工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗資源的利用與創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐

朱建紅　吳　曉

摘要 電氣自動化本科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是從事電氣系統(tǒng)工作的具備創(chuàng)新理念的高級工程技術(shù)人才。電氣控制技術(shù)作為一門較重要的專業(yè)課,在工業(yè)自動化領(lǐng)域占據(jù)著重要地位,相當(dāng)一部分畢業(yè)生日后將從事相關(guān)產(chǎn)品的維護(hù)與研發(fā),頻繁接觸工控產(chǎn)品與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。因此,在校學(xué)生充分利用工程訓(xùn)練中心工控資源平臺,盡早接觸系統(tǒng)工程實(shí)驗,有助于形成工控知識網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)概念,培養(yǎng)創(chuàng)新意識,縮短理論到實(shí)踐知識的轉(zhuǎn)化進(jìn)程,盡早為社會作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 電氣自動化;工控網(wǎng)絡(luò);工程訓(xùn)練;創(chuàng)新人才

中圖分類號:G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)21-0110-02

Application of Industry-controlling Network Experiment Resources and Education Fulfillment of Creative Talented Person//Zhu Jianhong, Wu Xiao

Abstract The education target of electricity automation undergraduate profession is that person educated can be engaged in the electricity system work,having the high engineering technique and creation ability. Electricity control technique as one important profession course, acts as an important pole in the industry automation realm. Lots of students in the future would be engaged in the maintenance and development of related product, contact more with industry-controlling product and supervise network. Therefore, the school students make full use of the engineering training center resources terrace and get in touch with the system engineering experiment as early as possible can be form the system concept of work control network, educate creative fulfillment consciousness, shorten the conversion progress from theories to fulfillment knowledge, made contribution for society as early as possible.

Key words the electricity automation; the work-controlling network; the engineering trains; creative talented person

Authors address Nantong University, Nantong, Jiangsu, 226007, China

1 人才培養(yǎng)與實(shí)驗資源利用的現(xiàn)狀分析

“微機(jī)原理”“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”“單片機(jī)原理與技術(shù)”“計算機(jī)控制技術(shù)”“電氣控制技術(shù)”等課程是電氣工程類專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)不同階段所開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課。由于課程開設(shè)相對獨(dú)立,所以多數(shù)學(xué)生潛意識下也把這些知識相對孤立,很難形成一種系統(tǒng)的專業(yè)概念。大學(xué)期間,能促使學(xué)生串接所學(xué)知識在一起的課程只有數(shù)量較少的實(shí)踐環(huán)節(jié),如畢業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。

另一方面,人才的培養(yǎng)是以社會所需為出發(fā)點(diǎn)的,并不是每位學(xué)生在畢業(yè)后都能找到與畢業(yè)設(shè)計課題吻合的工作,這需要本科教學(xué)環(huán)節(jié)中盡量充分利用現(xiàn)有實(shí)驗室教學(xué)資源,多設(shè)一些較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性及創(chuàng)新型實(shí)驗操作環(huán)節(jié)。目前,理工科學(xué)生的本科培養(yǎng)以實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型人才為目標(biāo)所開設(shè)的既能幫助學(xué)生消化、理解、吸收書本知識,同時又能促使學(xué)生靈活運(yùn)用相關(guān)前續(xù)課程知識,使知識自然鏈接、自成網(wǎng)絡(luò)體系的實(shí)驗項目數(shù)量相當(dāng)缺乏?，F(xiàn)存的大多為演示及驗證型實(shí)驗,結(jié)合工程實(shí)踐的較少,這種實(shí)驗對低年級學(xué)生比較適合;但是對于一些已有一定課程知識儲備,即將進(jìn)入社會的高年級學(xué)生來說,還是遠(yuǎn)不夠的,導(dǎo)致的直接后果就是理論知識與工程實(shí)踐應(yīng)用背離,使部分學(xué)生對自己的將來比較迷茫,不清楚所學(xué)知識在哪些場合得到應(yīng)用,具體發(fā)揮什么樣的作用,更不明白他們的能力將來如何能得到創(chuàng)造性的利用。就業(yè)面試中遇到結(jié)合工程實(shí)際的專業(yè)知識問題時無法應(yīng)答,進(jìn)入單位后,絕大多數(shù)學(xué)生都是從陌生領(lǐng)域重新開始,很難入門,非常被動。

