GE智能自動化實驗平臺構(gòu)建與應(yīng)用

馬利云， 宋要斌， 劉 巖， 田毛提， 馮彩平

(呂梁學院 礦業(yè)工程系，山西 呂梁 033001)

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GE智能自動化實驗平臺構(gòu)建與應(yīng)用

馬利云， 宋要斌， 劉 巖， 田毛提， 馮彩平

(呂梁學院 礦業(yè)工程系，山西 呂梁 033001)

規(guī)劃并建設(shè)了智能軟件與先進設(shè)備相結(jié)合的GE智能自動化實驗平臺，由程序自動控制(PAC)實訓系統(tǒng)、機電與礦用設(shè)備控制實驗系統(tǒng)、多軸運動與過程控制實驗系統(tǒng)等構(gòu)成。初步規(guī)劃了基于該平臺的應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)方式和創(chuàng)新性實驗、改革實踐教學方法，完成了規(guī)劃既定的建設(shè)內(nèi)容。實踐表明，該實驗平臺為人才培養(yǎng)和實驗、實踐訓練提供了良好的操作環(huán)境，加快了校企合作項目的建設(shè)速度，成果顯著，該實驗平臺的建設(shè)及其實踐應(yīng)用具有普遍的示范性和推廣性。

GE智能平臺； 自動化； 實驗平臺

0 引 言

為了使工業(yè)自動化類人才培養(yǎng)滿足當?shù)禺a(chǎn)業(yè)升級的要求，以“工礦自動化和制造自動化”為特色發(fā)展方向，開展應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展建設(shè)工作。我校規(guī)劃了PAC系統(tǒng)基礎(chǔ)實訓系統(tǒng)、礦山機電與過程控制實訓系統(tǒng)及柔性生產(chǎn)線與多軸運動控制實訓系統(tǒng)等先進裝備的GE智能自動化實驗平臺構(gòu)建與方案。

基于GE智能自動化實驗平臺，提出了生產(chǎn)自動化、礦山設(shè)備控制、可編程技術(shù)與應(yīng)用以及化工自動化等多門課程的工業(yè)應(yīng)用型的創(chuàng)新實驗教學改革方法。設(shè)立了一系列創(chuàng)新型實驗項目，利用多樣化和現(xiàn)代化先進設(shè)備，優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和教學手段[1]。開發(fā)GE智能自動化實驗平臺為我校師生在工礦自動化及制造自動化等方面的科研與實踐訓練，為應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)和服務(wù)地方企業(yè)提供了可靠的技術(shù)保障，推動了校企合作和科研團隊的建設(shè)[2-4]。

1 智能實驗平臺構(gòu)建方案

GE智能自動化實驗平臺的構(gòu)建思路是根據(jù)GE智能平臺面向中國大學推出“大學計劃”和“呂梁學院轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃”設(shè)計整體方案，結(jié)合我校專業(yè)特征和人才培養(yǎng)需求所構(gòu)建的綜合性強、功能全面、軟硬結(jié)合的實驗平臺如圖1所示。該構(gòu)建方案充分利用了發(fā)達國家先進的工科教學方式和最先進的實驗教學裝備，以學校轉(zhuǎn)型發(fā)展為契機，圍繞礦業(yè)自動化、制造自動化而建設(shè)。該方案所規(guī)劃設(shè)備先進，應(yīng)用廣泛，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)和開放探索型實驗教學創(chuàng)造了良好的條件，為校企合作、服務(wù)地方以及教師科研工作提供了強力支撐[5]。GE智能自動化實驗平臺主要由：程序自動控制(PAC)基礎(chǔ)實訓室、柔性制造系統(tǒng)與多軸控制實訓室、礦山機電與化工過程控制實驗室三部分組成，主要功能如下。

圖1 GE智能自動化實驗平臺結(jié)構(gòu)總圖

1.1 PAC基礎(chǔ)實訓室

PAC基礎(chǔ)實訓室可為礦山機械、機械工程、機械電子、電子信息及過程控制等專業(yè)學生相關(guān)課程實驗、課程設(shè)計等實踐教學活動提供先進的實踐教學平臺[6]。學生通過學習、練習PAC編程，掌握GE智能平臺性能、特點及使用方法；學習Proficy軟件系統(tǒng)的編程方法和編程技巧時，通過驅(qū)動與之配套的機電模塊裝調(diào)實訓臺，檢驗所編程序能否實現(xiàn)對機電產(chǎn)品的控制。

