第一篇：《集散控制與現(xiàn)場總線》課程教學(xué)改革與實踐

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《集散控制與現(xiàn)場總線》課程教學(xué)改革與實踐

作者：陳懷忠 韓承江

來源：《職業(yè)·中旬》2010年第10期

一、引言

工業(yè)自動化技術(shù)根據(jù)控制對象特性分為過程自動化和制造自動化兩大方向,《集散控制與現(xiàn)場總線》是過程自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。課程涉及到自動控制原理、過程控制技術(shù)、集散控制技術(shù)等課程的學(xué)習(xí),在過程自動化高技能人才培養(yǎng)中占據(jù)較重要的地位。長期以來,在教學(xué)內(nèi)容上側(cè)重講解四大變量的原理和各種經(jīng)典控制算法,以講解為主,同時開展驗證性教學(xué)實驗。課程內(nèi)容陳舊,理論與實踐相互脫節(jié),基本上是“教師講,學(xué)生聽;教師寫,學(xué)生抄;教師考,學(xué)生背”的比較呆板的教學(xué)模式。難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。為了改變這種教學(xué)狀況,本教學(xué)團隊近幾年經(jīng)過不斷摸索實踐,在課程體系構(gòu)建、教學(xué)方法和手段等方面進行全面改革,將理論與實踐緊密聯(lián)系起來,大大調(diào)動了學(xué)生積極性。

二、基于工作工程課程體系構(gòu)建

1.課程體系構(gòu)建

首先對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整,構(gòu)建基于工作工程的課程體系。以過程控制職業(yè)能力的培養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)教育為主線,突出綜合職業(yè)能力的培養(yǎng),從明確崗位群——職業(yè)崗位分析——典型工作任務(wù)——設(shè)計學(xué)習(xí)領(lǐng)域——設(shè)計學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程的順序進行分析?！都⒖刂婆c現(xiàn)場總線》課程體系構(gòu)建流程如圖所示。

《集散控制與現(xiàn)場總線》課程體系構(gòu)建流程圖

具體教學(xué)內(nèi)容包括三個模塊:基礎(chǔ)模塊、應(yīng)用模塊和技能模塊?；A(chǔ)模塊以必需夠用為度,弱化原理講解。技能模塊和應(yīng)用模塊以企業(yè)真實項目為載體,是針對高職高專生產(chǎn)過程自動化技術(shù)專業(yè)和自動化類專業(yè)學(xué)生的系統(tǒng)安裝調(diào)試和操作維護崗位職業(yè)能力所需知識、能力、素質(zhì)要求而設(shè)計。

課程體系構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生從事集散控制系統(tǒng)運行及維護崗位工作的核心職業(yè)能力為主線,使學(xué)生掌握過程控制系統(tǒng)的基本理論知識,并通過集散控制系統(tǒng)實訓(xùn)項目的操作訓(xùn)練,使學(xué)生熟悉集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理,并具有一定生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)的策略組態(tài)、系統(tǒng)運行維護能力、故障處理能力和管理能力;每個項目的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練內(nèi)容是依據(jù)過程控制系統(tǒng)維護員、儀表維修工職業(yè)崗位典型工作任務(wù)所需要的知識、能力、素質(zhì)要求,依據(jù)核心能力、行業(yè)

通用能力和敢為專項能力的要求而設(shè)計的。項目的實施按照實際系統(tǒng)工作過程組織教學(xué)活動,融合了理論知識傳授和職業(yè)崗位技能訓(xùn)練。

2.課程內(nèi)容開發(fā)

整個項目訓(xùn)練內(nèi)容以實際生產(chǎn)過程控制中液位、壓力、溫度、流量四大工業(yè)變量為主要控制參數(shù),以測量與控制儀表、DCS控制系統(tǒng)為主要控制裝置,以任務(wù)為驅(qū)動展開對學(xué)生職業(yè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng),通過模擬真實企業(yè)工業(yè)環(huán)境等多種學(xué)習(xí)情境設(shè)置,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、能動性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識,提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力,培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng),為學(xué)生今后勝任職業(yè)崗位工作,適合職業(yè)變化和可持續(xù)發(fā)展打下一定的基礎(chǔ)。在課程內(nèi)容的選擇與排序中,圍繞工作任務(wù)學(xué)習(xí)的需要,以工作任務(wù)為中心選擇和組織《集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線》課程的核心內(nèi)容,來體現(xiàn)綜合職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。將課程內(nèi)容劃分為互相聯(lián)系的學(xué)習(xí)情景,以項目化教學(xué)來組織課程內(nèi)容,通過對各學(xué)習(xí)情景中學(xué)習(xí)目標、主要內(nèi)容、授課方式、師生要求等各項內(nèi)容的描述,來規(guī)范課程所要求的內(nèi)容。為了實現(xiàn)以上目標,根據(jù)實訓(xùn)裝置需要編寫相應(yīng)一體化教材。