因此,現(xiàn)有實(shí)驗室資源應(yīng)當(dāng)被充分利用,高校應(yīng)當(dāng)實(shí)踐性地以培養(yǎng)實(shí)用創(chuàng)新人才為目標(biāo),剖析社會對電氣自動化類人才的需求,在專業(yè)實(shí)驗中融入“系統(tǒng)工程”的概念,開設(shè)一些實(shí)用的,能貫穿多門課程知識點(diǎn)內(nèi)容的綜合實(shí)驗及提高型實(shí)驗,使學(xué)生在實(shí)驗當(dāng)中挖掘自己的潛能,搜集、整理、利用所學(xué)知識,必要時查閱相關(guān)文獻(xiàn),提高獨(dú)立解決問題的能力與習(xí)慣,在結(jié)合工程實(shí)踐的實(shí)驗環(huán)節(jié)中培養(yǎng)自身的創(chuàng)新精神,體驗自己所學(xué)知識結(jié)構(gòu)的整體性、實(shí)用性,激發(fā)自己對專業(yè)的愛好與興趣。

2 充分利用工控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗平臺,廣泛挖掘?qū)嶒灄l件,研究可開發(fā)的實(shí)驗類型

目前,工控網(wǎng)絡(luò)的建立已成為PLC工業(yè)控制工程領(lǐng)域所考慮的關(guān)鍵問題之一,電氣類在校學(xué)生除極少數(shù)能在畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié)中接觸這類技術(shù)課題外,絕大多數(shù)對這一問題的理解還是停留于詞匯表層。實(shí)際上,網(wǎng)絡(luò)建立涉及的知識點(diǎn)基本是學(xué)生已經(jīng)涉及的,比如微機(jī)原理、單片機(jī)原理中的數(shù)據(jù)通信及協(xié)議;計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)的組建與類型;計算機(jī)控制技術(shù)中的數(shù)字實(shí)時控制;電氣控制技術(shù)中PLC編程及網(wǎng)絡(luò)的建立等。另外,實(shí)驗室現(xiàn)有資源,如工程訓(xùn)練中心的硬件設(shè)備(如德國西門子公司的S7-300、S7-200 PLC設(shè)備、CP5611 I/O卡、PC機(jī)等)、現(xiàn)有的軟件(如組態(tài)王6.5,Step7,V5.3,VB6.5,C++ Building,VC++等)、電氣控制實(shí)驗室的PLC以太網(wǎng)等,都為工控網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗項目的正常開設(shè)提供了條件與保障。根據(jù)實(shí)驗室硬件及軟件條件,從現(xiàn)有的演示實(shí)驗入手,確定實(shí)驗室所能開設(shè)工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗的項目總數(shù)量,結(jié)合市場調(diào)研成果對實(shí)驗項目進(jìn)行分類,分成演示型、驗證型、設(shè)計型及創(chuàng)新型,研究制定指導(dǎo)計劃。

2.1 調(diào)研使用相關(guān)PLC產(chǎn)品的企業(yè),研究并分析目前應(yīng)用較多的網(wǎng)絡(luò)類型及功能、通信協(xié)議及可靠性等

