《工控組態(tài)軟件應(yīng)用》課程一體化教學建設(shè)的研究

馬永華 耿瑞芳 王暄 任慧榮 陳惠榮

摘 要： 一體化教學是專業(yè)課教學中的一種新的教學方法，學生邊學邊練，能及時消化、吸收所學知識。為了實現(xiàn)《工控組態(tài)軟件應(yīng)用》課程中設(shè)備組態(tài)部分教學的一體化，教師應(yīng)研究并搭建實驗設(shè)備，給設(shè)備組態(tài)提供實際變量，并且根據(jù)不同專業(yè)搭建不同對象，增強教學效果。

關(guān)鍵詞： 一體化教學 工控組態(tài)軟件 設(shè)備組態(tài)

工控組態(tài)軟件是構(gòu)建工業(yè)控制領(lǐng)域中的自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，目前我國常見的組態(tài)軟件有昆侖公司的MCGS、西門子公司的WINCC、亞控公司的組態(tài)王、三維公司的力控等。這些組態(tài)軟件都能完成類似的功能，即數(shù)據(jù)采集、信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖形顯示、人機對話、實時數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢、控制輸出、實時通訊等任務(wù)。

《工控組態(tài)軟件應(yīng)用》是自動化專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門學習軟件使用的課程。若按照以前的授課模式，則理論教學和實踐教學獨立開設(shè)，銜接不緊湊，影響教學效果。后來我們將之改成一體化教學，邊上課邊實踐，講完一個知識點就練習一個知識點，在教學中強調(diào)學生參與的積極性，使教、學、做形成一個有機整體，結(jié)果證明教學效果有了很大增強。

課程中介紹的組態(tài)軟件是昆侖公司的MCGS，課程中的實時數(shù)據(jù)庫、用戶窗口組態(tài)、運行策略組態(tài)、主控窗口組態(tài)等都可以在計算機上舉例子練習，但是設(shè)備組態(tài)的環(huán)節(jié)只能通過軟件提供的模擬設(shè)備練習，不能連接實際的變量，所以學生不能很好地理解這部分內(nèi)容。實際工業(yè)過程或工業(yè)設(shè)備往往很大，不可能搬到實驗室，也不可能給每組學生配置一臺。為了解決這個問題，我們自己開發(fā)了一些相應(yīng)設(shè)備，設(shè)備上安裝有開關(guān)量輸入/輸出儀表、模擬量輸入/輸出儀表、小開關(guān)和指示燈、電磁繼電器等。小開關(guān)的開關(guān)兩種狀態(tài)作為開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出通過繼電器控制指示燈的亮和滅。通過可調(diào)電阻調(diào)整電路的電流為4-20mA作為模擬量輸入，模擬量輸出也是4-20mA電流，接到毫安表上顯示。這些變量都接入相應(yīng)儀表，儀表的通訊接口與計算機連接，傳到MCGS中作為實時變量或輸出變量，這樣就建立了實際的變量作為設(shè)備組態(tài)的變量。通過這個設(shè)備就可以模擬一些簡單的工業(yè)過程，因為工業(yè)過程中基本就是這四種變量，即開關(guān)量輸入和輸出、模擬量輸入和輸出。

