產(chǎn)教融合的控制系統(tǒng)集成實訓(xùn)項目設(shè)計*

高 玨，陳景波

(常熟理工學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

0 前言

“十三五”期間，我國高等教育取得突破性進展，“雙一流”建設(shè)扎實推進，學(xué)科布局更優(yōu)化、特色優(yōu)勢更突出，服務(wù)經(jīng)濟社會能力不斷增強[1,2]。深化產(chǎn)教融合，是當(dāng)前推進人力資源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的迫切要求，對新形勢下全面提高教育質(zhì)量、推進教育鏈與產(chǎn)業(yè)鏈有機銜接、促進企業(yè)需求融入人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)具有重要意義[3-5]?？刂葡到y(tǒng)集成實訓(xùn)是電氣工程及自動化專業(yè)重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，致力于培養(yǎng)工程實踐能力強、具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。實訓(xùn)項目在內(nèi)容設(shè)置上存在與企業(yè)應(yīng)用場景脫節(jié)、學(xué)生工程實踐鍛煉不足、與行業(yè)崗位標(biāo)準(zhǔn)不符等問題[6]。為了進一步推進產(chǎn)教協(xié)同育人、深化“引企入教”，本文將符合產(chǎn)業(yè)需求的實際技術(shù)開發(fā)項目融合到控制系統(tǒng)集成實訓(xùn)中，探索產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的任務(wù)式培養(yǎng)模式。

1 產(chǎn)教融合的實訓(xùn)項目方案

1.1 項目背景

實訓(xùn)課題的素材選自和某醫(yī)療器械企業(yè)的一個產(chǎn)學(xué)研合作項目。項目的背景是政府相關(guān)部門意識到醫(yī)院污水的危害性，提高了醫(yī)院污水消毒的排放標(biāo)準(zhǔn)，而傳統(tǒng)醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)自動化水平低、含氯量嚴重，已經(jīng)不能滿足大多數(shù)醫(yī)院的污水處理需求[7]。項目的工藝過程是醫(yī)療污水首先通過污水過濾器，提升系統(tǒng)使污水進入消毒反應(yīng)器內(nèi)，臭氧消毒系統(tǒng)產(chǎn)生臭氧，進入反應(yīng)器內(nèi)對污水進行消毒，到達一定時間后出水或者取樣檢測。項目要結(jié)合最新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)手段、設(shè)計出實施可靠、效率高、操作簡單的醫(yī)療污水消毒控制系統(tǒng)。

1.2 實訓(xùn)要求

實訓(xùn)要設(shè)計的醫(yī)療污水消毒控制系統(tǒng)，由污水自動提升系統(tǒng)、臭氧消毒系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。設(shè)備運行時，液位傳感器感應(yīng)到醫(yī)療污水后由自動提升器將污水由低處提取到消毒反應(yīng)容器內(nèi)，當(dāng)檢測到進水管中有污水時，進水泵便開始工作，反之進水泵就停止工作；臭氧消毒系統(tǒng)由消毒反應(yīng)容器、曝氣器和臭氧發(fā)生器組成，臭氧發(fā)生器接收PLC控制信號，然后制備高濃度臭氧，通過曝氣器與醫(yī)療污水進行混合消毒，按照消毒工藝設(shè)定消毒時間，到達設(shè)定時間后達標(biāo)排放；監(jiān)控系統(tǒng)由PLC和觸摸屏組成，管理整個醫(yī)療污水消毒的運行過程，要有良好的觸摸屏人機交互界面，通過PLC控制提升系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)的自動運行，在特殊情況下可切換到手動操作模式。

具體的實訓(xùn)內(nèi)容如下：1) 分析醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)。熟悉醫(yī)療污水消毒工藝及系統(tǒng)控制要求，確定醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)的控制方案。2) 系統(tǒng)總體設(shè)計及選型。設(shè)計系統(tǒng)的電氣原理圖，對構(gòu)成系統(tǒng)的PLC、觸摸屏和傳感器等主要硬件進行選型。3) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)控制方案確定需要的輸入和輸出點數(shù)，制作I/O表分配地址，設(shè)計PLC控制程序。4) 觸摸屏組態(tài)界面設(shè)計。設(shè)計醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)的組態(tài)界面，選用對應(yīng)變量地址，進行監(jiān)控畫面的組態(tài)。5) 醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)調(diào)試。進行硬件與軟件的單獨調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試，測試系統(tǒng)功能，改進和完善監(jiān)控系統(tǒng)。