三、教學(xué)方法改革

為了適應(yīng)企業(yè)對應(yīng)用性技能人才的需求,有效實施

“教、學(xué)、做、工、融合”一體化教學(xué)模式的實施,本課程建設(shè)小組突破了傳統(tǒng)教學(xué)方法,探索采取“行為引導(dǎo)型”教學(xué)法,教學(xué)團隊于2008年開始,在《集散控制與現(xiàn)場總線》課程中展開了“行動導(dǎo)向”教學(xué)法實踐研究,至今已有5個教學(xué)班級進行了該教學(xué)方法實踐,收效較好。

1.“行動導(dǎo)向”教學(xué)法在課程中的應(yīng)用

(1)教學(xué)準備階段(課前確定)。教師根據(jù)班級學(xué)生的特點,將班級的學(xué)生進行分組。

(2)下達任務(wù)書(引導(dǎo)文)。教師在投影幕布上投影任務(wù)書(引導(dǎo)文),任務(wù)書(引導(dǎo)文)分教學(xué)目標、教學(xué)任務(wù)、操作步驟三塊內(nèi)容,以任務(wù)四進行“行動導(dǎo)向”教學(xué)法為例,任務(wù)書見表1。

(3)檢查階段。及時了解學(xué)生對任務(wù)的實施情況,對學(xué)生遇到的問題,作好引導(dǎo),過程與答案由學(xué)生自己得出。

(4)項目成果展示階段。根據(jù)分工,各小組推選一名主講員上臺講解任務(wù)的完成情況及演示任務(wù)成果。

(5)學(xué)生互評階段。小組根據(jù)對上臺演講同學(xué)的演講內(nèi)容、演講體態(tài)、演講方法、演講手段、演示效果、表達能力、專業(yè)能力、合作能力等進行綜合評價。

(6)教師評價階段。引導(dǎo)學(xué)生開展深入的自我批評,指出每個小組完成任務(wù)的優(yōu)點與缺點。

(7)成績考核階段。對學(xué)生核心能力的建立上采取個體能力評價與小組合作能力評價、小組成員評價與自我評價、筆試或口試與動手能力測試相結(jié)合,而不是一卷論成敗。

2.“教、學(xué)、做、工融合”教學(xué)模式

集中式“教、學(xué)、做、工融合”一體課程教學(xué)模式是基于職教規(guī)律、課程的特點、高職生的學(xué)習(xí)特點,根據(jù)過程控制系統(tǒng)制造、現(xiàn)場安裝與調(diào)試及在設(shè)備中的維護與維修等崗位的知識與能力需求以典型應(yīng)用案例為主線重構(gòu)課程體系與教學(xué)內(nèi)容將課程學(xué)習(xí)的場地安排在實訓(xùn)室、生產(chǎn)現(xiàn)場,將原來該門課程學(xué)習(xí)分散安排在15周完成變?yōu)榧性?周時間內(nèi)完。成老師邊講解、邊演示,學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊實踐、邊提問,實現(xiàn)知識與技能相融合,學(xué)生在“教、學(xué)、做一體”的教學(xué)環(huán)境下,較快理解并掌握現(xiàn)場總線系統(tǒng)安裝、接線、調(diào)試能力。

3.利用現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段

教師積極學(xué)習(xí)制作教學(xué)課件和動畫,利用多媒體教室,采用多媒體教學(xué)手段,給學(xué)生提供更多的圖片、資料,增大課堂的信息量,尤其是將集散控制設(shè)備中復(fù)雜的機構(gòu)原理,單閉環(huán)電路控制過程等通過課件比較形象的展示出來。課程采用多層次立體化的現(xiàn)代教育技術(shù),課堂教學(xué)全程采用現(xiàn)場教學(xué)、多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué),突出教學(xué)重點,分解教學(xué)難度,形象生動,有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,從而提高教學(xué)效率。

4.現(xiàn)場教學(xué)法

校內(nèi)實訓(xùn)教學(xué)在實訓(xùn)室進行,現(xiàn)場教學(xué)在校外實訓(xùn)基地完成。在教授《集散控制與現(xiàn)場總線》課程中,教師直接將學(xué)生帶到校外實訓(xùn)基地,現(xiàn)場對工廠DCS控制,現(xiàn)場總線設(shè)備的硬件系統(tǒng)運行和軟件調(diào)試有關(guān)問題現(xiàn)場講解,學(xué)生印象較深。