下面舉一個自動化專業(yè)過程控制的例子，釜式反應(yīng)器的簡化工作流程為：引發(fā)計量槽TK-A、TK-B和TK-C中的物料，按照1：2：3的比例給反應(yīng)釜入料，物料進入反應(yīng)釜后，反應(yīng)釜內(nèi)攪拌器開始攪拌，經(jīng)過一定時間后將混合物料放出，一個循環(huán)過程結(jié)束。TK-A、TK-B、TK-C分別有一個入料電磁閥門和一個出料電磁閥門，當TK-A、TK-B、TK-C的六個開關(guān)型液位傳感器YEWEI-AL、YEWEI-AH、YEWEI-BL、YEWE-BH、YEWEI-CL、YEWE-CH有顯示時，發(fā)出液位狀況信號，其中YEWEI-AL為TK-A的下限液位傳感器，YEWEI-AH為TK-A的上限液位傳感器，其他依次類推。當三個引發(fā)計量槽沒有上限信號，且出料閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，則入料閥門打開入料。當各自到達液位上限時，則各自的入料閥門自動關(guān)閉。然后依次自動打開各個出料閥門和反應(yīng)釜的入料閥門，將物料放入反應(yīng)釜中。當各自計量槽相應(yīng)的下限液位傳感器有信號時，出料閥門關(guān)閉。當所有物料都放入反應(yīng)釜后，關(guān)閉反應(yīng)釜的入料閥門，并打開反應(yīng)釜中的攪拌器。經(jīng)過一段時間，待釜內(nèi)物料充分反應(yīng)后，打開反應(yīng)釜的出料閥門，將釜內(nèi)反應(yīng)物料放出。在這個簡單的過程控制中，有六個開關(guān)型的液位傳感器信號為六個開關(guān)量輸入，用來分別判斷是否達到三個計量槽的上限和下限液位值。這些開關(guān)量輸入通過設(shè)備中的六個開關(guān)模擬，將這六個開關(guān)接入開關(guān)量儀表的輸入通道，然后由儀表和計算機之間的通訊傳遞給MCGS作為設(shè)備組態(tài)的實時輸入數(shù)據(jù)。八個開關(guān)型的電磁閥及一個釜內(nèi)攪拌器的開關(guān)為九個開關(guān)量輸出，當MCGS控制這九個變量輸出時，通過通訊接口傳遞給開關(guān)量儀表的輸出端，然后控制繼電器線圈的電，由繼電器的開關(guān)控制燈的亮和滅。反應(yīng)釜的實時液位值為模擬量輸入，這個通過可調(diào)電位器使電流在4到20mA之間變化來模擬液位的輸入。模擬量輸出同樣是4-20mA電流信號，通過毫安電流表顯示，這個模擬量輸出對應(yīng)的是反應(yīng)釜中的一個調(diào)節(jié)閥。這兩個模擬量同樣通過模擬輸入儀表和模擬量輸出儀表的通訊和計算機中的MCGS進行數(shù)據(jù)交換。

這樣，講解和練習MCGS組態(tài)軟件中的設(shè)備組態(tài)這部分內(nèi)容時，就有實際的變量接入軟件中。這個設(shè)備體積不是很大，可以直接放在實驗室的實驗臺上，也不是很貴，可以多做幾臺，滿足實驗要求。上課邊講邊練時可以只連接其中的幾個變量，不需要全部都連接。這門課程在期末時往往有實訓或者課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)，這時再要求將全部變量都連接上，并且完成反應(yīng)釜的實時數(shù)據(jù)庫的定義和建立、用戶窗口組態(tài)、運行策略組態(tài)和主控窗口組態(tài)等任務(wù)，把反應(yīng)釜的控制作為一個完整的、真實的、系統(tǒng)的實訓題目，會達到較好的實踐效果。

這門課程在建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)中也有開設(shè)，根據(jù)這個專業(yè)的特點，這個實驗裝置可以解釋成對空調(diào)系統(tǒng)的控制。在學校一套大的空調(diào)實驗設(shè)備中，有四個開關(guān)量輸入，分別為：控制柜的風機啟/停、差壓報警信號、控制柜上手/自動開關(guān)信號、防凍開關(guān)；三個開關(guān)量輸出為：風機啟動、兩個加濕器的開關(guān)；六個模擬量輸入為：室外溫度值和濕度值、回風溫度值和濕度值、風機送風溫度值和濕度值；四個模擬量輸出為：新風閥、回風閥、排風閥和表冷器的電動調(diào)節(jié)閥；這些開關(guān)量和模擬量都可以通過這個設(shè)備模擬?！豆た亟M態(tài)軟件應(yīng)用》的一體化教學實例可以與本專業(yè)的對象相聯(lián)系，取得較好的教學效果。

《工控組態(tài)軟件應(yīng)用》課程的一體化教學模式在我們學校已經(jīng)實施了，通過各個教學環(huán)節(jié)的邊學邊練，突出學生在教學中的主導(dǎo)地位，使學生能及時消化吸收所學理論知識，取得立竿見影的效果。

參考文獻：

[1]組態(tài)軟件技術(shù)及應(yīng)用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]張雁平.高職院校理論、實踐一體化教學的實施與思考[J].實驗技術(shù)與管理，2007（24）.