緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇機械與電子論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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2基于CDIO的機電專業實驗教學改革與實踐

2.1培養目標的確定

CDIO的12條標準之一即為以CDIO工程教育為基本環境，強調技術知識和能力的教學實踐要以產品、過程或系統的構思、設計、實施和運行作為工程教育的框架，使學生的基本個人能力、人際交往能力和對產品、過程和系統的構建能力達到專業設定的目標，并且滿足企業對人才的需求。機械電子工程專業培養的是具有機械電子工程專業基礎知識與專業技能，且能在生產一線從事機械電子工程專業產品的設計制造、控制開發、應用研究和生產管理等工作的應用型專門人才。結合CDIO教育理念及機械電子工程專業的培養目標，機電實驗室將以應用型工程師的人才培養目標為主線、以企業對應用型工程師的能力需求為導向、以企業生產一線創新意識和能力的培養為提升來定位實驗教學的能力培養目標。

2.2實驗教學內容

CDIO教學理念注重一體化教學，強調能力培養，同時要求培養計劃的設計做到各學科之間相互支撐。隨著科學技術的發展，機械電子工程專業越來越多的與電氣、控制、通信、材料及系統學等學科進行交叉。因此，實驗教學特別重視基礎訓練、拓寬專業，重視綜合實踐性以及系統設計開發能力和創新能力的培養，合理構建實驗教學內容。

1）加強原有的專業基礎類實驗，開設課程三級項目。

機械電子工程專業方向的課程設置主要包括三大知識模塊：機械設計及制造知識模塊、強電知識模塊、弱電知識模塊，所涉及專業課程繁多，倘若側重理論教學而忽視學生的實際動手操作，則容易出現理論知識與實際應用脫離、學生感到學習枯燥的現象。所以，需要加強原有的專業基礎類實驗教學的同時，針對一門或兩門課程設計三級項目，將實驗融入到三級項目中，學生可以根據項目需要自行設計實驗方案，這種基于項目的學習，改革了枯燥無味的呆板實驗，給學生創造了更多動手動腦的機會，加深了對課堂理論知識的理解應用。

2）結合工程實際設計實驗內容。

隨著現代化工業的發展，產品設計技術趨于數字化、信息化和網絡化，生產自動化和智能化程度相當高，機、電、控已成為一個不可分割的有機整體，企業對機電類專業人才的工程能力和創新能力培養提出了更高的要求，培養適應性強且符合市場需求的創新型人才迫在眉睫。因此，機電實驗教學對機電專業工程應用型創新人才的業界需求進行分析，從市場需求出發來培養學生。打破各門課程的界限，拓寬實驗內容范圍，按照對學生綜合創新能力培養的基本要求設計實驗內容，為學生提供一種全新的工程應用教學環境。如結合工程實際，增設機、電、控綜合實驗，使學生學會綜合應用流體傳動、電氣控制、PLC、機械工程測試、傳感技術、嵌入式技術等多門課程的知識，并會使用各種實驗設備儀器。

3）完善機械工程研究實驗平臺，加強理論研究能力的培養。

引入CDIO教育理念后，機電實驗室不斷完善機械工程研究實驗平臺，為學生提供充足的實驗設備和計算機，制定具有綜合性、設計性、應用性及研究性的實驗教學內容，使學生在實驗過程中能夠結合相關技術進行系列理論研究，開發學生創新思維，激發學生探索新的理論知識，鍛煉學生的自學能力、增強學生綜合運用知識的能力，從而培養出具有機械電子工程領域較強實踐操作能力及扎實的理論分析能力的綜合性人才。

2.3實驗教學方法及考核方式

CDIO教育理念提倡基于項目教育和學習的新型教學模式，注重培養學生的工程能力、職業道德、學術知識、運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協作能力、交流能力和大系統掌控能力，從而培養既有過硬的專業技能，又有良好的職業道德的國際化工程師。為此，機電實驗室采取以學生為主體，以教師為主導，知識、能力、素質協調發展的教學方法，發動學生參與實驗教學和管理，培養學生的主人翁精神和意識；采用多方面、多樣化的綜合考核方式，不僅對學生進行考核，還要對實驗教學人員進行考核，各個環節的考核結果相互融合，不僅能夠實現對學生的技術能力、工程素質、交流與溝通能力、團隊協作能力和創新能力的全面考核，也能夠提升教師的技術應用能力，提高技能操作水平，積累工程應用經驗。

2.4實驗教學案例

實驗教學是高校培養人才戰略方案中不可或缺的教學環節,也是培養學生綜合能力的重要環節，以上從培養目標、實驗教學內容、實驗教學方法及考核方式等方面論述了機電實驗室引入CDIO教育理念后所采取的改革措施，下面以機電一體化專業核心項目體系的實施為例，談談機電實驗室引入CDIO教學模式后的教學實踐。該項目以《機電一體化系統設計》、《單片機原理及應用》和《機器人》三門課程為核心設立，包括兩個實施階段，其中在三級項目階段，學生以團隊的方式自主完成以嵌入式計算機（單片機）控制系統為核心的機電一體化產品—智能小車的構思－設計－制作－調試運行；在二級項目階段，學生運用四周時間，進行自主創新研發，自主設計集成一個取料手爪或運料的自動翻轉車廂，將智能小車升級成為移動式的抓取機器人和移動式搬運機器人，通過進行機器人運動控制規劃，控制機器人完成一系列復雜的動作，如手爪張合、車體回轉、智能循跡和避障、協同作業等任務，最終由兩個機器人協作配合完成一次物料的抓取和運送任務。學生自主完成從方案設計、詳細設計、加工制作到集成調試的全過程，最后以分組比賽的方式驗收。

篇（2）

摘要隨著電子技術的發展，相敏軌道電路接收信號處理裝置已逐步實現電子化，以電子接收器代替以前的機械式二元二位繼電器，徹底解決了原繼電器接點卡阻、抗電氣化干擾能力不強、返還系數低等問題。目前廣泛使用的微電子接收器都是使用單片機來處理信息，對輸入信號采用升壓方式進行采樣處理，雖提高了信號強度，但是不利于防止輸入高壓損壞接收器；且每個接收器僅采用單一信號處理通道進行信號分析處理，并由其輸出信號驅動軌道繼電器動作，接收器的安全性、可靠性和抗干擾能力有待提高；另外，現有接收器故障后相關電氣參數不能實時監測；前述不足以影響到軌道電路的整體可靠性和可用性。因此，本文提出了一種基于DSP的新型微電子接收器，以提高微電子接收器的可用性、可靠性及安全性。

關鍵詞電子技術；25Hz軌道電路；接收器

1系統原理

1.1接收器冗余結構

圖1新型微電子接收器（0.5+0.5方案）的冗余結構圖

接收器的冗余結構圖，每臺接收器同時進行兩個軌道區段（區段A和區段B）的軌道電路信號和局部電源信號的處理，相鄰兩個軌道區段可共用兩臺接收器，這兩臺接收器中的任一正常工作，均可正常處理這兩個軌道區段信號，并驅動這兩個軌道區段的后級軌道繼電器動作。如圖1所示，相對于目前的接收器冗余方案，新型微電子接收器的冗余方案可使每個軌道區段節省一個接收器，從而降低建設成本。在接收器冗余結構圖中，當接收器1和接收器2中的某一個發生故障時，若另一個接收器能夠正常工作即可確保軌道區段信號的正常處理；同時可以通過接收器的自檢功能發出報警，提醒維護人員及時更換故障接收器，從而提高軌道電路的整體可用性。

1.2接收器二取二原理

接收器系統內部采用獨立的雙套硬件和雙套軟件，實現一路信號，兩路處理，最終通過安全與門判決，輸出判決結果。當無論是接收器哪一套硬件或軟件出現問題，兩路處理結果不一致時，系統輸出判決都是導向安全的結果。且僅當兩路信號處理的結果完全一致時，安全與門輸出相同結果。

2系統構成

如圖2所示，新型接收器核心處理部分采用雙DSP芯片構成二取二安全結構。主從DSP同時處理軌道電路信號和局部電源信號，分別輸出判決信號；將主從DSP的判決結果進行與運算，如果主從DSP的判決信號不一致，接收器輸出信號將保持軌道繼電器處在落下狀態；只有當主從DSP的判決信號一致且滿足軌道區段空閑條件時，接收器才會輸出驅動軌道繼電器吸起的信號，顯示軌道區段處于空閑狀態；主從DSP任一故障，接收器均不能輸出驅動軌道繼電器吸起的信號，從而提高接收器安全性。

新型接收器電路模塊包括：局部輸入隔離電路、軌道輸入防雷電路、輸入信號采集電路、數據處理電路（DSP芯片）、安全與門電路、輸出控制電路、電源電路、通信電路和顯示與告警電路。

輸入隔離：采用電流互感器將軌道信號和局部信號與后級信號處理模塊進行電磁隔離，隔離變壓器采用降壓方式，當輸入的信號出現大的沖擊或干擾時，通過變壓器進行衰減，加載在后級信號處理電路上的信號將被衰減，對后級信號處理電路起到防護作用。

軌道輸入防雷電路：采取大功率雙向瞬態防雷管，實現對輸入雷電和浪涌的防護。

輸入采集電路：將輸入交流信號的負半周信號抬高到零電平以上，滿足后級單電源工作運放的輸入要求，單電源工作可減小器件功耗。

數據處理電路：把輸入的25Hz軌道和局部模擬信號通過芯片自帶的A/D模數轉換器轉換為數字信號，對轉換后的數字信號進行分析處理，測出軌道輸入的25Hz信號幅值及軌道信號與局部信號的相位差，在主處理器采集從處理器的輸出信號和后級輸出控制電路的輸出信號并經其判斷接收器正常后，再由主處理器控制顯示告警電路，并由主處理器將相關數據通過接收器的通訊電路送監測分機。

安全與門電路：比較主從DSP輸出信號，經安全與門判決二者一致方能向后級輸出控制電路送出有效信號。

輸出控制電路：采用開關電源方式輸出驅動軌道繼電器的直流電壓信號。

通信電路：采用總線方式，向集中監測分機傳送25Hz相敏軌道電路接收器采集到的軌道交流電壓值、相位角和接收器的工作狀態等信息。

顯示與告警電路：顯示接收器自身工作狀態及接收器所處理軌道區段的占用與空閑狀態，顯示接收器DC24V工作電源及局部電源的正常或故障狀態。

3結束語

新型接收器將實現接收器工作狀態和軌道電路電氣參數的實時在線監測，提高運營維護效率，降低維護人員勞動強度，同時，根據新型25Hz相敏軌道電路接收器的功能和特點，可減少現有接收器和軌道架的數量，大量地減少室內配線，初步分析可節約建設成本約20%。

微電子畢業論文范文模板(二)：微電子控制機電設備在工業中的具體應用論文

摘要：在科學技術快速進步的背景下，工業自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術得到了相對廣泛的應用。基于此，本文詳細分析了微電子控制機電設備在工業中的應用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關鍵詞：微電子；機電設備；工業；應用探討

信息技術的發展以及先進電子設備的產生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術是把電工電子技術、機械技術、信息技術、微電子技術、接口技術、傳感器技術、信號變換技術等一系列技術結合，再綜合應用于實際的綜合技術，現代化自動生產設備可以說為機電一體化的設備。微型計算機在機電一體化系統的作用能夠總結成如下三點：第一，直接控制機械工業生產過程；第二，機械工業生產期間加強各物理參數的自動測試，進行測試結果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數或指標；第三，進行機械生產過程的管理與監督。機電一體化系統里微電子控制機電設備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設計硬件系統，怎樣組織軟件開發，怎樣對現有計算機系統等進行維護與使用是相當關鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機電設備系統的組成和原理

在某微電子控制機電系統當中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設備組成的。在控制系統當中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發量等三個變量，接著將數據信號向PLC當中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉，在設計系統的過程中需要與實際情況合理的進行結合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認，輸出頻率在整個系統設計過程中具有非常重要的意義，和系統的控制息息相關，在確定系統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等。在整個系統當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，可以有效的調節循環泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節約資源的作用。

2微電子控制機電設備在工業中的具體應用

1）可編程序控制器（PLC）的應用。從PLC的角度進行分析，其主要優勢在于具有很強的控制能力，而且穩定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業生產的過程中，因為機電設備往往會占據一定的面積，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，盡量讓控制器的數量減少，讓機電設備的數量增多，與此同時還需要注意PLC的節能性較高相比，其他的控制系統可以節約資源，讓工業生產的成本支出降低，讓企業的經濟效益增加，由于PLC設備可以有效的和其他設備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當中進行布設，讓一機多用。可以實現讓廠房的設備結構進一步得到簡化，對設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生產當中，讓生產資料的利用效率提高。PLC的另一大優勢在于可以通過現場總線和生產設備之間

進行連接，有效的監控工業生產，可以動態化的監控生產的全過程，確保在生產過程中，第一時間解決生產時產生的故障，避免由于機械故障而導致生產進度停滯，讓設備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設備變化控制器無法及時應對而產生的問題，PLC還可以進行相關的升級，伴隨當前經濟快速發展，就算生產線當中的產品產生了變動，只需要正確的調整，控制程序也可以符合新產品生產的具體需求。

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，當出現故障的時候可以及時的調整和處理控制器。

2）變頻器調速器的作用。變頻器工作狀態分作自動與手動兩類，手動工作狀態即在PLC結束工作后展開的人工操作行為，經電位器調節能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態實質是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統調節閥控制方式相比，PLC控制可節電，更好進行水泵磨損控制，在延長設備壽命與實現系統自動化水平提升中發揮了重要作用。

第一，和傳統正弦波控制技術相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術，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矩大、運行穩定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網而言輸出電壓自動調整功能能充分進行優勢發揮。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，轉速追蹤等）；并且變頻器可實現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用的是西門子產品，有極強的保護性能，可靠穩定，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，產品質量好，設定簡單等使得其有更強的適用性。

3）電路發揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關鍵環節。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應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，這樣可以發現一些接觸不良的地方，若有漏電情況應該及時對此進行維修。電路在工業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，保證電路的穩定才能更好地協調其他設備的安裝穩定。應認真復查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設備多安裝或少安裝的現象，同時應認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象，若發生漏電務必要及時維修與處理。電路調試的具體流程總結如下：

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摘要：在科學技術快速進步的背景下，工業自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術得到了相對廣泛的應用。基于此，本文詳細分析了微電子控制機電設備在工業中的應用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關鍵詞：微電子；機電設備；工業；應用探討

信息技術的發展以及先進電子設備的產生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術是把電工電子技術、機械技術、信息技術、微電子技術、接口技術、傳感器技術、信號變換技術等一系列技術結合，再綜合應用于實際的綜合技術，現代化自動生產設備可以說為機電一體化的設備。微型計算機在機電一體化系統的作用能夠總結成如下三點：第一，直接控制機械工業生產過程；第二，機械工業生產期間加強各物理參數的自動測試，進行測試結果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數或指標；第三，進行機械生產過程的管理與監督。機電一體化系統里微電子控制機電設備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設計硬件系統，怎樣組織軟件開發，怎樣對現有計算機系統等進行維護與使用是相當關鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機電設備系統的組成和原理

在某微電子控制機電系統當中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設備組成的。在控制系統當中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發量等三個變量，接著將數據信號向PLC當中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉，在設計系統的過程中需要與實際情況合理的進行結合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認，輸出頻率在整個系統設計過程中具有非常重要的意義，和系統的控制息息相關，在確定系統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等。在整個系統當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，可以有效的調節循環泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節約資源的