幾年來,對該課程在課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)模式等進行了一系列改革與實踐,著眼于學(xué)生崗位職業(yè)能力和面向未來的遷移能力的培養(yǎng),實現(xiàn)“教、學(xué)、做、工融合”的有機統(tǒng)一。按照職業(yè)崗位和工作任務(wù)設(shè)置課程,對課程內(nèi)容進行取舍、重構(gòu)。學(xué)生能在工廠仿真環(huán)境下接收職業(yè)指導(dǎo),學(xué)生技能水平得到明顯提高。

(作者單位:浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

第二篇：《集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線》課程過程考核題目2013-2014

《集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線》過程考核題目

2013---2014(1)

專業(yè)：2010級自動化1,2班

Project1：

1、組態(tài)王軟件使用分析

2、wincc5.0組態(tài)軟件使用分析

3、力控組態(tài)軟件使用分析

4、其他組態(tài)軟件使用分析

要求：

1、結(jié)合應(yīng)用實例，對組態(tài)軟件進行分析。

2、字數(shù)不少于3000字。

Project2：

1、集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計

2、集散控制系統(tǒng)的控制算法應(yīng)用

3、集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分析

要求：

1、結(jié)合應(yīng)用實例，對集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計、控制算法應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成等進行分析。

2、字數(shù)不少于3000字。

Project3：

1、CAN現(xiàn)場總線的應(yīng)用分析

2、Profibus現(xiàn)場總線的應(yīng)用分析

3、LonWorks現(xiàn)場總線的應(yīng)用分析

4、DeviceNet現(xiàn)場總線的應(yīng)用分析

要求：

1、結(jié)合應(yīng)用實例，對集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計、控制算法應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成等進行分析。

2、字數(shù)不少于3000字。

第三篇：《集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線》課程過程考核題目2013-2014-2

《集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線》過程考核題目

2013---2014(1)

專業(yè)：2010級自動化1,2班

Project1：

1、組態(tài)王軟件使用分析

2、wincc5.0組態(tài)軟件使用分析

3、力控組態(tài)軟件使用分析

4、其他組態(tài)軟件使用分析

要求：

1、結(jié)合應(yīng)用實例，對組態(tài)軟件進行分析。

2、字數(shù)不少于3000字。

Project2：

1、集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計

2、集散控制系統(tǒng)的控制算法應(yīng)用

3、集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分析

要求：

1、結(jié)合應(yīng)用實例，對集散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計、控制算法應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成等進行分析。

2、字數(shù)不少于3000字。

第四篇：集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)期末考試總結(jié)

縮寫詞全稱：

（1）SCC：Supervisory Computer Control 計算機監(jiān)督控制（2）DDC: Direct Digital Control 直接數(shù)字控制（3）DCS：Distributed Control System 集散控制系統(tǒng)

（4）CIMS：Computer Integrated Manufactured System 計算機集成制造系統(tǒng)（5）FCS：Fieldbus Control System 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

（6）CIPS：Computer Integrated Process System 計算機集成過程系統(tǒng)（7）PLC：Programmable Logic Controller 可編程邏輯控制器

關(guān)于DCS: 集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)。是計算機技術(shù)（Computer），通信技術(shù)（Communication），圖形顯示技術(shù)（CRT）,控制技術(shù)（Control）的發(fā)展產(chǎn)物。主要特點：可靠性高，靈活的擴展性，完善的自主控制性，完善的通信網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計思想：危險分散，控制功能分散，操作和管理集中。

DDZ_II DDZ_III:電動單元組合儀表

II特點：

（1）采用0-10mA的直流電流為統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號（信號制式），只有電流輸出。

方便各單元聯(lián)系

（2）將整套儀表分為若干能單獨完成某項功能的典型單元

（3）信號下限從0開始，便于模擬量的加減乘除開方等數(shù)學(xué)運算，并能使用通

用刻度的指示、記錄儀表。

III特點：

（1）采用國際上統(tǒng)一使用的4-20mA的直流電流或者1-5V的直流電壓作為聯(lián)絡(luò)

信號（信號制式），信號電流與電壓轉(zhuǎn)換成電阻250歐姆?，F(xiàn)場與控制室之 間的信號傳輸采用電流傳輸方式，控制室內(nèi)的儀表之間使用電壓傳輸方式。（2）信號下限不是從0開始，使儀表的電氣零點和機械零點得以分開，便于檢驗信號傳輸線是否斷線以及儀表是否斷電，并為現(xiàn)場送變器實現(xiàn)兩線制（既是電源線又是信號線）提供可能性。（3）集中統(tǒng)一供電，采用線性集成電路

SCC結(jié)構(gòu)

計算機定時采集生產(chǎn)過程參數(shù)，按指定的控制算法求出輸出關(guān)系和控制量，并通過一定方式提供現(xiàn)場信息?？梢圆唤?jīng)過人員的參與而直接對生產(chǎn)過程施加影響。閉環(huán)結(jié)構(gòu)

