馬利云， 宋要斌， 劉 巖， 田毛提， 馮彩平

(呂梁學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 呂梁 033001)

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GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建與應(yīng)用

馬利云， 宋要斌， 劉 巖， 田毛提， 馮彩平

(呂梁學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 呂梁 033001)

規(guī)劃并建設(shè)了智能軟件與先進(jìn)設(shè)備相結(jié)合的GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺，由程序自動(dòng)控制(PAC)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、機(jī)電與礦用設(shè)備控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、多軸運(yùn)動(dòng)與過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等構(gòu)成。初步規(guī)劃了基于該平臺的應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)方式和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、改革實(shí)踐教學(xué)方法，完成了規(guī)劃既定的建設(shè)內(nèi)容。實(shí)踐表明，該實(shí)驗(yàn)平臺為人才培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐訓(xùn)練提供了良好的操作環(huán)境，加快了校企合作項(xiàng)目的建設(shè)速度，成果顯著，該實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)及其實(shí)踐應(yīng)用具有普遍的示范性和推廣性。

GE智能平臺； 自動(dòng)化； 實(shí)驗(yàn)平臺

0 引 言

為了使工業(yè)自動(dòng)化類人才培養(yǎng)滿足當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)升級的要求，以“工礦自動(dòng)化和制造自動(dòng)化”為特色發(fā)展方向，開展應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展建設(shè)工作。我校規(guī)劃了PAC系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、礦山機(jī)電與過程控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及柔性生產(chǎn)線與多軸運(yùn)動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等先進(jìn)裝備的GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建與方案。

基于GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺，提出了生產(chǎn)自動(dòng)化、礦山設(shè)備控制、可編程技術(shù)與應(yīng)用以及化工自動(dòng)化等多門課程的工業(yè)應(yīng)用型的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法。設(shè)立了一系列創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用多樣化和現(xiàn)代化先進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和教學(xué)手段[1]。開發(fā)GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺為我校師生在工礦自動(dòng)化及制造自動(dòng)化等方面的科研與實(shí)踐訓(xùn)練，為應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)和服務(wù)地方企業(yè)提供了可靠的技術(shù)保障，推動(dòng)了校企合作和科研團(tuán)隊(duì)的建設(shè)[2-4]。

1 智能實(shí)驗(yàn)平臺構(gòu)建方案

GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建思路是根據(jù)GE智能平臺面向中國大學(xué)推出“大學(xué)計(jì)劃”和“呂梁學(xué)院轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃”設(shè)計(jì)整體方案，結(jié)合我校專業(yè)特征和人才培養(yǎng)需求所構(gòu)建的綜合性強(qiáng)、功能全面、軟硬結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示。該構(gòu)建方案充分利用了發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的工科教學(xué)方式和最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備，以學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展為契機(jī)，圍繞礦業(yè)自動(dòng)化、制造自動(dòng)化而建設(shè)。該方案所規(guī)劃設(shè)備先進(jìn)，應(yīng)用廣泛，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)和開放探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造了良好的條件，為校企合作、服務(wù)地方以及教師科研工作提供了強(qiáng)力支撐[5]。GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺主要由：程序自動(dòng)控制(PAC)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室、柔性制造系統(tǒng)與多軸控制實(shí)訓(xùn)室、礦山機(jī)電與化工過程控制實(shí)驗(yàn)室三部分組成，主要功能如下。

圖1 GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)總圖

1.1 PAC基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室

PAC基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室可為礦山機(jī)械、機(jī)械工程、機(jī)械電子、電子信息及過程控制等專業(yè)學(xué)生相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)提供先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)平臺[6]。學(xué)生通過學(xué)習(xí)、練習(xí)PAC編程，掌握GE智能平臺性能、特點(diǎn)及使用方法；學(xué)習(xí)Proficy軟件系統(tǒng)的編程方法和編程技巧時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)與之配套的機(jī)電模塊裝調(diào)實(shí)訓(xùn)臺，檢驗(yàn)所編程序能否實(shí)現(xiàn)對機(jī)電產(chǎn)品的控制。

