序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機械與電子論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

第1篇

微電子論文3100字(一)：微電子控制機電設(shè)備在工業(yè)中的具體應(yīng)用論文

摘要：在科學(xué)技術(shù)快速進步的背景下，工業(yè)自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現(xiàn)的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術(shù)得到了相對廣泛的應(yīng)用?；诖?，本文詳細(xì)分析了微電子控制機電設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關(guān)鍵詞：微電子；機電設(shè)備；工業(yè)；應(yīng)用探討

信息技術(shù)的發(fā)展以及先進電子設(shè)備的產(chǎn)生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術(shù)是把電工電子技術(shù)、機械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)等一系列技術(shù)結(jié)合，再綜合應(yīng)用于實際的綜合技術(shù)，現(xiàn)代化自動生產(chǎn)設(shè)備可以說為機電一體化的設(shè)備。微型計算機在機電一體化系統(tǒng)的作用能夠總結(jié)成如下三點：第一，直接控制機械工業(yè)生產(chǎn)過程；第二，機械工業(yè)生產(chǎn)期間加強各物理參數(shù)的自動測試，進行測試結(jié)果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數(shù)或指標(biāo)；第三，進行機械生產(chǎn)過程的管理與監(jiān)督。機電一體化系統(tǒng)里微電子控制機電設(shè)備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設(shè)計硬件系統(tǒng)，怎樣組織軟件開發(fā)，怎樣對現(xiàn)有計算機系統(tǒng)等進行維護與使用是相當(dāng)關(guān)鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機電設(shè)備系統(tǒng)的組成和原理

在某微電子控制機電系統(tǒng)當(dāng)中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設(shè)備組成的。在控制系統(tǒng)當(dāng)中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發(fā)量等三個變量，接著將數(shù)據(jù)信號向PLC當(dāng)中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發(fā)送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉(zhuǎn)，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中需要與實際情況合理的進行結(jié)合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認(rèn)，輸出頻率在整個系統(tǒng)設(shè)計過程中具有非常重要的意義，和系統(tǒng)的控制息息相關(guān)，在確定系統(tǒng)輸出頻率是需要綜合性的分析和考慮用水量以及揚程參數(shù)等。在整個系統(tǒng)當(dāng)中控制流程的用水量變化，主要是通過壓力變送器向PLC傳送的通過PLC進行分析和計算，可以有效的調(diào)節(jié)循環(huán)泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節(jié)約資源的

作用。

2微電子控制機電設(shè)備在工業(yè)中的具體應(yīng)用

1）可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用。從PLC的角度進行分析，其主要優(yōu)勢在于具有很強的控制能力，而且穩(wěn)定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，因為機電設(shè)備往往會占據(jù)一定的面積，如果想讓其廠房中的占比較高，就一定要注意讓廠房的空余面積加大，盡量讓控制器的數(shù)量減少，讓機電設(shè)備的數(shù)量增多，與此同時還需要注意PLC的節(jié)能性較高相比，其他的控制系統(tǒng)可以節(jié)約資源，讓工業(yè)生產(chǎn)的成本支出降低，讓企業(yè)的經(jīng)濟效益增加，由于PLC設(shè)備可以有效的和其他設(shè)備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當(dāng)中進行布設(shè)，讓一機多用。可以實現(xiàn)讓廠房的設(shè)備結(jié)構(gòu)進一步得到簡化，對設(shè)備維護中耗費的人力物力進行控制，減少人力輸出，可以將人力有效的分配到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，讓生產(chǎn)資料的利用效率提高。PLC的另一大優(yōu)勢在于可以通過現(xiàn)場總線和生產(chǎn)設(shè)備之間

進行連接，有效的監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)，可以動態(tài)化的監(jiān)控生產(chǎn)的全過程，確保在生產(chǎn)過程中，第一時間解決生產(chǎn)時產(chǎn)生的故障，避免由于機械故障而導(dǎo)致生產(chǎn)進度停滯，讓設(shè)備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產(chǎn)時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設(shè)備變化控制器無法及時應(yīng)對而產(chǎn)生的問題，PLC還可以進行相關(guān)的升級，伴隨當(dāng)前經(jīng)濟快速發(fā)展，就算生產(chǎn)線當(dāng)中的產(chǎn)品產(chǎn)生了變動，只需要正確的調(diào)整，控制程序也可以符合新產(chǎn)品生產(chǎn)的具體需求。

相比于其他編程操作，PLC控制器在編程的過程中較為方便，員工通過短時間的訓(xùn)練就可以熟練的掌握編程的技巧，在實際操作的過程中工作步驟相對較為簡單，可以很容易的掌握設(shè)備的維修安裝以及操作，由于PLC自帶程序編輯器只需要工作人員了解梯形語言，就可以對其進行熟練的掌握。對控制器的工作語言進行了解，當(dāng)出現(xiàn)故障的時候可以及時的調(diào)整和處理控制器。

2）變頻器調(diào)速器的作用。變頻器工作狀態(tài)分作自動與手動兩類，手動工作狀態(tài)即在PLC結(jié)束工作后展開的人工操作行為，經(jīng)電位器調(diào)節(jié)能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態(tài)實質(zhì)是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥控制方式相比，PLC控制可節(jié)電，更好進行水泵磨損控制，在延長設(shè)備壽命與實現(xiàn)系統(tǒng)自動化水平提升中發(fā)揮了重要作用。

第一，和傳統(tǒng)正弦波控制技術(shù)相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術(shù)，先進性和獨特性在性能上得到充分凸顯，同時因其特有的低速轉(zhuǎn)矩大、運行穩(wěn)定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網(wǎng)而言輸出電壓自動調(diào)整功能能充分進行優(yōu)勢發(fā)揮。第二，變頻器具備外部端子、鍵盤電位器與多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可輸入多種模擬信號（如電流、電壓、頻率等效范圍檢測，轉(zhuǎn)速追蹤等）；并且變頻器可實現(xiàn)擺頻運行與程序運行等一系列模式。第三，因變頻器全系列元件應(yīng)用的是西門子產(chǎn)品，有極強的保護性能，可靠穩(wěn)定，能很好的避免過流、短路、過壓等問題，確保本機能正常運行。并且變頻器有良好的絕緣耐壓性，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)定簡單等使得其有更強的適用性。

3）電路發(fā)揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩(wěn)定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應(yīng)該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩(wěn)定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應(yīng)該先再次檢查電路是否安裝正確，查看是否有少安裝或者多安裝的情況。另外，測量一下接觸元器件的連接點，這樣可以發(fā)現(xiàn)一些接觸不良的地方，若有漏電情況應(yīng)該及時對此進行維修。電路在工業(yè)中也是起到了很大的作用，在安裝電路的時候，一定要小心謹(jǐn)慎，綜合考慮多方面因素，不要遺漏一些小問題，有時一些小問題也可能出大錯，保證電路的穩(wěn)定才能更好地協(xié)調(diào)其他設(shè)備的安裝穩(wěn)定。應(yīng)認(rèn)真復(fù)查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設(shè)備多安裝或少安裝的現(xiàn)象，同時應(yīng)認(rèn)真檢測每個接觸元器件連接點，明確有無接觸不良或短路現(xiàn)象，若發(fā)生漏電務(wù)必要及時維修與處理。電路調(diào)試的具體流程總結(jié)如下：

第一，應(yīng)認(rèn)真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線有無準(zhǔn)確連接，有無看似連接實際并未連接的線，或易短路的線；是否存在兩條或多條線混淆的情況；此后，使用最小量程檔的萬用表對電路面板進行檢查，查看開路處和閉路處有無正確開路與閉路，地線是否漏接，電源連線連接的安全性等，同時需測量電源有無短路現(xiàn)象。測量期間可直接進行元器件連接點測量，如此可明確有無以上情況的同時又弄清楚是否存在接觸點不良現(xiàn)象。第二，電路調(diào)試過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一即硬件電路調(diào)試。調(diào)試期間務(wù)必要注意細(xì)小環(huán)節(jié)的把控，根據(jù)電路功能原理做好各個單元電路的調(diào)試，再作整體調(diào)試，后進行整個電路的調(diào)試。電路在工業(yè)生產(chǎn)里發(fā)揮的作用是相當(dāng)大的，電路安裝過程里務(wù)必要綜合考量多方因素，認(rèn)真謹(jǐn)慎，切不可遺漏或放過存在的小問題，確保電路穩(wěn)定性得到保障。

3結(jié)束語

微電子控制機電設(shè)備的組成包括變頻調(diào)速器、可程序控制器等，由于操作相對簡便、效果好，在工業(yè)中發(fā)揮了不可忽視的作用。微電子控制機電設(shè)備在實踐中不斷完善，將理論與實踐相互結(jié)合，明確各個方面的要點，有效提升生產(chǎn)效率，在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮出最大化價值，推動社會進步和發(fā)展。推動電子設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展也是當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展所提出的必然要走的道路，順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的趨勢，才能不落后于其他國家的工業(yè)化改革。

微電子畢業(yè)論文范文模板(二)：關(guān)于現(xiàn)階段國家示范性微電子學(xué)院建設(shè)的幾點思考論文

[摘要]文章淺述了國家示范性微電子學(xué)院的建設(shè)背景及歷程。借鑒示范性軟件學(xué)院建設(shè)經(jīng)驗并結(jié)合現(xiàn)階段浙江大學(xué)示范性微電子學(xué)院建設(shè)經(jīng)驗，從學(xué)科劃分、考核體系、校企合作、平臺建設(shè)和國家支持等方面進行思考和總結(jié)，闡述如何圍繞“以人才培養(yǎng)為中心”和“產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人”這兩個核心問題，進行國家示范性微電子學(xué)院建設(shè)。

[關(guān)鍵詞]示范性微電子學(xué)院；集成電路；人才培養(yǎng)；產(chǎn)學(xué)協(xié)同

[中圖分類號]G64[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]2095-3437（2020）07-0001-04

回顧整個中國特色社會主義建設(shè)歷程，作為高等教育中至關(guān)重要的一部分，工程教育在國家現(xiàn)代化進程中發(fā)揮著不可替代的作用。在國家經(jīng)濟改革和世界范圍產(chǎn)業(yè)變革的過程中，我國的工程教育也在不斷改革創(chuàng)新。從工程教育專業(yè)認(rèn)證制度的建立，到PBL和CDIO理念的引入，實施卓越工程師計劃和建立國家示范性軟件學(xué)院、微電子學(xué)院，再到加入《華盛頓協(xié)議》和新工科的提出，中國的工程教育一直在實踐中發(fā)展。在中國工程教育改革中，2001年開始的國家示范性軟件學(xué)院建設(shè)作為教育改革的“示范區(qū)”，發(fā)揮著重要的作用。本文在借鑒示范性軟件學(xué)院十多年建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)階段示范性微電子學(xué)院的建設(shè)情況，對2015年開始實施的國家示范性微電子學(xué)院建設(shè)進行思考與總結(jié)。

