工控網絡實驗資源的利用與創新人才培養實踐

朱建紅　吳　曉

摘要 電氣自動化本科專業的人才培養目標是從事電氣系統工作的具備創新理念的高級工程技術人才。電氣控制技術作為一門較重要的專業課,在工業自動化領域占據著重要地位,相當一部分畢業生日后將從事相關產品的維護與研發,頻繁接觸工控產品與監控網絡。因此,在校學生充分利用工程訓練中心工控資源平臺,盡早接觸系統工程實驗,有助于形成工控知識網絡的系統概念,培養創新意識,縮短理論到實踐知識的轉化進程,盡早為社會作出應有的貢獻。

關鍵詞 電氣自動化;工控網絡;工程訓練;創新人才

中圖分類號:G642.423 文獻標識碼: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 人才培養與實驗資源利用的現狀分析

“微機原理”“計算機網絡”“單片機原理與技術”“計算機控制技術”“電氣控制技術”等課程是電氣工程類專業的學生在大學不同階段所開設的專業基礎課或專業課。由于課程開設相對獨立,所以多數學生潛意識下也把這些知識相對孤立,很難形成一種系統的專業概念。大學期間,能促使學生串接所學知識在一起的課程只有數量較少的實踐環節,如畢業設計、生產實習等。

另一方面,人才的培養是以社會所需為出發點的,并不是每位學生在畢業后都能找到與畢業設計課題吻合的工作,這需要本科教學環節中盡量充分利用現有實驗室教學資源,多設一些較強的綜合性、實踐性及創新型實驗操作環節。目前,理工科學生的本科培養以實現實用新型人才為目標所開設的既能幫助學生消化、理解、吸收書本知識,同時又能促使學生靈活運用相關前續課程知識,使知識自然鏈接、自成網絡體系的實驗項目數量相當缺乏?，F存的大多為演示及驗證型實驗,結合工程實踐的較少,這種實驗對低年級學生比較適合;但是對于一些已有一定課程知識儲備,即將進入社會的高年級學生來說,還是遠不夠的,導致的直接后果就是理論知識與工程實踐應用背離,使部分學生對自己的將來比較迷茫,不清楚所學知識在哪些場合得到應用,具體發揮什么樣的作用,更不明白他們的能力將來如何能得到創造性的利用。就業面試中遇到結合工程實際的專業知識問題時無法應答,進入單位后,絕大多數學生都是從陌生領域重新開始,很難入門,非常被動。

因此,現有實驗室資源應當被充分利用,高校應當實踐性地以培養實用創新人才為目標,剖析社會對電氣自動化類人才的需求,在專業實驗中融入“系統工程”的概念,開設一些實用的,能貫穿多門課程知識點內容的綜合實驗及提高型實驗,使學生在實驗當中挖掘自己的潛能,搜集、整理、利用所學知識,必要時查閱相關文獻,提高獨立解決問題的能力與習慣,在結合工程實踐的實驗環節中培養自身的創新精神,體驗自己所學知識結構的整體性、實用性,激發自己對專業的愛好與興趣。

2 充分利用工控網絡的實驗平臺,廣泛挖掘實驗條件,研究可開發的實驗類型

目前,工控網絡的建立已成為PLC工業控制工程領域所考慮的關鍵問題之一,電氣類在校學生除極少數能在畢業設計這一環節中接觸這類技術課題外,絕大多數對這一問題的理解還是停留于詞匯表層。實際上,網絡建立涉及的知識點基本是學生已經涉及的,比如微機原理、單片機原理中的數據通信及協議;計算機網絡中網絡的組建與類型;計算機控制技術中的數字實時控制;電氣控制技術中PLC編程及網絡的建立等。另外,實驗室現有資源,如工程訓練中心的硬件設備(如德國西門子公司的S7-300、S7-200 PLC設備、CP5611 I/O卡、PC機等)、現有的軟件(如組態王6.5,Step7,V5.3,VB6.5,C++ Building,VC++等)、電氣控制實驗室的PLC以太網等,都為工控網絡綜合實驗項目的正常開設提供了條件與保障。根據實驗室硬件及軟件條件,從現有的演示實驗入手,確定實驗室所能開設工控網絡實驗的項目總數量,結合市場調研成果對實驗項目進行分類,分成演示型、驗證型、設計型及創新型,研究制定指導計劃。

2.1 調研使用相關PLC產品的企業,研究并分析目前應用較多的網絡類型及功能、通信協議及可靠性等

1)進入相關企業調研,包括網絡類型、所用PLC型號及支持的網絡協議與所用編程語言、所建組態網絡及通信協議,主站選取、從站選取及從站與主站的通信形式,是屬于T型網絡還是環狀網絡等。對照現有實驗室資源,研究實驗內容。同時廣泛調研兄弟院校在實驗教學方面人才培養具體措施,結合社會工業控制領域對人才的需求,對照實驗室的實際硬件、軟件條件進行研究,確定工程訓練中心實驗室所能開設工控網絡實驗的項目總數。確定以當前應用最廣泛的網絡類型著手研發,并把這種網絡實驗確定為驗證型實驗進行研究,開發并編寫實驗指導計劃。

