工控网络实验资源的利用与创新人才培养实践

朱建红　吴　晓

摘要 电气自动化本科专业的人才培养目标是从事电气系统工作的具备创新理念的高级工程技术人才。电气控制技术作为一门较重要的专业课,在工业自动化领域占据着重要地位,相当一部分毕业生日后将从事相关产品的维护与研发,频繁接触工控产品与监控网络。因此,在校学生充分利用工程训练中心工控资源平台,尽早接触系统工程实验,有助于形成工控知识网络的系统概念,培养创新意识,缩短理论到实践知识的转化进程,尽早为社会作出应有的贡献。

关键词 电气自动化;工控网络;工程训练;创新人才

中图分类号:G642.423 文献标识码:B 文章编号: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 人才培养与实验资源利用的现状分析

“微机原理”“计算机网络”“单片机原理与技术”“计算机控制技术”“电气控制技术”等课程是电气工程类专业的学生在大学不同阶段所开设的专业基础课或专业课。由于课程开设相对独立,所以多数学生潜意识下也把这些知识相对孤立,很难形成一种系统的专业概念。大学期间,能促使学生串接所学知识在一起的课程只有数量较少的实践环节,如毕业设计、生产实习等。

另一方面,人才的培养是以社会所需为出发点的,并不是每位学生在毕业后都能找到与毕业设计课题吻合的工作,这需要本科教学环节中尽量充分利用现有实验室教学资源,多设一些较强的综合性、实践性及创新型实验操作环节。目前,理工科学生的本科培养以实现实用新型人才为目标所开设的既能帮助学生消化、理解、吸收书本知识,同时又能促使学生灵活运用相关前续课程知识,使知识自然链接、自成网络体系的实验项目数量相当缺乏。现存的大多为演示及验证型实验,结合工程实践的较少,这种实验对低年级学生比较适合;但是对于一些已有一定课程知识储备,即将进入社会的高年级学生来说,还是远不够的,导致的直接后果就是理论知识与工程实践应用背离,使部分学生对自己的将来比较迷茫,不清楚所学知识在哪些场合得到应用,具体发挥什么样的作用,更不明白他们的能力将来如何能得到创造性的利用。就业面试中遇到结合工程实际的专业知识问题时无法应答,进入单位后,绝大多数学生都是从陌生领域重新开始,很难入门,非常被动。

因此,现有实验室资源应当被充分利用,高校应当实践性地以培养实用创新人才为目标,剖析社会对电气自动化类人才的需求,在专业实验中融入“系统工程”的概念,开设一些实用的,能贯穿多门课程知识点内容的综合实验及提高型实验,使学生在实验当中挖掘自己的潜能,搜集、整理、利用所学知识,必要时查阅相关文献,提高独立解决问题的能力与习惯,在结合工程实践的实验环节中培养自身的创新精神,体验自己所学知识结构的整体性、实用性,激发自己对专业的爱好与兴趣。

2 充分利用工控网络的实验平台,广泛挖掘实验条件,研究可开发的实验类型

目前,工控网络的建立已成为PLC工业控制工程领域所考虑的关键问题之一,电气类在校学生除极少数能在毕业设计这一环节中接触这类技术课题外,绝大多数对这一问题的理解还是停留于词汇表层。实际上,网络建立涉及的知识点基本是学生已经涉及的,比如微机原理、单片机原理中的数据通信及协议;计算机网络中网络的组建与类型;计算机控制技术中的数字实时控制;电气控制技术中PLC编程及网络的建立等。另外,实验室现有资源,如工程训练中心的硬件设备(如德国西门子公司的S7-300、S7-200 PLC设备、CP5611 I/O卡、PC机等)、现有的软件(如组态王6.5,Step7,V5.3,VB6.5,C++ Building,VC++等)、电气控制实验室的PLC以太网等,都为工控网络综合实验项目的正常开设提供了条件与保障。根据实验室硬件及软件条件,从现有的演示实验入手,确定实验室所能开设工控网络实验的项目总数量,结合市场调研成果对实验项目进行分类,分成演示型、验证型、设计型及创新型,研究制定指导计划。

2.1 调研使用相关PLC产品的企业,研究并分析目前应用较多的网络类型及功能、通信协议及可靠性等

1)进入相关企业调研,包括网络类型、所用PLC型号及支持的网络协议与所用编程语言、所建组态网络及通信协议,主站选取、从站选取及从站与主站的通信形式,是属于T型网络还是环状网络等。对照现有实验室资源,研究实验内容。同时广泛调研兄弟院校在实验教学方面人才培养具体措施,结合社会工业控制领域对人才的需求,对照实验室的实际硬件、软件条件进行研究,确定工程训练中心实验室所能开设工控网络实验的项目总数。确定以当前应用最广泛的网络类型着手研发,并把这种网络实验确定为验证型实验进行研究,开发并编写实验指导计划。