一、示范性微電子學(xué)院成立背景

21世紀(jì)初，信息化在世界范圍內(nèi)開始普及，軟件產(chǎn)業(yè)在世界社會發(fā)展中的地位和重要性開始顯現(xiàn)。軟件產(chǎn)業(yè)作為當(dāng)時的新興產(chǎn)業(yè)，呈現(xiàn)出向發(fā)展中國家大規(guī)模轉(zhuǎn)移的趨勢，國內(nèi)外巨大的軟件市場導(dǎo)致對軟件從業(yè)人員需求量的劇增。國家從當(dāng)時國內(nèi)外行業(yè)背景及國家發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，于2001年由教育部正式設(shè)立國家示范性軟件學(xué)院，首批試點35所（后增加至37所），均由國家重點高校負(fù)責(zé)建設(shè)；2004年教育部針對高職類學(xué)校又設(shè)立了36所高職示范性軟件學(xué)院。其后，各省、市結(jié)合自身地方產(chǎn)業(yè)成立了省級示范性軟件學(xué)院50多所，對軟件人才進行儲備。從2001年至今，示范性軟件學(xué)院經(jīng)歷了十多年的建設(shè)與發(fā)展，在人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)促進上都取得令人矚目的成就。在此期間，我國的軟件產(chǎn)業(yè)獲得了長足的發(fā)展，其中尤以華為、阿里巴巴、百度、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)為代表。

經(jīng)過十多年的積累和追趕后，我國不但解決了軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期規(guī)模弱小、產(chǎn)業(yè)單一、人才技術(shù)短缺等諸多問題，而且在部分領(lǐng)域超過了發(fā)達國家，并形成了中國特色的“互聯(lián)網(wǎng)+”新型經(jīng)濟模式。接下來，國家開始效仿軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，對信息領(lǐng)域更基礎(chǔ)、更關(guān)鍵但更薄弱的“卡脖子”短板——集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)起沖鋒。特別是近年來，在國際貿(mào)易保護主義抬頭和美國對華貿(mào)易戰(zhàn)的背景下，從晉華、中興到華為、大疆，以集成電路為代表的高科技產(chǎn)業(yè)形勢尤為嚴(yán)峻，發(fā)展變得刻不容緩。

2014年國務(wù)院印發(fā)《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》（以下簡稱《綱要》），指出“集成電路產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)”?，F(xiàn)階段我國集成電路產(chǎn)業(yè)主要面臨核心技術(shù)缺乏、產(chǎn)業(yè)鏈不完善、資金投入不足、創(chuàng)新人才短缺4個核心問題。參考軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，為解決集成電路產(chǎn)業(yè)4個核心問題中的人才短缺問題，示范性微電子學(xué)院應(yīng)運而生。

二、示范性微電子學(xué)院的成立

《綱要》從組織領(lǐng)導(dǎo)、資金政策、金融稅收、人才保障等8個方面采取了保障措施，指出“加大人才培養(yǎng)和引進力度，建立健全集成電路人才培養(yǎng)體系，支持微電子學(xué)科發(fā)展，通過高校與集成電路企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才等方式，加快建設(shè)和發(fā)展示范性微電子學(xué)院和微電子職業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)”。這是繼2011年國務(wù)院《進一步鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策》后，國家再次對高校示范性微電子學(xué)院建設(shè)提出的明確要求。

2014年教育部《關(guān)于試辦示范性微電子學(xué)院的預(yù)通知》。2015年六部委《關(guān)于支持有關(guān)高校支持建設(shè)示范性微電子學(xué)院的通知》（以下簡稱《通知》），明確支持清華、北大、浙江大學(xué)等9所高校建設(shè)示范性微電子學(xué)院，支持北京航空航天大學(xué)、南京大學(xué)等17所高?；I備建設(shè)示范性微電子學(xué)院，示范性微電子學(xué)院建設(shè)序幕自此開啟。

三、示范性微電子學(xué)院定位及現(xiàn)狀

《通知》指出：示范性微電子學(xué)院的建設(shè)要以人才培養(yǎng)為中心，深入開展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人，加快培養(yǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)急需的工程型人才?？梢钥闯觯耙匀瞬排囵B(yǎng)為中心”和“產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人”是示范性微電子學(xué)院建設(shè)的兩個核心要求，“工程型”人才是示范性微電子學(xué)院培養(yǎng)人才的根本目標(biāo)。

自2015年第一批示范性微電子學(xué)院成立至今，各個示范性微電子學(xué)院的建設(shè)歷程和辦學(xué)模式各不相同，有的是在原有信息學(xué)院或微電子學(xué)院的基礎(chǔ)上進行建設(shè)，有的是新設(shè)立微電子學(xué)院掛靠其他成熟學(xué)院運行，有的是整體新建并單獨運行。由于處于建設(shè)初期，不同學(xué)校都因地制宜、因時制宜地進行摸索，或大刀闊斧，或小步慢跑。目前，各個學(xué)校的微電子學(xué)院都在人才培養(yǎng)、師資規(guī)模、校企合作等方面都取得了一定的階段性成果。

與此同時，示范性微電子學(xué)院在建設(shè)的過程中，也都面臨一些共性的難題，如示范性微電子學(xué)院與一般學(xué)院的定位區(qū)別、如何進行“工程型”人才培養(yǎng)、如何擴大招生規(guī)模與影響、如何更好地與企業(yè)結(jié)合，以及如何對示范性微電子學(xué)院建設(shè)進行評價等，這些都是示范性微電子學(xué)院面臨或?qū)⒁媾R的問題。

四、對示范性微電子學(xué)院建設(shè)的幾點思考

當(dāng)然，示范性微電子學(xué)院建設(shè)也并非無樣板可以參考，2001年開始建設(shè)的示范性軟件學(xué)院就是很好的借鑒，特別是在辦學(xué)模式、人才培養(yǎng)、師資管理等諸多具體、常規(guī)問題上。然而，軟件行業(yè)和集成電路行業(yè)相差較大，而且當(dāng)今的時代背景和2000年也完全不同，如何圍繞“人才培養(yǎng)為中心”“產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人”這兩個核心來建設(shè)微電子學(xué)院，需要全體高等教育工作者進行與時俱進地思考和探索。本文從浙江大學(xué)（以下簡稱“浙大”）示范性微電子學(xué)院建設(shè)的實踐出發(fā)，分享一些經(jīng)驗與思考。

（一）學(xué)科劃分與評估體系

學(xué)科劃分和評價問題是微電子學(xué)院建設(shè)能否成功的核心問題，關(guān)乎微電子學(xué)院的建設(shè)方向和結(jié)果。單獨的學(xué)科設(shè)置及評估體系，不僅能加強微電子學(xué)院的獨立性辦學(xué)，也能更有效地促進微電子學(xué)院建設(shè)的展開。

1.設(shè)置微電子一級學(xué)科

人才作為第一資源以及集成電路產(chǎn)業(yè)的核心，微電子學(xué)院成立的根本目的就是為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)急需的“工程型”人才。然而受招生名額等條件的限制，現(xiàn)階段我國高校每年培養(yǎng)的集成電路高級專業(yè)型人才不足萬人，而且缺口仍在擴大，可見，擴大集成電路招生名額勢在必行。以浙江大學(xué)為例，2014年以前學(xué)校集成電路每年碩士、博士的招生人數(shù)在30人左右，即使示范性微電子學(xué)院成立以后，新增了微電子本科專業(yè)，微電子學(xué)院每年本碩博招生也不足200人，以如此培養(yǎng)速度，根本不足以填補產(chǎn)業(yè)人才需求的缺口。由于我國大學(xué)招生名額是與學(xué)科劃分掛鉤的，這就涉及一級學(xué)科設(shè)置的問題。

目前，浙大微電子所在的一級學(xué)科是電子科學(xué)與技術(shù)，其下含有電路與系統(tǒng)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)、電磁場與波、物理電子學(xué)四個二級學(xué)科，其中與微電子學(xué)院直接對應(yīng)的兩個二級學(xué)科是：電路與系統(tǒng)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)。研究領(lǐng)域分別對應(yīng)集成電路的軟件部分和硬件部分，前者主要包括集成電路設(shè)計，后者主要涉及集成電路產(chǎn)業(yè)中的制造、封裝測試。

此外，微電子一級學(xué)科問題，除了與擴大招生名額相關(guān)外，也和微電子學(xué)院的建設(shè)成敗有關(guān)，因為這涉及微電子學(xué)院與高校原有信息學(xué)院的定位問題，以及在學(xué)校的學(xué)科地位問題。其實在建設(shè)示范性軟件學(xué)院時，由于學(xué)科劃分的問題，就存在著軟件學(xué)院與原有傳統(tǒng)計算機學(xué)院的“瑜亮之爭”，學(xué)科資源配置之爭。最終，2011年教育部將軟件工程提升為一級學(xué)科，這才在一定程度上解決了上述問題。從軟件學(xué)院的建設(shè)經(jīng)驗來看，將微電子學(xué)與固定電子學(xué)、電路與系統(tǒng)等二級學(xué)科重整、提升為一級學(xué)科十分必要，且宜早不宜遲。

2.修訂學(xué)科評估體系

微電子學(xué)院建設(shè)要求以“人才培養(yǎng)為中心”，而傳統(tǒng)學(xué)科評估體系以“學(xué)科建設(shè)為中心”。因為“中心”的不一樣，在進行微電子學(xué)院建設(shè)時，學(xué)校在資源配置時就必須考慮效益比問題。如果微電子學(xué)院建設(shè)的投入無法對學(xué)校的學(xué)科發(fā)展形成促進作用，甚至因為分流限制了已有學(xué)科的建設(shè)，學(xué)校不僅不會支持微電子學(xué)院的建設(shè)，甚至可能還會限制其發(fā)展。因此，在現(xiàn)有學(xué)科評估體系下，示范性微電子學(xué)院很難做到完全以“教學(xué)”為中心，只能“教學(xué)科研”兼顧，最終微電子學(xué)院在很大概率上將會和傳統(tǒng)的信息學(xué)院同質(zhì)化。上述情況在軟件學(xué)院建設(shè)時出現(xiàn)過，且仍未得到有效解決，這也是很多軟件學(xué)院選擇異地發(fā)展的原因，其目的是避免與本校原有的計算機學(xué)院分流資源。

在現(xiàn)有學(xué)科評估體系下，即使能做到以“教學(xué)”為中心，也很難滿足微電子學(xué)院“產(chǎn)學(xué)協(xié)同”的人才培養(yǎng)要求。因為現(xiàn)有學(xué)科評估體系偏向于理科化，重理論而輕實踐，無論是“教學(xué)”還是“科研”，學(xué)生注重“卷面”，教師注重“文章”。而微電子學(xué)院的建立要求緊貼產(chǎn)業(yè)，注重實踐，產(chǎn)學(xué)協(xié)同，因此培養(yǎng)“工程型”人才在現(xiàn)有體系下很難做到。

