自动化专业工程化模式实训基地建设与实践

高娟娟+杨娟霞+刘福才

[摘 要] 展示了燕山大学自动化专业实训基地的发展现状，结合“校企合作”的培养模式，对ABB传动控制系统实训平台建设及实训内容进行了详细阐述，并指出了在实训基地建设中做出的重大改革和实践实施效果。最后，提出了以培养优秀工程技术人才为目标的实践教学改革方案，以实现人才培养质量与社会需求的最大化吻合。

[关键词] 实训基地；自动化专业；校企合作

[中图分类号] G71[文献标识码] A[文章编号] 1005-4634（2015）04-0102-04

0 引言

近年来，教育部组织实施“质量工程”，这一举措为加强高校教学的实践性环节提出了新的要求和挑战。各大高校纷纷响应，加强了对实践基地的建设重视程度，加大教学实践基地的建设力度，特别是对于工程实训中心的建设尤为重视[1]。中国矿业大学采用西门子PLC，融入工业控制网络结构，设计并搭建了综合自动化实验平台，该平台包含了各层次的自动化单元，并在此基础上自制或订做被控对象，以实现能够更好地模拟工控现场[2]。南昌工程学院搭建了基于Kingview的网络化PLC实训室，并针对八个来自不同行业的典型工程项目，进行设计、制作、安装与调试。每种实训装置的实训内容都有侧重的与PLC课程教学的内容相关联，学生可以自由选择不同的项目进行实训，内容可以为硬件结构设计与布线、软件编程与调试、项目组态和分布式结构设计等[3]。西南交通大学与罗克韦尔自动化公司合作建立了实训实验室，为学生提供了一个全方位接触、配置和使用先进的自动化产品的平台[4]。实训实验室注重在真实设备上的动手能力和实践训练，帮助学生对自动化技术进行快速的理解和掌握，并最终运用到实际工作中。校内实训室不仅仅可以对学生进行专业技能训练，还是学生养成职业道德、职业习惯、团队意识、安全生产意识、成本意识和环保意识等各种职业素养的重要场所[5]，在工程技术人才的培养中具有重要作用。因此，探索实训实验室的建设规范和研究实践环节的基本内容显得尤为迫切。

1 燕山大学自动化专业实训基地建设现状

燕山大学自动化专业依托河北省重点实验室的设备资源及部分专项经费的投入，多年来致力于实训基地的建设。实训采用校外参观、校内动手设计、安装调试相结合的方式，校内实习包括PLC控制系统设计及应用和单片机控制系统设计及应用。经过10年多的建设，自动化系校内实训基地现有自主研制的实训平台总数达到400多台套，总价值120多万元，可满足自动化专业的校内生产实习、本科生专业综合训练、本科生毕业设计、卓越班专业综合实训、专业硕士综合训练等实践教学环节的要求。

PLC、触摸屏、变频器、全数字直流调速装置和工业现场总线是企业自动化生产线上应用比较多的设备，因此让学生在学校熟悉这些设备的特点及使用方法，可以大大缩短学生就业后在企业的实习培训时间，增加就业机会。燕山大学自动化专业根据多年来与企业合作的经验，结合自身在电力拖动及其自动化研究方向的特色及实践教学经验，通过提炼所完成的横向科研课题的典型综合自动化控制系统，自主研发了多组PLC实训设备，主要包括：HMI+西门子S7-200PLC+台达变频器的实训挂屏10套，HMI+三菱FX-2NPLC+松下变频器的实训挂屏10套，上位机Wincc+西门子S7-300PLC+远端模块ET200+西门子变频器+DP网络的实训挂屏5套，西门子S7-400+TDC+西门子交流伺服的高级控制系统实训装置1套，全数字交直流调速系统实训柜5套，ABB传动控制系统实训平台10套。其中，全数字电力拖动自动控制系统实训柜主要包括西门子6RA70、英国欧陆590P、芬兰ABBDCS402、西门子6SE70等全数字式调速装置，采用FX-2NPLC及HMI控制。全数字交直流调速系统实训柜的设计及功率选择以生产实际为背景；PLC的扩展模块包括数字量输入模块DI、数字量输出模块DO、模拟量输入模块AI、模拟量输出模块AO、高速计数单元HI等。

