工控新技術課程模塊的研究與實踐

吉順平，王鎖萍，陳海霞

(三江學院電氣與自動化工程學院，江蘇南京 210012)

為滿足社會對電氣自動化人才的需要，在電氣自動化相關專業的人才培養中［1-4］，很多應用型的高校開設了工控系列課程:“PLC技術及應用”、“現場總線技術”、“上位機監控技術”、“觸摸屏技術及應用”、“嵌入式系統”和“DSP技術”等。這些課程的開設，有利于夯實學生的工控技術基礎。但是，這些課程的開設還存在很多方面的不足，主要是對于新技術的跟進不夠，同時課程的系統性不足，不能很好的滿足社會對工控人才的要求。

1 工控新技術模塊的課程體系

1.1 工控新技術模塊的體系

現代工業控制是以網絡化控制為主體的綜合控制，網絡化控制的功能模型是從功能的角度對基于網絡的自動控制系統進行分層，簡稱功能模型，如圖1所示。

圖1 網絡控制功能模型

模型中，現場總線連接的是現場設備層，工業以太網所連接的是監控層，而局域網Intranet連接的是管理層［5］。

為了建設工控新技術模塊的課程體系，就需要對圖中的內容進行分類和整合，在電氣自動化基礎課程的基礎上，開設相關課程。

與工控新技術有關的課程有五門之多，涵蓋了從工業控制器到工業網絡，再到監控和人機界面技術等三大領域。我們認為工控新技術模塊的課程體系確定為如下的四門課程為宜，如表1所示。

表1 工控新技術模塊的課程體系

1.2 模塊中課程的內容

(1)“PLC技術及應用”課程是工控新技術的主要支撐點。教學內容包括PLC的基礎知識、指令系統和編程方法等。

PLC的基礎知識主要包括PLC的定義、系統組成和工作原理等知識點。PLC的特點、應用、發展方向和編程變量等也是需要涉及的基礎概念。

教學中都會圍繞具體機型，加以講授指令系統。指令系統包括位邏輯指令、定時器指令、計數器指令、傳送與移位指令、程序控制指令、中斷與子程序、數據運算、邏輯操作和通信等9類基本指令。除此之外還有系統功能指令。

編程方法有經驗法和順序控制分析法之分。經驗法是建立在一些經典的常用電路的基礎上的，根據控制需要，應用和擴充常用電路來編寫控制程序。而順序控制分析法將控制要求分解成若干步，根據條件或時間順序來控制步的順序和流向。順序控制分析法在實現時可以用邏輯控制指令來實現，也可以采用專門的步進控制指令來實現。

(2)“現場總線技術”課程中的現場總線實現了工控中的從元件(控制器PLC)到系統的跨越。該課程以IEC61158中的PROFIBUS和PROFINET為主講內容，使學生掌握典型現場總線的一般原理和組網技術。

(3)“工業監控技術”課程包括上位機監控技術和觸摸屏技術，課程介紹了工控系統中的人機界面的問題。上位機監控技術以主流的工控軟件WinCC和InTouch為主要內容，介紹了監控層和管理層的監控問題;觸摸屏技術主要介紹觸摸屏的組態和應用技術，涉及到現場層的監控問題。

(4)“工業控制系統綜合設計”是綜合性的課程設計，是對上述三門課程的綜合，內容上強調綜合性和設計性。該課程設計內容包括某自動控制系統的PLC控制、現場總線的設計和上位機監控系統的設計，要求學生完成一個完整的工控系統的設計。目前常用的課程設計選題有“恒壓供水系統的PLC控制與遠程監控”和“變頻調速系統的PLC控制與遠程監控”等。

1.3 模塊中的實踐性課程

模塊中的課程包括理論課程、實驗課程和課程設計三個部分。三部分共同作用，可以培養學生具備完整的理論基礎、實驗技能和應用的能力。

一般實驗課程是配合理論課程開設的，以驗證為主;而課程設計是獨立設課，獨立考核的。理論與實踐形成既相互配合又相互獨立的關系。實驗課程自身也形成內在關聯。實驗內容是從元件到系統發展的，在學生能力培養上也遵循了從單項實踐能力培養到綜合實踐應用能力培養的過程。

綜上所述，公路工程安全事故的引發因素包括人員素質不足、管理體系存在漏洞、建材存放未滿足相關要求以及存在設計缺陷等，這些因素導致公路在施工和運行中都可能產生安全事故。要解決這一問題，可以通過應用新型技術、完善管理制度、提高人員素質以及設立監理系統等措施達成目的。

2 工控新技術課程特色

筆者所在高校是一所培養應用型人才的本科院校。面對市場激烈的競爭和挑戰，必須發揮學校自身的特長與優勢，立足創新與發展，探索一條適合自己的道路。該模塊的建設凸顯了地方新建本科院校工業控制課程模塊的特色。課程模塊的劃分有利于學生掌握模塊內各門課程的關系，并進行綜合，盡早熟悉工控工作崗位的技能要求。

我們在工控新技術課程模塊的建設中，逐步形成以下的特色:

(1)課程模塊以工控新技術為主要內容，以工程應用為目標，強調應用性;

(2)理論精講簡講，強調實踐環節，整合后的實踐課程本身形成系統;

(3)將多門課程整合為四門，注重加強了課程間的內在聯系，提高了教學水平;

(4)以課程模塊建設促進專業建設，豐富專業內涵，提升專業的核心競爭力;

(5)在實踐課程中，以項目教學驅動教學，多題目分組競爭，培養了學生的工程素養。

3 結語

本文從分析現代工業控制系統的組成入手，以培養現代應用性工控人才為目標，總結出電氣自動化相關專業應設置的技術課程，并將這些課程歸納為工控新技術課程模塊。

本文分析了模塊中各課程內容以及它們之間的關系，界定各課程在模塊中的作用。

最后本文還介紹了近年來在相關專業中該模塊的實施情況，對工控新技術課程模塊在建設中形成的特色進行了總結。實踐證明了工控新技術課程模塊建設的合理性和可行性。

［1］ 教育部高等學校自動化專業教學指導委員會.自動化學科專業發展戰略研究報告［R］.北京:高等教育出版社，2007

［2］ 萬秋蘭.21世紀電氣工程人才培養模式及教學內容和課程體系改革初探［J］.南京:電氣電子教學學報，1999(12):3

［3］ 李曉，劉天野.電氣工程及其自動化專業工程應用型人才培養研究［J］.太原:中北大學學報(社會科學版)，2007，23(1)

［4］ 鄒逢興，陳立剛，徐曉紅.關于自動化專業電子信息類課程教學改革的探索與思考［J］.北京:中國大學教學，2011，(9)

［5］ 吉順平等.西門子現場總線通信原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，2009