其實，2016年教育部提出新工科建設(shè)，其本質(zhì)也是針對現(xiàn)有“理科化”學(xué)科評估體系與工科建設(shè)要求不相匹配的問題?？梢源竽懺O(shè)想對現(xiàn)有學(xué)科評估體系進行必要的改革，如對基礎(chǔ)性學(xué)科依舊使用現(xiàn)有“理科性”評估體系；對應(yīng)用性學(xué)科，如新工科，則在原有的體系上建立新的“工科性”評估體系。這樣或許能從根本上改變我國“寫論文的太多，做應(yīng)用的太少”、應(yīng)用研究和理論研究比例失衡的現(xiàn)狀。為體現(xiàn)示范性，上述設(shè)想甚至可以率先在示范性微電子學(xué)院進行試點，實踐可行后再逐步推廣到新工科乃至其他工程性學(xué)科。

（二）師生考核體系

示范性微電子學(xué)院要求“堅持人才培養(yǎng)為中心”，在國家層面需要解決的是學(xué)科問題，具體到學(xué)校和學(xué)院操作時，就要考慮內(nèi)部的考核與評價問題，其中主要涉及兩個方面，一是教師的考核，二是學(xué)生的考核。

1.教師考核體系

以人才培養(yǎng)為中心，要求教師的工作重心應(yīng)該是教學(xué)，因此微電子學(xué)院教師在考核上應(yīng)該與傳統(tǒng)學(xué)院有明顯區(qū)別，比如加大教學(xué)在考核中的比重。微電子學(xué)院培養(yǎng)的人才要強調(diào)工程性，所以在教學(xué)考核中，要突出工程實踐的教學(xué)內(nèi)容。另外，在引進師資時，可以效仿軟件學(xué)院偏向引進有企業(yè)經(jīng)驗或者工程項目經(jīng)驗的教師，形成本校專職教師、企業(yè)兼職教師、適當(dāng)比例外教的格局，這一點浙江大學(xué)微電子學(xué)院在人才引進時就尤為注重教師的行業(yè)或工程背景。

為了保證公平性，調(diào)動教師的積極性，可以實行聘崗制和聘期制，不同崗位考核不一樣、聘期不一樣，如在浙江大學(xué)，對不同類別的教師設(shè)置有：教學(xué)科研并重崗、工程教育創(chuàng)新崗、社會服務(wù)與技術(shù)推廣崗等，其中工程教育創(chuàng)新崗就是浙江大學(xué)針對工程教育改革新設(shè)置的崗位。

2.學(xué)生考核體系

微電子學(xué)院要培養(yǎng)“工程型”人才，因此針對學(xué)生的培養(yǎng)過程、考核過程、評價過程要緊緊圍繞“工程”來設(shè)置。微電子學(xué)院學(xué)生與傳統(tǒng)學(xué)生培養(yǎng)最本質(zhì)的區(qū)別是“工程實踐”能力。在此之前，要提前區(qū)別一下其與動手能力的差別?！肮こ虒嵺`”能力與傳統(tǒng)工科學(xué)生在實驗室環(huán)境下的動手能力不同，是要在工業(yè)生產(chǎn)的背景下，通過“做中學(xué)”和“基于項目學(xué)習(xí)”，進而培養(yǎng)學(xué)生的“工程師式思維和行為”。這要求學(xué)校必須為學(xué)生提供企業(yè)的工程環(huán)境而非簡單的高校實驗室環(huán)境，兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。

正是因為微電子學(xué)院培養(yǎng)的人才需要工業(yè)生產(chǎn)背景，這就要求企業(yè)參與培養(yǎng)，這從源頭上保證了學(xué)生培養(yǎng)會緊貼產(chǎn)業(yè)。通過設(shè)置新的學(xué)生評價體系來保證和監(jiān)督學(xué)生“工程實踐”能力的獲得，這一點至關(guān)重要。也只有這樣，學(xué)生畢業(yè)后進入企業(yè)才能立即上手，無須企業(yè)的再熏陶和培訓(xùn)。

浙江大學(xué)微電子學(xué)院對于學(xué)生“工程實踐”能力的培養(yǎng)是根據(jù)學(xué)生的不同階段分步進行的。首先，針對低年級的本科生，加大培養(yǎng)方案中實驗課程的比例和學(xué)分，以此來培養(yǎng)學(xué)生的“動手操作”能力。其次，對于高年級的本科生，則是通過到企業(yè)實習(xí)、參與導(dǎo)師企業(yè)課題（學(xué)業(yè)導(dǎo)師制）、科創(chuàng)實驗（SRTP）、參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等來初步熏陶學(xué)生的“工程實踐”能力。最后，到研究生階段，通過企業(yè)、導(dǎo)師聯(lián)合制定課題，學(xué)生選題并到企業(yè)培養(yǎng)或參與企業(yè)橫向課題等方法來完成“工程能力”的塑造。

（三）校企合作

校企合作是微電子學(xué)院建設(shè)的重點也是難點之一。傳統(tǒng)高校教學(xué)以學(xué)校為主，這在一定程度上導(dǎo)致了高校研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)、高校培養(yǎng)的學(xué)生與企業(yè)需求脫節(jié)。高等工程教育改革的目的之一就是如何將高校與企業(yè)聯(lián)系緊密，互相促進，“如何引入企業(yè)參與到高校的人才培養(yǎng)”，從而達到“產(chǎn)學(xué)協(xié)同”。

校企合作的目的是互利共贏。中國高校以育人為宗旨，具有一定的公益性，而企業(yè)以利益為根本，公益性只是其附帶屬性，只投入不計回報的企業(yè)少之又少。如何讓兩個不同的主體做到有機結(jié)合，使得“企業(yè)愿意參與，高校愿意放開”是困難所在。從需求來看，高校育人，企業(yè)用人，高校和企業(yè)合作的紐帶在人——學(xué)生，解決好“如何以學(xué)生為紐帶將企業(yè)和高校緊密聯(lián)系在一起”是校企合作的關(guān)鍵所在。

從軟件學(xué)院的經(jīng)驗看，多是通過校企理事會、共建實驗室和實踐基地、共建師資隊伍、共設(shè)課程等方式來開展校企合作。無論是以何種合作方式，想要長久有效就必須做到互惠互利，純粹的一方投入不可持續(xù)。從浙江大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)經(jīng)驗來看，比較有效的手段之一是：通過導(dǎo)師與企業(yè)的橫向合作為依托，以項目的形式將學(xué)生的培養(yǎng)參與其中。這是一種“基于項目的培養(yǎng)模式”，企業(yè)提出技術(shù)需求和課題資金，學(xué)校再給予學(xué)生名額、教學(xué)工作量等支持。通過一個個的具體項目，將學(xué)校、學(xué)生、企業(yè)串聯(lián)起來，形成規(guī)模效應(yīng)后再以創(chuàng)建聯(lián)合實驗室、研發(fā)中心、實踐基地等方式進行深化。浙江大學(xué)成立工程師學(xué)院就是希望從學(xué)校層面來推進和引導(dǎo)校企合作。此外，不同地區(qū)的微電子學(xué)院在專業(yè)設(shè)置上也應(yīng)針對當(dāng)?shù)仄髽I(yè)需求開設(shè)專業(yè)，面向企業(yè)培養(yǎng)人，甚至可以對重點企業(yè)進行定向培養(yǎng)，吸引企業(yè)深度參與學(xué)院建設(shè)。

校企合作不僅僅是學(xué)校和企業(yè)的問題，政府的作用也尤為重要，因為政府掌握著核心的生產(chǎn)資料和分配政策。比如政府在審批、稅收減免、經(jīng)濟補助、教育資金、就業(yè)引導(dǎo)等各方面都能非常有效調(diào)動企業(yè)和高校的積極性，促進雙方的結(jié)合。日本20世紀(jì)70年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起，就是通過高校（實驗室）、企業(yè)、政府三方的共同發(fā)力，成立“VLSI技術(shù)研究組合”，從而打破美國的壟斷。20世紀(jì)80年代韓國三星的崛起也與韓國政府的大力扶持密不可分，所以在這一點上值得我們國家借鑒和學(xué)習(xí)。

（四）硬件建設(shè)及平臺共享

集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)對硬件設(shè)施要求極高，這是其與軟件產(chǎn)業(yè)最大的不同之一。如小型工藝操作、流片、實訓(xùn)等都需要高昂硬件和財力的支撐，因此微電子學(xué)院建設(shè)要格外重視大型共享平臺建設(shè)，并以共享平臺建設(shè)為契機將校企合作、校地合作、學(xué)生實踐培養(yǎng)進行有機連接。然而一般平臺投資都十分巨大，很難靠一己之力來進行建設(shè)，如浙江大學(xué)微納加工中心一期投入6000萬、工程師學(xué)院微電子實訓(xùn)平臺投入近3500萬，紹興微電子研究中心投資近1億。微電子學(xué)院建設(shè)更應(yīng)注重開放式辦學(xué)，嘗試通過國家出資、政府出地、企業(yè)出技術(shù)、學(xué)校出人等多重模式，把握本地發(fā)展機遇以產(chǎn)業(yè)園、孵化器、共享平臺的形式來共贏發(fā)展。

（五）國家和學(xué)校支持

從軟件學(xué)院的建設(shè)經(jīng)驗來看，建設(shè)成功與否與國家和學(xué)校的支持息息相關(guān)。因為軟件學(xué)院建設(shè)經(jīng)費自籌，所以從建立之初，就面臨著資金的壓力。從十多年后的評估結(jié)果來看，發(fā)展得好的軟件學(xué)院與學(xué)校的長期支持密不可分；純粹依靠企業(yè)、學(xué)費等來進行市場化運作則很難實現(xiàn)。以浙江大學(xué)軟件學(xué)院為例，軟件學(xué)院之所以能在寧波辦學(xué)，首先與寧波市政府給予啟動資金、場地、師資、經(jīng)費等全面的支持分不開，此外，與浙大持續(xù)的師資、運營等投入也密不可分，可以說寧波市政府和浙大的支持二者缺一，浙大軟件學(xué)院就不會有今天的規(guī)模。從產(chǎn)業(yè)性質(zhì)來看，因為集成電路行業(yè)對硬件的要求要比軟件行業(yè)高很多，這就決定了微電子學(xué)院的硬件投入要比軟件學(xué)院投入要大得多，所以微電子學(xué)院勢必更需要從國家、從學(xué)校爭取更多可持續(xù)的資金，如專項經(jīng)費、低息貸款等，這樣才有可能實現(xiàn)跨越式的發(fā)展。

第2篇

關(guān)鍵詞 固體物理學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)方法

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2016.01.031

Solid State Physics Teaching Reform and Practice Adapt to Materials

Physics and Electronic Science and Technology Needs

LI Zijiong， SU Yuling， WANG Yongqiang， GONG Gaoshang

（School of Physics & Electronic Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002）

Abstract Solid State Physics is physics and electronic material science and technology important professional courses， according to the needs of both professional features in the teaching content， teaching methods and capacity-building and improving other aspects of solid state physics curriculum reform and practice.