1)進(jìn)入相關(guān)企業(yè)調(diào)研,包括網(wǎng)絡(luò)類型、所用PLC型號及支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與所用編程語言、所建組態(tài)網(wǎng)絡(luò)及通信協(xié)議,主站選取、從站選取及從站與主站的通信形式,是屬于T型網(wǎng)絡(luò)還是環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)等。對照現(xiàn)有實(shí)驗室資源,研究實(shí)驗內(nèi)容。同時廣泛調(diào)研兄弟院校在實(shí)驗教學(xué)方面人才培養(yǎng)具體措施,結(jié)合社會工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨?對照實(shí)驗室的實(shí)際硬件、軟件條件進(jìn)行研究,確定工程訓(xùn)練中心實(shí)驗室所能開設(shè)工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗的項目總數(shù)。確定以當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)類型著手研發(fā),并把這種網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗確定為驗證型實(shí)驗進(jìn)行研究,開發(fā)并編寫實(shí)驗指導(dǎo)計劃。

2)在研究驗證型實(shí)驗設(shè)計時緊密結(jié)合課程相關(guān)知識點(diǎn),適當(dāng)補(bǔ)充新知識。同時編寫實(shí)驗指導(dǎo)電子講義結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用,既有圖表說明,又有動畫設(shè)計,以利于學(xué)生理解與掌握,培養(yǎng)學(xué)生形成系統(tǒng)工程設(shè)計的概念與意識。

2.2 充分利用實(shí)驗室現(xiàn)有資源,研究可設(shè)計的其他實(shí)驗網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行開發(fā)并把這些實(shí)驗確定為設(shè)計型實(shí)驗,編寫實(shí)驗指導(dǎo)計劃

1)從宏觀物體傳動機(jī)構(gòu)入手認(rèn)識硬件。實(shí)驗室的通信硬件設(shè)備S7-300 PLC帶有Profibus總線接口及I/O擴(kuò)展模塊;S7-200 PLC設(shè)備具有CPU226或CPU224及I/O擴(kuò)展模塊、EM277 DP模塊;CP5611 I/O卡及PC機(jī)等。這給實(shí)驗項目的開設(shè)提供了硬件支持。

2)從微觀數(shù)據(jù)傳輸路徑入手認(rèn)識軟件。工控產(chǎn)品公司自行開發(fā)的及支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很多;此外現(xiàn)有的軟件,如組態(tài)王6.5、Step7、V5.3帶有PLC網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驅(qū)動程序,可用來直接組態(tài);VB6.5、C++ Building、VC++等可用來設(shè)計開發(fā)通信程序。這些都為開放實(shí)驗的研究與開發(fā)提供了條件與保障。

3)從整體系統(tǒng)概念認(rèn)識工控網(wǎng)絡(luò)。聯(lián)想先前所學(xué)知識網(wǎng)絡(luò),整理所學(xué)知識結(jié)構(gòu),剖析系統(tǒng)工作原理,整理實(shí)驗室已存在的經(jīng)過試驗建立成功并且用于系統(tǒng)運(yùn)行的若干不同類型網(wǎng)絡(luò),分類整理,如中間用到CP5611 I/O卡的各種網(wǎng)絡(luò)及未用到此卡的各種網(wǎng)絡(luò),通過PLC編程口通信的網(wǎng)絡(luò)及通過DP模塊通信的各種網(wǎng)絡(luò)。

4)制定設(shè)計型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗。對于每一類型的網(wǎng)絡(luò),根據(jù)協(xié)議類型確定其中一種為驗證型實(shí)驗,其余的作為設(shè)計型實(shí)驗,在給出硬件條件及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)要求前提下讓學(xué)生自動搭建硬件拓?fù)渫ㄐ啪W(wǎng)絡(luò),選擇通信協(xié)議,編寫數(shù)據(jù)通信檢驗程序,給出最后設(shè)計結(jié)果。

