“新工科”背景下PLC課程虛實(shí)結(jié)合多層次實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建

翁國(guó)慶 張有兵

摘? 要：文章提出了一種“新工科”背景下PLC課程虛實(shí)結(jié)合多層次實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建方案。為突破現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的局限，方案從PLC基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、高級(jí)實(shí)訓(xùn)硬件平臺(tái)、綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)、靈活自主性創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)五個(gè)方面，融合“實(shí)物”平臺(tái)和“虛擬”平臺(tái)兩種模式，進(jìn)行多層次的混合遞進(jìn)式實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建。實(shí)踐表明，所提PLC實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建方案可實(shí)現(xiàn)有效解決現(xiàn)有實(shí)踐平臺(tái)的多種問題，顯著提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：新工科;PLC實(shí)踐平臺(tái);虛實(shí)結(jié)合;多層次

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）23-0011-04

Abstract： A construction scheme of PLC multi-level practical platform with combination of virtuality and reality based on the background of new engineering is presented. In order to break through the limitations of the existing practical teaching method， the progressive type PLC practical platform is proposed. On the one hand， the scheme includes five aspects including basic experiment platform， advanced practice platform， application platform of comprehensive control systems， application platform of monitoring system and innovation practice platform. On the other hand， the scheme integrates two modes including full-scale platform and virtual platform. The practice shows that the proposed scheme can effectively solve the problems of the existing PLC practical platform and significantly enhance the students' innovative practice ability.

Keywords： new engineering; PLC multilevel practical platform; combination of virtuality and reality; multi-level

為滿足“新工科”背景下高校培養(yǎng)工程實(shí)踐能力較強(qiáng)、理論知識(shí)扎實(shí)、能夠勝任行業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才方面的迫切要求，要求學(xué)生具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，具備設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)踐的能力，并能對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析[1]。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和基本概念的直觀理解，提高動(dòng)手能力，激發(fā)創(chuàng)新思維[2]，因此，實(shí)踐教學(xué)的新理念、新模式對(duì)于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要作用。

作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一，PLC是自動(dòng)化控制領(lǐng)域一種極其重要的控制設(shè)備。同時(shí)，PLC類課程的最大特點(diǎn)是應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)，理論和實(shí)踐結(jié)合得特別緊密[3]。其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際、創(chuàng)新實(shí)踐的“新工科”思維和能力的培養(yǎng)作用非常突出。但是，目前國(guó)內(nèi)高校在該課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的安排普遍存在形式單一、平臺(tái)簡(jiǎn)單、交互性差、內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)、學(xué)生興趣低、教學(xué)效率低下、運(yùn)行經(jīng)費(fèi)不足等問題。隨著社會(huì)、企業(yè)對(duì)高校工科人才實(shí)踐創(chuàng)新能力要求的不斷提高，特別是在“新工科”人才培養(yǎng)理念下，為推動(dòng)科學(xué)范式向工程范式轉(zhuǎn)型，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更貼近實(shí)際需求，高校PLC類課程實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)和優(yōu)化顯得愈加重要和迫在眉睫。

本文提出遵循“新工科”人才培養(yǎng)理念，對(duì)現(xiàn)有PLC類課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行革新，對(duì)學(xué)?，F(xiàn)有“電氣控制PLC實(shí)驗(yàn)室”硬件、軟件進(jìn)行資源整合、升級(jí)和優(yōu)化，構(gòu)建一種虛實(shí)結(jié)合多層次混合遞進(jìn)式實(shí)踐平臺(tái)[4]，使相關(guān)課程教學(xué)更能提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力、復(fù)雜工程問題解決能力，培養(yǎng)出的專業(yè)學(xué)生更能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)、社會(huì)的高層次人才需求。

一、虛實(shí)結(jié)合多層次PLC實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建思路

針對(duì)PLC類課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中普遍存在的上述缺陷，基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)際條件和課程實(shí)際教學(xué)情況，以新工科人才培養(yǎng)理念為指導(dǎo)精神，構(gòu)建的虛實(shí)結(jié)合多層次PLC實(shí)踐平臺(tái)的框架如圖1所示。

二、虛實(shí)結(jié)合多層次PLC實(shí)踐平臺(tái)的構(gòu)建過程

（一）PLC實(shí)踐硬件平臺(tái)的整合升級(jí)

除常規(guī)配置的S7-200 SMART PLC實(shí)驗(yàn)箱，用于相關(guān)專業(yè)電氣控制與PLC技術(shù)課程開展課內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐硬件平臺(tái)外，實(shí)驗(yàn)室整合升級(jí)了一系列PLC高級(jí)實(shí)訓(xùn)硬件平臺(tái)。

一方面，新購(gòu)置一批價(jià)格較高、綜合性能較好的PLC高級(jí)實(shí)訓(xùn)裝置，包括多層電梯、立體車庫(kù)、多角度機(jī)械臂、物流材料分揀、單容水箱等;另外，整合了早年羅克韋爾公司捐贈(zèng)學(xué)院的一批大型工業(yè)控制流水線PLC控制實(shí)訓(xùn)裝置，整套裝置包括物料分揀、傳送加工、機(jī)械臂轉(zhuǎn)移、進(jìn)庫(kù)出庫(kù)四個(gè)環(huán)節(jié)。如圖2所示，這些高級(jí)實(shí)訓(xùn)裝置均可用于電氣控制與PLC技術(shù)課程的課外擴(kuò)展實(shí)踐、PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程以及專業(yè)學(xué)生相關(guān)課外科技實(shí)踐活動(dòng)等的硬件平臺(tái)。