作用。

2微電子控制機電設備在工業中的具體應用

1）可編程序控制器（PLC）的應用。從PLC的角度進行分析，其主要優勢在于具有很強的控制能力，而且穩定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業生產的過程中，因為機電設備往往會占據一定的面積，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，盡量讓控制器的數量減少，讓機電設備的數量增多，與此同時還需要注意PLC的節能性較高相比，其他的控制系統可以節約資源，讓工業生產的成本支出降低，讓企業的經濟效益增加，由于PLC設備可以有效的和其他設備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當中進行布設，讓一機多用。可以實現讓廠房的設備結構進一步得到簡化，對設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生產當中，讓生產資料的利用效率提高。PLC的另一大優勢在于可以通過現場總線和生產設備之間

進行連接，有效的監控工業生產，可以動態化的監控生產的全過程，確保在生產過程中，第一時間解決生產時產生的故障，避免由于機械故障而導致生產進度停滯，讓設備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設備變化控制器無法及時應對而產生的問題，PLC還可以進行相關的升級，伴隨當前經濟快速發展，就算生產線當中的產品產生了變動，只需要正確的調整，控制程序也可以符合新產品生產的具體需求。

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，當出現故障的時候可以及時的調整和處理控制器。

2）變頻器調速器的作用。變頻器工作狀態分作自動與手動兩類，手動工作狀態即在PLC結束工作后展開的人工操作行為，經電位器調節能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態實質是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統調節閥控制方式相比，PLC控制可節電，更好進行水泵磨損控制，在延長設備壽命與實現系統自動化水平提升中發揮了重要作用。

第一，和傳統正弦波控制技術相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術，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矩大、運行穩定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網而言輸出電壓自動調整功能能充分進行優勢發揮。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，轉速追蹤等）；并且變頻器可實現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用的是西門子產品，有極強的保護性能，可靠穩定，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，產品質量好，設定簡單等使得其有更強的適用性。

3）電路發揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關鍵環節。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應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，這樣可以發現一些接觸不良的地方，若有漏電情況應該及時對此進行維修。電路在工業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，保證電路的穩定才能更好地協調其他設備的安裝穩定。應認真復查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設備多安裝或少安裝的現象，同時應認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象，若發生漏電務必要及時維修與處理。電路調試的具體流程總結如下：

第一，應認真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線有無準確連接，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象。第二，電路調試過程的關鍵環節之一即硬件電路調試。調試期間務必要注意細小環節的把控，根據電路功能原理做好各個單元電路的調試，再作整體調試，后進行整個電路的調試。電路在工業生產里發揮的作用是相當大的，電路安裝過程里務必要綜合考量多方因素，認真謹慎，切不可遺漏或放過存在的小問題，確保電路穩定性得到保障。

3結束語

微電子控制機電設備的組成包括變頻調速器、可程序控制器等，由于操作相對簡便、效果好，在工業中發揮了不可忽視的作用。微電子控制機電設備在實踐中不斷完善，將理論與實踐相互結合，明確各個方面的要點，有效提升生產效率，在工業領域發揮出最大化價值，推動社會進步和發展。推動電子設備的可持續發展也是當今社會經濟發展所提出的必然要走的道路，順應經濟發展的趨勢，才能不落后于其他國家的工業化改革。

微電子畢業論文范文模板(二)：關于現階段國家示范性微電子學院建設的幾點思考論文

[摘要]文章淺述了國家示范性微電子學院的建設背景及歷程。借鑒示范性軟件學院建設經驗并結合現階段浙江大學示范性微電子學院建設經驗，從學科劃分、考核體系、校企合作、平臺建設和國家支持等方面進行思考和總結，闡述如何圍繞“以人才培養為中心”和“產學協同育人”這兩個核心問題，進行國家示范性微電子學院建設。

[關鍵詞]示范性微電子學院；集成電路；人才培養；產學協同

[中圖分類號]G64[文獻標識碼]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歷程，作為高等教育中至關重要的一部分，工程教育在國家現代化進程中發揮著不可替代的作用。在國家經濟改革和世界范圍產業變革的過程中，我國的工程教育也在不斷改革創新。從工程教育專業認證制度的建立，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院、微電子學院，再到加入《華盛頓協議》和新工科的提出，中國的工程教育一直在實踐中發展。在中國工程教育改革中，2001年開始的國家示范性軟件學院建設作為教育改革的“示范區”，發揮著重要的作用。本文在借鑒示范性軟件學院十多年建設經驗的基礎上，結合現階段示范性微電子學院的建設情況，對2015年開始實施的國家示范性微電子學院建設進行思考與總結。

一、示范性微電子學院成立背景

21世紀初，信息化在世界范圍內開始普及，軟件產業在世界社會發展中的地位和重要性開始顯現。軟件產業作為當時的新興產業，呈現出向發展中國家大規模轉移的趨勢，國內外巨大的軟件市場導致對軟件從業人員需求量的劇增。國家從當時國內外行業背景及國家發展戰略出發，于2001年由教育部正式設立國家示范性軟件學院，首批試點35所（后增加至37所），均由國家重點高校負責建設；2004年教育部針對高職類學校又設立了36所高職示范性軟件學院。其后，各省、市結合自身地方產業成立了省級示范性軟件學院50多所，對軟件人才進行儲備。從2001年至今，示范性軟件學院經歷了十多年的建設與發展，在人才培養和產業促進上都取得令人矚目的成就。在此期間，我國的軟件產業獲得了長足的發展，其中尤以華為、阿里巴巴、百度、騰訊等互聯網企業為代表。

經過十多年的積累和追趕后，我國不但解決了軟件產業發展初期規模弱小、產業單一、人才技術短缺等諸多問題，而且在部分領域超過了發達國家，并形成了中國特色的“互聯網+”新型經濟模式。接下來，國家開始效仿軟件產業發展模式，對信息領域更基礎、更關鍵但更薄弱的“卡脖子”短板——集成電路產業發起沖鋒。特別是近年來，在國際貿易保護主義抬頭和美國對華貿易戰的背景下，從晉華、中興到華為、大疆，以集成電路為代表的高科技產業形勢尤為嚴峻，發展變得刻不容緩。

2014年國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》（以下簡稱《綱要》），指出“集成電路產業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業”。現階段我國集成電路產業主要面臨核心技術缺乏、產業鏈不完善、資金投入不足、創新人才短缺4個核心問題。參考軟件產業發展模式，為解決集成電路產業4個核心問題中的人才短缺問題，示范性微電子學院應運而生。

二、示范性微電子學院的成立

《綱要》從組織領導、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“加大人才培養和引進力度，建立健全集成電路人才培養體系，支持微電子學科發展，通過高校與集成電路企業聯合培養人才等方式，加快建設和發展示范性微電子學院和微電子職業培訓機構”。這是繼2011年國務院《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策》后，國家再次對高校示范性微電子學院建設提出的明確要求。

2014年教育部《關于試辦示范性微電子學院的預通知》。2015年六部委《關于支持有關高校支持建設示范性微電子學院的通知》（以下簡稱《通知》），明確支持清華、北大、浙江大學等9所高校建設示范性微電子學院，支持北京航空航天大學、南京大學等17所高校籌備建設示范性微電子學院，示范性微電子學院建設序幕自此開啟。

三、示范性微電子學院定位及現狀

《通知》指出：示范性微電子學院的建設要以人才培養為中心，深入開展產學合作協同育人，加快培養集成電路產業急需的工程型人才。可以看出，“以人才培養為中心”和“產學協同育人”是示范性微電子學院建設的兩個核心要求，“工程型”人才是示范性微電子學院培養人才的根本目標。

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

與此同時，示范性微電子學院在建設的過程中，也都面臨一些共性的難題，如示范性微電子學院與一般學院的定位區別、如何進行“工程型”人才培養、如何擴大招生規模與影響、如何更好地與企業結合，以及如何對示范性微電子學院建設進行評價等，這些都是示范性微電子學院面臨或將要面臨的問題。

四、對示范性微電子學院建設的幾點思考

當然，示范性微電子學院建設也并非無樣板可以參考，2001年開始建設的示范性軟件學院就是很好的借鑒，特別是在辦學模式、人才培養、師資管理等諸多具體、常規問題上。然而，軟件行業和集成電路行業相差較大，而且當今的時代背景和2000年也完全不同，如何圍繞“人才培養為中心”“產學協同育人”這兩個核心來建設微電子學院，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（以下簡稱“浙大”）示范性微電子學院建設的實踐出發，分享一些經驗與思考。

（一）學科劃分與評估體系

學科劃分和評價問題是微電子學院建設能否成功的核心問題，關乎微電子學院的建設方向和結果。單獨的學科設置及評估體系，不僅能加強微電子學院的獨立性辦學，也能更有效地促進微電子學院建設的展開。

1.設置微電子一級學科

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

目前，浙大微電子所在的一級學科是電子科學與技術，其下含有電路與系統、微電子學與固體電子學、電磁場與波、物理電子學四個二級學科，其中與微電子學院直接對應的兩個二級學科是：電路與系統、微電子學與固體電子學。研究領域分別對應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計，后者主要涉及集成電路產業中的制造、封裝測試。

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

2.修訂學科評估體系

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

在現有學科評估體系下，即使能做到以“教學”為中心，也很難滿足微電子學院“產學協同”的人才培養要求。因為現有學科評估體系偏向于理科化，重理論而輕實踐，無論是“教學”還是“科研”，學生注重“卷面”，教師注重“文章”。而微電子學院的建立要求緊貼產業，注重實踐，產學協同，因此培養“工程型”人才在現有體系下很難做到。

其實，2016年教育部提出新工科建設，其本質也是針對現有“理科化”學科評估體系與工科建設要求不相匹配的問題。可以大膽設想對現有學科評估體系進行必要的改革，如對基礎性學科依舊使用現有“理科性”評估體系；對應用性學科，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，做應用的太少”、應用研究和理論研究比例失衡的現狀。為體現示范性，上述設想甚至可以率先在示范性微電子學院進行試點，實踐可行后再逐步推廣到新工科乃至其他工程性學科。

（二）師生考核體系

示范性微電子學院要求“堅持人才培養為中心”，在國家層面需要解決的是學科問題，具體到學校和學院操作時，就要考慮內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，二是學生的考核。

1.教師考核體系

以人才培養為中心，要求教師的工作重心應該是教學，因此微電子學院教師在考核上應該與傳統學院有明顯區別，比如加大教學在考核中的比重。微電子學院培養的人才要強調工程性，所以在教學考核中，要突出工程實踐的教學內容。另外，在引進師資時，可以效仿軟件學院偏向引進有企業經驗或者工程項目經驗的教師，形成本校專職教師、企業兼職教師、適當比例外教的格局，這一點浙江大學微電子學院在人才引進時就尤為注重教師的行業或工程背景。

為了保證公平性，調動教師的積極性，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，對不同類別的教師設置有：教學科研并重崗、工程教育創新崗、社會服務與技術推廣崗等，其中工程教育創新崗就是浙江大學針對工程教育改革新設置的崗位。

2.學生考核體系

微電子學院要培養“工程型”人才，因此針對學生的培養過程、考核過程、評價過程要緊緊圍繞“工程”來設置。微電子學院學生與傳統學生培養最本質的區別是“工程實踐”能力。在此之前，要提前區別一下其與動手能力的差別。“工程實踐”能力與傳統工科學生在實驗室環境下的動手能力不同，是要在工業生產的背景下，通過“做中學”和“基于項目學習”，進而培養學生的“工程師式思維和行為”。這要求學校必須為學生提供企業的工程環境而非簡單的高校實驗室環境，兩者有著本質的區別。

正是因為微電子學院培養的人才需要工業生產背景，這就要求企業參與培養，這從源頭上保證了學生培養會緊貼產業。通過設置新的學生評價體系來保證和監督學生“工程實踐”能力的獲得，這一點至關重要。也只有這樣，學生畢業后進入企業才能立即上手，無須企業的再熏陶和培訓。

浙江大學微電子學院對于學生“工程實踐”能力的培養是根據學生的不同階段分步進行的。首先，針對低年級的本科生，加大培養方案中實驗課程的比例和學分，以此來培養學生的“動手操作”能力。其次，對于高年級的本科生，則是通過到企業實習、參與導師企業課題（學業導師制）、科創實驗（SRTP）、參加創新創業競賽等來初步熏陶學生的“工程實踐”能力。最后，到研究生階段，通過企業、導師聯合制定課題，學生選題并到企業培養或參與企業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院建設的重點也是難點之一。傳統高校教學以學校為主，這在一定程度上導致了高校研究與產業發展脫節、高校培養的學生與企業需求脫節。高等工程教育改革的目的之一就是如何將高校與企業聯系緊密，互相促進，“如何引入企業參與到高校的人才培養”，從而達到“產學協同”。

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少之又少。如何讓兩個不同的主體做到有機結合，使得“企業愿意參與，高校愿意放開”是困難所在。從需求來看，高校育人，企業用人，高校和企業合作的紐帶在人——學生，解決好“如何以學生為紐帶將企業和高校緊密聯系在一起”是校企合作的關鍵所在。

從軟件學院的經驗看，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。從浙江大學專業學位研究生的培養經驗來看，比較有效的手段之一是：通過導師與企業的橫向合作為依托，以項目的形式將學生的培養參與其中。這是一種“基于項目的培養模式”，企業提出技術需求和課題資金，學校再給予學生名額、教學工作量等支持。通過一個個的具體項目，將學校、學生、企業串聯起來，形成規模效應后再以創建聯合實驗室、研發中心、實踐基地等方式進行深化。浙江大學成立工程師學院就是希望從學校層面來推進和引導校企合作。此外，不同地區的微電子學院在專業設置上也應針對當地企業需求開設專業，面向企業培養人，甚至可以對重點企業進行定向培養，吸引企業深度參與學院建設。

校企合作不僅僅是學校和企業的問題，政府的作用也尤為重要，因為政府掌握著核心的生產資料和分配政策。比如政府在審批、稅收減免、經濟補助、教育資金、就業引導等各方面都能非常有效調動企業和高校的積極性，促進雙方的結合。日本20世紀70年代半導體產業的興起，就是通過高校（實驗室）、企業、政府三方的共同發力，成立“VLSI技術研究組合”，從而打破美國的壟斷。20世紀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習。

（四）硬件建設及平臺共享

集成電路產業人才培養對硬件設施要求極高，這是其與軟件產業最大的不同之一。如小型工藝操作、流片、實訓等都需要高昂硬件和財力的支撐，因此微電子學院建設要格外重視大型共享平臺建設，并以共享平臺建設為契機將校企合作、校地合作、學生實踐培養進行有機連接。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，如浙江大學微納加工中心一期投入6000萬、工程師學院微電子實訓平臺投入近3500萬，紹興微電子研究中心投資近1億。微電子學院建設更應注重開放式辦學，嘗試通過國家出資、政府出地、企業出技術、學校出人等多重模式，把握本地發展機遇以產業園、孵化器、共享平臺的形式來共贏發展。

（五）國家和學校支持

篇（4）

關鍵字：高校檔案室；數字化建設 ；檔案

隨著經濟社會的發展、技術的進步，高校正邁入數字化管理時代。檔案數字化是指將不同載體形式、不同記錄方式的檔案信息通過計算機錄入轉化成計算機可以識別的數字形式，形成可供保管與利用的數字信息資源庫。[1]對檔案室檔案進行數字化建設，有利于保護檔案實體、方便檔案借閱查詢。筆者認為高校的檔案室數字化迫在眉睫。

