试论计算机测控系统实践环节教学方法

杨 波

摘 要:计算机测控系统是一门实践性非常重要的课程,然而由于实验手段和教学手段的限制,多数教学过程都是以课堂讲授为主,以验证实验为辅。本文论述了计算机测控系统课程的特点,及相应的实践环节,针对验证实验为主的实践环节,提出采用综合性设计性实验为主的实验手段,增强学生自主创新的能力,为提高学生的综合素质打下良好的基础。

关键词:计算机测控系统,实验教学,综合性,设计性

1.引言

实验教学是实践教学内容体系中基础实践层次中的核心,随着经济结构的战略调整,社会各方面对学生动手能力、综合素质和创新能力提出了更新、更高的要求。开设设计性实验的目的在于着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力、组织管理能力和科研能力[1,2]。

综合性实验是指学生经过一个阶段的学习后,在掌握一定的基本知识和基本技能的基础上,运用一门课程或多门课程的知识对学生实验技能和方法进行综合训练的一种复合型实验[3-5]。综合性实验一般可以在一门课程结束之后开设,也可以在几门课程之后安排一次有一定规模的、时间较长的实验。

设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验,是结合各自教学或独立于各种教学而进行的一种探索性的实验[6-8]。它一般是在学生经过了常规的基本实验训练以后,开设的高层次实验。实验的过程应充分发挥学生的主观能动性,引导学生创新性思维,体现科学精神。

2.“计算机测控系统”课堂实验环节

重庆科技学院电子信息工程学院开设的“计算机测控系统”是自动化及测控技术与仪器专业或其他方向或同类专业的限定选修课程之一,是一门面向应用、面向工程的应用技术性课程。该课程以广泛使用的工业PC及其应用技术为主线,介绍计算机测控系统的一般工作过程、设计方法和应用技术。通过本课程的学习,旨在培养学生对计算机测控系统的安装、运行和维护能力,进行工业PC测控系统设计或开发的初步能力。

为了配合课堂教学,“计算机测控系统”开设了相应的实验课,具体情况如下:

实验一:认识IPC,了解其和PC的异同点;认识工业过程通道;了解通道卡(AC6611)的接线,掌握AC6611的测试;了解基于DLL调用的AC6611的A/D和D/A程序设计的一般方法。

实验二:熟悉AC6611的安装、接线和测试操作,掌握AC6611开关量输入/输出的功能验证方法,理解AC6611的编程思路和实例。

实验三:安装和测试AC6611,编写画面显示AC6611的输入/输出数据,掌握数据采集程序和画面显示程序的设计方法。

实验四:掌握远程模块或子系统的安装、接线、配置和测试操作方法,完成远程I/O模块的A/D数据采集或D/A数据

输出程序的设计和调试。

3.“计算机测控系统”独立实践环节

然而,由于“计算机测控系统”是一门要求动手能力较强的课程[9],仅仅依赖课堂上8学时的课堂实验,学生不能很好地掌握相应的实现技术与实现方式。为此,我们根据课程特点,在课程结束后,单独安排了为期两周的独立实践环节,以提高学生的实际动手能力。

独立实践环节以综合性实验为主,结合了“自动控制原理”、“计算机测控系统”及“传感器技术”等课程的相关内容,要求学生独立完成实验的各项内容。具体要求是:了解计算机测系统的设计方法,数据采集卡或模块的使用方法,掌握基于CB数据采集、数字滤波、PID算法和画面显示、通讯程序的设计方法和过程。

我们设计了三个综合性实验,包括:

基于AC6611板卡(远程I/O)的阻容一阶对象控制系统设计、基于AC6611板卡(远程I/O)的彩灯(追光)控制系统设计、基于CB6的IPC_PLC编程口/通信口通信程序设计。

实验一:基于AC6611板卡(远程I/O)的阻容一阶对象控制系统设计。

在工程实践中,存在着大量的一阶系统和二阶系统,如室温调节系统、恒温箱以及水位调节系统均为典型的一阶系统,它们与阻容一阶对象控制系统结构相似,并且它们的数学模型及闭环传递函数形式与阻容一阶对象完全相同。

设计要求:

在IPC上设计PID控制算法程序,实现对阻容一阶对象控制,改善其过渡性能。

实现电容充电过程自动控制。

提供较为完善的操作画面和工艺控制功能。

经过PID控制后,得到较理想的实时趋势曲线。

实验二:基于AC6611板卡(远程I/O)的彩灯(追光)控制系统设计。

控制要求:

(1)系统由1~8号HL1~HL8共8盏灯,一个工作方式开关SA1,一个启动按钮SB1,一个停止按钮SB2组成。

(2)当SA1打在左档,系统工作方式为从HL1~HL8循环追光;当SA1打在左档,系统工作方式为从HL8~HL1循环追光。

(3)当SA1选择好工作方式后,按一下启动按钮SB1,系统启动追光,按一下停止按钮SB2,系统停止追光。

(4)每盏灯轮流点亮的时间为一秒。

在IPC上设计算法程序,实现彩灯控制,设计要求:

(1)实现彩灯追光过程自动控制

(2)提供较为完善的操作画面和工艺控制功能

实验三:基于CB6的IPC_PLC编程口/通信口通信程序设计。

控制要求:

(1)用CB6编程实现IPC和FX2/FX2N编程口/通信口的通信,并动态采集输入触点X0-X17,随意置位或复位中间继电器M0-M17。

(2)在PLC上编写三台电动顺序启动和顺序停车程序,时间间隔由定时器控制。

(3)在PC机上设计监控界面,能实现远程控制启动和停车,监视电动机的运行状态,可在PC机上实现人工设定定时器的延时时间。

(4)系统具有远程控制与就地控制两种工作方式,两种可任意切换。

在IPC上设计算法与通讯程序,实现电动机控制,设计要求:

(1)实现电动机自动控制。

(2)提供较为完善的操作画面和工艺控制功能。

综合性实验通过设计一个基于工业控制计算机及过程通道的简化工业控制系统的全过程,培养学生综合应用所学的计算机测控技术、计算机硬件、软件、PLC知识等去分析和解决工程实际问题的能力,帮助学生巩固、深化和拓展知识面,使之得到一次较全面的锻炼与提高。

参考文献:

1.丁红胜,董军军,吴平.综合性设计性实验的教学思路探讨.大学物理.2007,26(5):44-47

2.秦晓静.开放实验教学培养创新人才.实验技术与管理.2005,22(7):87-89

3.曹中一.“三性”实验的内涵与特征. 实验室研究与探索. 2003,22(4):10-12

4.叶佩青,刘莉,吴志军等.综合性实践课程教学改革探索.实验技术与管理. 2005,22(2):24-36

5.刘丽文.学生自主式的教学模式在综合性实验中的应用.实验技术与管理. 2004,21(3):74-85

6.刘竹琴,刘艳峰.设计性实验教学探讨.实验技术与管理.2005,22(6):97-99

7.吴纯,张列林,许晓嫦.设计性实验教学法的探索.实验室研究与探索.2005,24(4):74-75

8.高艳阳,董培荣,王金霞.对设计性实验的认识与思考.实验技术与管理.2003,20(6):125-127

9.刘丽丽,何存富,宋国荣等.测控技术与仪器专业“实践教学一条线”体系探索.实验技术与管理. 2005,22(1):93-95

作者单位:重庆科技学院电子信息工程学院