DDC結(jié)構(gòu)

計算機對被控參數(shù)進行檢測，再根據(jù)設(shè)定值和控制算法經(jīng)過運算輸出到執(zhí)行機構(gòu)，是參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。

DCS主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議： OSI：七層

TCP/IP：TCP（傳輸控制協(xié)議）和IP（網(wǎng)際協(xié)議）FF:Fieldbus Foundation現(xiàn)場總線基金會 FCS主流協(xié)議：

CAN: Controller Area Network 一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò) 性能高，可靠性高，傳輸速率高。采用一種稱作廣播式的傳輸工作方式，其特點是廢除了傳統(tǒng)的以節(jié)點地址為中心的編碼方式，而代之以基于數(shù)據(jù)塊的編碼方式 LonWorks：Local Operation Networks 特色是智能節(jié)點，可以脫離上層的管理工具自行完成數(shù)據(jù)采集和處理，并能與其他節(jié)點共享數(shù)據(jù)。節(jié)點內(nèi)部可以編程 ProfiBus： 應(yīng)用最廣泛，包括12M的高速總線DP和用于過程控制的低速總線PA，完美結(jié)合使其在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他總線 FF：

DeviceNet：CAN總線的基礎(chǔ)上建立起來的，開放，低成本，高效率，高可靠性

AI采集溫度信號

現(xiàn)場PLC電源電源rCRRRRrBRTDRTADrRrRr 1-5V轉(zhuǎn)化為4-20mA

這個電路叫郝蘭德電路，是典型的電壓電流轉(zhuǎn)換電路。其特點是負載電阻有一端接地(恒流源通常有這個要求)，而取樣電阻兩端均不接地。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這個要求，關(guān)鍵就是上面一個運放和電阻的匹配。上面一個運放顯然是跟隨器，其輸入阻抗很高，可以看成開路，其輸出阻抗很低，可以看成電壓源，而電位與Rs右端相同。這樣就避免了R2中電流對輸出的影響(R2不從輸出端取用電流)。利用運放的虛短和虛斷可以退出加在RL兩端的電壓是 V*RL*R2/R1/RS,因此流過RL的電流IL為V/RS*R2/R1,與負載無關(guān)。由運放虛短概念可知，V2=V1,V5=V4 V3=V2+(V2/R3)*R4 ―> V3=V2*(1+R4/R3)=V1*(1+R4/R3)V1=R1*(V5-V)/(R1+R2)+ V －> V5=V1*(1+R2/R1)–V*(R2/R1)

= V3

–V*(R2/R1)= V4 采樣電阻RS兩端的電壓為：V4-V3= V*(R2/R1)流過RS的電流為：(V*(R2/R1))/RS，其大小與負載電阻RL無關(guān)，受輸入電壓V

控制。電流源

4-20mA轉(zhuǎn)化為0-5V

看門狗電路原理

看門狗芯片和單片機的一個I/O引腳相連,該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平),這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段不進入死循環(huán)狀態(tài)時,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個時候,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號,便在它和單片機復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號,使單片機發(fā)生復(fù)位,即程序從程序存儲器的起始位臵開始執(zhí)行,這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復(fù)位.RTOS 當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或度對處理系統(tǒng)做出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行。特點：

? 實時：每個可執(zhí)行的任務(wù)都能及時響應(yīng)，都可享用“時間片”。? 多任務(wù)：多個程序并行執(zhí)行。

? 響應(yīng)異步實體：能夠接受來自外部的中斷

? 能夠保證任務(wù)切換時間：必須有定時系統(tǒng)和實時時鐘

? 必須有盡快的中斷響應(yīng)時間：即對最高優(yōu)先級中斷的快速響應(yīng) ? 可以實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度功能：循環(huán)、優(yōu)先級 ? 必須可以實現(xiàn)同步和互斥功能：資源共享

CSMA/CD 優(yōu)點：原理比較簡單，技術(shù)上易實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等狀態(tài)，不需要集中控制，不提供優(yōu)先級控制

缺點：網(wǎng)絡(luò)負載增大時，發(fā)送時間增加，發(fā)送效率急劇下降。

原理：發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑。如果空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。如果忙碌，則等待一段時間至信道中的信息傳輸結(jié)束后再發(fā)送數(shù)據(jù)。若在上一段信息發(fā)送結(jié)束后有兩個或以上的節(jié)點都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。沖突的話就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段時間后再重新嘗試。先聽先發(fā)，邊發(fā)變聽，沖突停發(fā)，隨機延遲后重發(fā)。Token Bus/Token Ring 令牌總線（Token Bus）是一種在總線拓撲結(jié)構(gòu)中利用令牌（Token）作為控制節(jié)點訪問公共傳輸介質(zhì)的控制方法。在令牌總線網(wǎng)絡(luò)中，任何一個節(jié)點只有在拿到令牌后才能在共享總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。若節(jié)點不需發(fā)送數(shù)據(jù)，則將令牌交給下一個節(jié)點。

