专业认证背景下PLC 复杂系统设计教学探讨

徐鹿眉，王希凤，乔爽，李萍，宋起超

（黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050）

1 工程教育专业认证背景下的复杂工程问题

工程教育专业认证对于复杂工程问题有明确的要求，提出了新的标准。新的标准对培养学生综合运用专业知识解决复杂工程问题能力的要求,使得学生能够达到新标准中界定的毕业要求,达到培养高质量电气专业人才的要求。对于最关键的解决复杂工程问题，如何理解与实施显得至关重要，最后的关键主要应落实到如何在教学过程中进行复杂系统的设计。对于电气工程及其自动化专业的学生，PLC 控制系统应用相当广泛，其在教学中是重点，对于PLC 复杂控制系统设计的教学工作也就成为了重中之重。

2 PLC 复杂控制系统设计在教学中的地位

传统的工程教育存在着定位不清晰、目标不明确等不足。工程应用能力要在实践中培养，PLC 理论课程与实践结合显得非常重要，如何把PLC 理论课程与相关实践结合好是其中关键。对于电气工程及其自动化专业的学生，电气控制与PLC 技术课程是重要的专业课，针对PLC 控制系统设计开设专门的工业控制系统实习实践课程。在培养方案中围绕着PLC 复杂控制系统相关课程关系图如图1 所示。

围绕着课程改革，具体授课学期计划安排信息见表1 所示。框图1 中的每门课程都针对本课程在复杂PLC 控制系统中的位置进行课程目标设定和内容安排，使各门课程都有侧重，最后形成有机的整体，进而使学生能够完成复杂的PLC控制系统设计。

图1 PLC 复杂系统教学相关课程关系图

3 针对PLC 复杂系统设计教学方法研究

3.1 PLC 复杂系统量化

对于复杂工程问题所面对的复杂PLC 系统设计，首先要确定什么样的PLC 控制系统是复杂系统，PLC 复杂系统的量化见表2。量化原则是根据教学目标、教学内容、教学条件和教学经验等多方面进行综合得出的10 条指标。

3.2 复杂PLC 系统设计

对于复杂PLC 控制系统设计要遵循循序渐进的原则，先进行简单的小系统设计，待学生积累了一定经验后再进行大的复杂控制系统设计。

（1）课程大作业、实验和仿真。电气控制与PLC 课程目标要求学生掌握常用低压电器和PLC 的原理分析方法及常用器件设计的基本理论和方法，具有一般PLC 控制装置设计的能力。在电气控制与PLC 课程中布置一些大作业形式的简单的PLC 控制系统设计，要求学生完成控制系统的总体设计、主机选型和I/O 分配。

表1 PLC 复杂系统教学推进表

表2 PLC 复杂系统量化表

PLC 控制技术作为一门专业性和实践性非常强的课程，安排的实验和仿真项目，如像抢答器控制和交通灯控制，使学生学会实验设备如S7-200PLC 实验箱和S7-300 PLC 实验台操作，能够使用STEP 7 编程软件进行编辑、下载和运行程序，完成控制程序的调试。通过PLCSIM 等工程软件的讲解和演示，使学生学会使用仿真软件进行程序仿真和调试。这样的实验项目虽然简单但比较有代表性，能够锻炼顺序和时序编程能力，同时也能提高编程软件和仿真软件的操作能力。

（2）课程设计或实习。针对PLC 复杂系统设计安排工业控制系统实习，使学生具备综合运用PLC、电机和传感器知识，独立分析和解决工业控制系统原理、结构、系统和工程问题能力。掌握PLC 控制系统设计方法，具备工业控制领域系统设计或改进能力。在实习过程中，注意让学生理解复杂控制系统，掌握复杂系统设计过程和方法。在实习期间，学生尽管设计的仍是简单的小系统，但其整个过程完全和复杂的大系统设计相同，是简化版的毕业设计。10 天实习过程中教师每天都有讲授内容，讲授完成后布置当天实习任务，学生听完后完成相应设计，当天或第二天有相应的检查与评分。

（3）毕业设计。毕业设计是最终检验学生解决复杂工程问题尤其是设计复杂控制系统的重要环节，学生经过三年半的学习和积累，无论在知识水平上和设计能力上是整个大学四年中最高、最强的时期。学生在毕业设计期间设计复杂的PLC 控制系统也是为了使学生提前适应将来的工作岗位，这样毕业设计选题时要与学生就业方向相结合，尽量选择与工作单位相关的题目，这样的复杂系统设计题目不会显得空洞。毕业设计选题方向要符合国家提出的“制造业2025”发展规划，其基本内容绝不单纯只针对世界流行的“工业4.0”，其还肩负着我国现有的比较落后工业制造设备和网络的改造。设计中既包括比较高端的工业控制网络，又包括比较低端的老旧设备的改造与换代，这也是一种在校大学生能够实现的创新，符合国家最新政策。

3.3 PLC 复杂系统设计成果

（1）设计报告。设计报告紧扣实习项目，根据实习要考查的项目安排章节内容，主要包括总体设计、硬件设计、软件设计、软件仿真、硬件联调和实习总结，其中包括控制系统原理图和程序清单。

（2）系统工程。PLC 系统工程是指在PLC 系统设计、仿真和调试过程中，通过设计、编辑、组态、仿真和调试等操作形成的硬件组态、控制程序和图形界面等软件工程，主要由STEP7、PLCSIM 和WinCC 三者组成。PLC 控制系统工程分为设计与仿真工程和实验室调试工程，设计与仿真工程是按实际任务书进行设计制作的工程，在实验室现场调试时受现场硬件和软件条件所限要重新制作调试工程。

（3）系统照片和录像。在进行系统仿真时要进行屏幕截屏或录像，截屏图片粘贴到报告或论文中。在实验室现场调试时，要求拍摄照片和录像，记录现场设计运行状态和调试结果。

3.4 PLC 复杂系统设计评价与考核

对PLC 复杂系统设计评价与考核是一个综合评价过程，首先，评价过程贯穿设计的整个过程，包括系统设计、软件仿真和硬件联调阶段。其次，评价内容多样，包括论文、图纸、仿真图片、调试照片和录像等多项内容。

4 结语

PLC 复杂系统的设计是一个较长时间的过程，这也要求培养学生不单纯只是设计一个复杂的控制系统，而是要从设计、仿真、调试和运行等全过程对学生进行培养，使学生能够综合运用相关专业知识解决复杂工程问题，这样才能培养出合格的人才。