GE智能自动化实验平台构建与应用

马利云， 宋要斌， 刘 岩， 田毛提， 冯彩平

(吕梁学院 矿业工程系，山西 吕梁 033001)



GE智能自动化实验平台构建与应用

马利云， 宋要斌， 刘 岩， 田毛提， 冯彩平

(吕梁学院 矿业工程系，山西 吕梁 033001)

规划并建设了智能软件与先进设备相结合的GE智能自动化实验平台，由程序自动控制(PAC)实训系统、机电与矿用设备控制实验系统、多轴运动与过程控制实验系统等构成。初步规划了基于该平台的应用技术型人才培养方式和创新性实验、改革实践教学方法，完成了规划既定的建设内容。实践表明，该实验平台为人才培养和实验、实践训练提供了良好的操作环境，加快了校企合作项目的建设速度，成果显著，该实验平台的建设及其实践应用具有普遍的示范性和推广性。

GE智能平台； 自动化； 实验平台

0 引 言

为了使工业自动化类人才培养满足当地产业升级的要求，以“工矿自动化和制造自动化”为特色发展方向，开展应用技术型人才培养转型发展建设工作。我校规划了PAC系统基础实训系统、矿山机电与过程控制实训系统及柔性生产线与多轴运动控制实训系统等先进装备的GE智能自动化实验平台构建与方案。

基于GE智能自动化实验平台，提出了生产自动化、矿山设备控制、可编程技术与应用以及化工自动化等多门课程的工业应用型的创新实验教学改革方法。设立了一系列创新型实验项目，利用多样化和现代化先进设备，优化人才培养模式和教学手段[1]。开发GE智能自动化实验平台为我校师生在工矿自动化及制造自动化等方面的科研与实践训练，为应用技术型人才培养和服务地方企业提供了可靠的技术保障，推动了校企合作和科研团队的建设[2-4]。

1 智能实验平台构建方案

GE智能自动化实验平台的构建思路是根据GE智能平台面向中国大学推出“大学计划”和“吕梁学院转型发展规划”设计整体方案，结合我校专业特征和人才培养需求所构建的综合性强、功能全面、软硬结合的实验平台如图1所示。该构建方案充分利用了发达国家先进的工科教学方式和最先进的实验教学装备，以学校转型发展为契机，围绕矿业自动化、制造自动化而建设。该方案所规划设备先进，应用广泛，为应用型人才培养和开放探索型实验教学创造了良好的条件，为校企合作、服务地方以及教师科研工作提供了强力支撑[5]。GE智能自动化实验平台主要由：程序自动控制(PAC)基础实训室、柔性制造系统与多轴控制实训室、矿山机电与化工过程控制实验室三部分组成，主要功能如下。

图1 GE智能自动化实验平台结构总图

1.1 PAC基础实训室

PAC基础实训室可为矿山机械、机械工程、机械电子、电子信息及过程控制等专业学生相关课程实验、课程设计等实践教学活动提供先进的实践教学平台[6]。学生通过学习、练习PAC编程，掌握GE智能平台性能、特点及使用方法；学习Proficy软件系统的编程方法和编程技巧时，通过驱动与之配套的机电模块装调实训台，检验所编程序能否实现对机电产品的控制。

本实验室具有开放性、综合性、便捷性等特点，配合搭载Proficy软件平台的多媒体教学系统，能够实现PAC高级编程控制、网络通讯、机械装调、气路搭建、电机驱动、传感检测、低压配电、识图配线等实训功能。

1.2 柔性制造系统和多轴控制实训室

柔性制造系统和多轴控制实训室可以提高工科学生动手能力和实践技能，实验室装备有一套先进的柔性制造系统、三台实用性很强的五层电梯控制模型及多台多轴控制设备。为学生提供了一个可参与性强、创新特征明显的学习平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用、开发和集成的同时，提高了学生机械结构调整、检测信号调试、故障诊断和排除等实际操作能力[7]。

1.3 过程控制与矿山机电实验室

过程控制与矿山机电实验室是应用国内外最新控制技术，集自动控制、总线通讯、计算机组态及智能仪表等技术为一体的多功能实训室，该实验室装备的高级过程控制、多轴运动控制、各类变频控制实验装置采用PLC控制技术进行智能仪表控制、DCS控制及交流伺服驱动器控制，能够实现机械装调、电机驱动、传感检测、编程控制等实训功能，并能有针对性的完成变频器的通讯、电机调速和控制等实训功能。