Key words solid state physics; teaching reform; teaching methods

0 引言

隨著人才需求的不斷變化和學(xué)科的發(fā)展，不同專業(yè)的課程體系和人才培養(yǎng)模式應(yīng)與時俱進地作相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，不斷完善和發(fā)展以適應(yīng)專業(yè)特點和新形勢下需求的培養(yǎng)目標(biāo)。①②固體物理學(xué)課程主要研究固體（晶體）的微觀結(jié)構(gòu)特征、相互作用及其運動規(guī)律，并闡述其用途的學(xué)科。固體物理學(xué)課程是物理、材料、化學(xué)和電子等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。③但受傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和有限課時等的影響，不少學(xué)生缺少對該課程在專業(yè)培養(yǎng)中的重要作用的認(rèn)識，學(xué)習(xí)重視程度不夠，缺乏學(xué)習(xí)積極性。因此，有必要根據(jù)不同專業(yè)方向特點，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核體系等方面對固體物理學(xué)課程進行教學(xué)改革。

材料物理和電子科學(xué)技術(shù)是鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院的兩個專業(yè)，我們在這兩個專業(yè)開設(shè)了固體物理學(xué)課程，分別制定了課程標(biāo)準(zhǔn)和課程教學(xué)目標(biāo)。針對固體物理教學(xué)課程自身的特點，結(jié)合材料物理和電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)模式和需要，根據(jù)多年對固體物理學(xué)在兩個專業(yè)的教學(xué)實踐，提出了關(guān)于固體物理課程教學(xué)根據(jù)專業(yè)不同需求的優(yōu)化與調(diào)整方案，并在教學(xué)中進行了實踐，取得了一定的效果。

1 根據(jù)專業(yè)特點，進行教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和優(yōu)化

固體物理學(xué)是一門綜合性很強的課程，除了需要量子力學(xué)和統(tǒng)計物理、大學(xué)物理等方面的基礎(chǔ)知識外，在傳統(tǒng)的內(nèi)容上也是增加了很多現(xiàn)代科技前沿的內(nèi)容。由于不同專業(yè)學(xué)生的背景和培養(yǎng)目標(biāo)的差異，在授課內(nèi)容方面首先要進行一定的調(diào)整和優(yōu)化。

材料物理專業(yè)是我校較早開設(shè)的傳統(tǒng)專業(yè)，其目的是培養(yǎng)較系統(tǒng)地掌握材料科學(xué)的基本理論與方法，具備材料物理相關(guān)的基本技能和基本知識，能在材料科學(xué)與工程及與其相關(guān)的領(lǐng)域從事教學(xué)、研究、教學(xué)科技開發(fā)教學(xué)及相關(guān)管理工作的材料物理高級專門人才。由于學(xué)生的材料和物理背景較好，考慮到該專業(yè)與固體物理學(xué)聯(lián)系較緊密的特點，需要對傳統(tǒng)固體物理學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進行強化和延伸。

如在講解晶體結(jié)構(gòu)一章時，在讓學(xué)生深刻理解晶體結(jié)構(gòu)平移性和對稱性特點的基礎(chǔ)上，我們適當(dāng)增加了材料結(jié)構(gòu)分析方面的內(nèi)容，除了晶體結(jié)構(gòu)詳細(xì)講解外，對非晶體、準(zhǔn)晶等也要做一定的介紹，并結(jié)合科研工作中常見的晶體缺陷問題，對相關(guān)材料進行分析，增加了如何利用X射線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)，并安排學(xué)生動手制備一些新材料，學(xué)習(xí)應(yīng)用掃描電子顯微鏡、投射電子顯微鏡、XRD等工具對所制備材料的微觀結(jié)構(gòu)進行表征分析，從而加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，提高解決實際問題的能力，獲得了對固體物理課程學(xué)習(xí)的主動性和針對性。

在講述晶體結(jié)合一章，增加了氫鍵結(jié)合形成不同晶體的特點及規(guī)律，將共價性結(jié)合和金屬結(jié)合的特點和規(guī)律采用第一性原理進行計算，并將結(jié)果進行課堂視頻展示;在講述金屬、半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)章節(jié)中，有意識地增加了態(tài)密度、摻雜、能帶調(diào)控等概念，在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)分析一下半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)對其電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的影響，有意識地加強材料物理專業(yè)學(xué)生的分析和解決問題的能力。結(jié)合當(dāng)前材料科學(xué)研究的新材料如石墨烯、二硫化鉬等納米材料、金屬氧化物量子點等，進行了結(jié)構(gòu)和潛在應(yīng)用的分析，對拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、開闊視野和提高學(xué)習(xí)興趣起到了積極作用。

在講解能帶理論一章時，注重問題提出和解決的思路方法，將復(fù)雜的材料問題運用合理的物理近似處理方法，使材料物理專業(yè)能夠把所學(xué)的物理知識和材料有機結(jié)合起來，并能夠運用所學(xué)知識解決實際問題，通過實踐，收到較好效果。

針對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生從事與光電子器件應(yīng)用與光電工程技術(shù)等工作，需要實際與理論相結(jié)合，并且能夠把理論知識能夠運用在生產(chǎn)與工作當(dāng)中的要求，在講述固體物理傳統(tǒng)內(nèi)容時，抓住物理過程的主要方面，構(gòu)造簡化的模型，進行有效的數(shù)學(xué)處理。教學(xué)過程緊扣物理模型和思想，適當(dāng)降低知識難度，而且還要適當(dāng)減少傳統(tǒng)固體物理內(nèi)容與電子科學(xué)和技術(shù)專業(yè)關(guān)聯(lián)不大的問題。將與電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)密切相關(guān)的能帶理論、晶體缺陷、半導(dǎo)體電子倫和金屬電子論等章節(jié)作為重點講授的內(nèi)容，同時也盡量保持知識的連慣性和系統(tǒng)性。

科技發(fā)展日新月異，不斷出現(xiàn)的新技術(shù)和新發(fā)現(xiàn)為固體物理學(xué)課程內(nèi)容的延伸不斷開拓出新的研究領(lǐng)域。在教學(xué)實踐中，我們將傳統(tǒng)的固體物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容與日新月異的物理前沿內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)有機結(jié)合起來，例如，與能帶理論有關(guān)的LED、與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的C60、太陽能光伏電池的研究進展和應(yīng)用、以及固體激光器等與光電技術(shù)相關(guān)的前言知識穿插在教學(xué)當(dāng)中，強化學(xué)生的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、明確學(xué)生的專業(yè)方向，拓寬學(xué)生的視野。

2 根據(jù)專業(yè)特色調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)方法

針對材料物理和電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的不同特點，除了進行固體物理教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化調(diào)整外，在教學(xué)方法也要進行改革，以適應(yīng)這兩個專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)需要。

首先改變傳統(tǒng)教師課堂一言堂的教學(xué)方法，將課堂主體交給學(xué)生，增加師生互動環(huán)節(jié)。課堂上老師把要講授的內(nèi)容以提出問題的形式展出，鼓勵學(xué)生解答這些問題，充分發(fā)揮了學(xué)生的積極主動性。對于學(xué)生普遍不好理解和難懂的問題，教師再進行細(xì)致講解，這樣做到重點突出，有的放矢，充分實現(xiàn)教師和學(xué)生的課題互動，極大地提高了學(xué)生的積極性。同時加強習(xí)題課環(huán)節(jié)，任課教師事先將要講的習(xí)題給學(xué)生，并安排學(xué)生分組討論。課堂上，學(xué)生積極主動上臺講解習(xí)題的不同解答方法，并可對不同解答提出質(zhì)議，這樣既增強了學(xué)生理解和解決問題的能力，又極大提高了課堂效率。對不同專業(yè)學(xué)生，除了教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點不同以外，在教學(xué)方式方法上也體現(xiàn)出差別。如對材料物理專業(yè)學(xué)生，教學(xué)時要注重課堂教學(xué)內(nèi)容的邏輯關(guān)系，強化對概念和規(guī)律的理解、記憶，對于與專業(yè)相關(guān)的理論，要求學(xué)生能夠理論推導(dǎo)。而對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生，提出“聯(lián)想式教學(xué)法”，例如，從大學(xué)物理中的光和機械波傳播的干涉和衍射現(xiàn)象引入倒格矢的概念，把抽象難懂的倒格子與光的波動性聯(lián)系起來，從而聯(lián)想到對微觀粒子波動性的空間描述;從大學(xué)物理中聲波和電磁場的耦合激化現(xiàn)象引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)聲學(xué)波和光學(xué)波的異同點;從光伏太陽能電池的原理入手聯(lián)想到能帶理論等等，從而加深對固體物理圖像及物理本質(zhì)認(rèn)識，而不是僅僅停留在對概念和規(guī)律的推導(dǎo)和理解上。

其次是將生動直觀的物理演示模型引入課堂教學(xué)實踐中，提高課堂效率。我們將固體物理學(xué)課程中的相關(guān)難懂知識點，做成一系列教學(xué)模型，通過課堂演示，加深對學(xué)生對固體物理知識的理解和掌握。如講解不同晶體結(jié)構(gòu)時，我們分別演示了Si、Cu和NaCl等的不同晶體結(jié)構(gòu)的原子排列模型;講解晶體的對稱性時，我們分別演示立方體、圓柱體、錐體等的模型，引導(dǎo)學(xué)生分析不同模型的對稱特點，同時采用3D MAX 動畫制作軟件，將不同晶體結(jié)構(gòu)制作成三維圖像及視頻，既形象又生動，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于固體物理的能帶理論一章，推導(dǎo)復(fù)雜，學(xué)生理解有一定的困難，針對理論推導(dǎo)不作重點要求的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生，我們重點通過講解模型建立和合理簡化處理問題的物理思想，通過引入不同能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料在LED、太陽能電池的應(yīng)用，講解晶體能帶的特點和調(diào)控方法，加深了學(xué)生對這部分的重視和理解。

最后是重視課后反饋，增強學(xué)生的知識運用能力的提高。對學(xué)有余力的學(xué)生，我們結(jié)合院系的科研條件，安排一部分學(xué)生到實驗室，協(xié)助老師做些科研工作，結(jié)合課堂所學(xué)知識進行應(yīng)用指導(dǎo)。我們將MS、CASTEP等計算軟件對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生進行了培訓(xùn)使用指導(dǎo)，使學(xué)生能夠利用計算軟件建立基本模型，并進行能帶、光電性質(zhì)的計算， 進一步加深了學(xué)生對該相關(guān)知識的理解和應(yīng)用能力的提高。利用課下時間，我們還引導(dǎo)學(xué)生運用不同數(shù)據(jù)庫查閱相關(guān)外文文獻，教會學(xué)生如何快速閱讀文獻，找到自己想要知道的信息，促進學(xué)生了解前沿課題研究的概況，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和解決問題的能力起到了積極作用。

