电气技术与PLC
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课程发展历史沿革

 

     西华大学在本课程的教学中紧跟当今技术的发展,大胆进行教学改革,提出了一整套不同于专科的教学模式,使学生基础扎实,技术全面,综合系统设计能力强,知识迁移能力好,后劲足,能适应工控领域日新月异的变化。

 

西华大学电气信息学院在 1992年就将作为《工厂电气控制》的重要章节内容,学生通过学习,能基本掌握可编程控制器技术解决工程问题,可对复杂的继电接触器系统进行改造,收到良好的应用效果。在后来的教学中逐年增加可编程控制器的内容,以紧跟当时工业技术的发展;
    1996
年,可编程控制器从《工厂电气控制》课程中剥离出来,独立成课,课程名称定为《可编程控制器原理及应用》,是我院自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器和信息工程各专业一门重要的专业课和主干课程。我校投资建立了三菱 FX2 可编程控制器实验室,我们自己开发了与之配套的模拟输入板,编写了教学大纲和实验指导书,可为学生开设基本的实验,使学生的动手能力得到了很大的提高。我们成立了《可编程控制器原理及应用》课程组,从1998年开始承担了省教育厅教改课题“新型工程实践与实验教学体系的探索与研究”,在实践教学环节上狠下功夫,逐步形成了一套较为完整的实践教学体系。课程组的教材建设也取得了可喜的成绩,在多年的教学讲义的完善和科研成果的基础上,完成了以可编程控制器为主要内容、将低压电气部分、变频器等整合在一起的《现代电气控制技术》教材编写,系统地展现了PLC控制系统的设计方法,为学生学习PLC控制系统设计提供了完整的内容。
     2000
年~2005 年,课程组负责的教改课题“新型工程实践与实验教学体系的探索与研究”获得了省教学成果二等奖,课程组编写的《现代电气控制技术》教材在许多大专院校使用,现在已经印刷第五版,目前正在编写新版的《电气控制与可编程控制器》。在此基础上,规划了如何以PLC为核心形成课程集群,融合多种技术,提升本课程的内容和水平。课程组还承担了省教育厅教改课题“电气信息类专业人才培养模式及教学内容体系改革的研究与实践”,在2004年获得四川省教学成果三等奖。为了加强电气信息类专业人才的培养和增强其实践能力,我校及时更新和完善了可编程控制器的实验设备,增加了 FX2N机型,可采用CCLINK现场总线和RS-485对新购的PLC进行联网。我们又与昆仑通太公司合作,在课程中增加了工业组态软件的介绍,并开发了新型的基于工业组态软件MCGSPLC远程仿真控制系统和系列PLC仿真控制系统,让学生学习具有完整控制层、监控管理层、远程监控层三层结构的PLC控制系统,大大增强培养学生的工程设计能力和创新能力,逐步形成了我们自己的课程特色。我们的教学成果在国内外发表,在会议上交流,形成了一定的影响力;
    2006
年,由于多年的卓有成效的工作基础,西华大学的《可编程控制器原理及应用》课程入选四川省精品课程建设项目,使本课程的建设进入一个更高的平台。在该课程建设的过程中,课程组对其课程的教学内容、教学条件、教学方法进行了全面建设,形成了一个交叉补充,相互配合的一个教学资源有机整体。我们进一步加大投入,建设了设施先进、功能完善的可编程控制器网络实验室。可为学生展示当今工业控制领域里最先进的控制技术,可为学生的课程设计、毕业设计提供先进的实验技术平台。该系统包括:
    1) 
三菱的工业以太网、10网、CCLINK现场总线等多级网络构成;具备光纤环网通讯冗余,主站,备用主站,故障站报警及自动恢复的演示功能,具备CPU冗余系统,电源冗余,通讯冗余,逻辑控制,过程控制,模块热插拔,伺服系统单轴运行,直线插补,圆弧插补演示功能以及温度控制功能;可以多种方式控制远程设备站,远程智能站,远程IO站,并提供PROFIBUS-DP接口,以OPC方式通讯,客户机以IE浏览方式访问服务器;上位机具备报表,实时曲线,历史曲线,安全机制,动画等功能的演示,还可进一步完成相关课题程序的编制与开发;
    2) 
针对自动化领域的多样化格局,适应市场PLC多元化的趋势,我们构建了基于市场占有率及高的西门子PLC网络系统,可为学生提供西门子PLCPPIMPIProfibusProfinet的网络平台;
    3) 
开发基于PLC的现代大综合实验系统:基于NN1N等模式和CCLINK现场总线通信模式的网络控制系统,实现上位机、PLC网络、变频器调速控制的集成系统,使学生虚、实结合,进一步提高其实践能力。并在此基础上开发了由电话远程控制器、上位PC机、PLC与变频器所组成的远程综合控制系统的方案和技术实现,将电子设计、可编程控制器、变频调速技术速度监控系统中所采用的DDE动态数据交换模式,通过采用该模式,可以实现应用程序与组态软件MCGS的数据交互,最终实现对无级调速系统的电话远程控制。该系统还可以采用LabView完成上位监控与数据处理,具有网络控制功能和无线控制功能,是一个基于PLC的现代大综合实验系统;
    4) 
在教学中我们又重新修订教学大纲和实验指导书以适应新的教学内容,特别是增加了学生的创新设计部分,最后一个实验要求学生进行自创性实验设计,大大提高了学生的实践能力,激发了创新的激情。