本实验平台依托于GE智能平台的大学计划，向我校师生提供了世界最先进的生产控制软、硬件设备。PACSystems系列硬件产品是具有先进性、开放性和可靠性的多功能控制平台，它主要包括PACMotion Systems(高性能多轴伺服运动控制系统)、VersaMotion Systems(伺服系统)、Proficy Process Systems(过程控制系统)；Proficy软件系统是GE智能平台最优秀的软件系统，它主要包括Machine Edition、iFIX、CIMPLICITY、Historian、Portal和Plant Application。它通过先进的软件和硬件虚拟仿真生产环境，向学生认识目前高水平企业自动化控制领域的发展趋势，利用虚拟或模型生产线训练，培养学生的自动控制系统设计能力。

2 应用型人才培养模式探索

基于GE智能自动化实验平台，针对化工过程控制、机械、矿业、安全、电子信息、材料加工等多个领域的课程，开发设计了一系列的实验教学项目。在此列举一些典型的创新型实验项目(见表1)。

表1 创新型实验列表

2.1 人才培养与实践教学

应用该实验平台，开发创新型实验项目，给学生提供一个充分开发和自由的实验环境。学生在教师的指导下设计实验目标，为完成实验任务，激发学生有步骤、有目的地自主学习；在完成实验任务的过程中培养学生独立思考、动手解决问题的能力以及协同创新精神，从而实现应用技术型人才培养目标[8-11]。

GE智能自动化实验平台既能进行创新型实验，也可以面向化工过控、机械、矿业、安全、电子信息、材料加工等多个领域课程的入门实验。可以进行标准PAC应用训练、带各种现场总线和VersaMax柔性生产线控制实验和多种工业控制模型实验。从模型装置、软件平台到自动生产系统，为学生创新训练提供了全方位的软件、硬件条件，达到理论和实践紧密结合的目的，提高了学生的学习积极性和实践创新能力。通过利用发达国家先进的工科教学方式和最先进的实验教学装备，优化了教学模式和教学手段，促进了我校向应用型院校的跨越式发展。

GE智能自动化实验平台建成后，完成了基于该平台的多门课程的多元考核教学改革，通过先进设备的操作训练，强化学生的实践应用能力，取得了良好的教学效果。学生的学习积极性、主动性、学习能力及动手实践能力不断提升，人才培养效果显著[12]。在师生的共同努力下，利用该实验平台已经取得了一定的成绩，如国家大学生科技创新项目“柔性生产线GE智能重构实验”、山西省大学生创新训练项目“基于热管技术节能供暖实验”等优秀成果。

2.2 科研应用

在科研应用方面，“GE智能”创新团队已经作为吕梁学院“重中之重”建设项目，以推动GE智能平台在工业自动化方面的应用，该平台是教师积极申报科研项目的助推剂，也是教师顺利完成科研任务保障。此外，GE智能自动化实验平台的构建，促进校企合作，吕梁学院已经与国防科技大学吕梁军民融合协同创新研究院建设为战略合作关系。通过校企合作，完成人才培养和双方利益共容，共同服务区域产业转型升级、技术进步，推动区域经济发展[13-14]。

3 结 语

学院与美国通用电气(GE)公司合作，引进国际最先进的自动化控制系统，配套丰富的教学型工业机电设备，做到合理规划，装备先进，已建成“GE智能自动化平台实验平台”。该实验平台总面积约330 m2，仪器设备总值约3 500万元，建成国内装备先进的示范性实验平台。这一建设目标使我院工科实验室建设跨上新的台阶，可以极大地促进工科相关专业的发展和人才培养，为工科应用型人才培养提供一流的实践平台。

实践表明，该实验平台高效地培养了学生的动手实践能力和创新精神，同时，促成了多项校企合作成果，推动了省级、国家级科研项目的申报工作。在完成学生培养目标的过程中培育着一批优秀的教师创新团队，提高了师资队伍的学术水平和工程技能。因此，该实验平台是学生动手实践能力和创新精神不断提升的绞车，同时也是教师进行科研工作、学校实现应用技术型人才培养目标和完成转型发展的重要推动力。本文所规划的建设方案和开发应用有较强的推广性和示范性，对相关专业进行实验平台建设具有借鉴意义[15-16]。

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[14] 吕梁学院新闻网.《我校与国防科技大学吕梁军民融合协同创新研究院举行战略合作协议签约仪式》[EB/OL].2015.04.27, http://www.llhc.sx.cn/news/show.asp?id=3927.

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[16] 刘 茜,张立杰.应用型人才综合实验技能培养的改革与实践[J].梧州学院学报,2014,24(6):91-94.

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

吕梁学院校级基金资助项目(ZRXN201305)；吕梁学院“专业综合改革教学内涵建设工程”项目

马利云(1983-)男,山西兴县人,硕士，助教，教研室负责人，主要从事先进制造技术及人工智能方面的研究。

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

TH 39

A

1006-7167(2016)05-0228-03