃度，監(jiān)測煙氣的溫度、流速與壓力等參數(shù)，并實時傳輸?shù)焦ぷ髡镜臄?shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計和分析。這種方式在石化、冶金、垃圾焚燒等大型流程企業(yè)均廣泛應(yīng)用，對學(xué)生訓(xùn)練均有較強的針對性和實用性，能夠培養(yǎng)學(xué)生的測控儀器的設(shè)計與集成、工業(yè)自動化過程控制等方面能力，掌握在線分析儀表的原理、結(jié)構(gòu)、選型、應(yīng)用、維護與校準知識，強化取樣及樣品處理系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)、分析儀器系統(tǒng)的安裝施工等相關(guān)技能。endprint

3.液體在線分析儀器實驗分室。該實驗室以天然氣開采中大量的污水處理為背景，建設(shè)的水質(zhì)在線監(jiān)測模擬實驗平臺包括格柵、沉沙池、泵、初沉池、曝氣池、二沉池、消毒室等流程單元，在每一單元安裝各類水質(zhì)在線智能分析儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)污水的濁度、水位、流量、COD，氨氮、PH、溶解氧、電導(dǎo)、水中油等水質(zhì)參數(shù)的在線檢測，并實時傳輸?shù)焦ぷ髡镜臄?shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計和分析。這種方式在石化、冶金等大型流程企業(yè)均廣泛應(yīng)用，學(xué)生訓(xùn)練均有較強的針對性和實用性，能夠培養(yǎng)學(xué)生的測控儀器的設(shè)計與集成能力，掌握在線分析儀表的原理、結(jié)構(gòu)、選型、應(yīng)用、維護與校準知識，強化取樣及樣品處理系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)、分析系統(tǒng)的安裝施工等相關(guān)技能。

四、實驗室承擔的實驗教學(xué)任務(wù)

在線智能分析儀器實驗室為承擔石油工程、化工工程、安全工程、電氣工程及其自動化、自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的《自動檢測技術(shù)》、《現(xiàn)場安全》、《測控儀表與裝置》、《測控儀表與設(shè)計》、《流程系統(tǒng)與集成技術(shù)》、《化工在線分析》、《流體工程控制》、《智能儀器》、《在線分析儀器》、《虛擬儀器技術(shù)》等專業(yè)課程的實驗、課程設(shè)計、綜合訓(xùn)練和實習(xí)基地;承擔儀器儀表類專業(yè)學(xué)生的賽課計劃，學(xué)科競賽和大學(xué)生創(chuàng)新項目，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和創(chuàng)新精神;同時承擔儀表維修工的培訓(xùn)與考核工作，使學(xué)生在畢業(yè)時除了獲得畢業(yè)證之外，還能獲得行業(yè)資格證書。該實驗室另一個重要的功能是為教師的科研提供實驗平臺。

五、結(jié)束語

高等教育的目標是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才[5]。重慶科技學(xué)院正是圍繞在線分析儀器的市場需求，結(jié)合自身辦學(xué)優(yōu)勢，建設(shè)面向流程工業(yè)的在線智能分析實驗室，為我校培養(yǎng)在線分析儀器高級專門人才提供充分的實驗條件。

參考文獻：

[1]吳橋慧，等.應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式研究與實踐[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2011.

[2]董洪亮.地方本科高校該轉(zhuǎn)型了[N].人民日報，2014-05-08（018）.

[3]徐宏飛，等.測控專業(yè)概論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[4]工信部.儀器儀表行業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃[Z].2011.

[5]王森.在線分析儀器技術(shù)進展、市場前景、存在問題及建議[J].中國儀器儀表，2009，（2）：26-30.

[6]于洋，范瑋琦.在線分析儀器課程教學(xué)改革探索[J].中國大學(xué)教育，2013，（1）：68-69.

[7]瞿翠玲，潘家安，陳利芝.加強實踐教育，培養(yǎng)個性化創(chuàng)新人才[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報，2014，（5）：194-195.

[8]Jason Sheng-Hong Tsai，F(xiàn)u-Ming Chen，Tze-Yu Yu，Shu-Mei Guo，Leang-San Shieh. Efficient decentralized iterative learning tracker for unknown sampled-data interconnected large-scale state-delay system with closed-loop decoupling property[J]. ISA Transactions，2011，（1）.

[9]張國華，張文娟，薛鵬翔.小波分析與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.endprint