“自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐教學(xué)探討

湯立剛（湖北理工學(xué)院電氣與電氣信息工程學(xué)院,湖北黃石435000）

“自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐教學(xué)探討

湯立剛
（湖北理工學(xué)院電氣與電氣信息工程學(xué)院,湖北黃石435000）

自動(dòng)化專業(yè)傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)只隸屬于各門課程，課程之間銜接性較差，學(xué)生難以通過課程設(shè)計(jì)形成完整的知識(shí)體系；本文提出了一種新型綜合性、開放式實(shí)訓(xùn)模式，它要求學(xué)生將學(xué)習(xí)的各門專業(yè)課程聯(lián)系起來，按照實(shí)際工程項(xiàng)目的開發(fā)步驟，經(jīng)歷一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程；在實(shí)訓(xùn)期間實(shí)驗(yàn)室采取開放式的管理模式，以學(xué)生實(shí)際動(dòng)手為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問的能力。自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐素養(yǎng)具有重要的作用。

自動(dòng)化專業(yè)；課程設(shè)計(jì)；綜合實(shí)訓(xùn)

近年來，隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中作用的日益凸現(xiàn)，為高校自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我校是地方性的高等院校，學(xué)校的專業(yè)建設(shè)和發(fā)展要符合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求；隨著黃石的經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)，該地區(qū)將建設(shè)成中部地區(qū)新型原材料基地，屆時(shí)將需要大量從事電氣自動(dòng)化技術(shù)方面的工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組態(tài)、投運(yùn)調(diào)試、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理以及工程科學(xué)研究等應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才。

“自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐課程是我校自動(dòng)化專業(yè)新增的一門本科生實(shí)習(xí)/實(shí)訓(xùn)類課程，是比課程設(shè)計(jì)更高層次的綜合性系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程。該實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生以實(shí)際生產(chǎn)過程為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整控制系統(tǒng)；包括前期的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模與仿真分析，以及后期系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)、調(diào)試、性能分析等；最后要求學(xué)生完成一份綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告。整個(gè)實(shí)訓(xùn)任務(wù)要求學(xué)生在兩周內(nèi)完成，搞好自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)具有重要的意義。

1綜合實(shí)訓(xùn)選題

我校自動(dòng)化專業(yè)本科生的實(shí)踐教學(xué)層次分為：課程實(shí)驗(yàn)→課程設(shè)計(jì)→綜合實(shí)習(xí)/實(shí)訓(xùn)→畢業(yè)設(shè)計(jì)。綜合實(shí)訓(xùn)是課程設(shè)計(jì)的延伸，是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系中的重要一環(huán)。同時(shí)，本專業(yè)包括的專業(yè)課程主要有《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》、《過程控制及儀表》、《電氣控制與PLC》、《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用》等，綜合實(shí)訓(xùn)必須盡可能多的涉及到這些課程的內(nèi)容并把它們?nèi)诤掀饋?，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)的過程中不斷充實(shí)、更新和完善所學(xué)過的知識(shí)。因此，我們?cè)谶x題時(shí)，結(jié)合學(xué)院實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備以及企業(yè)的需求，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的，選擇了大量具有工程實(shí)用背景的課題。目前，我院自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室主要有兩種實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：A3000高級(jí)過程控制系統(tǒng)平臺(tái)以及THNN-2型工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。帶實(shí)訓(xùn)的教師經(jīng)過研究討論在A3000高級(jí)過程控制系統(tǒng)平臺(tái)上，擬定了以下選題：?jiǎn)稳?、雙容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管道流量、壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鍋爐水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、連鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水箱液位及流量串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等題型，在THNN-2型工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上我們擬定了基于材料分揀模型、機(jī)械手模型、立體倉(cāng)庫(kù)模型、電梯模型等各模型單獨(dú)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及將這些模型結(jié)合起來所構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等題型。這些控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中都具有代表性，且課題涉及到的PLC控制器編程、組態(tài)軟件的使用、變頻器及各種傳感器的使用等在工業(yè)控制領(lǐng)域也是相當(dāng)重要的，經(jīng)過綜合實(shí)訓(xùn)的鍛煉之后，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，為學(xué)生畢業(yè)以后從事相關(guān)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對(duì)綜合實(shí)訓(xùn)的選題，學(xué)生可以在指定的范圍內(nèi)自由選擇，我們每年所擬定的綜合實(shí)訓(xùn)題目及均不盡相同，有些題目雖然相同，但研究工作任務(wù)要求也有所區(qū)別。比如對(duì)于水箱液位控制系統(tǒng)，既可以通過調(diào)節(jié)閥來控制，也可以通過變頻調(diào)節(jié)方式來控制，學(xué)生可以根據(jù)任務(wù)場(chǎng)景及要求采用不同的控制方式。

2綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容及要求

由于在講授《電氣控制與PLC》理論課時(shí)我們主要所采用的是三菱FX-2N系列的PLC，而在綜合實(shí)訓(xùn)中，我們采用的是西門子S7-200、S7-300系列的PLC，這兩種PLC是目前工業(yè)控制領(lǐng)域主流產(chǎn)品，學(xué)生需要熟悉相關(guān)編程軟件的使用。此外，對(duì)于變頻器的原理及維護(hù)我們還沒有開設(shè)專門的理論課，而變頻器目前的使用是相當(dāng)廣泛的，對(duì)國(guó)家提倡的節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)升級(jí)起著重要的作用。因此,在正式開始綜合實(shí)訓(xùn)之前約1個(gè)月時(shí)間，就開始分組和選題工作,在學(xué)生選定題目后,把實(shí)訓(xùn)任務(wù)書、編程組態(tài)軟件以及PLC、變頻器、傳感器使用手冊(cè)等相關(guān)設(shè)備的資料提供給學(xué)生,要學(xué)生提前熟悉課題的內(nèi)容和要求，自學(xué)相關(guān)知識(shí),然后在綜合實(shí)訓(xùn)規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)完成所選題目的設(shè)計(jì)和調(diào)試任務(wù),具體內(nèi)容和要求如下：

（1）老師向?qū)W生提交綜合實(shí)訓(xùn)的任務(wù)書。學(xué)生可以按自身的興趣以小組為單位自由選題(每組4-5人左右)，題目選定以后小組各成員去查閱相關(guān)文獻(xiàn)、資料，并集中討論，最終確定一個(gè)初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；要求各小組撰寫一份簡(jiǎn)單的方案設(shè)計(jì)報(bào)告,包括研究?jī)?nèi)容、人員分工、計(jì)劃進(jìn)度等。

（2）方案的實(shí)施。學(xué)生先利用計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真分析,完成控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)；然后利用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐平臺(tái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)，包括硬件設(shè)計(jì)（提交相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙）、控制器的軟件編程及系統(tǒng)調(diào)試等，并對(duì)調(diào)試成功的系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試和分析；老師對(duì)實(shí)施過程中遇到的問題給予指導(dǎo)，并負(fù)責(zé)驗(yàn)收。

（3）綜合實(shí)訓(xùn)的總結(jié)。老師組織每個(gè)小組的學(xué)生進(jìn)行答辯與交流活動(dòng)，學(xué)生對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。每個(gè)小組成員都要撰寫一份綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告。

（4）老師根據(jù)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中的知識(shí)應(yīng)用情況、實(shí)踐操作情況、問題分析及解決情況給出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。

3綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)

自動(dòng)化專業(yè)傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)只隸屬于各門課程，課程之間銜接性較差，學(xué)生難以通過課程設(shè)計(jì)形成完整的知識(shí)體系，學(xué)時(shí)的利用率也不高。為克服傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的不足，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，本文了提出了一種以系統(tǒng)化專業(yè)知識(shí)為主線，以開放的實(shí)驗(yàn)室管理模式為前提，以學(xué)生實(shí)際動(dòng)手為主、教師指導(dǎo)為輔，以激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐素養(yǎng)為目的的新型綜合性、開放式實(shí)訓(xùn)模式，其基本思路是通過開設(shè)一個(gè)開放式的綜合式實(shí)訓(xùn)，將不同專業(yè)課程的相關(guān)專業(yè)知識(shí)銜接起來，使學(xué)生得到一次系統(tǒng)化綜合應(yīng)用的實(shí)踐鍛煉。這種新型的綜合實(shí)訓(xùn)模式具有以下特點(diǎn):

（1）豐富的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目把分散在多門課程中的專業(yè)知識(shí)串聯(lián)在一起，系統(tǒng)化，有利于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的整體掌握與鞏固；培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，綜合分析與解決問題的能力。

（2）每一個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目學(xué)生都能在實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)踐平臺(tái)上完成，學(xué)生可以先在計(jì)算機(jī)上通過仿真軟件進(jìn)行理論的分析與設(shè)計(jì)，然后在實(shí)踐平臺(tái)上完成實(shí)際系統(tǒng)的搭建。這樣有利于學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，有利于學(xué)生了解工程實(shí)際的特點(diǎn)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。

（3）實(shí)驗(yàn)室采取開放式的管理模式，在兩周的綜合實(shí)訓(xùn)期間,學(xué)生可以自由的選擇時(shí)間來實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作,但總時(shí)間不少于10天。這樣給學(xué)生以更多自學(xué)、操作的機(jī)會(huì)和條件，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)室的利用率。

通過2011級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐情況來看，“自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”得到了學(xué)生的積極參與，受到學(xué)生的好評(píng)，取得了良好的效果。同時(shí)，為了進(jìn)一步搞好綜合實(shí)訓(xùn)還需要擴(kuò)大選題范圍以及加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。

4結(jié)語

“自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”通過設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，使學(xué)生將不同專業(yè)課程的相關(guān)專業(yè)知識(shí)聯(lián)系起來，得到一次系統(tǒng)化綜合應(yīng)用的實(shí)踐鍛煉。老師提交任務(wù)，學(xué)生自行分組選題；有利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)方案并實(shí)施；因此,學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到明顯提高。

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湯立剛（1980—），男，湖北黃石人，碩士，講師，研究方向：智能儀器與儀表。

湖北理工學(xué)院院級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2013B07