摘 要： 為了滿足現(xiàn)代木材工業(yè)企業(yè)對學(xué)生在自動化技術(shù)、技能等方面的實(shí)際要求，作者對木材工業(yè)生產(chǎn)自動化課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與安排等進(jìn)行了探索研究。結(jié)果表明教改效果較好，達(dá)到了木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化課程設(shè)置的預(yù)期效果。
　　關(guān)鍵詞： 木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化課程 教學(xué)改革 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　
　　隨著木材工業(yè)的快速發(fā)展，木材工業(yè)自動化程度越來越高，對木材工業(yè)裝備與過程自動化專業(yè)的學(xué)生來講，學(xué)好木材工業(yè)生產(chǎn)自動化課程，掌握木材工業(yè)自動化方面的先進(jìn)技術(shù)非常重要。為了滿足現(xiàn)代企業(yè)對學(xué)生在自動化技術(shù)、技能等方面的實(shí)際要求，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)木材工業(yè)自動化課程的興趣，我們對本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等進(jìn)行了初步的改革探索。
　　1.教學(xué)內(nèi)容
　　由于本課程的教學(xué)大綱設(shè)置時(shí)間較早，一些新的技術(shù)與方法沒有涵蓋進(jìn)去，為此，我們在課程講授過程中對工業(yè)自動化中的新技術(shù)與方法——OPC技術(shù)、組態(tài)軟件及其開發(fā)方法等進(jìn)行了詳細(xì)介紹［１］—［３］。
　　OPC技術(shù)是一種先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，該技術(shù)改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)對硬件設(shè)備驅(qū)動程序的依賴性，控制系統(tǒng)可以采用OPC技術(shù)規(guī)范的接口去訪問硬件設(shè)備的OPC服務(wù)器，降低了控制系統(tǒng)的開發(fā)難度，同時(shí)提高了控制系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性，如圖1所示。因此，講授OPC技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法具有重要的意義。
　　組態(tài)軟件是一種進(jìn)行監(jiān)控軟件開發(fā)的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，與傳統(tǒng)的基于VB、VC等高等編程語言開發(fā)相比，用戶可以將主要經(jīng)歷集中在控制邏輯的開發(fā)上，可以直接利用組態(tài)軟件提供的圖形界面開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。目前組態(tài)軟件主要有：美國Wonderware公司的InTouch；Intellution公司的FIX；美國GE公司的Cimplicity；美國AB公司的RSView；德國西門子公司的WinCC；國內(nèi)的有組態(tài)王、力控、MCGS等。
　　盡管組態(tài)軟件種類較多，但是基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的步驟于方法是一樣的：（1）建模，即為控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型；（2）設(shè)計(jì)圖形界面，利用組態(tài)軟件的圖庫，采用相應(yīng)的圖形對象模擬實(shí)際的控制系統(tǒng)和控制設(shè)備；（3）創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)造數(shù)據(jù)庫變量，用數(shù)據(jù)庫中的變量反映控制對象的各種屬性；（4）建立動畫連接，建立變量和圖形界面中的圖形對象的連接關(guān)系，界面上的圖形對象通過動畫的形式模擬實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行；（5）進(jìn)行控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試。
　　目前的工業(yè)控制系統(tǒng)一般是用上述的組態(tài)軟件開發(fā)的，因此，講授組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)方法是非常必要的。本課程主要講述基于組態(tài)王的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)方法，掌握了該軟件的使用方法，可以快速地掌握其他組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)方法。
　　2.教學(xué)方法
　　“木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化”是一門工程技術(shù)課程，內(nèi)容涉及繼電器、接觸器、基于繼電器與接觸器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、OPC技術(shù)、組態(tài)軟件應(yīng)用等。由于內(nèi)容較多，課堂講授課時(shí)較少，利用傳統(tǒng)的板書教學(xué)，無法在有限的時(shí)間內(nèi)講授這些內(nèi)容，因此，采用多媒體課件講授效果較好，也有利于增強(qiáng)同學(xué)們的感性認(rèn)識，降低學(xué)習(xí)難度，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。另外在講授OPC技術(shù)與組態(tài)軟件時(shí)，需要給出具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，為此，首先在課堂上講述相關(guān)內(nèi)容的基本要點(diǎn)，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場講解。