3 根據(jù)專業(yè)特色調(diào)整和優(yōu)化考核體系

針對固體物理學(xué)課程在材料物理和電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的不同，對這兩個專業(yè)的學(xué)生制定出相應(yīng)的考核體系。平時成績的計算上，除了傳統(tǒng)的考勤、作業(yè)分以外還設(shè)置課堂獎勵分，主要是對于課堂上任課教師提出的問題和安排的課題能夠認(rèn)真、積極準(zhǔn)備，完成或回答較好的，可給予一定的分?jǐn)?shù)獎勵，以鼓勵學(xué)生積極參與課程學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和主動性。

對于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，主要采用平時成績與期末考查相結(jié)合的評價形式，平時成績和期末考查各占50%。平時成績主要包含學(xué)生的考勤、作業(yè)、課堂回答問題、課下參加課題研究的情況，各部分所占比例也進行了細(xì)分，這有助于客觀公正地評價學(xué)生對固體物理學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性和主動性。期末考查一般采用小論文的形式，小論文的題目涉及到本課程相關(guān)的前沿內(nèi)容和本課程基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生主動探索分析學(xué)科前沿動態(tài)和應(yīng)用領(lǐng)域，提高學(xué)生的綜合分析問題和解決問題的能力，有利于學(xué)生充分發(fā)表自己的見解，展現(xiàn)自己的能力，發(fā)揮自己的水平。

總之，隨著科技發(fā)展的日新月異，傳統(tǒng)固體物理學(xué)課程的教學(xué)已經(jīng)不能很好地適應(yīng)材料物理和電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)等不同專業(yè)學(xué)生的需要，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核體系針對不同專業(yè)進行優(yōu)化和調(diào)整，對培養(yǎng)不同專業(yè)的創(chuàng)新型人才具有非常重要的作用。

注釋

① 付殿玲，郭文躍，趙聯(lián)明.“固體物理”課程教學(xué)內(nèi)容和方法的改革與實踐[J].中國電力教育，2014.21：72-73.

第3篇

關(guān)鍵詞 　鍋爐房/計算機控制/供暖

Abstract　 Discusses the requirements for monitoring and management of the scopes from boiler houses for heating， steam-water and water-water heat exchangers， small scale heating networks to large scale district heating， the related hardware configuration and the approaches to realise the required functions.

Keywords　 computer control， heating， boiler

5.1 供暖熱水鍋爐房內(nèi)監(jiān)測與控制的主要目的應(yīng)為：

·提高系統(tǒng)的安全性，保證系統(tǒng)能夠正常運行；

·全面監(jiān)測并記錄各運行參數(shù)，降低運行人員工作量，提高管理水平；

·對燃燒過程和熱水循環(huán)過程進行有效的控制調(diào)節(jié)，提高鍋爐效率，節(jié)省運行能耗，并減少大氣污染。

對于熱水鍋爐，可將被監(jiān)測控制對象分為燃燒系統(tǒng)和水系統(tǒng)兩部分分別進行討論。整個計算機監(jiān)測控制管理系統(tǒng)可按圖5-1形式由若干臺現(xiàn)場控制機（DCU）和一臺中央管理機構(gòu)成。各DCU分別對燃燒系統(tǒng)、水系統(tǒng)進行監(jiān)測控制，中央管理機則顯示并記錄這兩個系統(tǒng)的在線狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)供熱狀態(tài)況確定鍋爐、循環(huán)泵的開啟臺數(shù)，設(shè)定供水溫度及循環(huán)流量，協(xié)調(diào)各臺DCU完成各監(jiān)測控制管理功能。

5．1．1 燃燒系統(tǒng)監(jiān)測與控制

圖5-1 鍋爐房計算機的監(jiān)控系統(tǒng)

對于鏈條式熱水鍋爐，燃燒過程的控制主要是根據(jù)對產(chǎn)熱量的要求控制鏈條速度及進煤擋板高度，根據(jù)爐膛內(nèi)燃燒狀況及排煙的含氧量及爐膛內(nèi)的負(fù)壓度控制鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的風(fēng)量，從而既根據(jù)供暖的要求產(chǎn)生熱量，又獲得較高的燃燒效率。為此需要監(jiān)測的參數(shù)有：

·排煙溫度：一般使用銅電阻或熱電偶來測量；再配之以相應(yīng)的溫度變送器，即可產(chǎn)生4～20mA或0～10 mA的電流信號，通過DCU的模擬量輸入通道AI即接入計算機。

·排煙含氧量：目前較多采用氧化鋯傳感器，可以對0.1%～21%范圍內(nèi)的高溫氣體的含氧量實現(xiàn)較精確的測量，其輸出通過變送器后亦可轉(zhuǎn)換為4～20mA或0～10 mA電流信號。

·空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度：同上述測溫方法。

·爐膛、對流受熱面進出口、省煤器出口、空氣預(yù)熱器出口、除塵器出口煙氣壓力：測點可根據(jù)具體要求增減，一般采用膜盒式或波紋管式微壓差傳感器，再通過相應(yīng)的變送器變?yōu)?～20mA或0～10 mA電流信號，接入DCU的AI通道。

·一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)壓，空氣預(yù)熱器前后壓差：測量方法同上。

·擋煤板高度測量：通過專門的機械裝置將其轉(zhuǎn)換為電阻信號，再變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，送入DCU的AI通道。

·供水溫度及產(chǎn)熱量：由水系統(tǒng)的DCU測出后通過通訊系統(tǒng)送來。

燃燒系統(tǒng)需要控制調(diào)節(jié)的裝置為：

·爐排速度：由可控硅調(diào)壓，改變直流電機轉(zhuǎn)速

·擋煤板高度：控制電機正反轉(zhuǎn)，通過機械裝置帶動擋板運動

·鼓風(fēng)機風(fēng)量：調(diào)鼓風(fēng)機各風(fēng)室風(fēng)閥或通過變頻器調(diào)風(fēng)機轉(zhuǎn)速

·引風(fēng)機風(fēng)量：調(diào)引風(fēng)機風(fēng)閥或通過變頻器高風(fēng)機轉(zhuǎn)速

為了監(jiān)測上述調(diào)節(jié)裝置是否正常動作，還應(yīng)配置適當(dāng)?shù)氖侄螠y試上述調(diào)節(jié)裝置的實際狀態(tài)。爐排速度和擋煤板高度可通過適當(dāng)?shù)臋C械機構(gòu)結(jié)合霍爾元件等位置探測傳感器來實現(xiàn)，風(fēng)機風(fēng)量的調(diào)節(jié)則可以通過風(fēng)閥的閥位反饋信號或變頻器的頻率輸出信號得到。

燃燒過程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護，啟停過程控制，正常的燃燒過程調(diào)節(jié)三部分。

·事故保護：這主要是由于某種原因造成循環(huán)水停止或循環(huán)量過小，以及鍋爐內(nèi)水溫太高，出現(xiàn)汽化。此時最重要的是恢復(fù)水的循環(huán)，同時制止?fàn)t膛內(nèi)的燃燒。這就需要停止給煤，停止?fàn)t排運行。停止鼓風(fēng)機，引風(fēng)機。DCU接收水溫超高的信號后，就應(yīng)立即進入事故處理程序，按照上述順序停止鍋爐運行，并響鈴報警，通知運行管理人員，必要時還可通過手動補入冷水排除熱水，進行鍋爐降溫。

啟?？刂疲簡狱c火一般都是人工手動進行，但對于間歇運行的鍋爐，封火暫停機和再次啟動的過程則可以由DCU控制自動進行。封火過程為逐漸停止?fàn)t排運動，停掉鼓風(fēng)機，然后停止引風(fēng)機。重新啟動的過程則是開啟引風(fēng)機，慢慢開大鼓風(fēng)機，隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度。

正常運行調(diào)節(jié)：正常運行時的調(diào)節(jié)主要是使鍋爐出口水溫度維持在要求的設(shè)定值，同時達到高燃燒效率，低排煙溫度，并使?fàn)t膛內(nèi)保持負(fù)壓。這時作為參照的測量參數(shù)有爐膛內(nèi)的溫度分布、壓力分布、排煙含水量氧量等。鍋爐的給煤量可以通過爐排速度和擋煤板高度（即煤層厚度）確定，鼓風(fēng)機則可以根據(jù)空氣預(yù)熱器進出口空氣的壓差判斷其相對的變化，此時可以調(diào)整控制量有爐排速度、煤層厚度（調(diào)整擋煤礦板高度）、鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速、各風(fēng)室風(fēng)閥、引風(fēng)機轉(zhuǎn)速或風(fēng)閥。上述各調(diào)節(jié)手段與各可參照的測量參數(shù)都不是單一的對應(yīng)關(guān)系，因此很難用如PID算法之類的簡單控制調(diào)節(jié)算法。目前，控制調(diào)節(jié)效果較好的大都采用"模糊控制"方法或"規(guī)則控制"法，都是根據(jù)大量的人工調(diào)節(jié)運行經(jīng)驗而總結(jié)出的調(diào)節(jié)運行方法。

當(dāng)燃燒充分時，鍋爐的出力主要取決于燃煤量，因此鍋爐出口水溫的控制主要靠爐排速度及煤層厚度來調(diào)節(jié)，煤層厚度與煤種有很大關(guān)系，爐膛內(nèi)燃燒狀況可以通過爐膛內(nèi)溫度分布及煤層風(fēng)阻來確定。燃燒充分時爐膛內(nèi)中部溫度最高，爐排尾部距擋渣器前煤已燃盡，溫度降低。鼓風(fēng)機則應(yīng)根據(jù)進煤量的增減而增減送風(fēng)量，同時通過觀測排煙的含氧量最終確定風(fēng)量是否適宜。引風(fēng)機則可根據(jù)爐膛內(nèi)負(fù)壓狀態(tài)決定運行狀態(tài)，維持爐內(nèi)微負(fù)壓，從而既保證煤的充分燃燒，又不會使煙氣和火焰外溢。根據(jù)如上分析，可采用如下調(diào)節(jié)規(guī)則：

每h一次，根據(jù)爐膛內(nèi)溫度分布調(diào)整煤層厚度及爐排速度，最高溫度點后移，則將爐排速度降低5%，同時將擋煤板提高5%，當(dāng)最高溫度點前移時，則將爐排速度提高5%，同時將擋煤板降低5%。

每2h一次：若出水溫度高于設(shè)定值2℃以上，則將爐排速度降低5%，若出水溫度低于設(shè)定值2℃以上，則將爐排速度加大5%，加大和減小爐排速度的同時，還要相應(yīng)地將鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速開大或減小。當(dāng)采用風(fēng)閥調(diào)整鼓風(fēng)量時，則調(diào)閥，觀察空氣預(yù)熱器前后壓差使此壓差增大或減少10%。