2 ABB传动控制系统实训案例分析

2.1 ABB传动控制系统实训现状及内容

ABB传动控制系统实验室组建于2013年8月，是燕山大学与北京ABB电气传动系统有限公司合作共建实验室，如图1所示。实训平台是在ABB公司相关技术人员的指导下，由燕山大学自动化专业的学生搭建完成。在该实训平台投入使用之前，为确保安全，ABB公司技术人员负责平台的初次上电调试，并给燕山大学自动化相关教师做了技术培训。

如图2所示，ABB传动控制系统实训平台主要包括PLC、变频器、触摸屏等一系列ABB产品，每个平台元器件的布局、接线等都严格遵循电气标准。实训平台以PLC为控制器，变频器为执行环节，三相异步电动机为被控对象，编码器为测量环节的交流闭环调速系统（如图3所示），整个系统输入给定和状态监控可由触摸屏来实现。

实训目的是让学生在学习了“电气控制及PLC”、“直流拖动控制系统”及“交流拖动控制系统”等相关课程的基础上着手去接触实际产品，根据实际项目（如冷弯成型生产线多电机同步控制、铸造制芯生产线运输小车加减速控制等）的工艺要求，从最初的控制系统设计、组装、调试到最后实现控制等整个过程去模拟实际的工艺流程，通过实际动手操作，提高发现问题及解决实际问题的能力。为了充分激发学生学习的积极性和主动性，实训采用“先观摩后实践”的方式，即先通过参观或录像图片等形式向学生展示工程实例和科研项目成果，然后学生亲自去动手操作，并采用教师责任制，由指导教师严格监督把关，确保每一个学生都能够真正的完成工程实训项目。根据以往的实训经验，为了科学合理的设置实训学时，将ABB传动控制系统实训项目具体安排见表1。

在ABB传动控制系统实训平台的建设过程中，ABB公司把企业氛围、职业道德、技术要求、生产工艺、团队合作和敬业精神等带给学生，为学生将来的职业岗位起到示范性作用。同时，通过以上的ABB传动控制系统实训，为同学们创造了更多的动手实践机会，将学习到的书本知识加以应用，增强对知识的理解和应用能力，为将来走上工作岗位储备了必要的实际生产知识。

2.2 实训室建设和教学改革

在不断总结以往教学经验基础上，对实训基地建设和实训内容做出了重大改革，主要体现在以下两方面。

1）完全开放式的实训设备。在以前的实践教学过程中，所用实训设备内部都是封闭的，在这种条件下，学生只能够机械地按照实验步骤进行操作，观察实验现象，不能了解实训设备内部的结构及工作原理，这种教学模式不利于学生掌握知识和技能。鉴于此，自动化系在实训设备的建设中要遵循完全开放性的原则，主要表现为：实训设备上电气元器件之间的接线采用直接连接方式，元器件布置以生产实际控制柜的布局为参考，这一点是与目前国内现有教学仪器设备公司生产的PLC实训设备完全不同的。这样，实训设备上的所有元器件及线路都清晰可见，学生可以通过查线、校线及电气原理图的绘制等环节对实训设备的硬件结构及线路得到清晰的了解，同时对以工程实际为背景的实训案例方案控制系统的设计提供了依据。