一、 高校檔案室檔案數字化的必要性和意義

1.高校檔案室檔案數字化是國家信息化建設的必然要求

國家檔案局于1996年把電子文件研究項目列入科技計劃，1999年完成了《電子文件歸檔與歸檔電子文件管理規范》，同時要求各級檔案部門積極地開展檔案數字化建設的研究和實踐。[2]因此，高校檔案室必須做好檔案數字化建設的工作，以迎合國家信息化建設的方針政策。

2.高校檔案室檔案數字化有利于推動高校檔案事業現代化發展

在傳統的檔案文件管理時代，檔案室的工作主要以接收、保管、查閱紙質檔案為主。這一工作方式有極大的封閉性，容易產生“重保管、輕利用”的工作思想。隨著數字化時代的到來，通過利用計算機和檔案管理軟件對文件進行收發、歸檔、鑒定、銷毀、利用，使整個過程快捷、準確，節省了大量的人力物力財力，大大提高了檔案室的工作效率，從而推動檔案事業的進一步發展。[3]

3.高校檔案室檔案數字化有利于提高檔案工作者的社會地位

傳統的檔案工作者，大多從事于比較機械的手工勞動，檔案工作者的效率比較底下，這在一定程度上影響了公眾對檔案工作人員的評價。檔案部門要想提高自己的社會地位，必須提高自身的數字化水平。此外，檔案工作者必須更新利用檔案管理理念，有效利用和共享技術手段和方法，發揮其增值作用，從而提高檔案工作者的社會地位、實現檔案事業的跨越式發展。

二、高校檔案室檔案數字化的條件

1.信息時代的發展為檔案室檔案數字化奠定了堅實的基礎

隨著經濟技術的發展、計算機網絡的普遍使用，我們已生活在信息時代。這一時代為人們的生活、工作等各個方面提供了便利，在一定程度上打破了時空的限制，提高了人們的生活水平。正是由于計算機和掃描儀、復印機等各種軟硬件的使用，才使檔案室檔案數字化成為可能。同時，在社會信息化的背景下，對檔案室檔案進行數字化的改革，正是順應時代的潮流而必須實現的轉變。

2.高校檔案室檔案的增多使其數字化迫在眉睫

近年來，各高校為培養更多的人才都在實施擴招政策。一方面，它使更多的學生能夠邁入高等學府享受更高的教育；另一方面，它給學校各方面帶來了競爭壓力。原有的檔案庫房已不能滿足逐年增多的檔案文件，這促使檔案室工作人員作出相應的更改。檔案室檔案數字化通過對檔案內容的數字化掃描，在提供利用時，以查找電子檔案為主，這樣可以改變原有檔案的存放方式，能夠節省檔案存放空間，容納更多的檔案文件。

3.檔案室紙質檔案的存在是數字化的必要準備

檔案室紙質檔案的存在是數字化的前提，任何需要進行數字化處理的信息都要以傳統文件為載體。在數字化處理過程中，對文字、圖片等用掃描儀將其轉化成BPM圖像文件格式存儲于計算機中，然后制作成可永久保存的光盤，建立數字檔案管理體系，也就是“雙套制”管理的模式。這樣既保證了原始檔案的原始生態和永久保存，又方便了科研人員的查閱與研究的需求，也為今后的資源共享打下了基礎。[4]

三、高校檔案室檔案數字化建設的內容

1.完善相應的軟硬件設施

建立檔案室檔案數字化，首先需要完善相應的軟硬件設施。這主要包括三類：一類是數字檔案信息采集設備，實現紙質檔案、圖紙檔案等的數字化轉換工作，包括掃描儀和計算機等設備；一類是數字檔案信息存儲設備，實現數字檔案信息的存儲與管理，包括服務器、磁盤陣列、關盤等設備；一類是檔案綜合管理系統軟件，實現數字檔案信息的管理與利用功能，包括檔案著錄、檔案統計、檔案檢索、檔案信息等功能。[5]其中，在數字化信息采集過程中，要根據不同信息載體形式，選擇通用性好、存儲容量大、存儲質量好的存儲格式，這有利于信息的流通，同時減少信息的流失。在數字檔案信息存儲過程中，制作成可永久保存的CD-R光盤，便于對檔案文件的長久查閱利用。在實現檔案信息的管理與利用時，應選擇合適的檔案綜合管理系統軟件。在服務器軟件領域，存在著以各種版本的UNIX 和LINUX為代表的優秀者，它們既有穩定性、安全性的特點，又具有價格低廉的特點，因此可以作為檔案綜合管理系統軟件的首選。

2.檔案數據庫建設

在數字化過程中，對檔案室檔案進行分類，整理成學籍、成績、論文、科研成果等數據庫，更方便用戶的查閱利用。

學生學籍檔案數據庫。檔案室工作人員可以根據網上招生的錄取數據，收錄每屆學生的基本情況，形成學生學籍檔案數據庫。這一數據庫的建設，有利于高校和用人單位鑒別學生的畢業證和學位證。

學位論文和科研成果檔案數據庫。結合每年畢業生提交學位論文電子版機會，將紙質論文和電子論文數據庫一并歸檔，并及時采用掃描等方式補錄以往學位論文全文，建立齊全的學位論文數據庫。

學生成績檔案數據庫。學生在每學期都有期末考試，待學校收錄期末考試成績時，檔案室可借機匯總建立學生成績檔案庫。

3.提高檔案室工作人員的專業素質

為提高檔案室工作人員的專業素質，可定期對檔案室工作人員進行培訓，并實施定期考核適度。另外，可有計劃地分期分批選送檔案業務骨干到高等院校進修。同時，在招聘檔案人才時，除考慮檔案文書知識外，更要注重具備軟件開發能力的人才，調整檔案人員專業知識結構組成，更好地為高校檔案數字化服務。

四、結語

高校檔案室檔案數字化已成為高校檔案發展的必然趨勢。面對這一機遇，我們必須不斷改革和創新，遵循合理的原則、設立科學的目標、采取正確的方法、逐步走向完善，盡早實現檔案室檔案管理的現代化，使檔案室工作的各個環節以更高的效率為學校的教學、科研管理和其它各項工作服務。

參考文獻：

[1]沙敏.高校檔案數字化建設的認識與思考[J].科教導刊，2011，（2）：171-172.

[2]饒永.簡論高校檔案數字化建設[J].電子科技大學學報社科版，2004，（6）:88-91.

[3]林麗群.高校檔案數字化建設的思考[J].數字蘭臺，2008，（2）：12-13.

篇（5）

 

人類社會邁入新的世紀，全球展開了信息技術革命，并且正以前所未有的方式對社會變革的方向起著決定作用。隨著信息化的深入，信息的數量以驚人的速度急劇地爆炸性增加。論文參考網。除了廣播、電視、書籍、報紙等各種傳統的信息傳播媒介之外,又出現了國際互聯網、無線上網、手機上網等新的信息傳遞手段,使信息獲取變得更加多樣復雜，同樣使農業信息獲取的渠道增多。面對“信息爆炸”的時代，如何快速高效的進行網絡中的農業信息獲取成了農業信息工作的首要任務。

在新的環境下，作為農業信息從業人員，應掌握更多的從當前網絡中獲取農業信息的手段，下面從六個方面說明如何在當前網絡中進行農業信息獲取。

1、使用專業的農業信息搜索引擎，是農業信息化發展的方向。

要在海量信息中找到所需農業信息，就必須用到專業級的搜索引擎。我國目前現狀，農業信息的獲取還很困難，特別是急需農業科技信息和市場信息的企業、部門、農戶，他們通過綜合搜索引擎，并不能迅速找到自己想要的信息。據不完全統計，在農業領域現有各種網站近十萬多個，涉及農、林、牧、漁、水利、氣象、農墾、鄉鎮企業及其它農業部門。在這些海量的信息中，如何搜索一個準確的農業信息是農業人員非常關注的問題。因此，針對于中文農業網絡資源研發專業化的搜索引擎，實現農業信息的精確搜索是農業信息搜索引擎發展方向。

在專業農業搜索引擎方面，有些網站已經走在前列:

世界范圍：(1)農業沖浪(agrisurf.com)。世界上最大的農業專業搜索引擎，提供分類檢索和關鍵詞檢索,提供大約20 000多個農業相關網站和95個國家與地區的有效鏈接。

(2) Ceres Online

ceresgroup.com/col/

專門提供農業信息。其搜索功能連接到了農業產業的其它專業人員。日歷數據庫列出了幾百個即將到來的農業活動，氣象圖提供了世界各地天氣情況以及熱點信息。論文參考網。

（3）AgEconSearch

agecon.lib.umn.edu/

AgEcon搜索收集，索引包括諸如農業，食品供應，自然資源經濟學，環境經濟學，農產品貿易及廣義的農業經濟領域的學術研究全文。

國內相關搜索引擎：

(1)農搜sdd.net.cn/

農搜農業專業搜索引擎的研發得到了中國農業科學院“杰出人才工程”經費的資助。

(2)搜農sounong.net/

中國搜農是在國家科技支撐計劃項目和現代農村信息化關鍵技術研究與示范項目資助下取得的一項重大創新成果，也是第一個面向我國農業企業、農民大戶、農業專業技術協會以及廣大農業科技人員提供農業通用搜索與農產品供求、農業實用技術、政策新聞等專題的搜索服務。

(3)so.ag365.com/365農業搜索

(4)chinanong.com/華農在線-中國農業信息搜索引擎

(5)086ny.com/soso/超農網農業搜索

(6)3nss.com/Portal/Default.aspx三農搜索網

2、除了農業搜索引擎外，網絡中農業信息獲取還要有相應的專業智能瀏覽器。

使用專門開發的面向農業信息獲取方面的智能瀏覽器，可以借助智能瀏覽器的功能，方便快捷地進行快速搜索、精確搜索，過濾無關信息，提取農業信息，為廣大農民用戶方便快捷地獲取農業信息提供服務。

3、使用在線農業專家系統。

農業專家系統是運用人工智能的專家系統技術，匯集農業領域知識、模型和專家經驗等，采用合宜的知識表示技術和推理策略，以信息網絡為載體,為農業生產管理者提供咨詢服務。傳統的農業專家系統在現今的網絡條件下變的不適用。現在農業專家系統的發展方向為:在線農業專家系統及實時智能專家系統。

目前國內許多專家系統已經上線并且在使用過程中起到了良好效果。

（1）esa.org.cn/index.asp

廣西智能農業信息網，提供作物類、瓜果類、蔬菜類、畜牧類、獸醫類和水產類等六類十九種在線專家系統。

（2）nbnky.gov.cn:4000

寧波農經網農業專家系統，提供了蔬菜病蟲害專家系統、河蟹養殖專家系統、家兔養殖專家系統、海水養殖系列專家系統、網箱養魚專家系統等二十八種在線專家系統。

（3）hebaic.com.cn/index.do?templet=er_zjxt

河北農業技術推廣網、河北農業智能信息網專家系統，提供金絲小棗栽培專家系統、養牛管理專家系統、無公害番茄專家系統等三十余種在線專家系統。

（4）zjxt.hzagro.com/

農業專家系統.net，杭州市科技局、杭州市農辦主辦提供了水果干果、蔬菜種植、花卉苗木、中藥材、水產養殖、畜禽養殖等類七十余種在線農業專家系統。

（5）202.107.249.147/

麗水市農業專家知識系統，提供了花卉苗木、食用菌、筍竹、蔬菜、水產、中藥材、其它等十類八十五種在線農業專家系統。

4、進行農業信息智能分析。

農業信息智能分析是應用智能化技術代替傳統方法進行農業信息分析的新的研究領域。它主要是圍繞農業生產、農產品市場、農業經營管理、農業科技中的分析對象, 進行智能化地信息自動采集、存儲、管理、計算、判別等的過程,可模仿、代替專家,解決農業中波動分析、風險識別、早期預測、效果評價等諸多問題。目前農業智能分析技術在我國已投入實際使用。

（1）農業部的“農作物遙感監測系統”,通過采用遙感和地理信息系統手段,及時動態地監測農作物生長狀況,解決了依賴實地調查、手工記錄、數據上報等傳統信息獲取方式的不足。針對數據和信息源不足、渠道不暢等問題,農業系統開展了“農產品市場監測預警系統”的開發與應用,定期對糧、油、果、菜、畜產品等主要農產品的生產、需求、進出口、市場行情,進行動態監測、分析,為政府部門、生產者和經營者提供了決策參考。

（2）中國農科院智能化農業預警技術與系統重點開放實驗室,構建了全國農產品供求平衡分析預測模型體系框架,開展了12種主要農產品的市場供求分析預測。利用網絡抓取技術、數據挖掘技術,已經能從海量的信息中獲取市場波動的隱性信息。論文參考網。并建立了主要農產品供求信息庫,能對12種主要農產品的市場行情進行趨勢分析與展望。

5、使用專業農業網站、專業農業論壇、專業農業交流圈。

傳統的專業農業網站及專業農業論壇仍然是廣大農民互聯網上獲取農業信息的主要渠道。另外基于新興的WEB2.0技術組建的專業農業交流圈能大大增強訪問者之間的互動也迅速發展，大有前途。

國內專業農業網站及農業論壇：

（1）202.127.45.50/

中華人民共和國農業部，中國農業信息網。

（2）zgny.com.cn/

中國農業網，農業企業的商務信息平臺。

（3）chinabreed.com/

中國養殖網，最大畜牧行業門戶網站，提供養殖、飼料、養豬、養雞、養牛、 養羊、家禽、獸藥、特種養殖及畜牧機械相關信息。

（4）aweb.com.cn/

農博網，國家農村信息服務示范項目，以“服務農業,E化農業”的宗旨，為涉農人群提供農業資訊、農產品電子商務、農業論壇以及農業人才服務。

（5）12582.com/

農信通農村信息網，涉農生活服務移動互聯網平臺,提供最新農業信息，化肥、飼料、農機等價格行情，農民工招聘、就業信息；食品、水果、蔬菜等農產品交易信息，是城鄉互動、鄉村旅游、農家樂的綜合展示窗口。

（6）feedtrade.com.cn/

中國飼料行業信息網，為飼料生產加工、飼料原料貿易、飼料添加劑及畜牧養殖企業提供全面的新聞、行情、價格和分析預測等信息資訊服務。

（7）yuanlin.com/

中國園林網,提供園林綠化苗木資訊,園林綠化景觀,園林綠化苗木工程,園林綠化設計 ,等方面信息,為相關園林綠化苗圃企業提供商鋪,是園林綠化,苗木園藝的專業園林綠化門戶。

（8）bbs.aweb.com.cn/

中國三農論壇，博覽天下農事，關注農村、關心農業、關愛農民。

6、除了以上信息資源外,專題討論組、電子論壇等也可以方便地為相同科學領域的農業專家提供交流空間,這也是當前網絡獲取農業信息資源的重要方式之一。

參考文獻：

[1]《不同搜索引擎在農業領域的應用效果對比》，劉艷華、徐勇。《農業網絡信息》2009年08期.

[2]《互聯網上農業信息資源的整合、利用與管理研究》，嚴方。《華中農業大學》，碩士論文.