每15min一次：若排煙含氧量高于高定值，則適當(dāng)減少鼓風(fēng)同風(fēng)量（降低轉(zhuǎn)速或關(guān)小風(fēng)閥），若低于高定值，則增加鼓風(fēng)機風(fēng)量。

每15min一次：若爐膛負(fù)壓值偏?。ɑ蜃?yōu)檎龎海?，加大引風(fēng)機轉(zhuǎn)速或開大風(fēng)閥，若負(fù)壓值偏大，則降低引風(fēng)機風(fēng)量。

以上調(diào)節(jié)規(guī)則中，所謂"合理的爐膛溫度分布"取決于鍋爐形式及測溫傳感器安裝位置，需通過具體運行實測分析后，給出"合理"，"最高溫度前移"，"最高溫度后移"的判據(jù)，然后將其再寫入DCU控制邏輯中。同樣，排煙含氧量的設(shè)定值，含氧量出現(xiàn)偏差時對鼓風(fēng)機風(fēng)量的修正等參數(shù)也需要在鍋爐試運行后，根據(jù)實際情況摸索，逐步確定。當(dāng)然這幾個修正量參數(shù)也可以在運行過程中通過所謂"自學(xué)習(xí)"的方法得到，在這里不做過多的討論。

5．1．2 鍋爐房水系統(tǒng)的監(jiān)測控制

鍋爐房水系統(tǒng)的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證系統(tǒng)的安全性；對運行參數(shù)進行計量和統(tǒng)計；根據(jù)要求調(diào)整運行工況。

·安全性保證：保證主循環(huán)泵的正常運行和補水泵的及時補水，使鍋爐中循環(huán)水不會中斷，也不會由于欠壓缺水而放空。這是鍋爐房安全運行的最主要的保證。

·計量和統(tǒng)計：測定供回水溫度和循環(huán)水量，以得到實際的供熱量；測定補水流量，以得到累計補水量。供熱量及補水量是考查鍋爐房運行效果的主要參數(shù)。

·運行工況調(diào)整：根據(jù)要求改變循環(huán)水泵運行臺數(shù)或改變循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整循環(huán)流量，以適應(yīng)供暖負(fù)荷的變化，節(jié)省運行電費。

圖5-2為由2臺熱水鍋爐、4臺循環(huán)水泵構(gòu)成的鍋爐房水系統(tǒng)示意圖。圖中還給出建議的測量元件和控制元件。

2臺鍋爐的熱水出口均安裝測溫點，從而可了解鍋爐出力狀況。為了了解每臺鍋爐的流量，最好在每臺鍋爐入口或出口安裝流量計，一般可采用渦街式流量計。渦街式流量計投資較高，可以按照圖5-2那樣在鍋爐入口調(diào)節(jié)閥后面安裝壓力傳感器，根據(jù)測出的壓力p3，p4與鍋爐出口壓力p1之壓差，也可以間接得到2臺鍋爐間的流量比例。2臺鍋爐入口分別安裝電動調(diào)節(jié)閥來調(diào)整流量，可以使在2臺鍋爐都運行時，流量分配基本一致，而當(dāng)?shù)拓?fù)荷工況下1臺鍋爐停止或封火，循環(huán)水泵運行臺數(shù)也減少時，自動調(diào)節(jié)流量分配，使運行的鍋爐通過總流量的90%以上，封火的鍋爐僅通過總流量的5%～10%，僅維持其不至于過熱。

圖5-2 鍋爐房水系統(tǒng)原理及其測控點

溫度傳感器t3，t4，t5和流量傳感器F1一起構(gòu)成對熱量的計量。用戶側(cè)供暖熱量為，GF1cp(t3-t4)，其中GF1為用流量F1測出的流量。鍋爐提供的熱量則為GF1cp(t3-t5)，二者之差是用于加熱補水所需要的熱量。長期記錄此熱量并經(jīng)常對其作統(tǒng)計分析，與煤耗量比較，既可檢查鍋爐效率的變化，及時發(fā)現(xiàn)鍋爐可能出現(xiàn)的問題，與外溫變化情況相比較，則又可以了解管網(wǎng)系統(tǒng)的變化及供熱系統(tǒng)的變化，從而為科學(xué)地管理供暖系統(tǒng)的運行提供依據(jù)。

泵1～4為主循環(huán)泵。壓力傳感器p1，p2則觀測網(wǎng)路的供回水壓力。安裝4臺泵時的一般視負(fù)荷變化情況同時運行2臺或3臺水泵，留1臺或2臺備用。用DCU控制和管理這些循環(huán)水泵時，如前幾講所述，不僅要能夠控制各臺泵的啟停，同時還應(yīng)通過測量主接觸器的輔助觸點狀態(tài)測出每臺泵的開停狀態(tài)。這樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺泵由于故障而突然停止運行時，DCU即可立即啟動備用泵，避免出現(xiàn)因循環(huán)泵故障而使鍋爐中循環(huán)水停止流動的事故。流量傳感器F1也是觀察循環(huán)水是否正常的重要手段。當(dāng)外網(wǎng)由于某種原因關(guān)閉，盡管循環(huán)水泵運行，但流量可以為零或非常小，此時也應(yīng)立即報警，通過計算機使鍋爐自動停止，同時由運行值班人員立即手動開啟鍋爐的旁通閥V4，恢復(fù)鍋爐內(nèi)的水循環(huán)。

泵5，6與壓力測量裝置p2，流量測量裝置F2及旁通閥V3構(gòu)成補水定壓系統(tǒng)，當(dāng)p2壓力降低時，開啟一臺補水泵向系統(tǒng)中補水，待p2升至設(shè)定的壓力值時，停止補水。為防止管網(wǎng)系統(tǒng)中壓力波動太大，當(dāng)未設(shè)膨脹水箱時，還可設(shè)置旁通閥V3來維持壓力的穩(wěn)定。長期使一臺補水泵運行，通過調(diào)整閥門V3來維持壓力p2不變。補水泵5，6也是互為備用，因此DCU要測出每臺泵的實際啟停狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運行的泵突然停止或需要啟動的泵不能啟動時，立即啟動另一臺泵，防止系統(tǒng)因缺水而放空。流量計F2用來計算累計的補水量，它可以是渦街流量計，也可以采用通常的冷水水表，或有電信號輸出的水表。

5．1．3 鍋爐房的中央管理機

如圖5-1所示，可采用一臺中央管理計算機與各臺DCU連接，協(xié)調(diào)整個鍋爐房及熱網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)與管理。中央機主要工作任務(wù)為：

·通過圖形方式顯示燃燒系統(tǒng)、水系統(tǒng)及外網(wǎng)系統(tǒng)的運行參數(shù)，記錄和顯示這些參數(shù)的長期變化過程，統(tǒng)計分析耗熱量、補水量、外溫及供回水溫度的變化。

·根據(jù)外溫變化情況，預(yù)測負(fù)荷的變化，從而確定供熱參數(shù)，即循環(huán)水量及泵的開啟臺數(shù)、供水溫度、鍋爐運行臺數(shù)。將這些決定通知相應(yīng)的DCU產(chǎn)生相應(yīng)原操作或修改相應(yīng)的設(shè)定值。負(fù)荷的預(yù)測可以根據(jù)測出的以往24h的平均外溫

w來確定：

(5-1)

式中為Q0設(shè)計負(fù)荷，t0為設(shè)計狀態(tài)下的室外溫度，Q為預(yù)測出的負(fù)荷。考慮到建筑物和管網(wǎng)系統(tǒng)的熱慣性，采用時間序列的方法來預(yù)測實際需要的負(fù)荷，可能要更準(zhǔn)確些。

式（5-1）中的負(fù)荷盡管每h計算一次，但由于是取前24h的平均外溫，因此它隨時間變化很緩慢。每hQ的變化ΔQ僅為：

（5-2）

其中t w，τ - tw，τ-24為兩天間同一時刻溫度之差，一般不會超過5℃，因此ΔQ的變化總是小于Q的1%，所以不會引起系統(tǒng)的頻繁調(diào)節(jié)。

根據(jù)預(yù)測的負(fù)荷可以確定鍋爐的開啟臺數(shù)Nb：Nb≥Q/ q0，其中q0為每臺鍋爐的最大出力。由此還可確定循環(huán)水泵的開啟臺數(shù)。

要求的總循環(huán)量G=max（Q/(Δt·cp）Cmin)，其中Gmin為不產(chǎn)生垂直失調(diào)時要求的最小系統(tǒng)流量，Δt為設(shè)定的供回水溫差。由于多臺泵并聯(lián)時，總流量并非與開啟臺數(shù)成正比，因此可預(yù)先在計算機中預(yù)置一個開啟臺數(shù)成正比，因此可預(yù)先在計算機中預(yù)置一個開啟臺數(shù)與流量的關(guān)系對應(yīng)表，由此可求出要求的運行臺數(shù)。

·分析判斷系統(tǒng)出現(xiàn)的故障并報警。鍋爐及鍋爐房可能出現(xiàn)的故障及由計算機進行判斷的方法為：

--水冷壁管或?qū)α鞴鼙苁鹿?此時補水量迅速增加，爐膛內(nèi)溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內(nèi)溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內(nèi)壓力迅速由負(fù)壓變?yōu)檎龎骸?/p>

--水側(cè)升溫汽化事故 此時鍋爐熱水出口溫度迅速提高，接近達到或超過出口壓力對應(yīng)的飽和溫度。

--鍋爐內(nèi)壓力超壓事故測出水側(cè)壓力突然升高，超過允許的工作壓力；

--管網(wǎng)漏水嚴(yán)重 測了水側(cè)壓力降低，補水量增大；

--鍋爐內(nèi)水系統(tǒng)循環(huán)不良 測出總循環(huán)水量GF1減少很多，壓差p3-p1或p4-p1加大；

--除污器堵塞 測出總循環(huán)水量GF1減少，當(dāng)閥門V1、V2全開時壓差p3-p2、p4-p2仍偏小，說明壓力傳感器p2的測點至循環(huán)水泵入口間的除污器的堵塞。

--爐排故障 測出的爐排運動速度與設(shè)定值有較大差別；

--引風(fēng)機、鼓風(fēng)機、水泵故障 相應(yīng)的主接觸器跳閘，或所測出的空氣壓差或水循環(huán)流量與風(fēng)機、水泵的設(shè)計狀況有較大出入。

利用計算機根據(jù)上述規(guī)則及實測運行參數(shù)不斷進行分析判斷，即可及時發(fā)現(xiàn)上述事故或故障，并立即采取報警和停爐等相應(yīng)的措施，從而防止事故的進一步擴大或故障轉(zhuǎn)化為事故，提高運行管理的安全性。

5．2 蒸汽-水和水-水換熱站的監(jiān)測與控制

對于利用大型集中鍋爐房或熱電廠作為熱源，通過換熱站向小區(qū)供熱的系統(tǒng)來說，換熱站的作用就同上一節(jié)的供暖鍋爐房一樣，只是用熱交換器代替了熱水鍋爐。