2.3 在PC機(jī)與下位機(jī)的通信上,研究利用自學(xué)軟件進(jìn)行通信程序開發(fā),建立通信網(wǎng)絡(luò),把這種實(shí)驗確定為創(chuàng)新型實(shí)驗并進(jìn)行開發(fā),編寫實(shí)驗指導(dǎo)計劃調(diào)整現(xiàn)有工程訓(xùn)練中心的開放實(shí)驗內(nèi)容與項目,研究所開設(shè)實(shí)驗項目與電氣專業(yè)相關(guān)課程的知識聯(lián)系,研究各類工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實(shí)驗所必須知識儲備的種類及數(shù)量,注重在能力培養(yǎng)上貫徹創(chuàng)新型實(shí)驗教學(xué)思想,使實(shí)驗內(nèi)容具有先進(jìn)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性。

3 注重創(chuàng)新型實(shí)驗方案引導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生的興趣

工程訓(xùn)練中心模擬生產(chǎn)線是由許多PLC環(huán)節(jié)組成的,控制電機(jī)對象種類各異,學(xué)生可參照現(xiàn)有實(shí)驗資源,根據(jù)現(xiàn)有的硬件條件、軟件條件,在剖析硬件工作條件及原理的基礎(chǔ)上,自動選擇組合硬件類型,進(jìn)一步選擇軟件,在PC機(jī)上設(shè)計通信程序,建立網(wǎng)絡(luò)。

3.1 實(shí)驗開展的參考資料俱全整理先前通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議類型研究所給出的不同的硬件連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),根據(jù)實(shí)驗開放系統(tǒng)的教學(xué)方法與手段等有關(guān)規(guī)定,給出各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計實(shí)驗的設(shè)計規(guī)范與要求,編寫“工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗”指導(dǎo)講義,發(fā)送到實(shí)驗開放系統(tǒng)平臺,實(shí)現(xiàn)資源共享。

3.2 實(shí)驗創(chuàng)新注重啟發(fā)在創(chuàng)新型實(shí)驗的研究及指導(dǎo)講義編寫過程中,事先給出淺顯的例子說明,學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗室硬件條件,參考各種文獻(xiàn)自由發(fā)揮,利用已學(xué)過的軟件編寫通信程序,構(gòu)建新網(wǎng)絡(luò)。如利用VB對PLC自由口進(jìn)行編程,這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.3 實(shí)驗開發(fā)過程模擬工程開發(fā)模式創(chuàng)新實(shí)驗的開發(fā)過程,參照工程領(lǐng)域技術(shù)開發(fā)的順序,遵守根據(jù)硬件條件先網(wǎng)絡(luò)搭建,后協(xié)議支持、通信程序設(shè)定、數(shù)據(jù)交換調(diào)試,再上層監(jiān)控的順序進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗研究開發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力。

4 小結(jié)

PLC產(chǎn)品在全球乃至中國的銷量很大。但在實(shí)際工程應(yīng)用中,用戶經(jīng)常會遇到PLC工控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與通信問題,暴露出工程人員的技術(shù)水平與產(chǎn)品的技術(shù)支持脫節(jié)的問題。隨著控制技術(shù)自動化水平的提高,PC機(jī)與多PLC的通信問題尤為突出,所以企業(yè)內(nèi)部往往缺乏一定數(shù)量的對產(chǎn)品性能及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較熟悉的管理技術(shù)人員。工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗的改進(jìn)與開設(shè)可以使電氣自動化專業(yè)的學(xué)生利用在校時間早一些接觸該方面的技術(shù),這樣既鍛煉學(xué)生的個人能力,又迎合社會發(fā)展的需要。

另一方面,利用高校設(shè)備開放系統(tǒng)共用平臺,推出實(shí)驗室資源所能開設(shè)的結(jié)合工程實(shí)踐的新型綜合設(shè)計實(shí)驗,吸納社會上有這方面技術(shù)需求的企業(yè)或人員來到實(shí)驗室進(jìn)行培訓(xùn),收取經(jīng)費(fèi)以用于實(shí)驗室設(shè)備維護(hù),做到實(shí)驗室發(fā)展的可持續(xù)性。