試論計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法

楊 波

摘 要:計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是一門(mén)實(shí)踐性非常重要的課程,然而由于實(shí)驗(yàn)手段和教學(xué)手段的限制,多數(shù)教學(xué)過(guò)程都是以課堂講授為主,以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為輔。本文論述了計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)課程的特點(diǎn),及相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié),針對(duì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)踐環(huán)節(jié),提出采用綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)手段,增強(qiáng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力,為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)教學(xué),綜合性,設(shè)計(jì)性

1.引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系中基礎(chǔ)實(shí)踐層次中的核心,隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整,社會(huì)各方面對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力提出了更新、更高的要求。開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的在于著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、組織管理能力和科研能力[1,2]。

綜合性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生經(jīng)過(guò)一個(gè)階段的學(xué)習(xí)后,在掌握一定的基本知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上,運(yùn)用一門(mén)課程或多門(mén)課程的知識(shí)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合型實(shí)驗(yàn)[3-5]。綜合性實(shí)驗(yàn)一般可以在一門(mén)課程結(jié)束之后開(kāi)設(shè),也可以在幾門(mén)課程之后安排一次有一定規(guī)模的、時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn),是結(jié)合各自教學(xué)或獨(dú)立于各種教學(xué)而進(jìn)行的一種探索性的實(shí)驗(yàn)[6-8]。它一般是在學(xué)生經(jīng)過(guò)了常規(guī)的基本實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練以后,開(kāi)設(shè)的高層次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思維,體現(xiàn)科學(xué)精神。

2.“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”課堂實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

重慶科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”是自動(dòng)化及測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)或其他方向或同類(lèi)專(zhuān)業(yè)的限定選修課程之一,是一門(mén)面向應(yīng)用、面向工程的應(yīng)用技術(shù)性課程。該課程以廣泛使用的工業(yè)PC及其應(yīng)用技術(shù)為主線,介紹計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的一般工作過(guò)程、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行和維護(hù)能力,進(jìn)行工業(yè)PC測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)或開(kāi)發(fā)的初步能力。

為了配合課堂教學(xué),“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”開(kāi)設(shè)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課,具體情況如下:

實(shí)驗(yàn)一:認(rèn)識(shí)IPC,了解其和PC的異同點(diǎn);認(rèn)識(shí)工業(yè)過(guò)程通道;了解通道卡(AC6611)的接線,掌握AC6611的測(cè)試;了解基于DLL調(diào)用的AC6611的A/D和D/A程序設(shè)計(jì)的一般方法。

實(shí)驗(yàn)二:熟悉AC6611的安裝、接線和測(cè)試操作,掌握AC6611開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的功能驗(yàn)證方法,理解AC6611的編程思路和實(shí)例。

實(shí)驗(yàn)三:安裝和測(cè)試AC6611,編寫(xiě)畫(huà)面顯示AC6611的輸入/輸出數(shù)據(jù),掌握數(shù)據(jù)采集程序和畫(huà)面顯示程序的設(shè)計(jì)方法。

實(shí)驗(yàn)四:掌握遠(yuǎn)程模塊或子系統(tǒng)的安裝、接線、配置和測(cè)試操作方法,完成遠(yuǎn)程I/O模塊的A/D數(shù)據(jù)采集或D/A數(shù)據(jù)

輸出程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。

3.“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié)

然而,由于“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”是一門(mén)要求動(dòng)手能力較強(qiáng)的課程[9],僅僅依賴(lài)課堂上8學(xué)時(shí)的課堂實(shí)驗(yàn),學(xué)生不能很好地掌握相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方式。為此,我們根據(jù)課程特點(diǎn),在課程結(jié)束后,單獨(dú)安排了為期兩周的獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié),以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