1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計

醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)控制系統(tǒng)首先要設(shè)計主電路和控制電路，再進行硬件選型，最后按照要實現(xiàn)的功能進行軟件設(shè)計?？刂破鬟x用FX3U-24MR-D型PLC，示例的PLC外部接線如圖1所示。根據(jù)控制要求設(shè)置 11個輸入量，分別對應(yīng)液位傳感信號、臭氧濃度設(shè)置、氣源選擇、不同臭氧產(chǎn)量指示和各種開關(guān)，9個輸出量用于接觸器、指示燈和不同臭氧濃度表示。

圖1 醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)PLC外部接線圖

醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)PLC控制程序的參考流程如圖2所示。自動運行時由液位傳感器檢測污水，將開關(guān)信號送到PLC。感應(yīng)到醫(yī)療污水時，液位控制器關(guān)，由PLC控制打開提升水泵提升污水，同時關(guān)閉臭氧發(fā)生器；沒有感應(yīng)到醫(yī)療污水時，在延時一定時間后關(guān)閉水泵，同時打開臭氧發(fā)生器，在延時一定時間后關(guān)閉臭氧發(fā)生器。手動操作模式下，可以對提升水泵和臭氧發(fā)生器分別進行手動控制。

圖2 醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)PLC控制程序流程圖

1.4 組態(tài)界面設(shè)計

醫(yī)療污水消毒控制系統(tǒng)的組態(tài)界面設(shè)計采用YKBuilder組態(tài)編程軟件，設(shè)計的界面要讓操作人員直觀的了解系統(tǒng)運行狀態(tài)、方便的進行各項操作。要實現(xiàn)的功能是對整個系統(tǒng)的工藝流程進行實時監(jiān)控、采集和處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、電機的手動和自動控制、消毒時間和水泵時間的監(jiān)控等。圖3所示的界面為自動運行模式，傳感器未檢測到醫(yī)療污水，水泵不運行，此時臭氧機運行4.5 min。

圖3 系統(tǒng)自動運行時組態(tài)界面顯示

1.5 教學(xué)效果

實訓(xùn)的教學(xué)過程遵循學(xué)生主體、教師引導(dǎo)原則，以分段任務(wù)模式逐步推進。產(chǎn)教融合的實訓(xùn)項目較好的關(guān)聯(lián)了控制系統(tǒng)集成的課程目標(biāo)：1) 能夠分析自動化控制系統(tǒng)技術(shù)方案的優(yōu)劣、合理性和可行性，并獲得有效結(jié)論；2) 能夠?qū)卧考M行系統(tǒng)集成，設(shè)計滿足多種技術(shù)因素制約條件的自動化系統(tǒng)，能夠用圖紙、報告、計算機仿真或?qū)嵨锏刃问匠尸F(xiàn)設(shè)計成果；3) 能識別、分析和客觀評價自動化工程開發(fā)和應(yīng)用。以實現(xiàn)醫(yī)療污水消毒系統(tǒng)的自動控制為目標(biāo)，綜合訓(xùn)練了學(xué)生控制方案設(shè)計、電路圖繪制、硬件系統(tǒng)集成、軟件程序設(shè)計、組態(tài)界面設(shè)計、撰寫報告等方面的能力。由于學(xué)時和臺套數(shù)的限制，同學(xué)們2～3人一組開展實訓(xùn)，需要明確的限定好實訓(xùn)項目中獨立完成和合作完成部分，合作環(huán)節(jié)培養(yǎng)了同學(xué)們的團隊協(xié)作精神。

2 結(jié)語

在國家進一步深化產(chǎn)教融合的背景下，根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求，結(jié)合應(yīng)用型院校學(xué)生情況和教學(xué)條件，嘗試將產(chǎn)學(xué)研合作項目部分內(nèi)容引入到控制系統(tǒng)集成實訓(xùn)。從實施效果來看，具有實際工程背景的項目極大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實訓(xùn)期間絕大多數(shù)同學(xué)表現(xiàn)地更為積極主動。實訓(xùn)環(huán)節(jié)內(nèi)容的設(shè)置與課程目標(biāo)相匹配，按實際項目的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來要求，實現(xiàn)了理論及實踐教學(xué)與工程項目研究的融合、提升了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和綜合素養(yǎng)，很好得貫徹了從生產(chǎn)中挖掘項目和資源，將成果和人才反哺生產(chǎn)的產(chǎn)教融合思想。