2）“教学做”一体化。在以前的教学计划中，理论教学与实践教学是分离的。“电气控制及PLC”、“直流拖动控制系统”及“交流拖动控制系统”等课程仅仅是在课堂讲授一些理论知识，这样的授课方式只是让学生机械地去记忆和理解相关专业知识，没有实践动手操作的机会，看不到实质的教学效果。为了让学生对书本知识有更深刻的理解，与工程实际背景相结合，燕山大学自动化专业将“电气控制及PLC”、“直流拖动控制系统”及“交流拖动控制系统”等课程在工程实训室开展或增加相关的实践教学环节。教学过程中，教师可根据实际教学要求循序渐进、由浅入深、由简入繁，可选择教材中几个环节进行培训，也可分不同的时间段完成教材中全部内容的实训。这样在课堂上，教师将书本知识讲解完毕，学生就可以亲自去动手操作，加强对理论知识的理解，培养动手操作和解决实际问题的能力。

3 工程化模式实训实施效果及意义

3.1 教学效果普遍提高

实训题目与冷弯成型生产线多电机同步控制、铸造制芯生产线运输小车加减速控制及型材轧辊剪切控制等工程实际背景相结合，在实训过程中，实行组建项目组、学生自我管理和老师从旁指导的方式，将三名学生分成一组，分别负责HMI界面设计、PLC编程调试和变频器参数设置部分，一方面培养学生设计、实施、分析及解决工程实际问题的专业技能，另一方面培养学生的团队合作精神。通过实训过程中学生的表现及考核环节反馈回来的信息，可以清晰的看到，学生通过实训不仅仅了解和掌握了交直流调速系统的主回路与控制回路设计，PLC的工作原理、编程方法、PLC与触摸屏之间的通讯，以及变频器的工作原理及参数设置等专业知识，同时在遇到问题时，也学会通过文献检索或查询相关资料解决问题。更为重要的是，学生除了这些能力的提高外，还掌握了如何根据生产工艺要求设计一个完整控制系统和调试该系统的方法。

通过工程化模式实训教学环节的开展，实现了“教学做”一体化的全新教学格局，充分调动了学生学习的积极性和主动性，激发了学生的学习热情和实践探索精神，让学生自发的成为学习的主体，而不是被动的接受，培养了学生的工程意识、团队合作精神、组织协调能力及实践创新能力等综合素质，教学效果得到了明显提高，对学生今后的工作学习大有裨益。

3.2 教学与科研互动

教师将自己多年来与企业合作的经验，结合自身在电力拖动及其自动化研究方向的特色及实践教学经验，通过提炼所完成横向科研课题的典型综合自动化控制系统，研发多组PLC实训设备，并将自己的科研课题项目引入到工程实训过程中。例如，在实训过程中，可以通过录像或图片等形式向学生展示工程实例和科研项目成果，让学生直观的感受到自己所学专业的价值，并结合自身的工程项目经历，说明项目实施过程与本专业需要掌握知识和技能的结合点，鼓励学生通过实训完成与实际科研工程项目相类似的实训课题，要大胆探索创新，激发学习本专业知识技能的兴趣和热情，提高学生的工程实践和创新能力。

4 结束语

实践证明，自动化专业工程化模式实训平台的建设和实训教学管理的改革，对燕山大学的课程教学和实践教学都起到了非常重要的作用。实训考核和毕业生就业情况证明学校的教学改革已经取得了较好的效果，也进一步说明高校要适应社会经济形势的发展，创设有特色的实训教学模式。今后我们将继续积极探索实践教学改革模式，以培养优秀工程技术人才为目标，改进人才培养模式，将工程环境、行业标准、企业的考核办法引入实践教学，以贴近学业、贴近企业、贴近就业，与岗位零距离等目标而努力，建设符合自身特色的实训教学模式。

参考文献

[1]丁金昌.校内生产性实训基地建设的探索[J].中国高教研究，2008，（2）：57-58.

[2]郭西进，任良才，耿乙文，等.PLC综合实训平台的设计与实现[J].实验室研究与探索，2011，30（6）：162-165，187.

[3]谢云敏.基于Kingview的网络化PLC实训室建设[J].电气电子教学学报，2006，28（3）：87-90.

[4]陈玉华.在校企合作中，建设生产性校内实训基地[J].中国高等教育，2008，（10）：40-42.

[5]张宏.电气自动化实训的任务及意义[J].职业，2007，（21）：89.