本實(shí)驗(yàn)室具有開放性、綜合性、便捷性等特點(diǎn)，配合搭載Proficy軟件平臺的多媒體教學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)PAC高級編程控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、機(jī)械裝調(diào)、氣路搭建、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳感檢測、低壓配電、識圖配線等實(shí)訓(xùn)功能。

1.2 柔性制造系統(tǒng)和多軸控制實(shí)訓(xùn)室

柔性制造系統(tǒng)和多軸控制實(shí)訓(xùn)室可以提高工科學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，實(shí)驗(yàn)室裝備有一套先進(jìn)的柔性制造系統(tǒng)、三臺實(shí)用性很強(qiáng)的五層電梯控制模型及多臺多軸控制設(shè)備。為學(xué)生提供了一個(gè)可參與性強(qiáng)、創(chuàng)新特征明顯的學(xué)習(xí)平臺，讓學(xué)生全面掌握機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用、開發(fā)和集成的同時(shí)，提高了學(xué)生機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整、檢測信號調(diào)試、故障診斷和排除等實(shí)際操作能力[7]。

1.3 過程控制與礦山機(jī)電實(shí)驗(yàn)室

過程控制與礦山機(jī)電實(shí)驗(yàn)室是應(yīng)用國內(nèi)外最新控制技術(shù)，集自動(dòng)控制、總線通訊、計(jì)算機(jī)組態(tài)及智能儀表等技術(shù)為一體的多功能實(shí)訓(xùn)室，該實(shí)驗(yàn)室裝備的高級過程控制、多軸運(yùn)動(dòng)控制、各類變頻控制實(shí)驗(yàn)裝置采用PLC控制技術(shù)進(jìn)行智能儀表控制、DCS控制及交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械裝調(diào)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳感檢測、編程控制等實(shí)訓(xùn)功能，并能有針對性的完成變頻器的通訊、電機(jī)調(diào)速和控制等實(shí)訓(xùn)功能。

本實(shí)驗(yàn)平臺依托于GE智能平臺的大學(xué)計(jì)劃，向我校師生提供了世界最先進(jìn)的生產(chǎn)控制軟、硬件設(shè)備。PACSystems系列硬件產(chǎn)品是具有先進(jìn)性、開放性和可靠性的多功能控制平臺，它主要包括PACMotion Systems(高性能多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng))、VersaMotion Systems(伺服系統(tǒng))、Proficy Process Systems(過程控制系統(tǒng))；Proficy軟件系統(tǒng)是GE智能平臺最優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)，它主要包括Machine Edition、iFIX、CIMPLICITY、Historian、Portal和Plant Application。它通過先進(jìn)的軟件和硬件虛擬仿真生產(chǎn)環(huán)境，向?qū)W生認(rèn)識目前高水平企業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，利用虛擬或模型生產(chǎn)線訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

2 應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索

基于GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺，針對化工過程控制、機(jī)械、礦業(yè)、安全、電子信息、材料加工等多個(gè)領(lǐng)域的課程，開發(fā)設(shè)計(jì)了一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。在此列舉一些典型的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(見表1)。

表1 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)列表

2.1 人才培養(yǎng)與實(shí)踐教學(xué)

應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)平臺，開發(fā)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給學(xué)生提供一個(gè)充分開發(fā)和自由的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，為完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生有步驟、有目的地自主學(xué)習(xí)；在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的過程中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手解決問題的能力以及協(xié)同創(chuàng)新精神，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)[8-11]。

GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺既能進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，也可以面向化工過控、機(jī)械、礦業(yè)、安全、電子信息、材料加工等多個(gè)領(lǐng)域課程的入門實(shí)驗(yàn)?？梢赃M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)PAC應(yīng)用訓(xùn)練、帶各種現(xiàn)場總線和VersaMax柔性生產(chǎn)線控制實(shí)驗(yàn)和多種工業(yè)控制模型實(shí)驗(yàn)。從模型裝置、軟件平臺到自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)，為學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練提供了全方位的軟件、硬件條件，達(dá)到理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的目的，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過利用發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的工科教學(xué)方式和最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備，優(yōu)化了教學(xué)模式和教學(xué)手段，促進(jìn)了我校向應(yīng)用型院校的跨越式發(fā)展。

GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺建成后，完成了基于該平臺的多門課程的多元考核教學(xué)改革，通過先進(jìn)設(shè)備的操作訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性、學(xué)習(xí)能力及動(dòng)手實(shí)踐能力不斷提升，人才培養(yǎng)效果顯著[12]。在師生的共同努力下，利用該實(shí)驗(yàn)平臺已經(jīng)取得了一定的成績，如國家大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目“柔性生產(chǎn)線GE智能重構(gòu)實(shí)驗(yàn)”、山西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“基于熱管技術(shù)節(jié)能供暖實(shí)驗(yàn)”等優(yōu)秀成果。

2.2 科研應(yīng)用

在科研應(yīng)用方面，“GE智能”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)已經(jīng)作為呂梁學(xué)院“重中之重”建設(shè)項(xiàng)目，以推動(dòng)GE智能平臺在工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用，該平臺是教師積極申報(bào)科研項(xiàng)目的助推劑，也是教師順利完成科研任務(wù)保障。此外，GE智能自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建，促進(jìn)校企合作，呂梁學(xué)院已經(jīng)與國防科技大學(xué)呂梁軍民融合協(xié)同創(chuàng)新研究院建設(shè)為戰(zhàn)略合作關(guān)系。通過校企合作，完成人才培養(yǎng)和雙方利益共容，共同服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[13-14]。

3 結(jié) 語

學(xué)院與美國通用電氣(GE)公司合作，引進(jìn)國際最先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，配套豐富的教學(xué)型工業(yè)機(jī)電設(shè)備，做到合理規(guī)劃，裝備先進(jìn)，已建成“GE智能自動(dòng)化平臺實(shí)驗(yàn)平臺”。該實(shí)驗(yàn)平臺總面積約330 m2，儀器設(shè)備總值約3 500萬元，建成國內(nèi)裝備先進(jìn)的示范性實(shí)驗(yàn)平臺。這一建設(shè)目標(biāo)使我院工科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)跨上新的臺階，可以極大地促進(jìn)工科相關(guān)專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)，為工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供一流的實(shí)踐平臺。

實(shí)踐表明，該實(shí)驗(yàn)平臺高效地培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，同時(shí)，促成了多項(xiàng)校企合作成果，推動(dòng)了省級、國家級科研項(xiàng)目的申報(bào)工作。在完成學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的過程中培育著一批優(yōu)秀的教師創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，提高了師資隊(duì)伍的學(xué)術(shù)水平和工程技能。因此，該實(shí)驗(yàn)平臺是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神不斷提升的絞車，同時(shí)也是教師進(jìn)行科研工作、學(xué)校實(shí)現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)和完成轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要推動(dòng)力。本文所規(guī)劃的建設(shè)方案和開發(fā)應(yīng)用有較強(qiáng)的推廣性和示范性，對相關(guān)專業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)具有借鑒意義[15-16]。

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Construction and Application of GE Intelligent Automatic Experimental Platform

MALi-yun,SONGYao-bin,LIUYan,TIANMao-ti,FENGCai-ping

(Department of Mining Engineering, Lüliang University, Lüliang 033001, China)

In this article, a GE intelligent automation experiment platform which mainly includes program automatic control (PAC) training system, electrical and mechanical equipment control experiment system as well as multi-axis motion and process control experiment system is proposed. The platform combines intelligence software and advanced equipment. Based on the experiment platform, the methods of cultivating applied talents, innovative experiments and the reform thoughts on practical teaching have been put forward. The practice has shown that this experiment platform provides great opportunities for talent cultivation as well as experiment and practice training, and effectively promotes a large number of university-enterprise cooperation projects. The proposed construction scheme has powerful generalization and high practical value.

GE intelligent automatic platform; automation; experimental platform

2015-06-04

呂梁學(xué)院校級基金資助項(xiàng)目(ZRXN201305)；呂梁學(xué)院“專業(yè)綜合改革教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)工程”項(xiàng)目

馬利云(1983-)男,山西興縣人,碩士，助教，教研室負(fù)責(zé)人，主要從事先進(jìn)制造技術(shù)及人工智能方面的研究。

Tel.：13935854611；E-mail：maliyun@21cn.com

TH 39

A

1006-7167(2016)05-0228-03