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中圖分類號：G424 文獻標識碼：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科的發展，不同專業的課程體系和人才培養模式應與時俱進地作相應的調整和優化，不斷完善和發展以適應專業特點和新形勢下需求的培養目標。①②固體物理學課程主要研究固體（晶體）的微觀結構特征、相互作用及其運動規律，并闡述其用途的學科。固體物理學課程是物理、材料、化學和電子等專業的基礎課程。③但受傳統教學內容、教學手段和有限課時等的影響，不少學生缺少對該課程在專業培養中的重要作用的認識，學習重視程度不夠，缺乏學習積極性。因此，有必要根據不同專業方向特點，在教學內容、教學方法和考核體系等方面對固體物理學課程進行教學改革。

材料物理和電子科學技術是鄭州輕工業學院物理與電子工程學院的兩個專業，我們在這兩個專業開設了固體物理學課程，分別制定了課程標準和課程教學目標。針對固體物理教學課程自身的特點，結合材料物理和電子科學與技術專業學生的培養模式和需要，根據多年對固體物理學在兩個專業的教學實踐，提出了關于固體物理課程教學根據專業不同需求的優化與調整方案，并在教學中進行了實踐，取得了一定的效果。

1 根據專業特點，進行教學內容的調整和優化

固體物理學是一門綜合性很強的課程，除了需要量子力學和統計物理、大學物理等方面的基礎知識外，在傳統的內容上也是增加了很多現代科技前沿的內容。由于不同專業學生的背景和培養目標的差異，在授課內容方面首先要進行一定的調整和優化。

材料物理專業是我校較早開設的傳統專業，其目的是培養較系統地掌握材料科學的基本理論與方法，具備材料物理相關的基本技能和基本知識，能在材料科學與工程及與其相關的領域從事教學、研究、教學科技開發教學及相關管理工作的材料物理高級專門人才。由于學生的材料和物理背景較好，考慮到該專業與固體物理學聯系較緊密的特點，需要對傳統固體物理學課程教學內容進行強化和延伸。

如在講解晶體結構一章時，在讓學生深刻理解晶體結構平移性和對稱性特點的基礎上，我們適當增加了材料結構分析方面的內容，除了晶體結構詳細講解外，對非晶體、準晶等也要做一定的介紹，并結合科研工作中常見的晶體缺陷問題，對相關材料進行分析，增加了如何利用X射線衍射分析晶體結構，并安排學生動手制備一些新材料，學習應用掃描電子顯微鏡、投射電子顯微鏡、XRD等工具對所制備材料的微觀結構進行表征分析，從而加深學生對所學知識的理解，提高解決實際問題的能力，獲得了對固體物理課程學習的主動性和針對性。

在講述晶體結合一章，增加了氫鍵結合形成不同晶體的特點及規律，將共價性結合和金屬結合的特點和規律采用第一性原理進行計算，并將結果進行課堂視頻展示;在講述金屬、半導體電子結構章節中，有意識地增加了態密度、摻雜、能帶調控等概念，在此基礎上，適當分析一下半導體材料的電子結構對其電學和光學性質的影響，有意識地加強材料物理專業學生的分析和解決問題的能力。結合當前材料科學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，進行了結構和潛在應用的分析，對拓寬學生的知識結構、開闊視野和提高學習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，使材料物理專業能夠把所學的物理知識和材料有機結合起來，并能夠運用所學知識解決實際問題，通過實踐，收到較好效果。

針對電子科學與技術專業主要培養學生從事與光電子器件應用與光電工程技術等工作，需要實際與理論相結合，并且能夠把理論知識能夠運用在生產與工作當中的要求，在講述固體物理傳統內容時，抓住物理過程的主要方面，構造簡化的模型，進行有效的數學處理。教學過程緊扣物理模型和思想，適當降低知識難度，而且還要適當減少傳統固體物理內容與電子科學和技術專業關聯不大的問題。將與電子科學技術專業密切相關的能帶理論、晶體缺陷、半導體電子倫和金屬電子論等章節作為重點講授的內容，同時也盡量保持知識的連慣性和系統性。

科技發展日新月異，不斷出現的新技術和新發現為固體物理學課程內容的延伸不斷開拓出新的研究領域。在教學實踐中，我們將傳統的固體物理學教學內容與日新月異的物理前沿內容間的關聯有機結合起來，例如，與能帶理論有關的LED、與晶體結構有關的C60、太陽能光伏電池的研究進展和應用、以及固體激光器等與光電技術相關的前言知識穿插在教學當中，強化學生的基礎知識學習，提高學生的學習興趣、明確學生的專業方向，拓寬學生的視野。

2 根據專業特色調整和優化教學方法

針對材料物理和電子科學與技術專業的不同特點，除了進行固體物理教學內容的優化調整外，在教學方法也要進行改革，以適應這兩個專業的培養目標需要。

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

其次是將生動直觀的物理演示模型引入課堂教學實踐中，提高課堂效率。我們將固體物理學課程中的相關難懂知識點，做成一系列教學模型，通過課堂演示，加深對學生對固體物理知識的理解和掌握。如講解不同晶體結構時，我們分別演示了Si、Cu和NaCl等的不同晶體結構的原子排列模型;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，引導學生分析不同模型的對稱特點，同時采用3D MAX 動畫制作軟件，將不同晶體結構制作成三維圖像及視頻，既形象又生動，充分調動學生的學習積極性。對于固體物理的能帶理論一章，推導復雜，學生理解有一定的困難，針對理論推導不作重點要求的電子科學與技術專業學生，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構的半導體材料在LED、太陽能電池的應用，講解晶體能帶的特點和調控方法，加深了學生對這部分的重視和理解。

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

3 根據專業特色調整和優化考核體系

針對固體物理學課程在材料物理和電子科學與技術專業教學內容和教學方式的不同，對這兩個專業的學生制定出相應的考核體系。平時成績的計算上，除了傳統的考勤、作業分以外還設置課堂獎勵分，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真、積極準備，完成或回答較好的，可給予一定的分數獎勵，以鼓勵學生積極參與課程學習，充分發揮學生的創造性和主動性。

對于電子科學與技術專業的學生，主要采用平時成績與期末考查相結合的評價形式，平時成績和期末考查各占50%。平時成績主要包含學生的考勤、作業、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分，這有助于客觀公正地評價學生對固體物理學課程學習的積極性和主動性。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的前沿內容和本課程基礎知識的應用，引導學生主動探索分析學科前沿動態和應用領域，提高學生的綜合分析問題和解決問題的能力，有利于學生充分發表自己的見解，展現自己的能力，發揮自己的水平。

總之，隨著科技發展的日新月異，傳統固體物理學課程的教學已經不能很好地適應材料物理和電子科學與技術專業等不同專業學生的需要，在教學內容、教學方法和考核體系針對不同專業進行優化和調整，對培養不同專業的創新型人才具有非常重要的作用。

注釋

篇（7）

探索性的演繹法是理論物理學的重要方法。在愛因斯坦看來，理論物理學的完整體系是由概念，被認為對這些概念是有效的基本原理(亦稱基本假設、基本公設、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結論這三者所構成的。因此，理論物理學家所運用的方法，就在于那些作為基礎的基本原理，從而導出結論;于是，他的工作可分為兩部分：他首先必須發現原理，然后從這些原理推導出結論。對于其中第二步工作，他在學生已得到很好的訓練和準備。因此，如果在某一領域中或者某一組相互聯系的現象中，他的第一個已經得到解決，他就一定能夠成功。可是第一步工作，即建立一些可用來作為演繹的出發點的原理，卻具有完全不同的性質。這里并沒有可以的和可以系統地用來達到的的方法。科學家必須在龐雜的經驗事實中間抓住某些可精密公式來表示的普遍特征，由此探求界的普遍原理。

愛因斯坦指出，一旦找到了作為邏輯推理前提的基本理，那么通過邏輯演繹，推理就一個接著一個地涌現出來它們往往顯示出一些預料不到的關系，遠遠超出這些原理依據的實在的范圍。但是，只要這些用來作為演繹出發點原理尚未得出，個別經驗事實對理論家是毫無用處的。實際上，單靠一些從經驗中抽象出來的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出來。在他沒有揭示出那些能作為演繹推理基礎原理之前，他在經驗的個別結果面前總是無能為力。

愛因斯坦把物理學理論分為兩種不同的類型，其中之一是“原理理論”。建立這種理論使用的是方法，而不綜合方法。形成它們的基礎和出發點的元素，不是用假設造出來的，而是在經驗中發現到的，它們是自然過程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個過程或者它們的理論表述所必須滿足的數學形式的判據。熱力學就是這樣力圖用分析的方法，從永動機不可能這一普遍經驗得到的事實出發，推導出一些為各個事件都必須滿足的必然條件。用探索的演繹法建立起來的相對論，就屬于“原理理論”。但是物理學理論大多數是構造性的。它們企圖從比較簡單的式體系出發，并以此為材料，對比較復雜的現象構造出一幅圖像。氣體分子運動論就是這樣力圖把機械的、熱的和擴散的過程都歸結為分子運動——即用分子假設來構造這些過程。當我們說，我們已經成功地了解一群自然過程，我們的思想必然是指，概括這些過程的構造性的理論已經建立起來了。愛因斯坦認為，構造性理論的優點是完備，有適應性和明確，原理理論的優點則是邏輯上完整和基礎鞏固。([1]，pp．109～110)

相對論就是愛因斯坦自覺地運用探索性演繹法的杰作。它不僅以其革命性的新觀念和卓有成效的理論結果為人津津樂道，而且它所體現出的科學方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結構的嚴謹，也令人嘆為觀止。愛因斯坦在創立狹義相對論(1905)時，他依據的僅僅是光行差現象和斐索實驗這兩個并不充分的實驗材料，著名的二階以太漂移實驗即邁克耳孫-莫雷實驗，對他并沒有直接。他主要通過對16歲時想到的“追光”思想實驗的沉思，對經典力學和經典電動力學基礎的深入考察，發揮了思維的自由創造，提出了兩個基本假設——相對性原理和光速不變原理(美國著名科學史家霍耳頓認為，在狹義相對論中，除了被提高為公設的兩個基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個假定：一是關于空間的各向同性和均勻性，另外三個是定義鐘的同步的三個邏輯性質。霍耳頓的學生米勒后來指出，另外的四個假定也是兩個基本原理的必然結果，他們不是獨立的假設。參見[3]，p．196)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導出了關于運動學和電動力學的結論，著名的質能關系式是他先前根本沒有料想到的，這些結論大大超出了兩個原理所依據的實在的范圍。廣義相對論(1915)的建立也是這樣。作為廣義相對論的兩個基本原理，即廣義相對性原理和等效原理，前者是愛因斯坦基于把相對性原理貫徹到底的信念（從慣性系推廣到加速系)提出的，后者是依據厄缶實驗(慣性質量等于引力質量)和升降機思想實驗提出的。

在1905年，由于愛因斯坦采用了探索性的演繹法，從而使他能夠高屋建瓴、勢如破竹，一舉砍斷了哥爾提阿斯死結(哥爾提阿斯是古代夫利基阿國王，相傳他曾把自己的車乘的轅與軛用繩結系住，死得無法解開，聲言能解開此死結者，得以結治亞細亞。這個死結后來被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開拓了一個奇妙的新世界。那些惱人的以太漂移實驗，那些使人迷惑不解的單極電機電動勢的“位置”問題，在愛因斯坦的理論體系中已根本不成其為問題。但是，同時代的博大精深的科學大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實驗等以太漂移實驗打交道，迷戀于做出種種構造性假設，建立他們的構造性理論——論和電子動力學。例如，洛倫茲1904年的著名論文盡管聲稱是以“基本假設”而不是以“特殊假設”為基礎的論文，但事實上卻包含有11個假設：假設有靜止以太，假設靜止電子是球形的，假設電子的電荷分布是均勻的，假設電子的全部質量都是電磁質量，假設運動電子收縮，假設電子之間的作用力與分子力相同等等。洛倫茲和彭加勒雖說走到了狹義相對論的大門口，但他們并沒有打開這扇大門，其原因固然是多方面的。從方法論上講，就在于他們運用的是傳統的經驗歸納法，而沒有采用探索性的演繹法。在當時的科學的形勢下，僅靠個別的經驗事實進行歸納，是建立不起什么嶄新的理論的。洛倫茲、彭加勒的電子論和電子動力學固然富麗堂皇，但畢竟只是經典物理學的最后的建筑物。它們雖然包羅萬象，可是由于不適應科學發展的總趨勢，最終還是被人們遺忘了，僅有的價值。

二、采用探索性的演繹法是科學發展的必然趨勢

從文藝復興到19世紀的經典科學，一般稱為近代科學。在科學史上，這個漫長的時期主要是積累材料和歸納材料的時期。與這一科學發展狀況相適應，產生了經典的科學哲學，它始于弗蘭西斯•培根的歸納主義。培根認為，科學的發展是從個別上升到一般，從經驗歸納出理論。他比喻說，只要及時采摘成熟的葡萄，科學的酒漿就會源源不斷。到19世紀，整個科學一般說來還沒有擺脫這種“原始”狀態，因而經典科學哲學能夠得以通過穆勒之手發展成為更完備的經驗論形態，經驗歸納法依然是正統的科學方法。

在物理學領域，這個時期的最大成就是牛頓力學和麥克斯韋的電動力學。牛頓力學雖則是超越了狹隘經驗論的人類理智的偉大成就，但它又同人們的日常經驗密切相關。力學中的許多概念都比較直觀，可以直接在現實生活中找到某種原型。這種狀況掩蓋了基本概念和基本原理的思辨性質，甚至牛頓本人也深深陷入這一幻覺之中。他一再聲稱他“不作假設”，實際上卻作了許多假設，他要求人們“必須把那些從各種現象中運用一般歸納法導出的命題看作是完全正確的”。19世紀的經典物理學也具有現象論和經驗論的特征：它盡量使用那些接近經驗的概念，因而在很大程度上必須放棄基礎的統一性。熱、電、光都用那些不同于力學量的各個狀態的變數和物質常數來描述，至于要在它們的相互關系以及同時間的相互關系中去決定全部變數的任務，主要只能由經驗來解決。麥克斯韋及其同代人，在這種表示方式中看到了物理學的終極目的，他們想像這個目的只能純粹歸納地從經驗得出，因為這樣所使用的概念同經驗比較接近。從認識論上看，穆勒和馬赫大概就是根據這個理由來決定他們的立場的。總而言之，這個時期的科學家和科學哲學家大都以為，“理論應當用純粹歸納法的方法來建立，而避免自由地創造性地創造概念;科學的狀況愈原始，研究者要保留這種幻想就愈容易，因為他似乎是個經驗論者。直至19世紀，許多人還相信牛頓的原則——“我不作假設''''——應當是任何健全的自然科學的基礎。”([1]，p．309)