CSMA/CD與Token Bus都是針對總線拓撲的局域網(wǎng)設(shè)計的，而Token Ring 是針對環(huán)型拓撲的局域網(wǎng)設(shè)計的。如果從介質(zhì)訪問控制方法的角度看，CSMA/CD屬于隨機型介質(zhì)訪問控制方法，而Token Bus 和Token Ring屬于確定型介質(zhì)訪問控制方法。Token Bus適用于實時性要求較高的場合。OSI的七層：

? 物理層:數(shù)據(jù)單位為比特。為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路 ? 數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)單位為幀。為網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)

? 網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)單位為數(shù)據(jù)包。選擇合適的網(wǎng)間路由和交換節(jié)點，確保數(shù)據(jù)及時傳送。主要設(shè)備是路由器 ? 傳輸層：數(shù)據(jù)單位為數(shù)據(jù)段。

? 會話層：以后單位均為報文。不參與具體的傳輸，提供包括訪問驗證和會話管理在內(nèi)的建立和維護應(yīng)用之間通信的機制。如用戶登錄驗證。

? 表示層：主要解決用戶信息的語法表示問題。將某一用戶使用的抽象語法轉(zhuǎn)化為OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法。如數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮，加密和解密。? 應(yīng)用層：為操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序提供訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的接口。TCP/IP：

? 網(wǎng)絡(luò)接口層：定義物理介質(zhì)的各種特性。

? 網(wǎng)絡(luò)層：負責(zé)相鄰計算機之間的通信。Ip協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心

? 傳輸層：提供應(yīng)用程序之間的通信；格式化信息流，提供可靠傳輸。接收端必須發(fā)回確認，并且假如分組丟失，必須重新發(fā)送 ? 應(yīng)用層：提供常用的應(yīng)用程序

PID：

U(t)?Kc[e(t)?1Ti?t0e(t)dt?Tdde(t)]dt

?U(k)?U(k)?U(k?1)?Kc{[e(k)?e(k?1)]?TTe(k)?d[e(k)?2e(k?1)?e(k?2)]}TiT

PID整定方法：

（1）臨界比例度法/閉環(huán)震蕩法

通過試驗得到臨界比例度PB和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗公式求出控制器各參考值。被控系統(tǒng)穩(wěn)定后，首先將積分時間放大最大，微分時間放到0，相當(dāng)于只使用比例作用。然后觀察其階躍響應(yīng)，從大到小逐步把控制器的比例度減小，看測量值震蕩的變化情況，當(dāng)產(chǎn)生恒定幅度和周期的震蕩波形時，記下PB，Tk。然后根據(jù)經(jīng)驗公式求得PID參數(shù)。

特點：不需要求得控制對象的特性，而可以直接在閉合的系統(tǒng)中進行整定，適用于一般的系統(tǒng)。對于臨界比例度比較小的系統(tǒng)不適用，而且有的系統(tǒng)是不容許震蕩的。

（2）衰減曲線法

跟1差不多，只是不是等幅振蕩，而是衰減4:1或者10:1的時候記下衰減比例度Ps和衰減周期Ts，然后根據(jù)經(jīng)驗公式求得

特點：簡單實用，適用于一般的控制系統(tǒng)。但是對于干擾頻繁，記錄曲線不規(guī)則，不斷有小擺動時，難以獲取有效參數(shù)，不適合用。（3）經(jīng)驗湊試法

選取一個合適的P，Ti作為起始值；改變參數(shù)觀察曲線變化形狀，不斷改變參數(shù)滿足需求。然后在此基礎(chǔ)上加入微分作用，選取微分參數(shù)后試著減小P，Ti湊試，得到最佳結(jié)果為止。Pid各參數(shù)的作用：

Kp越大，被控曲線越平穩(wěn)。但是會產(chǎn)生余差，需要引入積分作用。Ti：消除余差

Td：超前控制，在偏差大之前調(diào)整

IEC標準編程語言： 1 梯形圖：適合于邏輯控制 功能塊圖：合適于典型固定復(fù)雜算法控制如PID調(diào)節(jié) 3 順序功能圖：適合于多進程時序混合型復(fù)雜控制 4 指令表：適合于簡單文本自編專用程序 結(jié)構(gòu)化文本：適合于復(fù)雜自編專用程序，如特殊的模型算法 未來組態(tài)的發(fā)展：