与此同时,《工厂电气控制》课程也得到了长足的发展,我们购买了成套的电气控制系统,为学生提供先进的电气控制实验,在传统电气与PLC的结合方面、智能电器、现场总线电气系统方面进行了相关的教学拓展,并将课程改为《电气控制技术》。

由于学校的教学改革对课程提出了更高的要求,既要缩短课时,又要体现全新的教学效果,在加之随着技术的发展,《电气控制技术》和《可编程控制器原理及应用》呈现出越来越紧密的发展趋势,因此,我院从2013年起,将两门课程合二为一,定为《电气控制技术与PLC》。总学时64,其中授课52学时,实验12学时。其课程内容主要以低压电器为基础,着重介绍继电-接触器电气控制系统的设计思想与方法,完成逻辑控制系统的基本设计教学,体现现代电气控制技术呈现一种相互融和与综合的趋势,重点在介绍可编程控制器的基本原理基础上,强调新的控制器带来新的控制理念的思想,并从应用角度出发,力图展现可编程控制器的强大功能。并通过变频器调速控制系统,将PLC、基本电器、变频器、基于组态软件的上位监控系统、通信系统融为一体。现代电气控制技术还呈现一种网络化和开放性的趋势,尤其是现场总线的兴起,使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化。两门课程的结合,使教学的效果更好,教学效率更高。

    先进的教学平台满足了我们的拓展性和综合性的教学方法。在工业组态软件的常规学习学习的基础上引导学习与其它应用程序的DDE信息交互方式、驱动程序的编写、OPC技术的应用等; 在PLC的教学中采用综合性的教学模式,与相关课程进行紧密的知识融合,进行了PLC的大综合实践性教学的成功探索。将PLC与变频器技术、单片机技术融合,可为学生提供电话远程控制、PLC与单片机的多模式的控制和无线遥控的PLC调速系统的控制实验;将PLC与网络技术的融合,在三菱PLCRS485网络的基础上,融合现场总线技术CC-LinkH网、工业以太网技术构成多层次的远程三维伺服运动控制系统;西门子PLCPPIMPIProfibusProfinet的网络构建平台;将PLC与现代监控技术的融合,在触摸屏技术和工业组态软件MCGS技术的基础上,引导学生了解和学习采用LabView、网际组态软件WebAccess的学习,展示多种上位监控和数据处理方式。所培养的学生视野开阔,综合实践能力强。
   
本课程在实践环节上从普通的验证性、简单的设计性实验开始,目前已经形成了一套完整的相互关联与补充的实践教学体系: 课外仿真与课内实验结合,虚拟实验与实际现场对象结合,基础实践与设计性、综合性、创新性实践结合,单一的控制模式与多模式结合,单机、简单网络控制与多层网络控制结合,本地与远程网络相结合,课程实验与课程设计结合。
   
本课程完成了新教材 “现代电气技术”、“自动化专业英语”、“自动控制原理”、“计算机控制技术”、“电气传动”、“毕业设计指导及案例剖析”、“编程及实例分析教程”、“单片机原理与应用及C51程序设计”等教材的编写,尝试构建了“可编程控制技术”为核心,与“电气控制技术”、“传感技术” 、“驱动技术”、“微型监控技术”等构成课程集群,形成全面的技术构架和完整的系统知识。


   
目前,我院有4名教师可以担任这门课的本科、研究生层次的教学,有8名教师可以承担学生的课程实验、课程设计、毕业设计和相关的科研任务,建立了高水平的一体化全集成实验室,构建了完善的课程教学体系,为近4000学生提供了理论学习、实践能力培养和工程研究,为工控领域培养了大批的人才。综上所述,本课程包含可编程控制器技术的新内容和新成就,在教学方法、教学理念、实践平台的建设方面,教学成果显著,具有鲜明的特色,课程处于国内领先水平,本课程处于国内先进水平。在国内同行业高校的课程建设方面具有一定指导意义。