但是，在某些個別的科學部門，已經悄悄地透進了新時代的曙光;尤其是非歐幾何學，它仿佛故意向經驗論示威一樣，以毋庸置辯的方式顯示了理性思維的強大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科學與假設》中通過對非歐幾何學的深入研究以及對經典力學和經典物理學的慎密考察揭示出，科學的基本概念和原理不是經驗的直接歸納，而只能以經驗事實為指導，通過精神的自由活動(其產品即約定)來創造。通過研讀彭加勒的科學哲學著作，尤其是通過創立狹義和廣義相對論的科學實踐，使愛因斯坦清楚地看到，人們可以在完全不同于牛頓的基礎上，以更加令人滿意和更加完備的方式，來考慮范圍更廣泛的經驗事實。但是，完全撇開這種理論還是那種理論優越的問題不談，基本原理的虛構特征卻是完全明顯的，因為我們能夠指出兩條根本不同的原理，而兩者在很大程度上都同經驗相符合。這—點同時又證明，要在邏輯上從經驗推出力學的基本概念和基本假設的任何企圖，都是要失敗的。愛因斯坦還清楚地看到，相對論是說明理論科學在發展的基本特征的一個良好的例子。初始假設變得愈來愈抽象，離經驗愈來愈遠。另一方面，它更接近一切科學的偉大目標，即要從盡可能少的假設或者公理出發，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的事實。同時，從公理引向經驗事實或者可證實的結論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙。理論科學家在他探索理論時，就不得不愈來愈聽從純粹數學的、形式的考慮，因為實驗家的物理經驗不能把他提高到最抽象的領域中去。正是科學發展的這種理論化趨勢，使愛因斯坦認識到：“科學一旦從它的原始階段脫胎出來以后，僅僅靠著排列的過程已不能使理論獲得進展。由經驗材料作為引導。研究者寧愿提出一種思想體系，它——般地是在邏輯上從少數幾個所謂公理的基本假定建立起來的。”（[1]，p.115），他進而指出：“適用于科學幼年時代的以歸納為主的方法，正在讓位給探索性的演繹法。”([1]，p.262)

三、愛因斯坦大膽運用探索性的演繹法的直接動因

只是在廣義相對論建立之后，愛因斯坦才把探索性的演繹法作為一個論原則從上加以論述。可是，早在創立狹義相對論時，他就在中大膽運用這一方法了，并在思想上對它已有比較深刻的認識。促使愛因斯坦大膽運用探索性的演繹法的直接原因有兩個：其一是赫茲、玻耳茲曼、彭加勒等人的思想，其二是當時的物現狀使得他不能不那樣做。

在聯邦大學期間(1896~1900)，愛因斯坦自學了赫茲、玻耳茲曼等科學大師們的著作。赫茲在他的名著《力學原理》(1894)中試圖重構力學，為此他僅利用空間、時間和質量三個原始概念。赫茲的力學體系建立在通過科學家個人的“內在直覺”從經驗引出的公理之上，它能夠導出經驗預言。赫茲認為“內在直覺規律”的功能像“康德意義上的先驗判斷”一樣，并且聲稱他的力學重構是演繹系統，與牛頓的《原理》(全稱《的數學原理》)有許多相同的風格。在這個公理體系中，我們可以推演出與我們的觀察記錄相對照的可檢驗的結論，依據該結論與可觀察的世界一致還是不一致，來決定這個體系是否正確。盡管愛因斯坦不贊同赫茲的隱質量概念和“把自然現象追溯到力學的主要定律”的長遠目標，但是赫茲強調公理描述的威力卻給他留下了深刻的印象。這種公理描述與其說在經驗材料上預言理論結構，倒不如說在公理和直覺上預言理論結構。

愛因斯坦也自學了玻耳茲曼的《力學講義》(1897)。在該書中，玻耳茲曼把力學作為物理學的核心，愛因斯坦當然不會同意這種看法的。但是，玻耳茲曼重構力學的方法的下述特點，一定會強烈地震撼愛因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力學原理的不明晰性，在我看來不是同時以假設的智力圖像為起點而得到的，而是從一開始就以與外部經驗相聯系的嘗試而得到的。”([2]，p．127)玻耳茲曼的意思很清楚：力學原理的不明晰，在于經驗歸納，而不在于智力圖像。玻耳茲曼的“智力圖像”概念比赫茲的“外部對象的圖像或符號”更自由，愛因斯坦可能山此注意到，力學的已使原理凌駕于經驗材料之上。

彭加勒在《科學與假設》(1902)中對約定主義的論述，對愛因斯坦的探索性的演繹法的形成必定大有裨益，愛因斯坦在“奧林比亞科學院”時期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研讀過這本膾炙人口的暢銷名著。彭加勒通過對數理科學的基礎進行了敏銳的、批判性的審查和后得出：幾何學的公理既非先驗綜合判斷，亦非經驗事實，它們原來都是約定。物理學盡管比較直接地以經驗為基礎，但它的一些基本原理也具有幾何學公理那樣的約定特征。例如慣性原理，它不是先驗地支配我們的真理，否則希臘學者早就知道它了，它也不是經驗的事實，因為人們從來也不能用不受外力的物體做實驗，因而無法用實驗證實或否證它。經過最終分析，它們化歸為約定或隱蔽的定義。因此，彭加勒得出結論說：在數學及其相關的學科中，“可以看出自由約定的特征”;他進而指出：“約定是我們的精神的自由活動的產品”，“我們在所有可能的約定中進行選擇時，要受實驗事實的引導;但它仍是自由的，只是為了避免一切矛盾起見，才有所限制。”

彭加勒在考察了物理學的理論后認為，物理學有兩類陳述——原理和定律。定律是實驗的概括，它們相對于孤立的系統而言可以近似地被證實，原理是約定而成的公設，它們是十分普遍的、嚴格真實的，超越了實驗所及的范圍。彭加勒還闡述了約定主義的方法論意義。他說，當一個定律被認為由實驗充分證實時，我們可以采取兩種態度。我們可以把這個定律提交討論，于是，它依然要受到持續不斷的修正，毋庸置疑，這將僅僅以證明它是近似的而終結。或者，我們也可以通過選擇這樣一個約定使命題為真，從而把定律提升為原理。在彭加勒看來，經典力學和經典物理學的六大基本原理(邁爾原理即能量守恒原理、卡諾原理即能量退降原理、牛頓原理即作用與反作用原理、相對性原理、拉瓦錫原理即質量守恒原理、最小作用原理)就是這樣形成的。

彭加勒提出約定主義并不是無緣無故的。在近代科學發展的早期，弗蘭西斯•培根提出了經驗歸納的新方法，這種方法對促進近代科學的發展起了巨大的作用，但后來卻助長了狹隘經驗事義的盛行。到19世紀，以惠威爾、穆勒為代表的“全歸納派”和以孔德、斯賓塞為代表的實證主義廣為流行，把經驗和歸納視為唯一可能的認識方法。到19世紀末，第二代的實證主義的代表人物馬赫更是揚言要把一切“形而上學的東西”從科學中“排除掉”。另一方面，康德不滿意經驗論的歸納主義的階梯，他把梯子顛倒過來，不是從經驗上升到理論，而是以先天的“感性直觀的純形式”(時間和空間)和先天的“知性的純粹概念或純粹范疇(因果關系、必然性、可能性等十二個范疇)去組織后天經驗，以構成絕對可靠的“先驗綜合知識”。彭加勒看到，無論是經驗論還是先驗論，都不能圓滿地說明科學理論體系的特征。為了強調在從事實過渡到原理時，科學家應充分有發揮能動性的自由，他于是提出了約定主義。約定主義既要求擺脫狹隘的經驗論，又要求擺脫經驗論，它順應了科學發展的潮流，反映了當時科學界自由創造、大膽假設的要求，在科學和哲學上都有其積極意義。

《科學與假設》一書對愛因斯坦的印象極深，他和同伴們花了好幾個星期緊張地讀完了它。愛因斯坦坦率地承認彭加勒對他的直接影響。他贊同“敏銳的深刻的思想家”彭加勒的約定主義觀點，認為概念和公理是思維的自由創造，是理智的自由發明。他這樣說過：“一切概念，甚至那些最接近經驗韻概念，從邏輯觀點看來，……都是一些自由選擇的約定，……([1]，p．6)

一開始，愛因斯坦也對洛倫茲的論（是1895年的論文，而不是1904年的電子論的最終形式）發生過興趣，這是一種構造性的理論。可是不久，他從普朗克的量子論中看到，輻射具有一種分子結構。這是同麥克斯韋理論相矛盾的，而且麥克斯韋理論也不能導致出正確的輻射壓漲落。愛因斯坦在“自述”中談到了他當時的轉變：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首創性工作以后不久，這類思考已使我清楚地看到：不論是力學還是熱力學(除非在極限情況下)都不能要求嚴格有效。漸漸地我對那種根據已知事實用構造性的努力去發現真實定律的可能性感到絕望了。我努力得愈久，就愈加絕望，也就愈加確信，只有發現一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結果。”([1]，p．23)從此時起，愛因斯坦就斷然決定用探索性的演繹法來解決。

四、愛因斯坦的探索性的演繹法的特色

作為科學推理的演繹法，可以說是源遠流長了。早在古希臘，著名的哲學家、形式邏輯的創始人亞里士多德就提出了歸納和演繹這兩種邏輯方法，并認為演繹推理的價值高于歸納推理。而古希臘名聲最大的數學家歐幾里得，在《幾何原本》中把幾何學系統化了，這部流傳千古的名著就是邏輯演繹法的典范。牛頓在建立他的力學理論體系時雖然運用了歸納法，但其集大成著作《原理》的敘述方法卻采用的是演繹法。愛因斯坦的探索性的演繹法絕不是這種古老的演繹法的簡單照搬。他根據自己的科學研究實踐，順應當時理論科學發展的潮流，對演繹法作了重大發展，賦予了新的。也許是為了強調他的演繹法與傳統的演繹法的不同，他在“演繹法”前面加上了限制性的定語——“探索性的”，這個定語也恰當地表明了他的演繹法的主要特征。與傳統的演繹法相比，愛因斯坦的探索性的演繹法是頗有特色的。這主要表現在以下三個方面。

第一，明確地闡述了科學理論體系的結構，恰當地指明了思維同經驗的聯系問題，充分肯定了約定在建造理論體系時的重要作用。愛因斯坦把科學理論體系分為兩大部分，其一是作為理論的基礎的基本概念和基本原理，其二是由此推導出的具體結論。在愛因斯坦看來，那些不能在邏輯上進一步簡化的基本概念和基本假設，是理論體系的根本部分，是整個理論體系的公理基礎或邏輯前提。它們實際上“都是一些自由選擇的約定”;它們“不能從經驗中抽取出米，而必須自由地發明出來”([1]，pp．6，315)。談到思維同經驗的聯系問題時，愛因斯坦說：直接經驗ε是已知的，A是假設或公理，由它們可以通過邏輯道路推導出各個個別的結論S;S然后可以同ε聯系起來(用實驗驗明)。從心理狀態方面來說，A是以ε為基礎的。但是在A和ε之間不存在任何必然的邏輯聯系，而只有通過非邏輯的方法——“思維的自由創造”(或約定)——才能找到理論體系的基礎A。愛因斯坦明確指出：“物理學構成一種處在不斷進化過程中的思想的邏輯體系。它的基礎可以說是不能用歸納法從經驗中提取出來的。而只能靠自由發明來得到。這種體系的根據(真理內容)在于導出的命題可由感覺經驗來證實，而感覺經驗對這基礎的關系，只能直覺地去領悟。進化是循著不斷增加邏輯基礎簡單性的方向前進的。為了要進一步接近這個目標，我們必須聽從這樣的事實：邏輯基礎愈來愈遠離經驗事實，而且我們從根本基礎通向那些同感覺經驗相聯系的導出命題的思想路線，也不斷地變得愈來愈艱難、愈來愈漫長了。”([1]，p．372)

第二，大膽地提出了“概念是思維的自由創造”、“范疇是自由的約定”([1]，pp．407，471)的命題，詳細地闡述了從感覺經驗到基本概念和基本原理的非邏輯途徑。愛因斯坦指出，象馬赫和奧斯特瓦爾德這樣的具有勇敢精神和敏銳本能的學者，也因為哲學上的偏見而妨礙他們對事實做出正確的解釋(指他們反對原子論)。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在于相信毋須自由的構造概念，事實本身能夠而且應該為我們提供科學知識。這種誤解之所以可能，是因為人們不容易認識到，經過驗證和長期使用而顯得似乎同經驗材料直接相聯系的那些概念，其實都是自由選擇出來的。愛因斯坦認為，物理學家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界體系就能用單純的演繹法建立起來。要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺，才能得到這些定律。”([1]，p，102)

為了從經驗材料中得到基本原理。除了通過“以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺”外，愛因斯坦還指出可以通過“假設”、“猜測”、“大膽思辨”、“創造性的想像”、“靈感”、“幻想”、“思維的自由創造”、“理智的自由發明”、“自由選擇的約定”等等。不管方法如何變化，它們都有—個共同點，即基本概念和基本原理只能通過非邏輯的途徑自由創造出來。這樣一來，基本概念和基本原理對于感覺經驗而言在邏輯上是獨立的。愛因斯坦認為二者的關系并不像肉湯同肉的關系，而倒有點像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關系。也正由于如此，從感覺經驗得到基本概念和原理就是一項十分艱巨的工作，這也是探索性的演繹法的關鍵一步。因此，愛因斯坦要求人們“對于承擔這種勞動的理論家，不應當吹毛求疵地說他是‘異想天開'''';相反，應當允許他有權去自由發揮他的幻想，因為除此以外就沒有別的道路可以達到目的。他的幻想并不是無聊的白日做夢，而是為求得邏輯上最簡單的可能性及其結論的探索。”([1]，pp.262~263)

關于愛因斯坦所說的“概念是思維的自由創造”和“范疇是自由的約定”，其中的“自由”并非任意之謂，即不是隨心所欲的杜撰.愛因斯坦認為，基本概念和基本原理的選擇自由是一種特殊的自由。它完全不同作家寫小說時的自由，它倒多少有點像一個人在猜一個設計得很巧妙的字謎時的那種自由。他固然可以猜想以無論什么字作為謎底，但是只有一個字才真正完全解決了這個字謎。顯然，愛因斯坦所謂的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理時思維方式的自由、它們的表達方式的自由以及概括程度高低的自由，—般說來，它們包含的客觀實在的內容則不能是任意的。這就是作為反映客觀實在的人類理智結晶的科學之客觀性和主觀性的統一。誠如愛因斯坦所說：“科學作為一種現存的和完成的東西，是人們所知道的最客觀的，同人無關的東西。但是，科學作為一種尚在制定中的東西，作為一種被迫求的目的，卻同人類其他一切事業一樣，是主觀的，受心理狀態制約的。”([1]，p．298)

第三，明確地把“內在的完備”作為評判理論體系的合法性和正確性的標準之一。在愛因斯坦看來，探索性的演繹法就是在實驗事實的引導下，通過思維的自由創造，發明出公理基礎，然后以此為出發點，通過邏輯演繹導出各個具體結論，從而構成完整的理論體系。但是，評判這個理論體系的合法性和正確性的標準是什么呢?愛因斯坦晚年在“自述”中對這個問題作了綱領性的回答([1]，pp．10～11)。他認為，第一個標準是“外部的證實”，也就是說，理論不應當同經驗事實相矛盾。這個要求初看起來似乎十分明顯，但起來卻非常傷腦筋。因為人們常常，甚至總是可以用人為的補充假設來使理論同事實相適應，從而堅持一種普遍的理論基礎。但是，無論如何，這種觀點所涉及的是用現成的經驗事實采證實理論基礎。這個標準是眾所周知的，也是經常運用的。有趣的是愛因斯坦提出的第二個標準——“內在的完備”。它涉及的不是理論同觀察材料的關系問題，而是關于理論本身的前提，關于人們可以簡單地、但比較含糊地稱之為前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“邏輯簡單性”。也就是說，這些不能在邏輯上進一步簡化的元素要盡可能簡單，并且在數目上盡可能少，同時不至于放棄對任何經驗內容的適當表示。這個觀點從來都在選擇和評價各種理論時起著重大的作用，但是確切地把它表達出來卻有很大困難。這里的問題不單是一種列舉邏輯上獨立的前提問題(如果這種列舉是毫不含糊地可能的話)，而是一種在不可通約的質之間作相互權衡的問題。其次，在幾種基礎同樣“簡單”的理論中，那種對理論體系的可能性質限制最嚴格的理論(即含有最確定論點的理論)被認為是比較優越的。理論的“內在的完備”還表現在：從邏輯的觀點來看，如果一種理論并不是從那些等價的和以類似方式構造起來的理論中任意選出的，那么我們就給予這種理論以較高的評價。

