论文部分内容阅读
[摘 要]化工原理实验是化工专业的学生课程中极其重要的组成部分，但目前的实验条件不能完全满足教学需求，因而建设数字化化工原理实验平台就迫在眉睫，本文提出了建设数字化化工原理实验平台的必要性，以及对平台的构成、功能和优势进行了论述。
[关键词]数字化 化工原理 实验平台
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0069-01
化工原理课程是化工类学生必须熟练掌握，灵活运用的课程。而化工原理实验是化工原理课程的极其重要教学环节，是理论课教学的重要辅助和补充，是学生巩固和加深对课程基本理论的理解、学习运用基本理论分析实验过程中的各种现象和问题、学会应用这些理论知识解决工程实际问题的重要途径。
1 化工原理实验现状
目前的实验条件还不能完全达到以上要求，主要出现在以下四个方面：
1.1 台套数限制
化工原理实验所使用的仪器都是大型成套设备，比较昂贵[1]，占用空间也比较大，一般院校都是1-2台套，实验都是多人一组，很多同学并没有实际操作，大大降低了实验效果。实验过程由实验教师先演示，再依葫芦画瓢，完成实验，很难达到巩固和加深对理论的理解的效果。
1.2 授课较难安排
由于台套数限制，每组学生又不宜过多，即使采用大循环实验的方法，每次授课人数也有限，只得分成若干小组，既增加教师工作量[2]，又影响学生的授课时段安排，甚至于安排不下，只得排在周末和晚上。
1.3 设备操作较为复杂
化工原理实验工程性很强[3]，学生往往由于缺乏工程操作的知识和经验，特别是没有掌握正确的实验操作程序和方法，在实验过程中会误操作而损坏设备，甚至引发安全事故，影响了实验进程[4]。
1.4 实验模式与实际生产线脱节
现有的实验设备仅仅是对所学理论单个进行验证的验证性实验。而随着自动控制技术的发展，现有的实验设备与现在实际化工生产线严重脱节，现有实际化工生产线是多个反应通过中心控制系统进行控制的综合系统。在现有设备的基础上学生想通过实验，学会应用这些理论知识解决实际工程问题，还相当困难。这个问题的表现是，带学生实习参观时，学生对生产线表现的惊讶、新奇，而不是表现为若有所思、若有所悟。
2 数字化化工原理实验平台的功能
由于以上问题，数字化化工原理实验平台的建设就显得尤为重要。数字化化工原理实验平台的功能由以下两部分组成：
（1）、建立网络实验系统。让学生先在网络仿真软件上进行针对性仿真操作，进而掌握正确的实验操作程序和方法，巩固和加深对理论的理解，再进行实地实验操作，实现在网上完成预习、模拟实验、实验预约、数据处理、报告提交等。
（2）、模拟实际自动化控制化工生产线，配置实验设备。实际自动化控制化工生产线中，由工程师站（由工程师操作）、员工站（由员工操作）通过中心控制室（DSC）对设备进行一级操作、监控，由现场操作员工对设备进行二级操作、监控；数字化化工原理实验平台以教师端、学生端通过中心控制系统（DSC）对设备进行一级操作、监控，由现场学生对设备进行二级操作、监控。构建思路见图1：
3 数字化化工原理实验平台的构成
数字化化工原理实验平台建设由以下两大方面构成：
3.1 软件方面：
3.1.1 仿真软件
软件内含各种化工单元操作，与所有实验基地中的各套化工单元操作设备是配套的。学员可通过网络远程登录此仿真操作系统，实现相关功能[5]。
3.1.2 在线监控软件
此软件由工控软件MCGS组态而成，安装在化工实训设备的操作站的教师端和对应的学生端工作站上，属于远程控制软件。
3.1.3 DCS（数字控制系统）软件
分成两大部分，一部分为系统组态软件，包括：用户授权管理软件（SCReg）、系统组态软件（SCKey）等等。 另一部分为系统运行监控软件，包括：实时监控软件（AdvanTrol）、数据服务软件（AdvRTDC）、数据通信软件（AdvLink）等。
3.2 硬件方面：
硬件由以下几大块组成（见图2）：
中心控制部分：含中控室DCS工业集散控制系统、教师站（含工业级操作台和电脑）、学生站（含工业级操作台和电脑）.