圖5-3為蒸汽-水換熱站的流程及相應(yīng)的測控制元件。水側(cè)與圖5-2一樣，控制泵5、6及閥V2根據(jù)p2的壓力值補水和定壓；啟停泵1～4來調(diào)整循環(huán)水量；由t2，t3及流量測量裝置F1來確定實際的供熱量。與鍋爐房不同的是增加了換熱器、凝水泵的控制以及蒸汽的計量。

圖5-3 蒸汽-水換熱站的測量與控制

蒸汽計量可以通過測量蒸汽溫度t1、壓力p3和流量F3實現(xiàn)，F(xiàn)3可以選取用渦街流量計測量，它測出的為體積流量，通過t1和p3由水蒸氣性質(zhì)表可查出相應(yīng)狀態(tài)下水蒸氣的比體積ρ，從而由體積流量換算出質(zhì)量流量。為了能由t和p查出比體積，要求水蒸氣為過熱蒸汽。為此將減壓調(diào)節(jié)閥移至測量元件的前面，如圖5-3中所示，這樣即使輸送來的蒸汽為飽和蒸汽，經(jīng)調(diào)節(jié)閥等焓減壓后，也可成為過熱蒸汽。

實際上還可以通過測量凝水量來確定蒸汽流量。如果凝水箱中兩個液位傳感器L1、L2靈敏度較高，則可在L2輸出無水信號后，停止凝水排水泵，當(dāng)L2再次輸出有水信號時，計算機開始計時，直到L1發(fā)出有水信號時，計時停止，同時啟動凝水泵開始排水。從L2輸出有水信號至L1開始輸出有水信號間的流量可以用重量法準(zhǔn)確標(biāo)定出，從而即可通過DCU對這兩個水位計的輸出信號得到一段時間內(nèi)的蒸汽平均質(zhì)量流量，代替流量計F3，并獲得更精確的測量。當(dāng)然此處要求液位傳感器L1、L2具有較高靈敏度。一般如浮球式等機械式液位傳感器誤差較大，而應(yīng)采取如電容式等非直接接觸的電子類液位傳感器。

加熱量由蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)閥V1控制。此時V1實際上是控制進入換熱器的蒸汽壓力，從而決定了冷凝溫度，也就確定了傳熱量。為改善換熱器的調(diào)節(jié)特性，可以根據(jù)要求的加熱量或出口水溫確定進入加熱器的蒸汽壓力的設(shè)定值。調(diào)整閥門V1使出口蒸汽壓力p3達到這一設(shè)定值。與直接根據(jù)出口水溫調(diào)整閥門的方式相比，這種串級調(diào)節(jié)的方式可獲得更好的調(diào)節(jié)效果。

供水溫度t3的設(shè)定值，循環(huán)泵的開啟臺數(shù)或要求的循環(huán)水量的確定，可以同上一節(jié)一樣，根據(jù)前24h的外溫平均值查算供熱曲線得到要求的供熱量，并算出要求的循環(huán)水量。供水溫度的設(shè)定值t3，set可由調(diào)整后測出的循環(huán)水量G、要求的熱量Q及實測回水溫度t2確定：

t3，set = t2+Q/（cp·G）

隨著供水溫度t3的改變，t2也會緩慢變化，從而使要求的供水溫度同時相應(yīng)地改變，以保證供出的熱量與要求的熱量設(shè)定值一致。

對于一次網(wǎng)為熱水的水-水換熱站，原則上可以按照完全相同的方式進行，如圖5-4。取消二次供水側(cè)的流量計F1，僅測量高溫?zé)崴畟?cè)的流量F3，再通過即可和到二次側(cè)的循環(huán)水量，一般高溫水溫差大，流量小，因此將流量計裝在高溫側(cè)可降低成本。測量高溫水側(cè)供回水壓力p3、p4可了解高溫側(cè)水網(wǎng)的壓力分布狀況，以指導(dǎo)高溫側(cè)水網(wǎng)的調(diào)節(jié)。

圖5-4 水-水換熱站的測量與控制

調(diào)整電動閥門V1改變高溫水進入換熱器的流量，即可改變換熱量。可以按照前述方法確定二次側(cè)供水溫設(shè)定值，由V1按此設(shè)定值進行調(diào)節(jié)。在實際工程中，高溫水網(wǎng)側(cè)的主要問題是水力失調(diào)，由于各支路通過干管彼此相連，一個熱力站的調(diào)整往往會導(dǎo)致鄰近熱力站流量的變化。另外，高溫水側(cè)管網(wǎng)總的循環(huán)水量也很難與各換熱站所要求的流量變化相匹配，于是往往造成外溫降低時各換熱站都將高溫側(cè)水閥V1開大，試圖增大流量，結(jié)果距熱源近的換熱站流量得到滿足，而距熱源遠(yuǎn)的換熱站流量反而減少，造成系統(tǒng)嚴(yán)重的區(qū)域失調(diào)。解決這種問題的方法就是采用全網(wǎng)的集中控制，由管理整個高溫水網(wǎng)的中央控制管理計算機統(tǒng)一指定各熱力站調(diào)節(jié)閥V1的閥位或流量，各換熱站的DCU則僅是接收通過通訊網(wǎng)送來的關(guān)于調(diào)整閥門V1的命令，并按此命令進行相應(yīng)的調(diào)整。高溫水側(cè)面管網(wǎng)的集中控制調(diào)節(jié)。將在一下節(jié)中詳細(xì)介紹。

5．3 小區(qū)熱網(wǎng)的監(jiān)測與調(diào)節(jié)

小區(qū)熱網(wǎng)指供暖鍋爐房或換熱站至各供暖建筑間的管網(wǎng)的監(jiān)測調(diào)節(jié)。小區(qū)熱網(wǎng)的主要問題也是冷熱不均，有些建筑或建筑某部分流量偏大，室內(nèi)過熱，而另一些建筑或建筑的另一部分卻由于流量不足而偏冷。這樣，計算機系統(tǒng)的中心任務(wù)就是掌握小區(qū)各建筑物的實際供暖狀況，并幫助維護人員解決冷熱不均問題。

測量各戶室溫是對供暖效果最直接的觀測，但實際系統(tǒng)中尤其是對住宅來說，很難在各房間安裝溫度傳感器。比較現(xiàn)實的方法就是測量回水溫度，根據(jù)各支路回水溫度的差別，就可以估計出各支路所負(fù)責(zé)建筑平均室溫的差別。如果各支路回水溫度調(diào)整到相同值，就意味著各支路所帶散熱器的平均溫度彼此相同，因此可以認(rèn)為室溫也基本相同。一般住宅的回水溫度測點可選在建筑熱入口中的回水管上。對于大型建筑，可選在設(shè)備夾層中幾個主要支路的回水干管上。

要解決冷熱不均問題就需要對系統(tǒng)的流量分配進行調(diào)整，在各支路上都安裝由計算機進行自動調(diào)節(jié)的電動調(diào)節(jié)閥成本會很高，同時一旦各支路流量調(diào)節(jié)均勻，在無局部的特殊變化時，系統(tǒng)應(yīng)保持冷熱均勻的狀態(tài)，不需要經(jīng)常調(diào)整。因此可以在各支路上安裝手動調(diào)節(jié)閥，通過計算機監(jiān)測和指導(dǎo)與人工手動調(diào)節(jié)相配合的方法實現(xiàn)小區(qū)供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和管理。為便于人工手動調(diào)節(jié)，希望各支路的調(diào)節(jié)閥有較準(zhǔn)確的開度指示。目前國內(nèi)推廣建研院空調(diào)所等幾個單位研究開發(fā)流量調(diào)配閥，有準(zhǔn)確的閥位指示，閥位可鎖定，并提供較準(zhǔn)確的閥位-阻力特性曲線，采用這種閥門將更易于計算機指導(dǎo)下的人工調(diào)節(jié)。

根據(jù)上述討論，計算機系統(tǒng)要測出各支路的回水溫度，并將其統(tǒng)一送到供暖小區(qū)的中央管理計算機中進行顯示、記錄和分析。測出這些回水溫度的方法有如下兩種方式：

集中十余個回水溫度測點設(shè)置1臺DCU。此DCU僅需要溫度測量輸入通道。再通過專門鋪設(shè)的局部網(wǎng)或通過調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過電話線與小區(qū)的中央管理聯(lián)接。當(dāng)這十幾個溫度相互距離較遠(yuǎn)時，溫度傳感器至DCU之間的電纜的鋪設(shè)有時就有較大困難，溫度信號的長線傳輸亦會有一些干擾等影響。這種方式僅在建筑物較集中、每一組聯(lián)至一臺DCU的測溫點相距不太遠(yuǎn)時適用。

采用內(nèi)部裝有單片機的智能式溫度傳感器，可以連接通訊網(wǎng)通訊或通過調(diào)制解調(diào)器搭用電話線連至中央管理計算機。這樣，可以在距測點最近的樓道墻壁上掛上一臺帶有調(diào)制解調(diào)器的溫度變送器，通過一根電纜接至回水管上的溫度傳感器，再通過一根電纜搭接鄰近電話線。目前這類設(shè)備每套價格可在1000～1500元人民幣之間。如果每1000～3000m2建筑安裝一個回水溫度測點，則平均每m2供暖建筑投資在0.50～1元間。

小區(qū)的中央管理計算機采集到各點的回水溫度后，可在屏幕上通過圖形方式顯示，使運行管理人員對當(dāng)時的供熱狀況一目了然。還可根據(jù)各支路間回水溫度的差別計算各支路閥門需要的調(diào)整量。對于一般的帶有閥位指示的調(diào)節(jié)閥，這種分析只能采用某種基于經(jīng)驗的規(guī)則判斷法，下面為其一例：

找出溫度最高的10%支路的平均溫度max，溫度最低的10%支路和的平均溫度min，全網(wǎng)平均回水溫度。

若max - min

若max - >2℃，將溫度最高的10%支路閥門都關(guān)小，與相比溫度每高1℃關(guān)小3%5～%；

若max -

根據(jù)上面的分析結(jié)果，計算機顯示并打印出需要調(diào)節(jié)的支路及其調(diào)節(jié)量。運行管理人員根據(jù)計算機的輸出結(jié)果到現(xiàn)場進行手動調(diào)節(jié)。在供暖初期每3天左右進行一次這種調(diào)節(jié)。一般經(jīng)過6～8次即可使一個小區(qū)基本實現(xiàn)均勻供熱。