愛因斯坦看到了“內在的完備”這一標準不容忽視、不可替代的特殊作用。他指出，當基本概念和基本原理距離直接可觀察的東西愈來愈遠，以致用事實來驗證理論的含義就變得愈來愈困難和更費時日的時候，“內在的完備”標準對于理論的選擇和評價就一定會起更大的作用。他還指出，只要數學上暫時還存在著難以克服的困難，而不能確立這個理論的經驗內涵：邏輯的簡單性就是衡量這個理論的價值的唯一準則，即使是一個當然還不充分的準則([1]，pp.12、501)。愛因斯坦的“內在完備”標準在某種程度上是不可言傳的，但是它在像愛因斯坦這樣的具有“以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺”的人的手中，卻能夠有效地加以運用，而且預言家們在判斷理論的內在完備時，它們之間的意見往往是一致的。

在愛因斯坦創立狹義相對論和廣義相對論的過程中，充分地體現了探索性的演繹法的這三個特色。前面我們已簡單地涉及到這一點，這里我們只談談愛因斯坦從“內在的完備”這一標準的角度是如何對自己理論進行評價的。1906年，當德國實驗物理學家宣稱，他在1905年完成的關于高速電子(β射線)質量和速度關系的數據支持亞伯拉罕和布赫爾的“剛性球”電子論，而同洛倫茲-愛因斯坦的理論(電子在運動方向的直徑會隨速度的增加而收縮)不相容，彭加勒立即發生了動搖，認為相對性原理不再具有我們先前賦予它的那種重要的價值。洛倫茲表現得更是十分悲觀，他在1906年3月8日致彭加勒的信中說：“不幸的是，我的電子扁縮假設同考夫曼的新結果發生了矛盾，因此我必須放棄它，我已到了山窮水盡的地步。在我看來，似乎不可能建立起一種要求平移對電學和光學現象完全不產生影響的理論。”([2]，p．334)愛因斯坦的態度則截然相反，他對自己的理論的“內在的完備”抱有信心。他在1907年發表的長篇論文中指出：考大曼的實驗結果同狹義相對論的“這種系統的偏離，究竟是由于沒有考慮到的誤差，還是由于相對論的基礎不符合事實，這個問題只有在有了多方面的觀測資料以后，才能足夠可靠地解決。”他認為“剛性球”電子論在“頗大程度上是由于偶然碰巧與實驗結果相符，因為它們關于運動電子質量的基本假設不是從了大量現象的理論體系得出來的。”正由于狹義相對論的理論前提的簡單性大，它涉及的事物的種類多，它的應用范圍廣，它給人的印象深，所以愛因斯坦才對自己的理論堅信不疑，要知道當時還沒有確鑿的實驗事實證實這種具有思辨性的理論。談到廣義相對論的“內在的完備”，愛因斯坦說：“這理論主要吸引人的地方在于邏輯上的完整性。從它推出的許多結論中，只要有一個被證明是錯誤的，它就必須被拋棄，要對它進行修改而不摧毀其整個結構，那似乎是不可能的。”([1]，p．113)他甚至說過這樣的話：當1919年的日蝕觀測證明了他關于光線彎曲的推論時，他一點也不驚奇。要是這件事沒有發生，他倒會是非常驚訝的。

探索性的演繹法是愛因斯坦的主導哲學思想——唯物論的唯理論——的一個重要組成部分。可貴的是，愛因斯坦在這里并沒有排斥或漠視經驗歸納法在科學中的地位。一方面，他認為純粹思維可以把握實在;另一方面，又認為從來也沒有一種理論是靠純粹思辨發現的，他對構造性的理論也給予了較高的評價。愛因斯坦敢于正視矛盾的兩極，在唯理論和經驗論之間保持了一種微妙的、恰如其分的平衡，這正是他的高明之處。他提出的探索性的演繹法，只是強調“要大膽思辨，不要經驗堆積”罷了，這是理論科學在20世紀發展的必然趨勢，愛因斯坦則是率先表達了這一時代要求。

《愛因斯坦文集》第一卷，許良英等編譯，商務印書館，1978年第1版，第75~76頁。

ArthurI．Miller，AlbertEinstein''''sSpecisloryofRelativity：Emergence(1905)andEarlyInterpretation,(1905~1911)，Adison-WesleyPubiishingCompany，Inc.,1981,p.196.

H．S．塞耶編：《牛頓著作選》，上海人民出版社，1971年第1版，第6頁。

篇（8）

AbstractDiscussestherequirementsformonitoringandmanagementofthescopesfromboilerhousesforheating,steam-waterandwater-waterheatexchangers,smallscaleheatingnetworkstolargescaledistrictheating,therelatedhardwareconfigurationandtheapproachestorealisetherequiredfunctions.

Keywordscomputercontrol，heating，boiler

5.1供暖熱水鍋爐房內監測與控制的主要目的應為：

·提高系統的安全性，保證系統能夠正常運行；

·全面監測并記錄各運行參數，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過程進行有效的控制調節，提高鍋爐效率，節省運行能耗，并減少大氣污染。

對于熱水鍋爐，可將被監測控制對象分為燃燒系統和水系統兩部分分別進行討論。整個計算機監測控制管理系統可按圖5-1形式由若干臺現場控制機（DCU）和一臺中央管理機構成。各DCU分別對燃燒系統、水系統進行監測控制，中央管理機則顯示并記錄這兩個系統的在線狀態參數，根據供熱狀態況確定鍋爐、循環泵的開啟臺數，設定供水溫度及循環流量，協調各臺DCU完成各監測控制管理功能。

5．1．1燃燒系統監測與控制

圖5-1鍋爐房計算機的監控系統

對于鏈條式熱水鍋爐，燃燒過程的控制主要是根據對產熱量的要求控制鏈條速度及進煤擋板高度，根據爐膛內燃燒狀況及排煙的含氧量及爐膛內的負壓度控制鼓風機、引風機的風量，從而既根據供暖的要求產生熱量，又獲得較高的燃燒效率。為此需要監測的參數有：

·排煙溫度：一般使用銅電阻或熱電偶來測量；再配之以相應的溫度變送器，即可產生4～20mA或0～10mA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%范圍內的高溫氣體的含氧量實現較精確的測量，其輸出通過變送器后亦可轉換為4～20mA或0～10mA電流信號。

·空氣預熱器出口熱風溫度：同上述測溫方法。

·爐膛、對流受熱面進出口、省煤器出口、空氣預熱器出口、除塵器出口煙氣壓力：測點可根據具體要求增減，一般采用膜盒式或波紋管式微壓差傳感器，再通過相應的變送器變為4～20mA或0～10mA電流信號，接入DCU的AI通道。

·一次風、二次風風壓，空氣預熱器前后壓差：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換為電阻信號，再變成標準電流信號，送入DCU的AI通道。

·供水溫度及產熱量：由水系統的DCU測出后通過通訊系統送來。

燃燒系統需要控制調節的裝置為：

·爐排速度：由可控硅調壓，改變直流電機轉速

·擋煤板高度：控制電機正反轉，通過機械裝置帶動擋板運動

·鼓風機風量：調鼓風機各風室風閥或通過變頻器調風機轉速

·引風機風量：調引風機風閥或通過變頻器高風機轉速

為了監測上述調節裝置是否正常動作，還應配置適當的手段測試上述調節裝置的實際狀態。爐排速度和擋煤板高度可通過適當的機械機構結合霍爾元件等位置探測傳感器來實現，風機風量的調節則可以通過風閥的閥位反饋信號或變頻器的頻率輸出信號得到。

燃燒過程的控制調節主要包括事故下的保護，啟停過程控制，正常的燃燒過程調節三部分。

·事故保護：這主要是由于某種原因造成循環水停止或循環量過小，以及鍋爐內水溫太高，出現汽化。此時最重要的是恢復水的循環，同時制止爐膛內的燃燒。這就需要停止給煤，停止爐排運行。停止鼓風機，引風機。DCU接收水溫超高的信號后，就應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。

啟停控制：啟動點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爐排運動，停掉鼓風機，然后停止引風機。重新啟動的過程則是開啟引風機，慢慢開大鼓風機，隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度。

正常運行調節：正常運行時的調節主要是使鍋爐出口水溫度維持在要求的設定值，同時達到高燃燒效率，低排煙溫度，并使爐膛內保持負壓。這時作為參照的測量參數有爐膛內的溫度分布、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，鼓風機則可以根據空氣預熱器進出口空氣的壓差判斷其相對的變化，此時可以調整控制量有爐排速度、煤層厚度（調整擋煤礦板高度）、鼓風機轉速、各風室風閥、引風機轉速或風閥。上述各調節手段與各可參照的測量參數都不是單一的對應關系，因此很難用如PID算法之類的簡單控制調節算法。目前，控制調節效果較好的大都采用"模糊控制"方法或"規則控制"法，都是根據大量的人工調節運行經驗而總結出的調節運行方法。

當燃燒充分時，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節，煤層厚度與煤種有很大關系，爐膛內燃燒狀況可以通過爐膛內溫度分布及煤層風阻來確定。燃燒充分時爐膛內中部溫度最高，爐排尾部距擋渣器前煤已燃盡，溫度降低。鼓風機則應根據進煤量的增減而增減送風量，同時通過觀測排煙的含氧量最終確定風量是否適宜。引風機則可根據爐膛內負壓狀態決定運行狀態，維持爐內微負壓，從而既保證煤的充分燃燒，又不會使煙氣和火焰外溢。根據如上分析，可采用如下調節規則：

每h一次，根據爐膛內溫度分布調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：若出水溫度高于設定值2℃以上，則將爐排速度降低5%，若出水溫度低于設定值2℃以上，則將爐排速度加大5%，加大和減小爐排速度的同時，還要相應地將鼓風機轉速開大或減小。當采用風閥調整鼓風量時，則調閥，觀察空氣預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，則適當減少鼓風同風量（降低轉速或關小風閥），若低于高定值，則增加鼓風機風量。

每15min一次：若爐膛負壓值偏小（或變為正壓），加大引風機轉速或開大風閥，若負壓值偏大，則降低引風機風量。

以上調節規則中，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，然后將其再寫入DCU控制邏輯中。同樣，排煙含氧量的設定值，含氧量出現偏差時對鼓風機風量的修正等參數也需要在鍋爐試運行后，根據實際情況摸索，逐步確定。當然這幾個修正量參數也可以在運行過程中通過所謂"自學習"的方法得到，在這里不做過多的討論。

5．1．2鍋爐房水系統的監測控制

鍋爐房水系統的計算機監測控制系統的主要任務是保證系統的安全性；對運行參數進行計量和統計；根據要求調整運行工況。

·安全性保證：保證主循環泵的正常運行和補水泵的及時補水，使鍋爐中循環水不會中斷，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。

·計量和統計：測定供回水溫度和循環水量，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。

·運行工況調整：根據要求改變循環水泵運行臺數或改變循環水泵轉速，調整循環流量，以適應供暖負荷的變化，節省運行電費。

圖5-2為由2臺熱水鍋爐、4臺循環水泵構成的鍋爐房水系統示意圖。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那樣在鍋爐入口調節閥后面安裝壓力傳感器，根據測出的壓力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節閥來調整流量，可以使在2臺鍋爐都運行時，流量分配基本一致，而當低負荷工況下1臺鍋爐停止或封火，循環水泵運行臺數也減少時，自動調節流量分配，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F1一起構成對熱量的計量。用戶側供暖熱量為，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常對其作統計分析，與煤耗量比較，既可檢查鍋爐效率的變化，及時發現鍋爐可能出現的問題，與外溫變化情況相比較，則又可以了解管網系統的變化及供熱系統的變化，從而為科學地管理供暖系統的運行提供依據。

泵1～4為主循環泵。壓力傳感器p1，p2則觀測網路的供回水壓力。安裝4臺泵時的一般視負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，同時還應通過測量主接觸器的輔助觸點狀態測出每臺泵的開停狀態。這樣，當發現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，避免出現因循環泵故障而使鍋爐中循環水停止流動的事故。流量傳感器F1也是觀察循環水是否正常的重要手段。當外網由于某種原因關閉，盡管循環水泵運行，但流量可以為零或非常小，此時也應立即報警，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，恢復鍋爐內的水循環。

泵5，6與壓力測量裝置p2，流量測量裝置F2及旁通閥V3構成補水定壓系統，當p2壓力降低時，開啟一臺補水泵向系統中補水，待p2升至設定的壓力值時，停止補水。為防止管網系統中壓力波動太大，當未設膨脹水箱時，還可設置旁通閥V3來維持壓力的穩定。長期使一臺補水泵運行，通過調整閥門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，當發現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，協調整個鍋爐房及熱網的運行調節與管理。中央機主要工作任務為：

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

·根據外溫變化情況，預測負荷的變化，從而確定供熱參數，即循環水量及泵的開啟臺數、供水溫度、鍋爐運行臺數。將這些決定通知相應的DCU產生相應原操作或修改相應的設定值。負荷的預測可以根據測出的以往24h的平均外溫w來確定：

(5-1)

式中為Q0設計負荷，t0為設計狀態下的室外溫度，Q為預測出的負荷。考慮到建筑物和管網系統的熱慣性，采用時間序列的方法來預測實際需要的負荷，可能要更準確些。

式（5-1）中的負荷盡管每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tw,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%，所以不會引起系統的頻繁調節。

根據預測的負荷可以確定鍋爐的開啟臺數Nb：Nb≥Q/q0，其中q0為每臺鍋爐的最大出力。由此還可確定循環水泵的開啟臺數。

要求的總循環量G=max（Q/(Δt·cp）Cmin)，其中Gmin為不產生垂直失調時要求的最小系統流量，Δt為設定的供回水溫差。由于多臺泵并聯時，總流量并非與開啟臺數成正比，因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數成正比，因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數與流量的關系對應表，由此可求出要求的運行臺數。

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

--水冷壁管或對流管爆管事故此時補水量迅速增加，爐膛內溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內壓力迅速由負壓變為正壓。

--水側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的飽和溫度。

--鍋爐內壓力超壓事故測出水側壓力突然升高，超過允許的工作壓力；

--管網漏水嚴重測了水側壓力降低，補水量增大；

--鍋爐內水系統循環不良測出總循環水量GF1減少很多，壓差p3-p1或p4-p1加大；

--除污器堵塞測出總循環水量GF1減少，當閥門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定值有較大差別；

