工控新技术课程模块的研究与实践

吉顺平，王锁萍，陈海霞

(三江学院电气与自动化工程学院，江苏南京 210012)

为满足社会对电气自动化人才的需要，在电气自动化相关专业的人才培养中［1-4］，很多应用型的高校开设了工控系列课程:“PLC技术及应用”、“现场总线技术”、“上位机监控技术”、“触摸屏技术及应用”、“嵌入式系统”和“DSP技术”等。这些课程的开设，有利于夯实学生的工控技术基础。但是，这些课程的开设还存在很多方面的不足，主要是对于新技术的跟进不够，同时课程的系统性不足，不能很好的满足社会对工控人才的要求。

1 工控新技术模块的课程体系

1.1 工控新技术模块的体系

现代工业控制是以网络化控制为主体的综合控制，网络化控制的功能模型是从功能的角度对基于网络的自动控制系统进行分层，简称功能模型，如图1所示。

图1 网络控制功能模型

模型中，现场总线连接的是现场设备层，工业以太网所连接的是监控层，而局域网Intranet连接的是管理层［5］。

为了建设工控新技术模块的课程体系，就需要对图中的内容进行分类和整合，在电气自动化基础课程的基础上，开设相关课程。

与工控新技术有关的课程有五门之多，涵盖了从工业控制器到工业网络，再到监控和人机界面技术等三大领域。我们认为工控新技术模块的课程体系确定为如下的四门课程为宜，如表1所示。

表1 工控新技术模块的课程体系

1.2 模块中课程的内容

(1)“PLC技术及应用”课程是工控新技术的主要支撑点。教学内容包括PLC的基础知识、指令系统和编程方法等。

PLC的基础知识主要包括PLC的定义、系统组成和工作原理等知识点。PLC的特点、应用、发展方向和编程变量等也是需要涉及的基础概念。

教学中都会围绕具体机型，加以讲授指令系统。指令系统包括位逻辑指令、定时器指令、计数器指令、传送与移位指令、程序控制指令、中断与子程序、数据运算、逻辑操作和通信等9类基本指令。除此之外还有系统功能指令。

编程方法有经验法和顺序控制分析法之分。经验法是建立在一些经典的常用电路的基础上的，根据控制需要，应用和扩充常用电路来编写控制程序。而顺序控制分析法将控制要求分解成若干步，根据条件或时间顺序来控制步的顺序和流向。顺序控制分析法在实现时可以用逻辑控制指令来实现，也可以采用专门的步进控制指令来实现。

(2)“现场总线技术”课程中的现场总线实现了工控中的从元件(控制器PLC)到系统的跨越。该课程以IEC61158中的PROFIBUS和PROFINET为主讲内容，使学生掌握典型现场总线的一般原理和组网技术。

(3)“工业监控技术”课程包括上位机监控技术和触摸屏技术，课程介绍了工控系统中的人机界面的问题。上位机监控技术以主流的工控软件WinCC和InTouch为主要内容，介绍了监控层和管理层的监控问题;触摸屏技术主要介绍触摸屏的组态和应用技术，涉及到现场层的监控问题。

(4)“工业控制系统综合设计”是综合性的课程设计，是对上述三门课程的综合，内容上强调综合性和设计性。该课程设计内容包括某自动控制系统的PLC控制、现场总线的设计和上位机监控系统的设计，要求学生完成一个完整的工控系统的设计。目前常用的课程设计选题有“恒压供水系统的PLC控制与远程监控”和“变频调速系统的PLC控制与远程监控”等。

1.3 模块中的实践性课程

模块中的课程包括理论课程、实验课程和课程设计三个部分。三部分共同作用，可以培养学生具备完整的理论基础、实验技能和应用的能力。

一般实验课程是配合理论课程开设的，以验证为主;而课程设计是独立设课，独立考核的。理论与实践形成既相互配合又相互独立的关系。实验课程自身也形成内在关联。实验内容是从元件到系统发展的，在学生能力培养上也遵循了从单项实践能力培养到综合实践应用能力培养的过程。

综上所述，公路工程安全事故的引发因素包括人员素质不足、管理体系存在漏洞、建材存放未满足相关要求以及存在设计缺陷等，这些因素导致公路在施工和运行中都可能产生安全事故。要解决这一问题，可以通过应用新型技术、完善管理制度、提高人员素质以及设立监理系统等措施达成目的。

2 工控新技术课程特色

笔者所在高校是一所培养应用型人才的本科院校。面对市场激烈的竞争和挑战，必须发挥学校自身的特长与优势，立足创新与发展，探索一条适合自己的道路。该模块的建设凸显了地方新建本科院校工业控制课程模块的特色。课程模块的划分有利于学生掌握模块内各门课程的关系，并进行综合，尽早熟悉工控工作岗位的技能要求。

我们在工控新技术课程模块的建设中，逐步形成以下的特色:

(1)课程模块以工控新技术为主要内容，以工程应用为目标，强调应用性;

(2)理论精讲简讲，强调实践环节，整合后的实践课程本身形成系统;

(3)将多门课程整合为四门，注重加强了课程间的内在联系，提高了教学水平;

(4)以课程模块建设促进专业建设，丰富专业内涵，提升专业的核心竞争力;

(5)在实践课程中，以项目教学驱动教学，多题目分组竞争，培养了学生的工程素养。

3 结语

本文从分析现代工业控制系统的组成入手，以培养现代应用性工控人才为目标，总结出电气自动化相关专业应设置的技术课程，并将这些课程归纳为工控新技术课程模块。

本文分析了模块中各课程内容以及它们之间的关系，界定各课程在模块中的作用。

最后本文还介绍了近年来在相关专业中该模块的实施情况，对工控新技术课程模块在建设中形成的特色进行了总结。实践证明了工控新技术课程模块建设的合理性和可行性。

［1］ 教育部高等学校自动化专业教学指导委员会.自动化学科专业发展战略研究报告［R］.北京:高等教育出版社，2007

［2］ 万秋兰.21世纪电气工程人才培养模式及教学内容和课程体系改革初探［J］.南京:电气电子教学学报，1999(12):3

［3］ 李晓，刘天野.电气工程及其自动化专业工程应用型人才培养研究［J］.太原:中北大学学报(社会科学版)，2007，23(1)

［4］ 邹逢兴，陈立刚，徐晓红.关于自动化专业电子信息类课程教学改革的探索与思考［J］.北京:中国大学教学，2011，(9)

［5］ 吉顺平等.西门子现场总线通信原理及应用［M］.北京:机械工业出版社，2009