本實驗室具有開放性、綜合性、便捷性等特點，配合搭載Proficy軟件平臺的多媒體教學系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)PAC高級編程控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、機械裝調(diào)、氣路搭建、電機驅(qū)動、傳感檢測、低壓配電、識圖配線等實訓功能。

1.2 柔性制造系統(tǒng)和多軸控制實訓室

柔性制造系統(tǒng)和多軸控制實訓室可以提高工科學生動手能力和實踐技能，實驗室裝備有一套先進的柔性制造系統(tǒng)、三臺實用性很強的五層電梯控制模型及多臺多軸控制設(shè)備。為學生提供了一個可參與性強、創(chuàng)新特征明顯的學習平臺，讓學生全面掌握機電一體化技術(shù)的應(yīng)用、開發(fā)和集成的同時，提高了學生機械結(jié)構(gòu)調(diào)整、檢測信號調(diào)試、故障診斷和排除等實際操作能力[7]。

1.3 過程控制與礦山機電實驗室

過程控制與礦山機電實驗室是應(yīng)用國內(nèi)外最新控制技術(shù)，集自動控制、總線通訊、計算機組態(tài)及智能儀表等技術(shù)為一體的多功能實訓室，該實驗室裝備的高級過程控制、多軸運動控制、各類變頻控制實驗裝置采用PLC控制技術(shù)進行智能儀表控制、DCS控制及交流伺服驅(qū)動器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)機械裝調(diào)、電機驅(qū)動、傳感檢測、編程控制等實訓功能，并能有針對性的完成變頻器的通訊、電機調(diào)速和控制等實訓功能。

本實驗平臺依托于GE智能平臺的大學計劃，向我校師生提供了世界最先進的生產(chǎn)控制軟、硬件設(shè)備。PACSystems系列硬件產(chǎn)品是具有先進性、開放性和可靠性的多功能控制平臺，它主要包括PACMotion Systems(高性能多軸伺服運動控制系統(tǒng))、VersaMotion Systems(伺服系統(tǒng))、Proficy Process Systems(過程控制系統(tǒng))；Proficy軟件系統(tǒng)是GE智能平臺最優(yōu)秀的軟件系統(tǒng)，它主要包括Machine Edition、iFIX、CIMPLICITY、Historian、Portal和Plant Application。它通過先進的軟件和硬件虛擬仿真生產(chǎn)環(huán)境，向?qū)W生認識目前高水平企業(yè)自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，利用虛擬或模型生產(chǎn)線訓練，培養(yǎng)學生的自動控制系統(tǒng)設(shè)計能力。

2 應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索

基于GE智能自動化實驗平臺，針對化工過程控制、機械、礦業(yè)、安全、電子信息、材料加工等多個領(lǐng)域的課程，開發(fā)設(shè)計了一系列的實驗教學項目。在此列舉一些典型的創(chuàng)新型實驗項目(見表1)。

表1 創(chuàng)新型實驗列表

2.1 人才培養(yǎng)與實踐教學

應(yīng)用該實驗平臺，開發(fā)創(chuàng)新型實驗項目，給學生提供一個充分開發(fā)和自由的實驗環(huán)境。學生在教師的指導下設(shè)計實驗?zāi)繕耍瑸橥瓿蓪嶒炄蝿?wù)，激發(fā)學生有步驟、有目的地自主學習；在完成實驗任務(wù)的過程中培養(yǎng)學生獨立思考、動手解決問題的能力以及協(xié)同創(chuàng)新精神，從而實現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標[8-11]。

GE智能自動化實驗平臺既能進行創(chuàng)新型實驗，也可以面向化工過控、機械、礦業(yè)、安全、電子信息、材料加工等多個領(lǐng)域課程的入門實驗。可以進行標準PAC應(yīng)用訓練、帶各種現(xiàn)場總線和VersaMax柔性生產(chǎn)線控制實驗和多種工業(yè)控制模型實驗。從模型裝置、軟件平臺到自動生產(chǎn)系統(tǒng)，為學生創(chuàng)新訓練提供了全方位的軟件、硬件條件，達到理論和實踐緊密結(jié)合的目的，提高了學生的學習積極性和實踐創(chuàng)新能力。通過利用發(fā)達國家先進的工科教學方式和最先進的實驗教學裝備，優(yōu)化了教學模式和教學手段，促進了我校向應(yīng)用型院校的跨越式發(fā)展。

