《工控組態軟件應用》課程一體化教學建設的研究

馬永華 耿瑞芳 王暄 任慧榮 陳惠榮

摘 要： 一體化教學是專業課教學中的一種新的教學方法，學生邊學邊練，能及時消化、吸收所學知識。為了實現《工控組態軟件應用》課程中設備組態部分教學的一體化，教師應研究并搭建實驗設備，給設備組態提供實際變量，并且根據不同專業搭建不同對象，增強教學效果。

關鍵詞： 一體化教學 工控組態軟件 設備組態

工控組態軟件是構建工業控制領域中的自動監控系統的應用軟件，目前我國常見的組態軟件有昆侖公司的MCGS、西門子公司的WINCC、亞控公司的組態王、三維公司的力控等。這些組態軟件都能完成類似的功能，即數據采集、信號數據處理、數據圖形顯示、人機對話、實時數據的存儲、歷史數據的查詢、控制輸出、實時通訊等任務。

《工控組態軟件應用》是自動化專業、建筑環境與設備工程專業的一門專業基礎課程，也是一門學習軟件使用的課程。若按照以前的授課模式，則理論教學和實踐教學獨立開設，銜接不緊湊，影響教學效果。后來我們將之改成一體化教學，邊上課邊實踐，講完一個知識點就練習一個知識點，在教學中強調學生參與的積極性，使教、學、做形成一個有機整體，結果證明教學效果有了很大增強。

課程中介紹的組態軟件是昆侖公司的MCGS，課程中的實時數據庫、用戶窗口組態、運行策略組態、主控窗口組態等都可以在計算機上舉例子練習，但是設備組態的環節只能通過軟件提供的模擬設備練習，不能連接實際的變量，所以學生不能很好地理解這部分內容。實際工業過程或工業設備往往很大，不可能搬到實驗室，也不可能給每組學生配置一臺。為了解決這個問題，我們自己開發了一些相應設備，設備上安裝有開關量輸入/輸出儀表、模擬量輸入/輸出儀表、小開關和指示燈、電磁繼電器等。小開關的開關兩種狀態作為開關量輸入，開關量輸出通過繼電器控制指示燈的亮和滅。通過可調電阻調整電路的電流為4-20mA作為模擬量輸入，模擬量輸出也是4-20mA電流，接到毫安表上顯示。這些變量都接入相應儀表，儀表的通訊接口與計算機連接，傳到MCGS中作為實時變量或輸出變量，這樣就建立了實際的變量作為設備組態的變量。通過這個設備就可以模擬一些簡單的工業過程，因為工業過程中基本就是這四種變量，即開關量輸入和輸出、模擬量輸入和輸出。

下面舉一個自動化專業過程控制的例子，釜式反應器的簡化工作流程為：引發計量槽TK-A、TK-B和TK-C中的物料，按照1：2：3的比例給反應釜入料，物料進入反應釜后，反應釜內攪拌器開始攪拌，經過一定時間后將混合物料放出，一個循環過程結束。TK-A、TK-B、TK-C分別有一個入料電磁閥門和一個出料電磁閥門，當TK-A、TK-B、TK-C的六個開關型液位傳感器YEWEI-AL、YEWEI-AH、YEWEI-BL、YEWE-BH、YEWEI-CL、YEWE-CH有顯示時，發出液位狀況信號，其中YEWEI-AL為TK-A的下限液位傳感器，YEWEI-AH為TK-A的上限液位傳感器，其他依次類推。當三個引發計量槽沒有上限信號，且出料閥門處于關閉狀態時，則入料閥門打開入料。當各自到達液位上限時，則各自的入料閥門自動關閉。然后依次自動打開各個出料閥門和反應釜的入料閥門，將物料放入反應釜中。當各自計量槽相應的下限液位傳感器有信號時，出料閥門關閉。當所有物料都放入反應釜后，關閉反應釜的入料閥門，并打開反應釜中的攪拌器。經過一段時間，待釜內物料充分反應后，打開反應釜的出料閥門，將釜內反應物料放出。在這個簡單的過程控制中，有六個開關型的液位傳感器信號為六個開關量輸入，用來分別判斷是否達到三個計量槽的上限和下限液位值。這些開關量輸入通過設備中的六個開關模擬，將這六個開關接入開關量儀表的輸入通道，然后由儀表和計算機之間的通訊傳遞給MCGS作為設備組態的實時輸入數據。八個開關型的電磁閥及一個釜內攪拌器的開關為九個開關量輸出，當MCGS控制這九個變量輸出時，通過通訊接口傳遞給開關量儀表的輸出端，然后控制繼電器線圈的電，由繼電器的開關控制燈的亮和滅。反應釜的實時液位值為模擬量輸入，這個通過可調電位器使電流在4到20mA之間變化來模擬液位的輸入。模擬量輸出同樣是4-20mA電流信號，通過毫安電流表顯示，這個模擬量輸出對應的是反應釜中的一個調節閥。這兩個模擬量同樣通過模擬輸入儀表和模擬量輸出儀表的通訊和計算機中的MCGS進行數據交換。

這樣，講解和練習MCGS組態軟件中的設備組態這部分內容時，就有實際的變量接入軟件中。這個設備體積不是很大，可以直接放在實驗室的實驗臺上，也不是很貴，可以多做幾臺，滿足實驗要求。上課邊講邊練時可以只連接其中的幾個變量，不需要全部都連接。這門課程在期末時往往有實訓或者課程設計等實踐環節，這時再要求將全部變量都連接上，并且完成反應釜的實時數據庫的定義和建立、用戶窗口組態、運行策略組態和主控窗口組態等任務，把反應釜的控制作為一個完整的、真實的、系統的實訓題目，會達到較好的實踐效果。

這門課程在建筑環境與設備工程專業中也有開設，根據這個專業的特點，這個實驗裝置可以解釋成對空調系統的控制。在學校一套大的空調實驗設備中，有四個開關量輸入，分別為：控制柜的風機啟/停、差壓報警信號、控制柜上手/自動開關信號、防凍開關；三個開關量輸出為：風機啟動、兩個加濕器的開關；六個模擬量輸入為：室外溫度值和濕度值、回風溫度值和濕度值、風機送風溫度值和濕度值；四個模擬量輸出為：新風閥、回風閥、排風閥和表冷器的電動調節閥；這些開關量和模擬量都可以通過這個設備模擬。《工控組態軟件應用》的一體化教學實例可以與本專業的對象相聯系，取得較好的教學效果。

《工控組態軟件應用》課程的一體化教學模式在我們學校已經實施了，通過各個教學環節的邊學邊練，突出學生在教學中的主導地位，使學生能及時消化吸收所學理論知識，取得立竿見影的效果。

參考文獻：

[1]組態軟件技術及應用（第2版）[M].北京：電子工業出版社，2012.

[2]張雁平.高職院校理論、實踐一體化教學的實施與思考[J].實驗技術與管理，2007（24）.