采用流量調(diào)配閥時可以使調(diào)節(jié)效率更高，效果更好。此時需要將現(xiàn)場各流量調(diào)配閥的實際開度、流量調(diào)配閥的開度-阻力特性性能曲線及小區(qū)管網(wǎng)的連接關(guān)系圖輸入中央管理計算機，有專門的算法可以根據(jù)調(diào)整閥門后回水溫度的變化情況識別出管網(wǎng)的阻力特性及熱用戶的熱力特性，從而可較準(zhǔn)確地給出各流量調(diào)本閥需要調(diào)整的開度[4] ，每次調(diào)整后，調(diào)整人員需將實際上各調(diào)節(jié)閥的調(diào)整程度輸入計算機。計算機進而計算了下一次需要的調(diào)整量，像這樣一次高速可間隔2～5d。模擬分析與實驗結(jié)果表明，一般只要進行3～4次調(diào)節(jié)，即可使各支路的回水溫度調(diào)整到相互間差值都在3℃以內(nèi)，實現(xiàn)較好的均勻供熱[8] 。

目前，許多供熱公司和有關(guān)管理部門開始提出裝設(shè)熱量計，以按照實際供熱量收供暖費，各種采用單片計算機的熱量計相應(yīng)出臺。這種熱量計多是由一臺轉(zhuǎn)子式流量計和兩臺溫度傳感器配一臺單片計算機構(gòu)成。轉(zhuǎn)子式流量計每流過一個單元流量即發(fā)出一個脈沖，由單片機測出此脈沖，得到流量，再乘以當(dāng)時測出的供回水溫差，即可行到相應(yīng)的熱量，由單片要對此熱量值進行累計和其它統(tǒng)計分析就成為熱量計。目前的單片機稍加擴充就可以具有通訊功能，通過調(diào)制解調(diào)器將它與電話線連接，就能實現(xiàn)熱量計與小區(qū)供暖的中央管理機通訊。這樣，不但各用戶的用熱量能夠及時在中央管理機中反映，各用戶的回水溫度狀況還能隨時送到中央管理計算機中，從而可以對網(wǎng)的不平衡發(fā)問進行分析，給出熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)方案。這樣，將熱量計、通訊網(wǎng)與小區(qū)中央管理計算機三者結(jié)合，就可以全面實施小區(qū)熱網(wǎng)的熱量計量、統(tǒng)計與管理、運行調(diào)節(jié)分析三部分功能，較好地解決小區(qū)熱網(wǎng)的運行、管理與調(diào)節(jié)。

5．4 熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供熱網(wǎng)的計算機監(jiān)控管理

熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供熱網(wǎng)可以分成兩部分：熱源至各熱力站間的一次網(wǎng)，熱力站至各用戶建筑的二次網(wǎng)。后者的控制調(diào)節(jié)已在前幾節(jié)討論，本節(jié)討論熱源至各熱力站間的一次網(wǎng)的監(jiān)控管理。

一次網(wǎng)有蒸汽網(wǎng)和熱水網(wǎng)兩種形式，對于蒸汽網(wǎng)，各熱力站為前面討論過的蒸汽-熱水換熱站，一次網(wǎng)的管理主要是各熱力站蒸汽用量的準(zhǔn)確計量，這在前面也已討論。下面主要研究熱水網(wǎng)的監(jiān)測控制調(diào)節(jié)。

若忽略熱網(wǎng)本身的慣性，則系統(tǒng)各時刻和熱力站換熱量之和總是等于熱源供出的總熱量，此外各熱力站一次網(wǎng)循環(huán)水量之和又總是等于熱源循環(huán)泵的流量，不論是冷凝式、抽汽式還是背壓式熱電廠，其輸出到熱網(wǎng)的熱量都不是完全由各熱力站的調(diào)節(jié)決定，而是由熱電廠本身的調(diào)節(jié)來決定，取決于進入蒸汽-水換熱器的蒸汽量。由于熱電廠控制調(diào)節(jié)輸出熱量時很難準(zhǔn)確了解各熱力站對熱量的需求，同時還要兼顧發(fā)電的要求，不能完全根據(jù)各熱力站需要的熱量調(diào)整，于是熱源供出的熱量就很難與各熱力站實際需求的熱量之和一致，這樣，就導(dǎo)致控制調(diào)節(jié)上的一些矛盾。

為簡單起見，假設(shè)熱電廠向蒸汽-水加熱器送入固定的蒸汽量Q0，如圖5-5，若此熱量大于各熱力站需要的熱量，則各熱力站二次側(cè)調(diào)節(jié)紛紛關(guān)小。以減小流量。由此使總流量相應(yīng)減少，導(dǎo)致供回水溫差加大。如果電廠維持蒸汽量Q0不變則各熱力站調(diào)節(jié)閥的關(guān)小并不能使總熱量減少，而只是根據(jù)網(wǎng)的特性及各熱力站調(diào)節(jié)特性的不同，有的熱力產(chǎn)流量減少的多，使得供熱量有所減少；有的熱力站流量減少的幅度小，則供熱量反而電動閥加。同樣，如果Q0小于各熱力站需要的總熱量時，各熱力站的調(diào)節(jié)閥紛紛開大，使流量增加，由此導(dǎo)致供回水溫差減小。熱力站1，2可能由于熱量增大的幅度大于水溫降低的幅度，供熱量的需求得以滿足，但由于流量增大，泵的壓力降低，干管壓降又減小，導(dǎo)致3，4的資用壓頭大幅度下降，閥門開大后，流量也增加不多，甚至還要下降，這樣，供熱量反而減少。由此可見在這種情況下各熱力站對一次側(cè)閥門的調(diào)節(jié)實際是對各熱力站之間的熱量分配比例的調(diào)節(jié)，而不是對熱量的調(diào)節(jié)，如果各熱力站都是這樣獨立地根據(jù)自己小區(qū)的供熱需求進行調(diào)節(jié)，而熱電廠又不做相應(yīng)的配合，則整個熱網(wǎng)不可能調(diào)整控制好。實際上熱電廠也會進行一些相應(yīng)的調(diào)節(jié)，例如發(fā)現(xiàn)t供升高時會減少蒸汽量，t供降低時會增加蒸汽量，但Q0總是不可能時刻與各熱力站總的需求量一致，上述矛盾是永遠(yuǎn)存在的。

圖5-5 熱電廠與各熱力站之間的平衡

因此，就不宜對各個熱力站按照第5.1、5.2節(jié)中的討論的，根據(jù)外溫獨立調(diào)節(jié)。既然各熱力站一次側(cè)閥門的調(diào)節(jié)只解決熱量的分配比例，那么對它們的調(diào)節(jié)亦應(yīng)該根據(jù)對熱量的分配比例來調(diào)節(jié)。一種方式是如果認(rèn)為供熱量應(yīng)與供熱面積成正比，則測出每個熱力站的瞬時供熱量，根據(jù)各熱力站的供熱面積，計算每個熱力站的單位面積q。對q偏大的熱力站關(guān)小調(diào)節(jié)閥，對q偏小的則開大調(diào)節(jié)閥，這樣不斷修正，直至各熱力站的 q相同為止。再一種方式則是認(rèn)為各散熱器內(nèi)的平均溫度相同，房間的供熱效果就相同。由于散熱器的平均溫度等于二次側(cè)的供回水平均溫度，因此可以各熱力站二次側(cè)供回水平均溫度調(diào)整成一致目標(biāo)，統(tǒng)一確定熱力站二次側(cè)供回水平均溫度的設(shè)定值，根據(jù)此設(shè)定值與實測供回水平均溫度確定開大或關(guān)小一次側(cè)調(diào)節(jié)閥。按照這一思路，對各熱力站的調(diào)節(jié)以達到熱量的平均分配為目的，以實現(xiàn)均勻供熱。熱電廠再根據(jù)外溫變化，統(tǒng)一對總的供熱量進行調(diào)整，以保證供熱效果并且不浪費熱量。由于整個熱網(wǎng)所供應(yīng)的建筑物效果并不浪費熱量。由于整個熱網(wǎng)所供應(yīng)的建筑物均處在同一外溫下，因此，一旦系統(tǒng)調(diào)整均勻，對各熱和站調(diào)節(jié)閥的調(diào)整很少，熱源的總的供熱以數(shù)隨外溫改變，各熱力站的調(diào)節(jié)閥則不需要隨外溫而變化，只當(dāng)小區(qū)二次系統(tǒng)發(fā)生一些變化時才需要進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

要實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)方式，就必須對全網(wǎng)各熱力站的調(diào)節(jié)閥實行集中統(tǒng)一的控制調(diào)節(jié)?？梢栽诿總€熱力站設(shè)一臺DCU現(xiàn)場控制機，測量一、二次側(cè)的水溫、壓力、流量及二次側(cè)循環(huán)泵狀態(tài)，并可控制一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥。通過通訊網(wǎng)將各熱力站連至中央管理計算機。由于熱力站分布范圍很大，通訊距離較過遠(yuǎn)，這時的通訊可通過調(diào)制解調(diào)器搭用電話線，也可以隨著供熱干管同時埋設(shè)通訊電纜，使用雙絞線按照電流環(huán)方式通訊。中央管理機不斷采集各熱力站發(fā)送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發(fā)送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發(fā)送來的實測溫度的設(shè)定值與和各熱力站實測值的比較，直接命令各熱力站DCU開大/關(guān)小電動調(diào)節(jié)閥。各熱力站二次側(cè)回水溫度的變化是一慣性很大且緩慢的過程，因此應(yīng)采有0.5～1h以上的時間步長進行調(diào)節(jié)，以防止振蕩。

除對熱網(wǎng)工況進行高速外，計算機控制系統(tǒng)還應(yīng)為保證系統(tǒng)的安全運行做出貢獻。當(dāng)熱力站采用直連的方式，不使用熱交換器時，最常見的事故就是管道內(nèi)超壓導(dǎo)致散熱器脹裂，DCU可直接監(jiān)視用戶的供回水管壓力，發(fā)現(xiàn)超壓立即關(guān)閉供水閥，起到保護作用。無論直連還是間連網(wǎng)，另一類嚴(yán)重的事故就是一次網(wǎng)漏水。嚴(yán)重的管道漏水如不能及時發(fā)現(xiàn)并切斷和修復(fù)，將嚴(yán)重影響供熱系統(tǒng)和熱電廠的運行。根據(jù)各熱力站DCU監(jiān)測的一次網(wǎng)供回水壓力分布，還可以從其中的突然變化判斷漏水事故及其位置，這對提高熱網(wǎng)的安全運行有十分重要的意義，這類系統(tǒng)壓力分析與事故判斷的工作應(yīng)屬于中央管理機的工作內(nèi)容。

5．5 參考文獻

1 溫麗，鍋爐供暖運行技術(shù)與管理，北京：清華大學(xué)出版社，1995。

2 陸耀慶主編，實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993。

3 李祚啟，集中供熱管理微機自控優(yōu)化系統(tǒng)，建設(shè)電子論文選編，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994。

4 江億，集中供熱網(wǎng)控制調(diào)節(jié)策略探討，區(qū)域供熱，1997，（2）。

5 江億，城市集中供熱網(wǎng)的計算機控制和管理，區(qū)域供熱，1995（5）。

6 Yi Jiang， Fault detection and diagnosis in district heating system. Pan-pacific symposium on building and urban environmental conditioning in Asia. Nagoya， Japan， 1995，..