組態(tài)就是利用工控軟件中提供的工具和方法來完成工程中某一具體任務(wù)的過程，這個軟件就叫做組態(tài)軟件。

組態(tài)軟件作為一種工業(yè)信息化的管理工具，其發(fā)展方向必然是不斷降低工程開發(fā)工作量，提高工作效率。易用性是提高效率永恒的主題，但是提高易用性對于提高開發(fā)效率是有限的，亞控科技則率先提出通過復(fù)用來提高效率，創(chuàng)造性地開發(fā)出模型技術(shù)，并將這一技術(shù)集成到KingView7.0中。這一技術(shù)能將客戶的工程開發(fā)周期縮短到原來的30%或更低，將組態(tài)軟件為客戶創(chuàng)造價值的能力提高到了一個新的境界，代表了組態(tài)軟件的未來。

組態(tài)軟件的發(fā)展必將沿著更好的人機交互、更加逼真的畫面、能滿足客戶個性化需求、具備行業(yè)特征和區(qū)域特征、具有很好的開放性、信息唾手可得和更高的可靠性以及大型SCADA的方向發(fā)展。

FCS：

減少接線和安裝的原因：由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)備前端的智能設(shè)備能執(zhí)行多種功能，可以減少變送器的數(shù)量，也不需要信號的調(diào)理轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等，節(jié)省了一大筆硬件投資。

現(xiàn)場總線的接線非常簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？梢話旖佣鄠€設(shè)備，所以電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時，無需增加新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，這樣可以節(jié)省大量的電纜。特點：

?適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，?要求實時性強，可靠性高，安全性好。?多為短幀傳送，?通信的傳輸速率相對較低。

結(jié)構(gòu)：全分布、網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)。企業(yè)的底層網(wǎng)絡(luò)

FCS區(qū)別于DCS的特點

? 系統(tǒng)的開放性、互用性 ? 擺脫了傳統(tǒng)常規(guī)模擬儀表的束縛 ? 在各個層次上都采用了數(shù)字通信技術(shù) ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散

? 數(shù)字儀表在生產(chǎn)現(xiàn)場構(gòu)成虛擬控制站(Virtual control station)

CAN總線： 特點：

? CAN不采用節(jié)點地址編碼，而是對報文編碼，節(jié)點通過報文濾波決定是否與其有關(guān)，即接受或發(fā)送相應(yīng)的報文。

? CAN采用多主工作方式，節(jié)點不分主從。

? CAN總線節(jié)點報文分成不同的優(yōu)先級，滿足不同的實時需求。? CAN總線采用總線仲裁技術(shù)，保證優(yōu)先級高的節(jié)點實時傳輸報文。

工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別：

商用以太網(wǎng)具有價格低、通信速率和帶寬高、兼容性好、軟件資源豐富、廣泛的技術(shù)支持基礎(chǔ)和強大的發(fā)展?jié)摿Φ葍?yōu)點。但是以太網(wǎng)采用了載波偵聽多路訪問/碰撞（沖突）檢測（CSMA/CD）的傳輸規(guī)范，這無法滿足工業(yè)控制中的實時性、確定性、可重復(fù)性等方面的要求；此外，現(xiàn)有的高層協(xié)議也無法滿足工業(yè)控制要求。工業(yè)以太網(wǎng)需要應(yīng)對更為惡劣的環(huán)境需求。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

? 可滿足控制系統(tǒng)各個層次的要求，利于管控一體化。? 設(shè)備成本下降。

? 用戶擁有成本下降。（維護）? 易與Internet集成。? 廣泛的開發(fā)技術(shù)支持。? 大量的現(xiàn)有軟件資源。以太網(wǎng)的優(yōu)勢：

工業(yè)以太網(wǎng)面臨的問題

? 通信實時性

? 環(huán)境適應(yīng)性與可靠性（結(jié)構(gòu)、連接器）? 總線供電（5類線中的空閑線，10-36V）? 本質(zhì)安全（防爆安全柵）

本質(zhì)安全是指通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。具體包括失誤—安全（誤操作不會導(dǎo)致事故發(fā)生或自動阻止誤操作）、故障—安全功能（設(shè)備、工藝發(fā)生故障時還能暫時正常工作或自動轉(zhuǎn)變安全狀態(tài)）。

本質(zhì)安全防爆方法是利用安全柵技術(shù)將提供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在既不能產(chǎn)生足以引爆的火花，又不能產(chǎn)生足以引爆的儀表表面溫升的安全范圍內(nèi)，從而消除引爆源的防爆方法。

