《工控组态软件应用》课程一体化教学建设的研究

马永华 耿瑞芳 王暄 任慧荣 陈惠荣

摘 要： 一体化教学是专业课教学中的一种新的教学方法，学生边学边练，能及时消化、吸收所学知识。为了实现《工控组态软件应用》课程中设备组态部分教学的一体化，教师应研究并搭建实验设备，给设备组态提供实际变量，并且根据不同专业搭建不同对象，增强教学效果。

关键词： 一体化教学 工控组态软件 设备组态

工控组态软件是构建工业控制领域中的自动监控系统的应用软件，目前我国常见的组态软件有昆仑公司的MCGS、西门子公司的WINCC、亚控公司的组态王、三维公司的力控等。这些组态软件都能完成类似的功能，即数据采集、信号数据处理、数据图形显示、人机对话、实时数据的存储、历史数据的查询、控制输出、实时通讯等任务。

《工控组态软件应用》是自动化专业、建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课程，也是一门学习软件使用的课程。若按照以前的授课模式，则理论教学和实践教学独立开设，衔接不紧凑，影响教学效果。后来我们将之改成一体化教学，边上课边实践，讲完一个知识点就练习一个知识点，在教学中强调学生参与的积极性，使教、学、做形成一个有机整体，结果证明教学效果有了很大增强。

课程中介绍的组态软件是昆仑公司的MCGS，课程中的实时数据库、用户窗口组态、运行策略组态、主控窗口组态等都可以在计算机上举例子练习，但是设备组态的环节只能通过软件提供的模拟设备练习，不能连接实际的变量，所以学生不能很好地理解这部分内容。实际工业过程或工业设备往往很大，不可能搬到实验室，也不可能给每组学生配置一台。为了解决这个问题，我们自己开发了一些相应设备，设备上安装有开关量输入/输出仪表、模拟量输入/输出仪表、小开关和指示灯、电磁继电器等。小开关的开关两种状态作为开关量输入，开关量输出通过继电器控制指示灯的亮和灭。通过可调电阻调整电路的电流为4-20mA作为模拟量输入，模拟量输出也是4-20mA电流，接到毫安表上显示。这些变量都接入相应仪表，仪表的通讯接口与计算机连接，传到MCGS中作为实时变量或输出变量，这样就建立了实际的变量作为设备组态的变量。通过这个设备就可以模拟一些简单的工业过程，因为工业过程中基本就是这四种变量，即开关量输入和输出、模拟量输入和输出。

下面举一个自动化专业过程控制的例子，釜式反应器的简化工作流程为：引发计量槽TK-A、TK-B和TK-C中的物料，按照1：2：3的比例给反应釜入料，物料进入反应釜后，反应釜内搅拌器开始搅拌，经过一定时间后将混合物料放出，一个循环过程结束。TK-A、TK-B、TK-C分别有一个入料电磁阀门和一个出料电磁阀门，当TK-A、TK-B、TK-C的六个开关型液位传感器YEWEI-AL、YEWEI-AH、YEWEI-BL、YEWE-BH、YEWEI-CL、YEWE-CH有显示时，发出液位状况信号，其中YEWEI-AL为TK-A的下限液位传感器，YEWEI-AH为TK-A的上限液位传感器，其他依次类推。当三个引发计量槽没有上限信号，且出料阀门处于关闭状态时，则入料阀门打开入料。当各自到达液位上限时，则各自的入料阀门自动关闭。然后依次自动打开各个出料阀门和反应釜的入料阀门，将物料放入反应釜中。当各自计量槽相应的下限液位传感器有信号时，出料阀门关闭。当所有物料都放入反应釜后，关闭反应釜的入料阀门，并打开反应釜中的搅拌器。经过一段时间，待釜内物料充分反应后，打开反应釜的出料阀门，将釜内反应物料放出。在这个简单的过程控制中，有六个开关型的液位传感器信号为六个开关量输入，用来分别判断是否达到三个计量槽的上限和下限液位值。这些开关量输入通过设备中的六个开关模拟，将这六个开关接入开关量仪表的输入通道，然后由仪表和计算机之间的通讯传递给MCGS作为设备组态的实时输入数据。八个开关型的电磁阀及一个釜内搅拌器的开关为九个开关量输出，当MCGS控制这九个变量输出时，通过通讯接口传递给开关量仪表的输出端，然后控制继电器线圈的电，由继电器的开关控制灯的亮和灭。反应釜的实时液位值为模拟量输入，这个通过可调电位器使电流在4到20mA之间变化来模拟液位的输入。模拟量输出同样是4-20mA电流信号，通过毫安电流表显示，这个模拟量输出对应的是反应釜中的一个调节阀。这两个模拟量同样通过模拟输入仪表和模拟量输出仪表的通讯和计算机中的MCGS进行数据交换。

这样，讲解和练习MCGS组态软件中的设备组态这部分内容时，就有实际的变量接入软件中。这个设备体积不是很大，可以直接放在实验室的实验台上，也不是很贵，可以多做几台，满足实验要求。上课边讲边练时可以只连接其中的几个变量，不需要全部都连接。这门课程在期末时往往有实训或者课程设计等实践环节，这时再要求将全部变量都连接上，并且完成反应釜的实时数据库的定义和建立、用户窗口组态、运行策略组态和主控窗口组态等任务，把反应釜的控制作为一个完整的、真实的、系统的实训题目，会达到较好的实践效果。

这门课程在建筑环境与设备工程专业中也有开设，根据这个专业的特点，这个实验装置可以解释成对空调系统的控制。在学校一套大的空调实验设备中，有四个开关量输入，分别为：控制柜的风机启/停、差压报警信号、控制柜上手/自动开关信号、防冻开关；三个开关量输出为：风机启动、两个加湿器的开关；六个模拟量输入为：室外温度值和湿度值、回风温度值和湿度值、风机送风温度值和湿度值；四个模拟量输出为：新风阀、回风阀、排风阀和表冷器的电动调节阀；这些开关量和模拟量都可以通过这个设备模拟。《工控组态软件应用》的一体化教学实例可以与本专业的对象相联系，取得较好的教学效果。

《工控组态软件应用》课程的一体化教学模式在我们学校已经实施了，通过各个教学环节的边学边练，突出学生在教学中的主导地位，使学生能及时消化吸收所学理论知识，取得立竿见影的效果。

参考文献：

[1]组态软件技术及应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]张雁平.高职院校理论、实践一体化教学的实施与思考[J].实验技术与管理，2007（24）.