探讨将工控机作为一门必修专业课纳入教学任务——关于工业工程的论文
Abstract：According to the developing actuality of industrial personal computer, a teaching system of industrial personal computer course is established some detailed methods of theory teaching and practice teaching are shown in this paper.
Key words: industrial personal computer, teaching reform, practice
摘要：针对工业控制机发展的现状, 构建了工业控制机课程教学体系, 给出了理论教学与实践教学中的一些具体做法。
关键词: 工控机; 教学改革; 实践
随着工业控制机技术的日益发展, 工控机的教学已被电气、自动化类等专业列入培养计划。目前教学计划中关于工控机教学设置系统性不强, 工控机的教学普遍安排在计算机控制技术课程中进行, 由于工控机知识面广, 内容多, 很难在有限的课时内进行工控机技术全面学习,学生得不到系统学习与训练, 难以适应工业自动化技术发展的需求, 鉴于此, 我校进行了教学改革, 调整了自动化专业和电气工程及其自动化教学计划, 独立开设了工业控制机及应用课程, 将工控机作为一门必修专业课纳入教学任务, 在培养学生的创新和实践能力方面进行了有益探索与实践。
1. 工控机课程教学体系的建立
工业控制机是对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量、控制和管理的计算机, 工控产品涉及面广, 包括单片机智能部件、可编程控制器 PLC、工控机、分布式控制系统 DCS、现场总线控制系统 FCS 等。
在教学大纲修订过程中, 我们界定、更新与优化工控机教学内容, 以 PC- based 工业控制机为核心内容, 充分体现工业自动化的发展现状与发展趋势, 对工控机、工控软件、现场总线技术、管控一体化系统技术进行了组合, 建立了一套较为完整的工控机教学理论体系, 同时加强工控机与可编程控制器、单片机以及其它课程之间的衔接和知识的更新, 协调课程之间关系, 加强实践教学环节, 工控机教学体系, 涉及理论教学环节与实践性教学环节( 实验、课程设计、毕业设计) 。
2. 工控机课程体系改革实践
2.1 教材建设
教材选择是工业控制机课程学习的关键, 教学内容的取材与定位直接影响教学效果, 目前适合工业控制机教学的教材很少, 为了实现教学计划要求, 我们进行了工控机教材建设, 合理组织教材内容, 以实现工控机测量与控制系统为目标, 内容以IPC 工业控制机为核心, 配以 STD 总线工控机与新一代的Compact PCI 总线工控机内容, 教材内容涉及计算机组成, 过程输入、输出通道, 控制软件技术与控制网络技术等方面。
我们先后编写了《工业控制机与组态技术》、《工控机与控制网络》两本教学讲义, 主要章节内容包括工业控制机概述, 工业控制机体系结构、工业控制机 I/O 模板与远程模块及相应信号处理电路、工控软件与组态技术、控制网络基础、现场总线与工业以太网、工业控制机系统的应用设计等。
经过电气工程及其自动化和自动化专业学生几届的使用,我们对讲义进行了修改与补充, 编写的《工业控制机技术及应用》教材即将正式出版。
2.2 实践教学环节建设
实验教学环节是工业控制机教学的重要组成部分, 为了配合课堂理论教学, 增强学生动手操作能力, 我们建立了工控机及其应用实验室。通过实验使学生进一步了解并掌握工控机系统的配置与工作原理, 掌握工控机与工控软件的正确使用与基本设计方法。
2.2.1 工业控制机系统硬件实验
工控机硬件是工业控制系统构成的基础, 以研华 IPC- 610工控机为实验平台, 配置了 PCL818L、PCI1710、ADAM4000、ADAM5000 等数据采集板卡和模块, 智能仪器与可编程控制器。
实验内容涉及工业控制机拆装实验, 包括主机拆装, 工控板卡与模块安装与接口实验, I/O 模板驱动实验, 通过实验调动学生对工控机软硬件学习兴趣, 使学生深入了解工控机硬件组成与结构, 熟悉工控机及其板卡安装, 增强了学生的动手实践能力。
2.2.2 工控软件实验
工业控制软件实验以组态软件应用为重点, 内容包括组态软件的基本操作和组态软件实际应用。我们选用了亚控公司组态王作为实验软件, 基本操作实验项目包括新工程建立实验, 动画连接实验, 报警和事件实验, 组态王与 Access 数据库连接, 组态王的网络连接等内容, 组态软件应用包括组态软件与控制设备连接内容, 例如实现组态王与智能仪表和 PLC 等通信连接等。
2.2.3 工控机综合实验
结合过程控制系统课程教学, 购置了 A3000 过程控制实验系统, 针对具体被控对象, 进行 PC- based 的工控机系统综合实验, A3000 实验系统可以提供多种系统控制方案, 实验系统包括简单控制系统实验和复杂控制系统实验, 简单控制系统包括流量、液位、压力、锅炉水温等过程参数控制, 复杂控制系统包括液位和流量串级控制、闭环双水箱液位串级控制实验、温度和冷水流量串级控制实验、水箱液位前馈反馈控制系统实验、管道压力和流量解耦控制系统等实验项目, 每个实验涉及工控机硬件连接与软件组态内容。
为了适应工控机网络发展需要, 申请了网络化控制系统建设实验项目, 在原有工控机实验室基础上, 以典型现场总线为基础, 配以现场总线模块、测量元件与驱动机构, 构成网络化测控系统, 使学生掌握网络控制系统的组成, 动手配置网络化测控系统, 目前该实验内容正在建设中。
2.3 课程设计与毕业设计建设
课程设计与毕业设计是工业控制机应用的重要环节, 我们加强设计环节与实践教学的有机结合, 突出工业控制机实践教学的适用性、特色性与先进性。
实践教学计划中, 设置了为期一周时间的工业控制机系统应用课程设计环节, 围绕工业控制机应用技术, 强化工业控制机应用实践, 使学生熟悉并掌握工业控制机系统一些基本的开发和设计方法。课程设计课题主要结合 A3000 过程控制系统, 进行基于流量、液位、压力、锅炉水温控制系统的组态设计, 具体内容涉及测控模块硬件选配与组态应用设计, 选用组态软件( 如亚控组态王 6.5) 进行监控系统界面设计与控制功能设计。
在毕业设计选题中, 结合实际工程系统应用实例进行工控机应用系统全面设计, 培养学生解决实际问题的能力。典型毕业设计选题有基于 PLC 及组态软件的过程监控系统设计, 基于现场总线的工厂远程监控系统设计、PC 总线工业控制机在过程控制系统中的应用、I/O 板卡、模块设计、工控组态软件与智能设备的串口通讯实现等综合应用课题。
3. 结束语
工业控制机课程教学体系包括基础知识模块和实践应用技术模块, 通过课堂理论教学、实验和设计综合训练培养学生创新能力与动手能力, 通过教学改革, 取得了一定的成绩, 实践证明效果较好。
参考文献:
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