現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢： ?1.注重系統(tǒng)的開放性

?2.注重應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備間的互操作性 ?3.注重控制網(wǎng)絡(luò)與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合 ?4.注重使測控設(shè)備具備網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能 ?5.以太網(wǎng)已直接進入控制網(wǎng)絡(luò)

?6.多種通信方式下的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)集成，管控一體化目標下的數(shù)據(jù)綜合利用

PLC 優(yōu)點：

1.編程方法簡單易學(xué) 2.功能強，性能價格比高

3.硬件配套齊全．用戶使用方便。適應(yīng)性強 4.可靠性高?？垢蓴_能力強

5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少

6.維修工作量小，維修方便 7.體積小，能耗低

區(qū)別：

第五篇：PLC課程教學(xué)改革與實踐

摘 要： 作者根據(jù)職中生的能力特點，認為plc教學(xué)適宜采用“以案例為主線的教，以任務(wù)為驅(qū)動的學(xué)”的教學(xué)模式，并介紹了其在教學(xué)過程中具體的實施過程和方法，以及一些教學(xué)體會。

關(guān)鍵詞： plc 案例 任務(wù) 教學(xué)改革

“興趣是最好的老師”，也是教學(xué)的前提和歸宿。如何激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是目前中職教育者普遍探索的熱點問題。多年來，我根據(jù)plc（可編程控制器）課程的特點，以及教材的局限性，在plc的教學(xué)實踐中進行了“以案例為主線的教，以任務(wù)為驅(qū)動的學(xué)”的教學(xué)模式的有益探索。這種教學(xué)模式涉及兩個重要的因素，即案例與任務(wù)。前者側(cè)重于教，指教師在教的過程中以案例為基礎(chǔ)，以案例為藍本；后者則側(cè)重于學(xué)，指學(xué)生在學(xué)的過程中以任務(wù)為驅(qū)動，以解決問題為目標，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)。采用這種教學(xué)模式進行教學(xué)，教師如何選取并運用好案例，如何設(shè)計任務(wù)，如何指導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和情緒，從而直接影響到教學(xué)的效果。

一、以案例為主線的教

plc的案例教學(xué)，就是教師根據(jù)教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容的需要，通過典型而實用的教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生參與分析、討論、表達等活動，讓學(xué)生在具體的問題情境中，積極思考，主動探索，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的一種教學(xué)方法。

由于案例教學(xué)的整個教學(xué)過程是以案例為主線，圍繞著案例來開展整個課堂教學(xué)活動，因而案例設(shè)計與選擇的質(zhì)量，將直接影響到教學(xué)的效果。案例應(yīng)是課程某一單元或環(huán)節(jié)的知識的概括，是引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機與學(xué)習(xí)興趣的重要手段。因此，教學(xué)案例的選取和設(shè)計應(yīng)覆蓋課程的基本知識點，抓住某階段學(xué)習(xí)知識體系中重點和難點，精心選取有實用性和代表性的案例。例如，我在介紹plc梯形圖編程方法時，選取了“plc控制電動機正、反轉(zhuǎn)程序設(shè)計”的案例。這個案例簡單、實用、典型，通過案例重點介紹了基本指令ld、ldi、and、ani、or、ori、out、end等的功能與用法，梯形圖的繪制方法，難點是梯形圖程序與指令表程序之間的轉(zhuǎn)換。透過分析案例，學(xué)生比較容易掌握這部分內(nèi)容。

另外，案例的運用是增強教學(xué)效果的保障。首先，要制訂周密的計劃?！胺彩骂A(yù)則立，不預(yù)則廢”，相對傳統(tǒng)教學(xué)，案例教學(xué)是一種動態(tài)開放式的教學(xué)模式，雖然學(xué)生是主角，但不等于教師可以置身事外，無所作為。相反，為了保證案例教學(xué)效果，教師要事先花更多的精力做好各項準備工作，制訂一個詳細周密的案例教學(xué)計劃，其內(nèi)容包括根據(jù)本課程教學(xué)目標計劃安排案例的個數(shù)，根據(jù)本學(xué)期教學(xué)進度安排各個案例實施的時間。在此基礎(chǔ)上，給每個教學(xué)案例制訂一個具體的實施計劃，內(nèi)容包括：案例類型、案例討論的具體步驟，以及可能出現(xiàn)的問題與對策、相關(guān)設(shè)備的配備，等等。其次，教學(xué)中對所應(yīng)用的案例不妨先演示，通過演示講解，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標，激發(fā)求知欲望。

