自动化专业实训中心建设的思考

2022-09-12

近年来, 教育部组织实施的“质量工程”对加强高校实践性教学环节提出了新的要求。各高等学校加大了实践教学基地建设力度, 特别是工程实训中心的建设。结合我校现场总线与控制系统工程实训中心的实施规划, 充分发挥工程实训中心在人才培养中的作用, 推进和完善工程实训中心建设, 进一步提高教学质量。

我国普通高校工程实训中心的建设与发展是不平衡的, 大多数学校还不能适应高等学校人才培养的需要, 特别是应用型人才的需要, 急需建立一套比较完整的实践教学体制和方案。要把工程实训中心和一般的实验教学示范中心区别开来。根据工程中心是集中性、操作性培训学生的特点, 探索工程实训中心建设规范和研究实践环节的基本内容显得尤为迫切。

1 实训中心的研究对象和内容

自动化专业的核心知识应由紧密围绕“控制与系统”的课程内容所组成, 而其能力则包含工程实践能力与自我创新能力。面对当今世界知识的爆炸式增长、自动化控制手段不断更新、自动化对象不断扩大、自动化控制理论不断发展的今天, 掌握该核心能力的学生不但可以通过自主学习来掌握新知识、新手段、新理论, 而且更可以自如地应用这些新知识、新手段和新理论。这样, 自动化学生在未来的竞争中, 将立于不败之地。通过创新能力与实践能力相结合的培养, 使学生提高分析问题与解决问题的能力。相信高校能够培养出德、智、体等全面发展, 掌握现代自动控制理论与技术的专业人才。

我校自动化专业缺乏现场总线系统及配送控制系统的实验设备, 缺乏中大型集成实验系统, 在教学实践中, 难以体现化工行业“大规模、大集成、流程型、复杂性”的特点。通过现场总线与控制系统工程实训中心的建设, 可将我校自动化专业含盖的工业电气自动化和化工过程自动化统一建设, 建设一个具有工程特色鲜明、具有自主知识产权、能满足实验教学、工程设计、科学研究要求的系统工程, 体现化工行业“大规模、大集成、流程型、复杂性”的特点。构建以培养实践能力和创新能力为目标的实践教学体系, 建设实践教学平台, 构建培养基地, 改革实践教学方式和手段, 完善实践教学的管理、评估、考核体系。

现场总线与控制系统工程实训中心拟采用操作站、交换机、可编程序控制器 (PLC) 、过程控制系统、运动控制系统、电气控制系统通过网络总线连接单元构成基于Device Net/Profibus/Modbus现场总线标准的网络结构。将化工生产过程控制的模拟量与供配电控制的开关量、流水线传动控制的数字量有机结合起来。实现多位、多厂家的机器/生产线控制级别的网络, 可将控制和数据融合在一起, 不同厂家或公司的设备、部件只要符合协议均可接入网络, 实现PLC与计算机之间、PLC与PLC之间、PLC与其它厂家可通信的低压电器间、化工仪表间的控制和通信, 达到信息的集中管理、功能的分散控制。其拓扑结构图如图1所示。

整个网络拟采用三层结构:监控级、控制级和现场级。监控级的主要设备有学生操作站、教师工作站。学生操作站是学生与整个系统相互交换信息的人机接口设备。学生可以在操作站上观察生产过程的运行情况, 判断每个控制回路是否正常工作, 并且可以随时进行手动、自动控制方式的切换, 修改给定值, 调整控制量, 操作现场设备, 以实现对生产过程的干预。通过操作组态, 不同的操作站完成不同的控制任务, 实现不同的实验过程。教师工作站是为了实验指导教师对该测控系统进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站, 形成各种设计文件, 通过控制组态, 教师可将不同的控制算法下载到不同的控制回路中, 完成对不同对象的精确控制。