2)在研究驗證型實驗設計時緊密結合課程相關知識點,適當補充新知識。同時編寫實驗指導電子講義結合實踐應用,既有圖表說明,又有動畫設計,以利于學生理解與掌握,培養學生形成系統工程設計的概念與意識。

2.2 充分利用實驗室現有資源,研究可設計的其他實驗網絡,進行開發并把這些實驗確定為設計型實驗,編寫實驗指導計劃

1)從宏觀物體傳動機構入手認識硬件。實驗室的通信硬件設備S7-300 PLC帶有Profibus總線接口及I/O擴展模塊;S7-200 PLC設備具有CPU226或CPU224及I/O擴展模塊、EM277 DP模塊;CP5611 I/O卡及PC機等。這給實驗項目的開設提供了硬件支持。

2)從微觀數據傳輸路徑入手認識軟件。工控產品公司自行開發的及支持的網絡協議很多;此外現有的軟件,如組態王6.5、Step7、V5.3帶有PLC網絡協議驅動程序,可用來直接組態;VB6.5、C++ Building、VC++等可用來設計開發通信程序。這些都為開放實驗的研究與開發提供了條件與保障。

3)從整體系統概念認識工控網絡。聯想先前所學知識網絡,整理所學知識結構,剖析系統工作原理,整理實驗室已存在的經過試驗建立成功并且用于系統運行的若干不同類型網絡,分類整理,如中間用到CP5611 I/O卡的各種網絡及未用到此卡的各種網絡,通過PLC編程口通信的網絡及通過DP模塊通信的各種網絡。

4)制定設計型網絡實驗。對于每一類型的網絡,根據協議類型確定其中一種為驗證型實驗,其余的作為設計型實驗,在給出硬件條件及相關網絡要求前提下讓學生自動搭建硬件拓撲通信網絡,選擇通信協議,編寫數據通信檢驗程序,給出最后設計結果。

2.3 在PC機與下位機的通信上,研究利用自學軟件進行通信程序開發,建立通信網絡,把這種實驗確定為創新型實驗并進行開發,編寫實驗指導計劃調整現有工程訓練中心的開放實驗內容與項目,研究所開設實驗項目與電氣專業相關課程的知識聯系,研究各類工控網絡設計實驗所必須知識儲備的種類及數量,注重在能力培養上貫徹創新型實驗教學思想,使實驗內容具有先進性、系統性和實用性。

3 注重創新型實驗方案引導,培養學生的興趣

工程訓練中心模擬生產線是由許多PLC環節組成的,控制電機對象種類各異,學生可參照現有實驗資源,根據現有的硬件條件、軟件條件,在剖析硬件工作條件及原理的基礎上,自動選擇組合硬件類型,進一步選擇軟件,在PC機上設計通信程序,建立網絡。

3.1 實驗開展的參考資料俱全整理先前通過網絡通信協議類型研究所給出的不同的硬件連接拓撲結構,根據實驗開放系統的教學方法與手段等有關規定,給出各種網絡設計實驗的設計規范與要求,編寫“工控網絡實驗”指導講義,發送到實驗開放系統平臺,實現資源共享。

3.2 實驗創新注重啟發在創新型實驗的研究及指導講義編寫過程中,事先給出淺顯的例子說明,學生可根據實驗室硬件條件,參考各種文獻自由發揮,利用已學過的軟件編寫通信程序,構建新網絡。如利用VB對PLC自由口進行編程,這樣有利于培養學生的創新能力。

3.3 實驗開發過程模擬工程開發模式創新實驗的開發過程,參照工程領域技術開發的順序,遵守根據硬件條件先網絡搭建,后協議支持、通信程序設定、數據交換調試,再上層監控的順序進行網絡實驗研究開發,培養學生的工程設計能力。

4 小結

PLC產品在全球乃至中國的銷量很大。但在實際工程應用中,用戶經常會遇到PLC工控網絡的構建與通信問題,暴露出工程人員的技術水平與產品的技術支持脫節的問題。隨著控制技術自動化水平的提高,PC機與多PLC的通信問題尤為突出,所以企業內部往往缺乏一定數量的對產品性能及網絡技術比較熟悉的管理技術人員。工控網絡實驗的改進與開設可以使電氣自動化專業的學生利用在校時間早一些接觸該方面的技術,這樣既鍛煉學生的個人能力,又迎合社會發展的需要。

另一方面,利用高校設備開放系統共用平臺,推出實驗室資源所能開設的結合工程實踐的新型綜合設計實驗,吸納社會上有這方面技術需求的企業或人員來到實驗室進行培訓,收取經費以用于實驗室設備維護,做到實驗室發展的可持續性。