　　3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與安排
　　3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　由于該課程是一門工程技術(shù)課程，在課堂講授過程中主要進(jìn)行原理性闡述，至于具體的應(yīng)用還需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握。為了改善實(shí)驗(yàn)效果，達(dá)到模擬木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，購買了一套較為全面的自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖2所示。
　　圖2所示系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：（1）從硬件組成上看，每一個(gè)工作模塊都有各自獨(dú)立的工作內(nèi)容，系統(tǒng)各模塊既可以單獨(dú)使用，又可以組合在一起使用，可以利用這些模塊組合成不同的系統(tǒng)。（2）從系統(tǒng)集成方式上看，系統(tǒng)主要是基于Profibus現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)進(jìn)行集成的，具有開放性，便于系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。（3）從系統(tǒng)控制架構(gòu)上看，屬于典型的三層結(jié)構(gòu)，最上層為生產(chǎn)管理軟件，中間層為監(jiān)控軟件，下層為下位機(jī)控制軟件。（4）從系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)方式上看，具有多樣性特點(diǎn)，上層管理軟件是基于Windows高級編程語言開發(fā)的，中間層監(jiān)控軟件是基于組態(tài)軟件開發(fā)的，下位機(jī)軟件主要基于PLC梯形圖實(shí)現(xiàn)的，其中AGV和機(jī)器人主要是基于DSP實(shí)現(xiàn)的。
　　利用上述系統(tǒng)可以為木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化課程開展下列實(shí)驗(yàn)：（1）西門子PLC控制系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)，可以利用系統(tǒng)中S7-200和S7-300PLC進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)，控制相應(yīng)的工作單元；（2）機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)，在機(jī)器人運(yùn)行平臺上可以進(jìn)行速度閉環(huán)、位置閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以進(jìn)行PID控制算法研究與效果驗(yàn)證；（3）自動化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)驗(yàn)，可以對系統(tǒng)中的功能模塊進(jìn)行重新組合，構(gòu)建新的自動化系統(tǒng)，進(jìn)行硬件集成，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件集成，即利用組態(tài)軟件開發(fā)新系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，從而掌握基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)法方法與步驟；（4）變頻器控制實(shí)驗(yàn)，利用系統(tǒng)中的變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)；（5）圖像采集與開發(fā)實(shí)驗(yàn)，利用系統(tǒng)中的攝像機(jī)可以進(jìn)行工件缺陷的檢測實(shí)驗(yàn)，在工件圖像采集的基礎(chǔ)上，掌握圖像目標(biāo)提取與分析的基本方法；（6）OPC技術(shù)研究與應(yīng)用，利用組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控軟件的OPC客戶端接口，連接自動化系統(tǒng)中的OPC服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　3.2實(shí)驗(yàn)安排
　　由于內(nèi)容較多，難度也較大，學(xué)生可以根據(jù)興趣選做其中的3個(gè)實(shí)驗(yàn)，但是要獨(dú)立完成程序設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。另外，該實(shí)驗(yàn)為開放性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自由安排時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)與訓(xùn)練。
　　4.結(jié)語
　　我們通過上述三個(gè)方面的教學(xué)改進(jìn)，調(diào)動了同學(xué)們學(xué)習(xí)積極性，提高了同學(xué)們的動手和解決實(shí)際問題的能力，使同學(xué)們掌握了自動化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與開發(fā)的方法與步驟，達(dá)到了木材工業(yè)生產(chǎn)過程自動化課程設(shè)置的預(yù)期效果。
　　
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