网络服务器部分：主要是仿真软件和相关程序所在服务器。
平台对应的实验设备部分：主要以数字控制型为主，例如：传热操作实训装置、精馏操作实训装置、萃取操作实训装置、吸收解吸操作实训装置、干燥操作实训装置、流体输送操作实训装置、间歇反应操作实训装置、过滤操作实训装置等等。
以上设备中心控制部分和网络服务器部分是数字化化工原理实验平台的基础，而平台对应的实验设备部分可根据实际开设实验进行增减。
4 数字化化工原理实验平台的优势
数字化化工原理实验平台的优势主要集中在以下三个方面：
（1）由于网络仿真实验将网络的先进性和科学性与学生的兴趣相结合，学习效果将大大提高，仿真实验包含大型仪器设备操作和实验技术、基本操作，学生可有效预习，杜绝操作而损坏设备，甚至引发安全事故，影响了实验进程。
（2）由于实验过程不必由实验教师先演示，因此可同时开设若干类型实验，学生可自由网上预习实验，在预习熟练，通过网络模拟实验的情况下，预约实验，实验教师授课的主要任务变成现场指导和疑难解答。有效缓解实验仪器台套数不足和授课安排困难的问题。
（3）由于实验的建设是模拟实际自动化控制化工生产线，因而实验平台能根据各专业要求，开出验证性、设计性、综合性实验和实训。学生通过实验，能有效應用这些理论知识解决实际工程问题，再结合生产实习、现场参观进一步加深所学知识。
参考文献
[1] 袁中凯，尚会建，任少峰.“化工原理实验仿真系统”软件的开发[J].实验室科学，2007，（5）：77-78.
[2] 张淑玲.浅析高校实验室管理中存在的问题及对策[J].实验技术与管理，2006，23：94-95.
[3] 徐宁，牟建明.化工原理实验中的低碳经济理念[J] 实验技术与管理，2011，28：18-20.
基金项目
海南省重点项目（ZDXM20120072），海南大学青年基金项目（qnjj1234）。
[关键词]数字化 化工原理 实验平台
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0069-01
化工原理课程是化工类学生必须熟练掌握，灵活运用的课程。而化工原理实验是化工原理课程的极其重要教学环节，是理论课教学的重要辅助和补充，是学生巩固和加深对课程基本理论的理解、学习运用基本理论分析实验过程中的各种现象和问题、学会应用这些理论知识解决工程实际问题的重要途径。
1 化工原理实验现状
目前的实验条件还不能完全达到以上要求，主要出现在以下四个方面：
1.1 台套数限制
化工原理实验所使用的仪器都是大型成套设备，比较昂贵[1]，占用空间也比较大，一般院校都是1-2台套，实验都是多人一组，很多同学并没有实际操作，大大降低了实验效果。实验过程由实验教师先演示，再依葫芦画瓢，完成实验，很难达到巩固和加深对理论的理解的效果。
1.2 授课较难安排
由于台套数限制，每组学生又不宜过多，即使采用大循环实验的方法，每次授课人数也有限，只得分成若干小组，既增加教师工作量[2]，又影响学生的授课时段安排，甚至于安排不下，只得排在周末和晚上。
1.3 设备操作较为复杂
化工原理实验工程性很强[3]，学生往往由于缺乏工程操作的知识和经验，特别是没有掌握正确的实验操作程序和方法，在实验过程中会误操作而损坏设备，甚至引发安全事故，影响了实验进程[4]。
1.4 实验模式与实际生产线脱节
现有的实验设备仅仅是对所学理论单个进行验证的验证性实验。而随着自动控制技术的发展，现有的实验设备与现在实际化工生产线严重脱节，现有实际化工生产线是多个反应通过中心控制系统进行控制的综合系统。在现有设备的基础上学生想通过实验，学会应用这些理论知识解决实际工程问题，还相当困难。这个问题的表现是，带学生实习参观时，学生对生产线表现的惊讶、新奇，而不是表现为若有所思、若有所悟。