獨(dú)立實(shí)踐環(huán)節(jié)以綜合性實(shí)驗(yàn)為主,結(jié)合了“自動(dòng)控制原理”、“計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)”及“傳感器技術(shù)”等課程的相關(guān)內(nèi)容,要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)內(nèi)容。具體要求是:了解計(jì)算機(jī)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,數(shù)據(jù)采集卡或模塊的使用方法,掌握基于CB數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、PID算法和畫(huà)面顯示、通訊程序的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程。

我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn),包括:

基于AC6611板卡(遠(yuǎn)程I/O)的阻容一階對(duì)象控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于AC6611板卡(遠(yuǎn)程I/O)的彩燈(追光)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于CB6的IPC_PLC編程口/通信口通信程序設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)一:基于AC6611板卡(遠(yuǎn)程I/O)的阻容一階對(duì)象控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在工程實(shí)踐中,存在著大量的一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng),如室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、恒溫箱以及水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)均為典型的一階系統(tǒng),它們與阻容一階對(duì)象控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似,并且它們的數(shù)學(xué)模型及閉環(huán)傳遞函數(shù)形式與阻容一階對(duì)象完全相同。

設(shè)計(jì)要求:

在IPC上設(shè)計(jì)PID控制算法程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)阻容一階對(duì)象控制,改善其過(guò)渡性能。

實(shí)現(xiàn)電容充電過(guò)程自動(dòng)控制。

提供較為完善的操作畫(huà)面和工藝控制功能。

經(jīng)過(guò)PID控制后,得到較理想的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。

實(shí)驗(yàn)二:基于AC6611板卡(遠(yuǎn)程I/O)的彩燈(追光)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

控制要求:

(1)系統(tǒng)由1~8號(hào)HL1~HL8共8盞燈,一個(gè)工作方式開(kāi)關(guān)SA1,一個(gè)啟動(dòng)按鈕SB1,一個(gè)停止按鈕SB2組成。

(2)當(dāng)SA1打在左檔,系統(tǒng)工作方式為從HL1~HL8循環(huán)追光;當(dāng)SA1打在左檔,系統(tǒng)工作方式為從HL8~HL1循環(huán)追光。

(3)當(dāng)SA1選擇好工作方式后,按一下啟動(dòng)按鈕SB1,系統(tǒng)啟動(dòng)追光,按一下停止按鈕SB2,系統(tǒng)停止追光。

(4)每盞燈輪流點(diǎn)亮的時(shí)間為一秒。

在IPC上設(shè)計(jì)算法程序,實(shí)現(xiàn)彩燈控制,設(shè)計(jì)要求:

(1)實(shí)現(xiàn)彩燈追光過(guò)程自動(dòng)控制

(2)提供較為完善的操作畫(huà)面和工藝控制功能

實(shí)驗(yàn)三:基于CB6的IPC_PLC編程口/通信口通信程序設(shè)計(jì)。

控制要求:

(1)用CB6編程實(shí)現(xiàn)IPC和FX2/FX2N編程口/通信口的通信,并動(dòng)態(tài)采集輸入觸點(diǎn)X0-X17,隨意置位或復(fù)位中間繼電器M0-M17。

(2)在PLC上編寫(xiě)三臺(tái)電動(dòng)順序啟動(dòng)和順序停車(chē)程序,時(shí)間間隔由定時(shí)器控制。

(3)在PC機(jī)上設(shè)計(jì)監(jiān)控界面,能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)和停車(chē),監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),可在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)人工設(shè)定定時(shí)器的延時(shí)時(shí)間。

(4)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制與就地控制兩種工作方式,兩種可任意切換。

在IPC上設(shè)計(jì)算法與通訊程序,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)控制,設(shè)計(jì)要求:

(1)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制。

(2)提供較為完善的操作畫(huà)面和工藝控制功能。

綜合性實(shí)驗(yàn)通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及過(guò)程通道的簡(jiǎn)化工業(yè)控制系統(tǒng)的全過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、PLC知識(shí)等去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力,幫助學(xué)生鞏固、深化和拓展知識(shí)面,使之得到一次較全面的鍛煉與提高。

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作者單位:重慶科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院