湯立剛（湖北理工學院電氣與電氣信息工程學院,湖北黃石435000）

“自動化技術綜合實訓”實踐教學探討

湯立剛
（湖北理工學院電氣與電氣信息工程學院,湖北黃石435000）

自動化專業(yè)傳統(tǒng)的課程設計只隸屬于各門課程，課程之間銜接性較差，學生難以通過課程設計形成完整的知識體系；本文提出了一種新型綜合性、開放式實訓模式，它要求學生將學習的各門專業(yè)課程聯(lián)系起來，按照實際工程項目的開發(fā)步驟，經(jīng)歷一個完整的控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)過程；在實訓期間實驗室采取開放式的管理模式，以學生實際動手為基礎，激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生分析問題與解決問的能力。自動化技術綜合實訓對培養(yǎng)學生工程實踐素養(yǎng)具有重要的作用。

自動化專業(yè)；課程設計；綜合實訓

近年來，隨著自動化技術的快速發(fā)展以及在國民經(jīng)濟建設中作用的日益凸現(xiàn)，為高校自動化專業(yè)的發(fā)展提出了新的機遇和挑戰(zhàn)，我校是地方性的高等院校，學校的專業(yè)建設和發(fā)展要符合地方經(jīng)濟發(fā)展的需求；隨著黃石的經(jīng)濟發(fā)展轉型升級，該地區(qū)將建設成中部地區(qū)新型原材料基地，屆時將需要大量從事電氣自動化技術方面的工程設計、系統(tǒng)組態(tài)、投運調(diào)試、技術開發(fā)、生產(chǎn)技術管理以及工程科學研究等應用型高級技術人才。

“自動化技術綜合實訓”實踐課程是我校自動化專業(yè)新增的一門本科生實習/實訓類課程，是比課程設計更高層次的綜合性系統(tǒng)設計課程。該實訓要求學生以實際生產(chǎn)過程為基礎設計與實現(xiàn)一個完整控制系統(tǒng)；包括前期的系統(tǒng)方案設計、數(shù)學建模與仿真分析，以及后期系統(tǒng)的物理實現(xiàn)、調(diào)試、性能分析等；最后要求學生完成一份綜合實訓報告。整個實訓任務要求學生在兩周內(nèi)完成，搞好自動化技術綜合實訓具有重要的意義。

1綜合實訓選題

我校自動化專業(yè)本科生的實踐教學層次分為：課程實驗→課程設計→綜合實習/實訓→畢業(yè)設計。綜合實訓是課程設計的延伸，是整個實踐教學體系中的重要一環(huán)。同時，本專業(yè)包括的專業(yè)課程主要有《自動檢測技術》、《過程控制及儀表》、《電氣控制與PLC》、《現(xiàn)場總線技術及應用》等，綜合實訓必須盡可能多的涉及到這些課程的內(nèi)容并把它們?nèi)诤掀饋恚寣W生在實訓的過程中不斷充實、更新和完善所學過的知識。因此，我們在選題時，結合學院實驗室現(xiàn)有設備以及企業(yè)的需求，以培養(yǎng)應用型人才為目的，選擇了大量具有工程實用背景的課題。目前，我院自動化綜合實驗室主要有兩種實訓平臺：A3000高級過程控制系統(tǒng)平臺以及THNN-2型工業(yè)自動化網(wǎng)絡實訓平臺。帶實訓的教師經(jīng)過研究討論在A3000高級過程控制系統(tǒng)平臺上，擬定了以下選題：單容、雙容水箱液位控制系統(tǒng)設計、管道流量、壓力控制系統(tǒng)設計、鍋爐水溫控制系統(tǒng)設計、流量比值控制系統(tǒng)設計、連鎖控制系統(tǒng)設計、水箱液位及流量串級控制系統(tǒng)設計等題型，在THNN-2型工業(yè)自動化網(wǎng)絡實訓平臺上我們擬定了基于材料分揀模型、機械手模型、立體倉庫模型、電梯模型等各模型單獨控制系統(tǒng)的設計，以及將這些模型結合起來所構成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計等題型。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)控制領域也是相當重要的，經(jīng)過綜合實訓的鍛煉之后，提高了學生的工程實踐能力，為學生畢業(yè)以后從事相關工作打下了堅實的基礎。

對綜合實訓的選題，學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訓題目及均不盡相同，有些題目雖然相同，但研究工作任務要求也有所區(qū)別。比如對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，學生可以根據(jù)任務場景及要求采用不同的控制方式。