--引風機、鼓風機、水泵故障相應的主接觸器跳閘，或所測出的空氣壓差或水循環流量與風機、水泵的設計狀況有較大出入。

利用計算機根據上述規則及實測運行參數不斷進行分析判斷，即可及時發現上述事故或故障，并立即采取報警和停爐等相應的措施，從而防止事故的進一步擴大或故障轉化為事故，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，通過換熱站向小區供熱的系統來說，換熱站的作用就同上一節的供暖鍋爐房一樣，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的測控制元件。水側與圖5-2一樣，控制泵5、6及閥V2根據p2的壓力值補水和定壓；啟停泵1～4來調整循環水量；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，F3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由水蒸氣性質表可查出相應狀態下水蒸氣的比體積ρ，從而由體積流量換算出質量流量。為了能由t和p查出比體積，要求水蒸氣為過熱蒸汽。為此將減壓調節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，經調節閥等焓減壓后，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L2再次輸出有水信號時，計算機開始計時，直到L1發出有水信號時，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確標定出，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的蒸汽平均質量流量，代替流量計F3，并獲得更精確的測量。當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。

加熱量由蒸汽側調節閥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。為改善換熱器的調節特性，可以根據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定值。調整閥門V1使出口蒸汽壓力p3達到這一設定值。與直接根據出口水溫調整閥門的方式相比，這種串級調節的方式可獲得更好的調節效果。

供水溫度t3的設定值，循環泵的開啟臺數或要求的循環水量的確定，可以同上一節一樣，根據前24h的外溫平均值查算供熱曲線得到要求的供熱量，并算出要求的循環水量。供水溫度的設定值t3,set可由調整后測出的循環水量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地改變，以保證供出的熱量與要求的熱量設定值一致。

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

圖5-4水-水換熱站的測量與控制

調整電動閥門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供水溫設定值，由V1按此設定值進行調節。在實際工程中，高溫水網側的主要問題是水力失調，由于各支路通過干管彼此相連，一個熱力站的調整往往會導致鄰近熱力站流量的變化。另外，高溫水側管網總的循環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水閥V1開大，試圖增大流量，結果距熱源近的換熱站流量得到滿足，而距熱源遠的換熱站流量反而減少，造成系統嚴重的區域失調。解決這種問題的方法就是采用全網的集中控制，由管理整個高溫水網的中央控制管理計算機統一指定各熱力站調節閥V1的閥位或流量，各換熱站的DCU則僅是接收通過通訊網送來的關于調整閥門V1的命令，并按此命令進行相應的調整。高溫水側面管網的集中控制調節。將在一下節中詳細介紹。

5．3小區熱網的監測與調節

小區熱網指供暖鍋爐房或換熱站至各供暖建筑間的管網的監測調節。小區熱網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，計算機系統的中心任務就是掌握小區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。比較現實的方法就是測量回水溫度，根據各支路回水溫度的差別，就可以估計出各支路所負責建筑平均室溫的差別。如果各支路回水溫度調整到相同值，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的流量分配進行調整，在各支路上都安裝由計算機進行自動調節的電動調節閥成本會很高，同時一旦各支路流量調節均勻，在無局部的特殊變化時，系統應保持冷熱均勻的狀態，不需要經常調整。因此可以在各支路上安裝手動調節閥，通過計算機監測和指導與人工手動調節相配合的方法實現小區供暖系統的調節和管理。為便于人工手動調節，希望各支路的調節閥有較準確的開度指示。目前國內推廣建研院空調所等幾個單位研究開發流量調配閥，有準確的閥位指示，閥位可鎖定，并提供較準確的閥位-阻力特性曲線，采用這種閥門將更易于計算機指導下的人工調節。

根據上述討論，計算機系統要測出各支路的回水溫度，并將其統一送到供暖小區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置1臺DCU。此DCU僅需要溫度測量輸入通道。再通過專門鋪設的局部網或通過調制解調器經過電話線與小區的中央管理聯接。當這十幾個溫度相互距離較遠時，溫度傳感器至DCU之間的電纜的鋪設有時就有較大困難，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、每一組聯至一臺DCU的測溫點相距不太遠時適用。

采用內部裝有單片機的智能式溫度傳感器，可以連接通訊網通訊或通過調制解調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制解調器的溫度變送器，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時的供熱狀況一目了然。還可根據各支路間回水溫度的差別計算各支路閥門需要的調整量。對于一般的帶有閥位指示的調節閥，這種分析只能采用某種基于經驗的規則判斷法，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，全網平均回水溫度。

若max-min<3℃，不需要再做調節。

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

若max-<-2℃，將溫度最低的10%支路閥門都開大，與相比溫度每高1℃開大3%～5%；

根據上面的分析結果，計算機顯示并打印出需要調節的支路及其調節量。運行管理人員根據計算機的輸出結果到現場進行手動調節。在供暖初期每3天左右進行一次這種調節。一般經過6～8次即可使一個小區基本實現均勻供熱。

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

目前，許多供熱公司和有關管理部門開始提出裝設熱量計，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出臺。這種熱量計多是由一臺轉子式流量計和兩臺溫度傳感器配一臺單片計算機構成。轉子式流量計每流過一個單元流量即發出一個脈沖，由單片機測出此脈沖，得到流量，再乘以當時測出的供回水溫差，即可行到相應的熱量，由單片要對此熱量值進行累計和其它統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，通過調制解調器將它與電話線連接，就能實現熱量計與小區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，從而可以對網的不平衡發問進行分析，給出熱網的調節方案。這樣，將熱量計、通訊網與小區中央管理計算機三者結合，就可以全面實施小區熱網的熱量計量、統計與管理、運行調節分析三部分功能，較好地解決小區熱網的運行、管理與調節。

5．4熱電聯產的集中供熱網的計算機監控管理

熱電聯產的集中供熱網可以分成兩部分：熱源至各熱力站間的一次網，熱力站至各用戶建筑的二次網。后者的控制調節已在前幾節討論，本節討論熱源至各熱力站間的一次網的監控管理。

一次網有蒸汽網和熱水網兩種形式，對于蒸汽網，各熱力站為前面討論過的蒸汽-熱水換熱站，一次網的管理主要是各熱力站蒸汽用量的準確計量，這在前面也已討論。下面主要研究熱水網的監測控制調節。

若忽略熱網本身的慣性，則系統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循環水量之和又總是等于熱源循環泵的流量，不論是冷凝式、抽汽式還是背壓式熱電廠，其輸出到熱網的熱量都不是完全由各熱力站的調節決定，而是由熱電廠本身的調節來決定，取決于進入蒸汽-水換熱器的蒸汽量。由于熱電廠控制調節輸出熱量時很難準確了解各熱力站對熱量的需求，同時還要兼顧發電的要求，不能完全根據各熱力站需要的熱量調整，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，就導致控制調節上的一些矛盾。

為簡單起見，假設熱電廠向蒸汽-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，則各熱力站二次側調節紛紛關小。以減小流量。由此使總流量相應減少，導致供回水溫差加大。如果電廠維持蒸汽量Q0不變則各熱力站調節閥的關小并不能使總熱量減少，而只是根據網的特性及各熱力站調節特性的不同，有的熱力產流量減少的多，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，各熱力站的調節閥紛紛開大，使流量增加，由此導致供回水溫差減小。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閥門的調節實際是對各熱力站之間的熱量分配比例的調節，而不是對熱量的調節，如果各熱力站都是這樣獨立地根據自己小區的供熱需求進行調節，而熱電廠又不做相應的配合，則整個熱網不可能調整控制好。實際上熱電廠也會進行一些相應的調節，例如發現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節中的討論的，根據外溫獨立調節。既然各熱力站一次側閥門的調節只解決熱量的分配比例，那么對它們的調節亦應該根據對熱量的分配比例來調節。一種方式是如果認為供熱量應與供熱面積成正比，則測出每個熱力站的瞬時供熱量，根據各熱力站的供熱面積，計算每個熱力站的單位面積q。對q偏大的熱力站關小調節閥，對q偏小的則開大調節閥，這樣不斷修正，直至各熱力站的q相同為止。再一種方式則是認為各散熱器內的平均溫度相同，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的供回水平均溫度，因此可以各熱力站二次側供回水平均溫度調整成一致目標，統一確定熱力站二次側供回水平均溫度的設定值，根據此設定值與實測供回水平均溫度確定開大或關小一次側調節閥。按照這一思路，對各熱力站的調節以達到熱量的平均分配為目的，以實現均勻供熱。熱電廠再根據外溫變化，統一對總的供熱量進行調整，以保證供熱效果并且不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物效果并不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物均處在同一外溫下，因此，一旦系統調整均勻，對各熱和站調節閥的調整很少，熱源的總的供熱以數隨外溫改變，各熱力站的調節閥則不需要隨外溫而變化，只當小區二次系統發生一些變化時才需要進行相應的調節。

要實現這種調節方式，就必須對全網各熱力站的調節閥實行集中統一的控制調節。可以在每個熱力站設一臺DCU現場控制機，測量一、二次側的水溫、壓力、流量及二次側循環泵狀態，并可控制一次側電動調節閥。通過通訊網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，這時的通訊可通過調制解調器搭用電話線，也可以隨著供熱干管同時埋設通訊電纜，使用雙絞線按照電流環方式通訊。中央管理機不斷采集各熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發送來的實測溫度的設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/關小電動調節閥。各熱力站二次側回水溫度的變化是一慣性很大且緩慢的過程，因此應采有0.5～1h以上的時間步長進行調節，以防止振蕩。

除對熱網工況進行高速外，計算機控制系統還應為保證系統的安全運行做出貢獻。當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超壓導致散熱器脹裂，DCU可直接監視用戶的供回水管壓力，發現超壓立即關閉供水閥，起到保護作用。無論直連還是間連網，另一類嚴重的事故就是一次網漏水。嚴重的管道漏水如不能及時發現并切斷和修復，將嚴重影響供熱系統和熱電廠的運行。根據各熱力站DCU監測的一次網供回水壓力分布，還可以從其中的突然變化判斷漏水事故及其位置，這對提高熱網的安全運行有十分重要的意義，這類系統壓力分析與事故判斷的工作應屬于中央管理機的工作內容。

5．5參考文獻

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2陸耀慶主編，實用供熱空調設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1993。

3李祚啟，集中供熱管理微機自控優化系統，建設電子論文選編，北京：中國建筑工業出版社，1994。

4江億，集中供熱網控制調節策略探討，區域供熱，1997，（2）。

5江億，城市集中供熱網的計算機控制和管理，區域供熱，1995（5）。

篇（9）

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 供暖熱水鍋爐房內監測與控制的主要目的應為：

·提高系統的安全性，保證系統能夠正常運行；

·全面監測并記錄各運行參數，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過程進行有效的控制調節，提高鍋爐效率，節省運行能耗，并減少大氣污染。

對于熱水鍋爐，可將被監測控制對象分為燃燒系統和水系統兩部分分別進行討論。整個計算機監測控制管理系統可按圖5-1形式由若干臺現場控制機（DCU）和一臺中央管理機構成。各DCU分別對燃燒系統、水系統進行監測控制，中央管理機則顯示并記錄這兩個系統的在線狀態參數，根據供熱狀態況確定鍋爐、循環泵的開啟臺數，設定供水溫度及循環流量，協調各臺DCU完成各監測控制管理功能。

5．1．1 燃燒系統監測與控制

圖5-1 鍋爐房計算機的監控系統

對于鏈條式熱水鍋爐，燃燒過程的控制主要是根據對產熱量的要求控制鏈條速度及進煤擋板高度，根據爐膛內燃燒狀況及排煙的含氧量及爐膛內的負壓度控制鼓風機、引風機的風量，從而既根據供暖的要求產生熱量，又獲得較高的燃燒效率。為此需要監測的參數有：

·排煙溫度：一般使用銅電阻或熱電偶來測量；再配之以相應的溫度變送器，即可產生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%范圍內的高溫氣體的含氧量實現較精確的測量，其輸出通過變送器后亦可轉換為4～20mA或0～10 mA電流信號。

·空氣預熱器出口熱風溫度：同上述測溫方法。

·爐膛、對流受熱面進出口、省煤器出口、空氣預熱器出口、除塵器出口煙氣壓力：測點可根據具體要求增減，一般采用膜盒式或波紋管式微壓差傳感器，再通過相應的變送器變為4～20mA或0～10 mA電流信號，接入DCU的AI通道。

·一次風、二次風風壓，空氣預熱器前后壓差：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換為電阻信號，再變成標準電流信號，送入DCU的AI通道。

·供水溫度及產熱量：由水系統的DCU測出后通過通訊系統送來。

燃燒系統需要控制調節的裝置為：

·爐排速度：由可控硅調壓，改變直流電機轉速

·擋煤板高度：控制電機正反轉，通過機械裝置帶動擋板運動

·鼓風機風量：調鼓風機各風室風閥或通過變頻器調風機轉速

·引風機風量：調引風機風閥或通過變頻器高風機轉速

為了監測上述調節裝置是否正常動作，還應配置適當的手段測試上述調節裝置的實際狀態。爐排速度和擋煤板高度可通過適當的機械機構結合霍爾元件等位置探測傳感器來實現，風機風量的調節則可以通過風閥的閥位反饋信號或變頻器的頻率輸出信號得到。

燃燒過程的控制調節主要包括事故下的保護，啟停過程控制，正常的燃燒過程調節三部分。

·事故保護：這主要是由于某種原因造成循環水停止或循環量過小，以及鍋爐內水溫太高，出現汽化。此時最重要的是恢復水的循環，同時制止爐膛內的燃燒。這就需要停止給煤，停止爐排運行。停止鼓風機，引風機。DCU接收水溫超高的信號后，就應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。

啟停控制：啟動點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爐排運動，停掉鼓風機，然后停止引風機。重新啟動的過程則是開啟引風機，慢慢開大鼓風機，隨爐溫升高慢慢加大爐排進行速度。

正常運行調節：正常運行時的調節主要是使鍋爐出口水溫度維持在要求的設定值，同時達到高燃燒效率，低排煙溫度，并使爐膛內保持負壓。這時作為參照的測量參數有爐膛內的溫度分布、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，鼓風機則可以根據空氣預熱器進出口空氣的壓差判斷其相對的變化，此時可以調整控制量有爐排速度、煤層厚度（調整擋煤礦板高度）、鼓風機轉速、各風室風閥、引風機轉速或風閥。上述各調節手段與各可參照的測量參數都不是單一的對應關系，因此很難用如PID算法之類的簡單控制調節算法。目前，控制調節效果較好的大都采用"模糊控制"方法或"規則控制"法，都是根據大量的人工調節運行經驗而總結出的調節運行方法。

當燃燒充分時，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節，煤層厚度與煤種有很大關系，爐膛內燃燒狀況可以通過爐膛內溫度分布及煤層風阻來確定。燃燒充分時爐膛內中部溫度最高，爐排尾部距擋渣器前煤已燃盡，溫度降低。鼓風機則應根據進煤量的增減而增減送風量，同時通過觀測排煙的含氧量最終確定風量是否適宜。引風機則可根據爐膛內負壓狀態決定運行狀態，維持爐內微負壓，從而既保證煤的充分燃燒，又不會使煙氣和火焰外溢。根據如上分析，可采用如下調節規則：

每h一次，根據爐膛內溫度分布調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：若出水溫度高于設定值2℃以上，則將爐排速度降低5%，若出水溫度低于設定值2℃以上，則將爐排速度加大5%，加大和減小爐排速度的同時，還要相應地將鼓風機轉速開大或減小。當采用風閥調整鼓風量時，則調閥，觀察空氣預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，則適當減少鼓風同風量（降低轉速或關小風閥），若低于高定值，則增加鼓風機風量。