控制级拟采用三个PLC控制站, 即化工过程控制站、智能配电系统控制站、物料配送系统控制站。在现场控制层采用FF (H1) 和Profibus总线进行集成。对相对分散的化工生产过程中的流量、液位、压力、温度等信号采用电磁流量计、阀门定位器、压力和差压变送器、温度变送器等, 采用FF现场总线, 实现对化工过程中各分布式工艺参数的检测和控制。对相对集中的电气信号如低压电气设备、传动控制系统设备等的开关控制、顺序控制等, 其控制方式相对固定, 采用Profibus实时总线结构。Profibus总线与FF总线之间采用MODBUS实现不同总线之间的通信。

2 实训中心拟解决的主要问题

实践性教学环节过去一向是学生培养中的薄弱环节, 有的学校往往还会忽视这一点, 重理论轻实践是过去学生培养中的弊端, 加强学生实践能力的培养要通过改革实践性环节入手。通过创新能力与实践能力相结合的培养, 使学生提高分析问题与解决问题的能力。注重实践性教学环节, 不断改革课堂教学与实验课教学的方案。

认识实习、生产实习、课程设计、毕业设计 (论文) 、综合性实验在自动化专业的教学中占据极其重要的地位, 是培养学生综合运用所学专业知识进行信号的检测、分析和处理, 进而设计、制作和调试自动控制系统等方面的工程实践能力的主要实践教学环节。同时, 认识实习、生产实习、课程设计、毕业论文设计、综合性实验对于自动化专业学生来说, 最具广泛, 实践性、量大面广等特点。因此, 各工科院校自动化专业都把认识实习、生产实习、课程设计、毕业论文设计、综合性实验作为首要任务来抓。由于条件限制, 认识实习、生产实习、课程设计、毕业设计 (论文) 、综合性实验方面效果不佳。更不用说开展学生专业综合素质、工程实践能力和创新能力的培养了。就目前形势而言, 为加强学生综合分析问题、解决问题的实际动手能力的培养, 必须下大力气建设一个与工程实际接轨的能体现现代自动化水平的专业性创新实训中心。目前, 现场总线控制技术已广泛应用于各个工业领域。我校建设高质量的现场总线与控制系统工程实训中心, 能满足自动化专业学生认识实习、生产实习、课程设计、毕业论文设计、综合性实验的要求, 提高学生实践能力和创新能力。

研究现场总线与控制系统工程实训中心的建设, 可将我校电气电子类、计算机类、机械电子工程类专业的培养目标融合为一体, 极大地提高学生的学习兴趣。现场总线与控制系统工程实训中心可以为自动化、检测技术、机电一体化、机械电子工程、计算机技术和电子通讯相关领域的研究提供实时仿真的平台, 该平台不仅包括先进的控制器和通用的输入输出接口, 而且还可以包括实时的控制对象, 实现新产品、新的控制方法的实验验证, 这样可以方便校、院、系的各种科技活动的开展, 无需每次拨付大量的资金而造成一些试验研究设备和仪器的重复购买。

由于本研究涉及面广、对象较多, 因此我们拟采取全面调查与重点追踪研究相结合, 传统研究手段与现代信息技术手段相结合的研究策略。根据不同课程实验类型的差异, 采取不同的实验方式, 开展基础实验、综合实验, 使实验与教学内容同步, 并鼓励学生自主设计。

3 结语

在实践教学环节中, 要突出实践能力培养, 通过改革实验教学体系, 改革实验内容, 改进有效的实验方法, 尤其要抓课程设计、实习、毕业设计这些环节, 工科学生除要掌握一定的工程技术知识外, 还要有较强的实际动手能力。通过现场总线与控制系统实训中心的建设, 可将我校自动化专业从原来以培养化工自动化专业人才为主发展成为机电结合、强弱电互补、硬件软件并肩发展, 具有条件较好、实力较强、水平较高、工程特色鲜明的应用专业。

摘要：教师把培养和造就符合时代发展要求的优秀人才作为自己的历史使命。按照学校事业发展规划要求, 我校自动化专业加快教改步伐, 通过课程体系建设、加强实践教学环节的调控、科研素质的培养来大力推进专业学科建设, 拓宽专业覆盖面, 全面推进素质教育, 着力提高教学质量和科研水平。

关键词：实训中心,实践教学,素质教育