2)在研究验证型实验设计时紧密结合课程相关知识点,适当补充新知识。同时编写实验指导电子讲义结合实践应用,既有图表说明,又有动画设计,以利于学生理解与掌握,培养学生形成系统工程设计的概念与意识。

2.2 充分利用实验室现有资源,研究可设计的其他实验网络,进行开发并把这些实验确定为设计型实验,编写实验指导计划

1)从宏观物体传动机构入手认识硬件。实验室的通信硬件设备S7-300 PLC带有Profibus总线接口及I/O扩展模块;S7-200 PLC设备具有CPU226或CPU224及I/O扩展模块、EM277 DP模块;CP5611 I/O卡及PC机等。这给实验项目的开设提供了硬件支持。

2)从微观数据传输路径入手认识软件。工控产品公司自行开发的及支持的网络协议很多;此外现有的软件,如组态王6.5、Step7、V5.3带有PLC网络协议驱动程序,可用来直接组态;VB6.5、C++ Building、VC++等可用来设计开发通信程序。这些都为开放实验的研究与开发提供了条件与保障。

3)从整体系统概念认识工控网络。联想先前所学知识网络,整理所学知识结构,剖析系统工作原理,整理实验室已存在的经过试验建立成功并且用于系统运行的若干不同类型网络,分类整理,如中间用到CP5611 I/O卡的各种网络及未用到此卡的各种网络,通过PLC编程口通信的网络及通过DP模块通信的各种网络。

4)制定设计型网络实验。对于每一类型的网络,根据协议类型确定其中一种为验证型实验,其余的作为设计型实验,在给出硬件条件及相关网络要求前提下让学生自动搭建硬件拓扑通信网络,选择通信协议,编写数据通信检验程序,给出最后设计结果。

2.3 在PC机与下位机的通信上,研究利用自学软件进行通信程序开发,建立通信网络,把这种实验确定为创新型实验并进行开发,编写实验指导计划调整现有工程训练中心的开放实验内容与项目,研究所开设实验项目与电气专业相关课程的知识联系,研究各类工控网络设计实验所必须知识储备的种类及数量,注重在能力培养上贯彻创新型实验教学思想,使实验内容具有先进性、系统性和实用性。

3 注重创新型实验方案引导,培养学生的兴趣

工程训练中心模拟生产线是由许多PLC环节组成的,控制电机对象种类各异,学生可参照现有实验资源,根据现有的硬件条件、软件条件,在剖析硬件工作条件及原理的基础上,自动选择组合硬件类型,进一步选择软件,在PC机上设计通信程序,建立网络。

3.1 实验开展的参考资料俱全整理先前通过网络通信协议类型研究所给出的不同的硬件连接拓扑结构,根据实验开放系统的教学方法与手段等有关规定,给出各种网络设计实验的设计规范与要求,编写“工控网络实验”指导讲义,发送到实验开放系统平台,实现资源共享。

3.2 实验创新注重启发在创新型实验的研究及指导讲义编写过程中,事先给出浅显的例子说明,学生可根据实验室硬件条件,参考各种文献自由发挥,利用已学过的软件编写通信程序,构建新网络。如利用VB对PLC自由口进行编程,这样有利于培养学生的创新能力。

3.3 实验开发过程模拟工程开发模式创新实验的开发过程,参照工程领域技术开发的顺序,遵守根据硬件条件先网络搭建,后协议支持、通信程序设定、数据交换调试,再上层监控的顺序进行网络实验研究开发,培养学生的工程设计能力。

4 小结

PLC产品在全球乃至中国的销量很大。但在实际工程应用中,用户经常会遇到PLC工控网络的构建与通信问题,暴露出工程人员的技术水平与产品的技术支持脱节的问题。随着控制技术自动化水平的提高,PC机与多PLC的通信问题尤为突出,所以企业内部往往缺乏一定数量的对产品性能及网络技术比较熟悉的管理技术人员。工控网络实验的改进与开设可以使电气自动化专业的学生利用在校时间早一些接触该方面的技术,这样既锻炼学生的个人能力,又迎合社会发展的需要。

另一方面,利用高校设备开放系统共用平台,推出实验室资源所能开设的结合工程实践的新型综合设计实验,吸纳社会上有这方面技术需求的企业或人员来到实验室进行培训,收取经费以用于实验室设备维护,做到实验室发展的可持续性。