木材工業生產過程自動化課程教學改革探索

　　摘 要： 為了滿足現代木材工業企業對學生在自動化技術、技能等方面的實際要求，作者對木材工業生產自動化課程的教學內容、教學方法、實驗內容與安排等進行了探索研究。結果表明教改效果較好，達到了木材工業生產過程自動化課程設置的預期效果。
　　關鍵詞： 木材工業生產過程自動化課程 教學改革 教學內容 教學方法 實驗內容
　　
　　隨著木材工業的快速發展，木材工業自動化程度越來越高，對木材工業裝備與過程自動化專業的學生來講，學好木材工業生產自動化課程，掌握木材工業自動化方面的先進技術非常重要。為了滿足現代企業對學生在自動化技術、技能等方面的實際要求，激發同學們學習木材工業自動化課程的興趣，我們對本課程的教學內容、教學方法、實驗內容等進行了初步的改革探索。
　　1.教學內容
　　由于本課程的教學大綱設置時間較早，一些新的技術與方法沒有涵蓋進去，為此，我們在課程講授過程中對工業自動化中的新技術與方法——OPC技術、組態軟件及其開發方法等進行了詳細介紹［１］—［３］。
　　OPC技術是一種先進的工業控制技術，該技術改變了傳統的控制系統對硬件設備驅動程序的依賴性，控制系統可以采用OPC技術規范的接口去訪問硬件設備的OPC服務器，降低了控制系統的開發難度，同時提高了控制系統的開放性和可維護性，如圖1所示。因此，講授OPC技術及其實現方法具有重要的意義。
　　組態軟件是一種進行監控軟件開發的軟件平臺和開發環境，與傳統的基于VB、VC等高等編程語言開發相比，用戶可以將主要經歷集中在控制邏輯的開發上，可以直接利用組態軟件提供的圖形界面開發工具實現監控畫面的設計。目前組態軟件主要有：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；國內的有組態王、力控、MCGS等。
　　盡管組態軟件種類較多，但是基于組態軟件的監控系統設計與開發的步驟于方法是一樣的：（1）建模，即為控制系統建立數學模型；（2）設計圖形界面，利用組態軟件的圖庫，采用相應的圖形對象模擬實際的控制系統和控制設備；（3）創建實時數據庫，構造數據庫變量，用數據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系，界面上的圖形對象通過動畫的形式模擬實際控制系統的運行；（5）進行控制系統的運行調試。
　　目前的工業控制系統一般是用上述的組態軟件開發的，因此，講授組態軟件的設計與開發方法是非常必要的。本課程主要講述基于組態王的控制系統設計與開發方法，掌握了該軟件的使用方法，可以快速地掌握其他組態軟件的設計與開發方法。
　　2.教學方法
　　“木材工業生產過程自動化”是一門工程技術課程，內容涉及繼電器、接觸器、基于繼電器與接觸器的控制系統設計、PLC及其監控系統設計、OPC技術、組態軟件應用等。由于內容較多，課堂講授課時較少，利用傳統的板書教學，無法在有限的時間內講授這些內容，因此，采用多媒體課件講授效果較好，也有利于增強同學們的感性認識，降低學習難度，激發同學們的學習興趣。另外在講授OPC技術與組態軟件時，需要給出具體的設計與實現方法，為此，首先在課堂上講述相關內容的基本要點，然后結合實驗內容進行現場講解。
　　3.實驗內容與安排
　　3.1實驗內容
　　由于該課程是一門工程技術課程，在課堂講授過程中主要進行原理性闡述，至于具體的應用還需要通過實驗進一步掌握。為了改善實驗效果，達到模擬木材工業生產過程自動化系統監控實驗目標，購買了一套較為全面的自動化系統，系統組成如圖2所示。
　　圖2所示系統的主要特點是：（1）從硬件組成上看，每一個工作模塊都有各自獨立的工作內容，系統各模塊既可以單獨使用，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。（2）從系統集成方式上看，系統主要是基于Profibus現場總線和以太網進行集成的，具有開放性，便于系統進行擴展。（3）從系統控制架構上看，屬于典型的三層結構，最上層為生產管理軟件，中間層為監控軟件，下層為下位機控制軟件。（4）從系統軟件實現方式上看，具有多樣性特點，上層管理軟件是基于Windows高級編程語言開發的，中間層監控軟件是基于組態軟件開發的，下位機軟件主要基于PLC梯形圖實現的，其中AGV和機器人主要是基于DSP實現的。
　　利用上述系統可以為木材工業生產過程自動化課程開展下列實驗：（1）西門子PLC控制系統開發實驗，可以利用系統中S7-200和S7-300PLC進行編程實驗，控制相應的工作單元；（2）機器人控制實驗，在機器人運行平臺上可以進行速度閉環、位置閉環控制實驗，同時可以進行PID控制算法研究與效果驗證；（3）自動化系統集成設計與開發實驗，可以對系統中的功能模塊進行重新組合，構建新的自動化系統，進行硬件集成，在此基礎上，進行軟件集成，即利用組態軟件開發新系統的控制系統，從而掌握基于組態軟件的監控系統開發法方法與步驟；（4）變頻器控制實驗，利用系統中的變頻器進行變頻調速控制實驗；（5）圖像采集與開發實驗，利用系統中的攝像機可以進行工件缺陷的檢測實驗，在工件圖像采集的基礎上，掌握圖像目標提取與分析的基本方法；（6）OPC技術研究與應用，利用組態軟件開發監控軟件的OPC客戶端接口，連接自動化系統中的OPC服務器，可以實現遠程監控。
　　3.2實驗安排
　　由于內容較多，難度也較大，學生可以根據興趣選做其中的3個實驗，但是要獨立完成程序設計與調試工作。另外，該實驗為開放性實驗，學生可以自由安排時間進行設計與訓練。
　　4.結語
　　我們通過上述三個方面的教學改進，調動了同學們學習積極性，提高了同學們的動手和解決實際問題的能力，使同學們掌握了自動化系統集成設計與開發的方法與步驟，達到了木材工業生產過程自動化課程設置的預期效果。
　　
　　參考文獻：
　　［1］Sahin，Cihan，Bolat，Emine Dogru.Development of remote control and monitoring of web-based distributed OPC system［J］.Computer Standards and Interfaces，2009，31，（5）：984-993.
　　［2］OPC Foundation，OPC Data Access Custom Specification Version 2.05，December 17，2001.
　　http：//www.opcfoundation.org.
　　［3］曹輝.組態軟件技術及應用［M］.北京：電子工業出版社，2009.