GE智能自動化實驗平臺建成后，完成了基于該平臺的多門課程的多元考核教學改革，通過先進設(shè)備的操作訓練，強化學生的實踐應(yīng)用能力，取得了良好的教學效果。學生的學習積極性、主動性、學習能力及動手實踐能力不斷提升，人才培養(yǎng)效果顯著[12]。在師生的共同努力下，利用該實驗平臺已經(jīng)取得了一定的成績，如國家大學生科技創(chuàng)新項目“柔性生產(chǎn)線GE智能重構(gòu)實驗”、山西省大學生創(chuàng)新訓練項目“基于熱管技術(shù)節(jié)能供暖實驗”等優(yōu)秀成果。

2.2 科研應(yīng)用

在科研應(yīng)用方面，“GE智能”創(chuàng)新團隊已經(jīng)作為呂梁學院“重中之重”建設(shè)項目，以推動GE智能平臺在工業(yè)自動化方面的應(yīng)用，該平臺是教師積極申報科研項目的助推劑，也是教師順利完成科研任務(wù)保障。此外，GE智能自動化實驗平臺的構(gòu)建，促進校企合作，呂梁學院已經(jīng)與國防科技大學呂梁軍民融合協(xié)同創(chuàng)新研究院建設(shè)為戰(zhàn)略合作關(guān)系。通過校企合作，完成人才培養(yǎng)和雙方利益共容，共同服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、技術(shù)進步，推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展[13-14]。

3 結(jié) 語

學院與美國通用電氣(GE)公司合作，引進國際最先進的自動化控制系統(tǒng)，配套豐富的教學型工業(yè)機電設(shè)備，做到合理規(guī)劃，裝備先進，已建成“GE智能自動化平臺實驗平臺”。該實驗平臺總面積約330 m2，儀器設(shè)備總值約3 500萬元，建成國內(nèi)裝備先進的示范性實驗平臺。這一建設(shè)目標使我院工科實驗室建設(shè)跨上新的臺階，可以極大地促進工科相關(guān)專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)，為工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供一流的實踐平臺。

實踐表明，該實驗平臺高效地培養(yǎng)了學生的動手實踐能力和創(chuàng)新精神，同時，促成了多項校企合作成果，推動了省級、國家級科研項目的申報工作。在完成學生培養(yǎng)目標的過程中培育著一批優(yōu)秀的教師創(chuàng)新團隊，提高了師資隊伍的學術(shù)水平和工程技能。因此，該實驗平臺是學生動手實踐能力和創(chuàng)新精神不斷提升的絞車，同時也是教師進行科研工作、學校實現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標和完成轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要推動力。本文所規(guī)劃的建設(shè)方案和開發(fā)應(yīng)用有較強的推廣性和示范性，對相關(guān)專業(yè)進行實驗平臺建設(shè)具有借鑒意義[15-16]。

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Construction and Application of GE Intelligent Automatic Experimental Platform

MALi-yun,SONGYao-bin,LIUYan,TIANMao-ti,FENGCai-ping

(Department of Mining Engineering, Lüliang University, Lüliang 033001, China)

In this article, a GE intelligent automation experiment platform which mainly includes program automatic control (PAC) training system, electrical and mechanical equipment control experiment system as well as multi-axis motion and process control experiment system is proposed. The platform combines intelligence software and advanced equipment. Based on the experiment platform, the methods of cultivating applied talents, innovative experiments and the reform thoughts on practical teaching have been put forward. The practice has shown that this experiment platform provides great opportunities for talent cultivation as well as experiment and practice training, and effectively promotes a large number of university-enterprise cooperation projects. The proposed construction scheme has powerful generalization and high practical value.

GE intelligent automatic platform; automation; experimental platform

2015-06-04

呂梁學院校級基金資助項目(ZRXN201305)；呂梁學院“專業(yè)綜合改革教學內(nèi)涵建設(shè)工程”項目

馬利云(1983-)男,山西興縣人,碩士，助教，教研室負責人，主要從事先進制造技術(shù)及人工智能方面的研究。

Tel.：13935854611；E-mail：maliyun@21cn.com

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1006-7167(2016)05-0228-03