[木材工业生产过程自动化课程教学改革探索] 课程教学改革

时间：2019-02-03 03:33:28　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：为了满足现代木材工业企业对学生在自动化技术、技能等方面的实际要求，作者对木材工业生产自动化课程的教学内容、教学方法、实验内容与安排等进行了探索研究。结果表明教改效果较好，达到了木材工业生产过程自动化课程设置的预期效果。
　　关键词：木材工业生产过程自动化课程教学改革教学内容教学方法实验内容
　　
　　随着木材工业的快速发展，木材工业自动化程度越来越高，对木材工业装备与过程自动化专业的学生来讲，学好木材工业生产自动化课程，掌握木材工业自动化方面的先进技术非常重要。为了满足现代企业对学生在自动化技术、技能等方面的实际要求，激发同学们学习木材工业自动化课程的兴趣，我们对本课程的教学内容、教学方法、实验内容等进行了初步的改革探索。
　　1.教学内容
　　由于本课程的教学大纲设置时间较早，一些新的技术与方法没有涵盖进去，为此，我们在课程讲授过程中对工业自动化中的新技术与方法――OPC技术、组态软件及其开发方法等进行了详细介绍［１］―［３］。
　　OPC技术是一种先进的工业控制技术，该技术改变了传统的控制系统对硬件设备驱动程序的依赖性，控制系统可以采用OPC技术规范的接口去访问硬件设备的OPC服务器，降低了控制系统的开发难度，同时提高了控制系统的开放性和可维护性，如图1所示。因此，讲授OPC技术及其实现方法具有重要的意义。
　　组态软件是一种进行监控软件开发的软件平台和开发环境，与传统的基于VB、VC等高等编程语言开发相比，用户可以将主要经历集中在控制逻辑的开发上，可以直接利用组态软件提供的图形界面开发工具实现监控画面的设计。目前组态软件主要有：美国Wonderware公司的InTouch；Intellution公司的FIX；美国GE公司的Cimplicity；美国AB公司的RSView；德国西门子公司的WinCC；国内的有组态王、力控、MCGS等。
　　尽管组态软件种类较多，但是基于组态软件的监控系统设计与开发的步骤于方法是一样的：（1）建模，即为控制系统建立数学模型；（2）设计图形界面，利用组态软件的图库，采用相应的图形对象模拟实际的控制系统和控制设备；（3）创建实时数据库，构造数据库变量，用数据库中的变量反映控制对象的各种属性；（4）建立动画连接，建立变量和图形界面中的图形对象的连接关系，界面上的图形对象通过动画的形式模拟实际控制系统的运行；（5）进行控制系统的运行调试。
　　目前的工业控制系统一般是用上述的组态软件开发的，因此，讲授组态软件的设计与开发方法是非常必要的。本课程主要讲述基于组态王的控制系统设计与开发方法，掌握了该软件的使用方法，可以快速地掌握其他组态软件的设计与开发方法。
　　2.教学方法
　　“木材工业生产过程自动化”是一门工程技术课程，内容涉及继电器、接触器、基于继电器与接触器的控制系统设计、PLC及其监控系统设计、OPC技术、组态软件应用等。由于内容较多，课堂讲授课时较少，利用传统的板书教学，无法在有限的时间内讲授这些内容，因此，采用多媒体课件讲授效果较好，也有利于增强同学们的感性认识，降低学习难度，激发同学们的学习兴趣。另外在讲授OPC技术与组态软件时，需要给出具体的设计与实现方法，为此，首先在课堂上讲述相关内容的基本要点，然后结合实验内容进行现场讲解。
　　3.实验内容与安排
　　3.1实验内容
　　由于该课程是一门工程技术课程，在课堂讲授过程中主要进行原理性阐述，至于具体的应用还需要通过实验进一步掌握。为了改善实验效果，达到模拟木材工业生产过程自动化系统监控实验目标，购买了一套较为全面的自动化系统，系统组成如图2所示。
　　图2所示系统的主要特点是：（1）从硬件组成上看，每一个工作模块都有各自独立的工作内容，系统各模块既可以单独使用，又可以组合在一起使用，可以利用这些模块组合成不同的系统。（2）从系统集成方式上看，系统主要是基于Profibus现场总线和以太网进行集成的，具有开放性，便于系统进行扩展。（3）从系统控制架构上看，属于典型的三层结构，最上层为生产管理软件，中间层为监控软件，下层为下位机控制软件。（4）从系统软件实现方式上看，具有多样性特点，上层管理软件是基于Windows高级编程语言开发的，中间层监控软件是基于组态软件开发的，下位机软件主要基于PLC梯形图实现的，其中AGV和机器人主要是基于DSP实现的。
　　利用上述系统可以为木材工业生产过程自动化课程开展下列实验：（1）西门子PLC控制系统开发实验，可以利用系统中S7-200和S7-300PLC进行编程实验，控制相应的工作单元；（2）机器人控制实验，在机器人运行平台上可以进行速度闭环、位置闭环控制实验，同时可以进行PID控制算法研究与效果验证；（3）自动化系统集成设计与开发实验，可以对系统中的功能模块进行重新组合，构建新的自动化系统，进行硬件集成，在此基础上，进行软件集成，即利用组态软件开发新系统的控制系统，从而掌握基于组态软件的监控系统开发法方法与步骤；（4）变频器控制实验，利用系统中的变频器进行变频调速控制实验；（5）图像采集与开发实验，利用系统中的摄像机可以进行工件缺陷的检测实验，在工件图像采集的基础上，掌握图像目标提取与分析的基本方法；（6）OPC技术研究与应用，利用组态软件开发监控软件的OPC客户端接口，连接自动化系统中的OPC服务器，可以实现远程监控。
　　3.2实验安排
　　由于内容较多，难度也较大，学生可以根据兴趣选做其中的3个实验，但是要独立完成程序设计与调试工作。另外，该实验为开放性实验，学生可以自由安排时间进行设计与训练。
　　4.结语
　　我们通过上述三个方面的教学改进，调动了同学们学习积极性，提高了同学们的动手和解决实际问题的能力，使同学们掌握了自动化系统集成设计与开发的方法与步骤，达到了木材工业生产过程自动化课程设置的预期效果。
　　
　　参考文献：
　　［1］Sahin，Cihan，Bolat，Emine Dogru.Development of remote control and monitoring of web-based distributed OPC system［J］.Computer Standards and Interfaces，2009，31，（5）：984-993.
　　［2］OPC Foundation，OPC Data Access Custom Specification Version 2.05，December 17，2001.
　　http：//www.省略.
　　［3］曹辉.组态软件技术及应用［M］.北京：电子工业出版社，2009.
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