每15min一次：若爐膛負壓值偏小（或變為正壓），加大引風機轉速或開大風閥，若負壓值偏大，則降低引風機風量。

以上調節規則中，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，然后將其再寫入DCU控制邏輯中。同樣，排煙含氧量的設定值，含氧量出現偏差時對鼓風機風量的修正等參數也需要在鍋爐試運行后，根據實際情況摸索，逐步確定。當然這幾個修正量參數也可以在運行過程中通過所謂"自學習"的方法得到，在這里不做過多的討論。

5．1．2 鍋爐房水系統的監測控制

鍋爐房水系統的計算機監測控制系統的主要任務是保證系統的安全性；對運行參數進行計量和統計；根據要求調整運行工況。

·安全性保證：保證主循環泵的正常運行和補水泵的及時補水，使鍋爐中循環水不會中斷，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。

·計量和統計：測定供回水溫度和循環水量，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。

·運行工況調整：根據要求改變循環水泵運行臺數或改變循環水泵轉速，調整循環流量，以適應供暖負荷的變化，節省運行電費。

圖5-2為由2臺熱水鍋爐、4臺循環水泵構成的鍋爐房水系統示意圖。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那樣在鍋爐入口調節閥后面安裝壓力傳感器，根據測出的壓力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節閥來調整流量，可以使在2臺鍋爐都運行時，流量分配基本一致，而當低負荷工況下1臺鍋爐停止或封火，循環水泵運行臺數也減少時，自動調節流量分配，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F1一起構成對熱量的計量。用戶側供暖熱量為，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常對其作統計分析，與煤耗量比較，既可檢查鍋爐效率的變化，及時發現鍋爐可能出現的問題，與外溫變化情況相比較，則又可以了解管網系統的變化及供熱系統的變化，從而為科學地管理供暖系統的運行提供依據。

泵1～4為主循環泵。壓力傳感器p1，p2則觀測網路的供回水壓力。安裝4臺泵時的一般視負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，同時還應通過測量主接觸器的輔助觸點狀態測出每臺泵的開停狀態。這樣，當發現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，避免出現因循環泵故障而使鍋爐中循環水停止流動的事故。流量傳感器F1也是觀察循環水是否正常的重要手段。當外網由于某種原因關閉，盡管循環水泵運行，但流量可以為零或非常小，此時也應立即報警，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，恢復鍋爐內的水循環。

泵5，6與壓力測量裝置p2，流量測量裝置F2及旁通閥V3構成補水定壓系統，當p2壓力降低時，開啟一臺補水泵向系統中補水，待p2升至設定的壓力值時，停止補水。為防止管網系統中壓力波動太大，當未設膨脹水箱時，還可設置旁通閥V3來維持壓力的穩定。長期使一臺補水泵運行，通過調整閥門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，當發現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，協調整個鍋爐房及熱網的運行調節與管理。中央機主要工作任務為：

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

·根據外溫變化情況，預測負荷的變化，從而確定供熱參數，即循環水量及泵的開啟臺數、供水溫度、鍋爐運行臺數。將這些決定通知相應的DCU產生相應原操作或修改相應的設定值。負荷的預測可以根據測出的以往24h的平均外溫

w來確定：

(5-1)

式中為Q0設計負荷，t0為設計狀態下的室外溫度，Q為預測出的負荷。考慮到建筑物和管網系統的熱慣性，采用時間序列的方法來預測實際需要的負荷，可能要更準確些。

式（5-1）中的負荷盡管每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%，所以不會引起系統的頻繁調節。

根據預測的負荷可以確定鍋爐的開啟臺數Nb：Nb≥Q/ q0，其中q0為每臺鍋爐的最大出力。由此還可確定循環水泵的開啟臺數。

要求的總循環量G=max（Q/(Δt·cp）Cmin)，其中Gmin為不產生垂直失調時要求的最小系統流量，Δt為設定的供回水溫差。由于多臺泵并聯時，總流量并非與開啟臺數成正比，因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數成正比，因此可預先在計算機中預置一個開啟臺數與流量的關系對應表，由此可求出要求的運行臺數。

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

--水冷壁管或對流管爆管事故 此時補水量迅速增加，爐膛內溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內溫度迅速下降，排煙溫度下降，爐膛內壓力迅速由負壓變為正壓。

--水側升溫汽化事故 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的飽和溫度。

--鍋爐內壓力超壓事故測出水側壓力突然升高，超過允許的工作壓力；

--管網漏水嚴重 測了水側壓力降低，補水量增大；

--鍋爐內水系統循環不良 測出總循環水量GF1減少很多，壓差p3-p1或p4-p1加大；

--除污器堵塞 測出總循環水量GF1減少，當閥門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定值有較大差別；

--引風機、鼓風機、水泵故障 相應的主接觸器跳閘，或所測出的空氣壓差或水循環流量與風機、水泵的設計狀況有較大出入。

利用計算機根據上述規則及實測運行參數不斷進行分析判斷，即可及時發現上述事故或故障，并立即采取報警和停爐等相應的措施，從而防止事故的進一步擴大或故障轉化為事故，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，通過換熱站向小區供熱的系統來說，換熱站的作用就同上一節的供暖鍋爐房一樣，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的測控制元件。水側與圖5-2一樣，控制泵5、6及閥V2根據p2的壓力值補水和定壓；啟停泵1～4來調整循環水量；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，F3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由水蒸氣性質表可查出相應狀態下水蒸氣的比體積ρ，從而由體積流量換算出質量流量。為了能由t和p查出比體積，要求水蒸氣為過熱蒸汽。為此將減壓調節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，經調節閥等焓減壓后，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L2再次輸出有水信號時，計算機開始計時，直到L1發出有水信號時，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確標定出，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的蒸汽平均質量流量，代替流量計F3，并獲得更精確的測量。當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。

加熱量由蒸汽側調節閥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。為改善換熱器的調節特性，可以根據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定值。調整閥門V1使出口蒸汽壓力p3達到這一設定值。與直接根據出口水溫調整閥門的方式相比，這種串級調節的方式可獲得更好的調節效果。

供水溫度t3的設定值，循環泵的開啟臺數或要求的循環水量的確定，可以同上一節一樣，根據前24h的外溫平均值查算供熱曲線得到要求的供熱量，并算出要求的循環水量。供水溫度的設定值t3，set可由調整后測出的循環水量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地改變，以保證供出的熱量與要求的熱量設定值一致。

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

圖5-4 水-水換熱站的測量與控制

調整電動閥門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供水溫設定值，由V1按此設定值進行調節。在實際工程中，高溫水網側的主要問題是水力失調，由于各支路通過干管彼此相連，一個熱力站的調整往往會導致鄰近熱力站流量的變化。另外，高溫水側管網總的循環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水閥V1開大，試圖增大流量，結果距熱源近的換熱站流量得到滿足，而距熱源遠的換熱站流量反而減少，造成系統嚴重的區域失調。解決這種問題的方法就是采用全網的集中控制，由管理整個高溫水網的中央控制管理計算機統一指定各熱力站調節閥V1的閥位或流量，各換熱站的DCU則僅是接收通過通訊網送來的關于調整閥門V1的命令，并按此命令進行相應的調整。高溫水側面管網的集中控制調節。將在一下節中詳細介紹。

5．3 小區熱網的監測與調節

小區熱網指供暖鍋爐房或換熱站至各供暖建筑間的管網的監測調節。小區熱網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，計算機系統的中心任務就是掌握小區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。比較現實的方法就是測量回水溫度，根據各支路回水溫度的差別，就可以估計出各支路所負責建筑平均室溫的差別。如果各支路回水溫度調整到相同值，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的流量分配進行調整，在各支路上都安裝由計算機進行自動調節的電動調節閥成本會很高，同時一旦各支路流量調節均勻，在無局部的特殊變化時，系統應保持冷熱均勻的狀態，不需要經常調整。因此可以在各支路上安裝手動調節閥，通過計算機監測和指導與人工手動調節相配合的方法實現小區供暖系統的調節和管理。為便于人工手動調節，希望各支路的調節閥有較準確的開度指示。目前國內推廣建研院空調所等幾個單位研究開發流量調配閥，有準確的閥位指示，閥位可鎖定，并提供較準確的閥位-阻力特性曲線，采用這種閥門將更易于計算機指導下的人工調節。

根據上述討論，計算機系統要測出各支路的回水溫度，并將其統一送到供暖小區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置1臺DCU。此DCU僅需要溫度測量輸入通道。再通過專門鋪設的局部網或通過調制解調器經過電話線與小區的中央管理聯接。當這十幾個溫度相互距離較遠時，溫度傳感器至DCU之間的電纜的鋪設有時就有較大困難，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、每一組聯至一臺DCU的測溫點相距不太遠時適用。

采用內部裝有單片機的智能式溫度傳感器，可以連接通訊網通訊或通過調制解調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制解調器的溫度變送器，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時的供熱狀況一目了然。還可根據各支路間回水溫度的差別計算各支路閥門需要的調整量。對于一般的帶有閥位指示的調節閥，這種分析只能采用某種基于經驗的規則判斷法，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%支路閥門都關小，與相比溫度每高1℃關小3%5～%；

若max -

根據上面的分析結果，計算機顯示并打印出需要調節的支路及其調節量。運行管理人員根據計算機的輸出結果到現場進行手動調節。在供暖初期每3天左右進行一次這種調節。一般經過6～8次即可使一個小區基本實現均勻供熱。

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

目前，許多供熱公司和有關管理部門開始提出裝設熱量計，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出臺。這種熱量計多是由一臺轉子式流量計和兩臺溫度傳感器配一臺單片計算機構成。轉子式流量計每流過一個單元流量即發出一個脈沖，由單片機測出此脈沖，得到流量，再乘以當時測出的供回水溫差，即可行到相應的熱量，由單片要對此熱量值進行累計和其它統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，通過調制解調器將它與電話線連接，就能實現熱量計與小區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，從而可以對網的不平衡發問進行分析，給出熱網的調節方案。這樣，將熱量計、通訊網與小區中央管理計算機三者結合，就可以全面實施小區熱網的熱量計量、統計與管理、運行調節分析三部分功能，較好地解決小區熱網的運行、管理與調節。

5．4 熱電聯產的集中供熱網的計算機監控管理

熱電聯產的集中供熱網可以分成兩部分：熱源至各熱力站間的一次網，熱力站至各用戶建筑的二次網。后者的控制調節已在前幾節討論，本節討論熱源至各熱力站間的一次網的監控管理。

一次網有蒸汽網和熱水網兩種形式，對于蒸汽網，各熱力站為前面討論過的蒸汽-熱水換熱站，一次網的管理主要是各熱力站蒸汽用量的準確計量，這在前面也已討論。下面主要研究熱水網的監測控制調節。

若忽略熱網本身的慣性，則系統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循環水量之和又總是等于熱源循環泵的流量，不論是冷凝式、抽汽式還是背壓式熱電廠，其輸出到熱網的熱量都不是完全由各熱力站的調節決定，而是由熱電廠本身的調節來決定，取決于進入蒸汽-水換熱器的蒸汽量。由于熱電廠控制調節輸出熱量時很難準確了解各熱力站對熱量的需求，同時還要兼顧發電的要求，不能完全根據各熱力站需要的熱量調整，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，就導致控制調節上的一些矛盾。

為簡單起見，假設熱電廠向蒸汽-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，則各熱力站二次側調節紛紛關小。以減小流量。由此使總流量相應減少，導致供回水溫差加大。如果電廠維持蒸汽量Q0不變則各熱力站調節閥的關小并不能使總熱量減少，而只是根據網的特性及各熱力站調節特性的不同，有的熱力產流量減少的多，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，各熱力站的調節閥紛紛開大，使流量增加，由此導致供回水溫差減小。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閥門的調節實際是對各熱力站之間的熱量分配比例的調節，而不是對熱量的調節，如果各熱力站都是這樣獨立地根據自己小區的供熱需求進行調節，而熱電廠又不做相應的配合，則整個熱網不可能調整控制好。實際上熱電廠也會進行一些相應的調節，例如發現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節中的討論的，根據外溫獨立調節。既然各熱力站一次側閥門的調節只解決熱量的分配比例，那么對它們的調節亦應該根據對熱量的分配比例來調節。一種方式是如果認為供熱量應與供熱面積成正比，則測出每個熱力站的瞬時供熱量，根據各熱力站的供熱面積，計算每個熱力站的單位面積q。對q偏大的熱力站關小調節閥，對q偏小的則開大調節閥，這樣不斷修正，直至各熱力站的 q相同為止。再一種方式則是認為各散熱器內的平均溫度相同，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的供回水平均溫度，因此可以各熱力站二次側供回水平均溫度調整成一致目標，統一確定熱力站二次側供回水平均溫度的設定值，根據此設定值與實測供回水平均溫度確定開大或關小一次側調節閥。按照這一思路，對各熱力站的調節以達到熱量的平均分配為目的，以實現均勻供熱。熱電廠再根據外溫變化，統一對總的供熱量進行調整，以保證供熱效果并且不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物效果并不浪費熱量。由于整個熱網所供應的建筑物均處在同一外溫下，因此，一旦系統調整均勻，對各熱和站調節閥的調整很少，熱源的總的供熱以數隨外溫改變，各熱力站的調節閥則不需要隨外溫而變化，只當小區二次系統發生一些變化時才需要進行相應的調節。

要實現這種調節方式，就必須對全網各熱力站的調節閥實行集中統一的控制調節。可以在每個熱力站設一臺DCU現場控制機，測量一、二次側的水溫、壓力、流量及二次側循環泵狀態，并可控制一次側電動調節閥。通過通訊網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，這時的通訊可通過調制解調器搭用電話線，也可以隨著供熱干管同時埋設通訊電纜，使用雙絞線按照電流環方式通訊。中央管理機不斷采集各熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發送來的實測溫度、壓力、流量，定期計算熱力站發送來的實測溫度的設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/關小電動調節閥。各熱力站二次側回水溫度的變化是一慣性很大且緩慢的過程，因此應采有0.5～1h以上的時間步長進行調節，以防止振蕩。

除對熱網工況進行高速外，計算機控制系統還應為保證系統的安全運行做出貢獻。當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超壓導致散熱器脹裂，DCU可直接監視用戶的供回水管壓力，發現超壓立即關閉供水閥，起到保護作用。無論直連還是間連網，另一類嚴重的事故就是一次網漏水。嚴重的管道漏水如不能及時發現并切斷和修復，將嚴重影響供熱系統和熱電廠的運行。根據各熱力站DCU監測的一次網供回水壓力分布，還可以從其中的突然變化判斷漏水事故及其位置，這對提高熱網的安全運行有十分重要的意義，這類系統壓力分析與事故判斷的工作應屬于中央管理機的工作內容。

5．5 參考文獻

1 溫麗，鍋爐供暖運行技術與管理，北京：清華大學出版社，1995。

2 陸耀慶主編，實用供熱空調設計手冊，北京：中國建筑工業出版社，1993。

3 李祚啟，集中供熱管理微機自控優化系統，建設電子論文選編，北京：中國建筑工業出版社，1994。

4 江億，集中供熱網控制調節策略探討，區域供熱，1997，（2）。

5 江億，城市集中供熱網的計算機控制和管理，區域供熱，1995（5）。