2 数字化化工原理实验平台的功能
由于以上问题，数字化化工原理实验平台的建设就显得尤为重要。数字化化工原理实验平台的功能由以下两部分组成：
（1）、建立网络实验系统。让学生先在网络仿真软件上进行针对性仿真操作，进而掌握正确的实验操作程序和方法，巩固和加深对理论的理解，再进行实地实验操作，实现在网上完成预习、模拟实验、实验预约、数据处理、报告提交等。
（2）、模拟实际自动化控制化工生产线，配置实验设备。实际自动化控制化工生产线中，由工程师站（由工程师操作）、员工站（由员工操作）通过中心控制室（DSC）对设备进行一级操作、监控，由现场操作员工对设备进行二级操作、监控；数字化化工原理实验平台以教师端、学生端通过中心控制系统（DSC）对设备进行一级操作、监控，由现场学生对设备进行二级操作、监控。构建思路见图1：
3 数字化化工原理实验平台的构成
数字化化工原理实验平台建设由以下两大方面构成：
3.1 软件方面：
3.1.1 仿真软件
软件内含各种化工单元操作，与所有实验基地中的各套化工单元操作设备是配套的。学员可通过网络远程登录此仿真操作系统，实现相关功能[5]。
3.1.2 在线监控软件
此软件由工控软件MCGS组态而成，安装在化工实训设备的操作站的教师端和对应的学生端工作站上，属于远程控制软件。
3.1.3 DCS（数字控制系统）软件
分成两大部分，一部分为系统组态软件，包括：用户授权管理软件（SCReg）、系统组态软件（SCKey）等等。 另一部分为系统运行监控软件，包括：实时监控软件（AdvanTrol）、数据服务软件（AdvRTDC）、数据通信软件（AdvLink）等。
3.2 硬件方面：
硬件由以下几大块组成（见图2）：
中心控制部分：含中控室DCS工业集散控制系统、教师站（含工业级操作台和电脑）、学生站（含工业级操作台和电脑）.
网络服务器部分：主要是仿真软件和相关程序所在服务器。
平台对应的实验设备部分：主要以数字控制型为主，例如：传热操作实训装置、精馏操作实训装置、萃取操作实训装置、吸收解吸操作实训装置、干燥操作实训装置、流体输送操作实训装置、间歇反应操作实训装置、过滤操作实训装置等等。
以上设备中心控制部分和网络服务器部分是数字化化工原理实验平台的基础，而平台对应的实验设备部分可根据实际开设实验进行增减。
4 数字化化工原理实验平台的优势
数字化化工原理实验平台的优势主要集中在以下三个方面：
（1）由于网络仿真实验将网络的先进性和科学性与学生的兴趣相结合，学习效果将大大提高，仿真实验包含大型仪器设备操作和实验技术、基本操作，学生可有效预习，杜绝操作而损坏设备，甚至引发安全事故，影响了实验进程。
（2）由于实验过程不必由实验教师先演示，因此可同时开设若干类型实验，学生可自由网上预习实验，在预习熟练，通过网络模拟实验的情况下，预约实验，实验教师授课的主要任务变成现场指导和疑难解答。有效缓解实验仪器台套数不足和授课安排困难的问题。
（3）由于实验的建设是模拟实际自动化控制化工生产线，因而实验平台能根据各专业要求，开出验证性、设计性、综合性实验和实训。学生通过实验，能有效應用这些理论知识解决实际工程问题，再结合生产实习、现场参观进一步加深所学知识。
参考文献
[1] 袁中凯，尚会建，任少峰.“化工原理实验仿真系统”软件的开发[J].实验室科学，2007，（5）：77-78.
[2] 张淑玲.浅析高校实验室管理中存在的问题及对策[J].实验技术与管理，2006，23：94-95.
[3] 徐宁，牟建明.化工原理实验中的低碳经济理念[J] 实验技术与管理，2011，28：18-20.
基金项目
海南省重点项目（ZDXM20120072），海南大学青年基金项目（qnjj1234）。