2綜合實訓教學內(nèi)容及要求

由于在講授《電氣控制與PLC》理論課時我們主要所采用的是三菱FX-2N系列的PLC，而在綜合實訓中，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)控制領域主流產(chǎn)品，學生需要熟悉相關編程軟件的使用。此外，對于變頻器的原理及維護我們還沒有開設專門的理論課，而變頻器目前的使用是相當廣泛的，對國家提倡的節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)升級起著重要的作用。因此,在正式開始綜合實訓之前約1個月時間，就開始分組和選題工作,在學生選定題目后,把實訓任務書、編程組態(tài)軟件以及PLC、變頻器、傳感器使用手冊等相關設備的資料提供給學生,要學生提前熟悉課題的內(nèi)容和要求，自學相關知識,然后在綜合實訓規(guī)定的時間之內(nèi)完成所選題目的設計和調(diào)試任務,具體內(nèi)容和要求如下：

（1）老師向學生提交綜合實訓的任務書。學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文獻、資料，并集中討論，最終確定一個初步的系統(tǒng)設計方案；要求各小組撰寫一份簡單的方案設計報告,包括研究內(nèi)容、人員分工、計劃進度等。

（2）方案的實施。學生先利用計算機輔助軟件對被控對象進行數(shù)學建模、仿真分析,完成控制系統(tǒng)的理論設計；然后利用實驗室的實踐平臺對控制系統(tǒng)進行物理實現(xiàn)，包括硬件設計（提交相應的設計圖紙）、控制器的軟件編程及系統(tǒng)調(diào)試等，并對調(diào)試成功的系統(tǒng)進行性能測試和分析；老師對實施過程中遇到的問題給予指導，并負責驗收。

（3）綜合實訓的總結。老師組織每個小組的學生進行答辯與交流活動，學生對系統(tǒng)設計過程中的經(jīng)驗與教訓進行總結。每個小組成員都要撰寫一份綜合實訓報告。

（4）老師根據(jù)學生在項目實施過程中的知識應用情況、實踐操作情況、問題分析及解決情況給出一個綜合評價。

3綜合實訓教學特點

自動化專業(yè)傳統(tǒng)的課程設計只隸屬于各門課程，課程之間銜接性較差，學生難以通過課程設計形成完整的知識體系，學時的利用率也不高。為克服傳統(tǒng)課程設計的不足，加強學生工程實踐能力培養(yǎng)，本文了提出了一種以系統(tǒng)化專業(yè)知識為主線，以開放的實驗室管理模式為前提，以學生實際動手為主、教師指導為輔，以激發(fā)學生興趣、培養(yǎng)學生工程實踐素養(yǎng)為目的的新型綜合性、開放式實訓模式，其基本思路是通過開設一個開放式的綜合式實訓，將不同專業(yè)課程的相關專業(yè)知識銜接起來，使學生得到一次系統(tǒng)化綜合應用的實踐鍛煉。這種新型的綜合實訓模式具有以下特點:

（1）豐富的實訓項目把分散在多門課程中的專業(yè)知識串聯(lián)在一起，系統(tǒng)化，有利于學生對專業(yè)知識的整體掌握與鞏固；培養(yǎng)了學生應用所學專業(yè)知識，綜合分析與解決問題的能力。

（2）每一個實訓項目學生都能在實驗室提供的實踐平臺上完成，學生可以先在計算機上通過仿真軟件進行理論的分析與設計，然后在實踐平臺上完成實際系統(tǒng)的搭建。這樣有利于學生加深對理論知識的理解，有利于學生了解工程實際的特點，做到理論與實踐相結合。

（3）實驗室采取開放式的管理模式，在兩周的綜合實訓期間,學生可以自由的選擇時間來實驗室進行操作,但總時間不少于10天。這樣給學生以更多自學、操作的機會和條件，同時也提高了實驗室的利用率。

通過2011級自動化專業(yè)學生的教學實踐情況來看，“自動化技術綜合實訓”得到了學生的積極參與，受到學生的好評，取得了良好的效果。同時，為了進一步搞好綜合實訓還需要擴大選題范圍以及加強實踐教學平臺建設。

4結語

“自動化技術綜合實訓”通過設計與實現(xiàn)一個完整的控制系統(tǒng)，使學生將不同專業(yè)課程的相關專業(yè)知識聯(lián)系起來，得到一次系統(tǒng)化綜合應用的實踐鍛煉。老師提交任務，學生自行分組選題；有利于培養(yǎng)學生的興趣，激發(fā)學生學習的主動性。學生綜合運用所學知識，自行設計方案并實施；因此,學生的工程實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。

湖北理工學院院級教學研究項目，項目編號：2013B07