試論計算機測控系統實踐環節教學方法

楊 波

摘 要:計算機測控系統是一門實踐性非常重要的課程,然而由于實驗手段和教學手段的限制,多數教學過程都是以課堂講授為主,以驗證實驗為輔。本文論述了計算機測控系統課程的特點,及相應的實踐環節,針對驗證實驗為主的實踐環節,提出采用綜合性設計性實驗為主的實驗手段,增強學生自主創新的能力,為提高學生的綜合素質打下良好的基礎。

關鍵詞:計算機測控系統,實驗教學,綜合性,設計性

1.引言

實驗教學是實踐教學內容體系中基礎實踐層次中的核心,隨著經濟結構的戰略調整,社會各方面對學生動手能力、綜合素質和創新能力提出了更新、更高的要求。開設設計性實驗的目的在于著重培養學生獨立解決實際問題的能力、創新能力、組織管理能力和科研能力[1,2]。

綜合性實驗是指學生經過一個階段的學習后,在掌握一定的基本知識和基本技能的基礎上,運用一門課程或多門課程的知識對學生實驗技能和方法進行綜合訓練的一種復合型實驗[3-5]。綜合性實驗一般可以在一門課程結束之后開設,也可以在幾門課程之后安排一次有一定規模的、時間較長的實驗。

設計性實驗是指給定實驗目的要求和實驗條件,由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗,是結合各自教學或獨立于各種教學而進行的一種探索性的實驗[6-8]。它一般是在學生經過了常規的基本實驗訓練以后,開設的高層次實驗。實驗的過程應充分發揮學生的主觀能動性,引導學生創新性思維,體現科學精神。

2.“計算機測控系統”課堂實驗環節

重慶科技學院電子信息工程學院開設的“計算機測控系統”是自動化及測控技術與儀器專業或其他方向或同類專業的限定選修課程之一,是一門面向應用、面向工程的應用技術性課程。該課程以廣泛使用的工業PC及其應用技術為主線,介紹計算機測控系統的一般工作過程、設計方法和應用技術。通過本課程的學習,旨在培養學生對計算機測控系統的安裝、運行和維護能力,進行工業PC測控系統設計或開發的初步能力。

為了配合課堂教學,“計算機測控系統”開設了相應的實驗課,具體情況如下:

實驗一:認識IPC,了解其和PC的異同點;認識工業過程通道;了解通道卡(AC6611)的接線,掌握AC6611的測試;了解基于DLL調用的AC6611的A/D和D/A程序設計的一般方法。

實驗二:熟悉AC6611的安裝、接線和測試操作,掌握AC6611開關量輸入/輸出的功能驗證方法,理解AC6611的編程思路和實例。

實驗三:安裝和測試AC6611,編寫畫面顯示AC6611的輸入/輸出數據,掌握數據采集程序和畫面顯示程序的設計方法。

實驗四:掌握遠程模塊或子系統的安裝、接線、配置和測試操作方法,完成遠程I/O模塊的A/D數據采集或D/A數據

輸出程序的設計和調試。

3.“計算機測控系統”獨立實踐環節

然而,由于“計算機測控系統”是一門要求動手能力較強的課程[9],僅僅依賴課堂上8學時的課堂實驗,學生不能很好地掌握相應的實現技術與實現方式。為此,我們根據課程特點,在課程結束后,單獨安排了為期兩周的獨立實踐環節,以提高學生的實際動手能力。

獨立實踐環節以綜合性實驗為主,結合了“自動控制原理”、“計算機測控系統”及“傳感器技術”等課程的相關內容,要求學生獨立完成實驗的各項內容。具體要求是:了解計算機測系統的設計方法,數據采集卡或模塊的使用方法,掌握基于CB數據采集、數字濾波、PID算法和畫面顯示、通訊程序的設計方法和過程。

我們設計了三個綜合性實驗,包括:

基于AC6611板卡(遠程I/O)的阻容一階對象控制系統設計、基于AC6611板卡(遠程I/O)的彩燈(追光)控制系統設計、基于CB6的IPC_PLC編程口/通信口通信程序設計。

實驗一:基于AC6611板卡(遠程I/O)的阻容一階對象控制系統設計。

在工程實踐中,存在著大量的一階系統和二階系統,如室溫調節系統、恒溫箱以及水位調節系統均為典型的一階系統,它們與阻容一階對象控制系統結構相似,并且它們的數學模型及閉環傳遞函數形式與阻容一階對象完全相同。

設計要求:

在IPC上設計PID控制算法程序,實現對阻容一階對象控制,改善其過渡性能。

實現電容充電過程自動控制。

提供較為完善的操作畫面和工藝控制功能。

經過PID控制后,得到較理想的實時趨勢曲線。

實驗二:基于AC6611板卡(遠程I/O)的彩燈(追光)控制系統設計。

控制要求:

(1)系統由1~8號HL1~HL8共8盞燈,一個工作方式開關SA1,一個啟動按鈕SB1,一個停止按鈕SB2組成。

(2)當SA1打在左檔,系統工作方式為從HL1~HL8循環追光;當SA1打在左檔,系統工作方式為從HL8~HL1循環追光。

(3)當SA1選擇好工作方式后,按一下啟動按鈕SB1,系統啟動追光,按一下停止按鈕SB2,系統停止追光。

(4)每盞燈輪流點亮的時間為一秒。

在IPC上設計算法程序,實現彩燈控制,設計要求:

(1)實現彩燈追光過程自動控制

(2)提供較為完善的操作畫面和工藝控制功能

實驗三:基于CB6的IPC_PLC編程口/通信口通信程序設計。

控制要求:

(1)用CB6編程實現IPC和FX2/FX2N編程口/通信口的通信,并動態采集輸入觸點X0-X17,隨意置位或復位中間繼電器M0-M17。

(2)在PLC上編寫三臺電動順序啟動和順序停車程序,時間間隔由定時器控制。

(3)在PC機上設計監控界面,能實現遠程控制啟動和停車,監視電動機的運行狀態,可在PC機上實現人工設定定時器的延時時間。

(4)系統具有遠程控制與就地控制兩種工作方式,兩種可任意切換。

在IPC上設計算法與通訊程序,實現電動機控制,設計要求:

(1)實現電動機自動控制。

(2)提供較為完善的操作畫面和工藝控制功能。

綜合性實驗通過設計一個基于工業控制計算機及過程通道的簡化工業控制系統的全過程,培養學生綜合應用所學的計算機測控技術、計算機硬件、軟件、PLC知識等去分析和解決工程實際問題的能力,幫助學生鞏固、深化和拓展知識面,使之得到一次較全面的鍛煉與提高。

參考文獻:

1.丁紅勝,董軍軍,吳平.綜合性設計性實驗的教學思路探討.大學物理.2007,26(5):44-47

2.秦曉靜.開放實驗教學培養創新人才.實驗技術與管理.2005,22(7):87-89

3.曹中一.“三性”實驗的內涵與特征. 實驗室研究與探索. 2003,22(4):10-12

4.葉佩青,劉莉,吳志軍等.綜合性實踐課程教學改革探索.實驗技術與管理. 2005,22(2):24-36

5.劉麗文.學生自主式的教學模式在綜合性實驗中的應用.實驗技術與管理. 2004,21(3):74-85

6.劉竹琴,劉艷峰.設計性實驗教學探討.實驗技術與管理.2005,22(6):97-99

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8.高艷陽,董培榮,王金霞.對設計性實驗的認識與思考.實驗技術與管理.2003,20(6):125-127

9.劉麗麗,何存富,宋國榮等.測控技術與儀器專業“實踐教學一條線”體系探索.實驗技術與管理. 2005,22(1):93-95

作者單位:重慶科技學院電子信息工程學院