在職業(yè)中學(xué)，plc的教學(xué)側(cè)重于實際的基礎(chǔ)性編程設(shè)計，如果在教學(xué)中以傳統(tǒng)的線性順序進行，每一個問題先分析清楚再進行下一個問題，這對plc程序設(shè)計課程來說是非常困難的。一方面，一個個獨立的概念、指令很枯燥。另一方面，plc指令的數(shù)量也非常大。但是如果我們把這些概念、指令融合到實際案例中，在分析案例的功能、實現(xiàn)方法等的過程中講述相關(guān)的概念、指令，那么學(xué)生首先接觸到的不是一個具體的指令知識，而是一個實用、典型的案例。在教學(xué)內(nèi)容變得實例化后，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣會有很大的提高。

二、以任務(wù)為驅(qū)動的學(xué)

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法。所謂“任務(wù)驅(qū)動”，就是讓學(xué)生在一個典型的plc程序設(shè)計“任務(wù)”的驅(qū)動下，展開教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生由簡到繁、由易到難，循序漸進地完成一系列“任務(wù)”，從而構(gòu)建真正屬于自己的知識和技能。其中的任務(wù)，既蘊涵了學(xué)生應(yīng)該掌握的知識與技能，又蘊涵了學(xué)生應(yīng)該獲得的能力訓(xùn)練。在完成“任務(wù)”的過程中，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

運用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法于plc教學(xué)，在形式上是：明確并提出任務(wù)→師生共同分析完成任務(wù)的方法和步驟→學(xué)生自學(xué)或協(xié)作完成任務(wù)→教師適時指導(dǎo)→交流及講評。

用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式進行教學(xué)，教師的教和學(xué)生的學(xué)都是圍繞如何完成一個具體的任務(wù)進行的。首先教師明確教學(xué)任務(wù)即“任務(wù)”設(shè)計，在“任務(wù)”設(shè)計時要注意實用性、適宜性、漸進性等原則，要求把學(xué)生應(yīng)掌握的知識、技能和能力的提高融入任務(wù)中。這就需要教師認真地分析教材，認真研究教學(xué)大綱，確定教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點、教學(xué)難點，更要考慮學(xué)生的心理特征和興趣所在。然后提出一個需要完成的具體任務(wù)，與學(xué)生共同分析解決該問題所需的知識、方法和步驟，由學(xué)生來完成任務(wù)，可以獨立完成，也可以合作完成，目的是通過完成任務(wù)，掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)會學(xué)習(xí)，培養(yǎng)綜合能力。在這個過程中，教師參與探索和指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容，適時在班級交流，發(fā)現(xiàn)新思路，推廣新思路，鼓勵創(chuàng)新。教師進行比較、評講、歸納，學(xué)生從中得出結(jié)論，引導(dǎo)交流，共同進步。

例如：在學(xué)習(xí)步進順序圖應(yīng)用于plc程序設(shè)計教學(xué)時，在教學(xué)前先提出一個任務(wù)：“請你設(shè)計一個控制十字路口交通燈的程序。”圍繞這個任務(wù)，討論分析需要解決的問題，程序需要提供的功能，需要通過哪些途徑來實現(xiàn)。

考慮學(xué)生知識接受能力的差異，從學(xué)生實際出發(fā)，對任務(wù)進行切分，從母任務(wù)中分解出一個子任務(wù)，即要求學(xué)生先完成控制十字路口東西或南北單方向交通燈程序的設(shè)計，然后進行十字路口兩個方向的合成設(shè)計，從而引導(dǎo)學(xué)生由簡單到復(fù)雜，循序漸進地完成整個設(shè)計任務(wù)，更好地激發(fā)并維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

要完成整個設(shè)計任務(wù)，必須正確了解十字路口交通燈的控制功能，否則無從入手。這時教師不要急于講解，而應(yīng)先讓學(xué)生討論，分析任務(wù)，提出問題。比如，學(xué)生閱讀一段描述交通燈控制功能的文字說明后，普遍提出很難理解，這時教師應(yīng)及時作適當(dāng)?shù)膯l(fā)和引導(dǎo)：是否可以采用流程圖或波形圖來描述其控制流程？幫助學(xué)生通過更直觀方法去解讀其中的內(nèi)容，為后續(xù)設(shè)計奠定基礎(chǔ)，同時也給學(xué)生指明一種處理類似任務(wù)的方法和思路。

學(xué)生接受設(shè)計任務(wù)后，通過查閱有關(guān)資料，或者參照老師講過的案例，獨立或合作完成任務(wù)。在這個過程中，教師要適時指導(dǎo)，或參與一些學(xué)生的討論或探討。在完成設(shè)計的過程中，不同層次的學(xué)生會提出不同層次的問題，教師應(yīng)隨時隨地解答學(xué)生提出的問題，個別問題個別回答，帶有普遍性的問題在全班回答或講解。

在大約一半的同學(xué)完成任務(wù)的時候，教師要召集學(xué)生進行任務(wù)講評，具體做法是：教師將學(xué)生完成的程序瀏覽一遍，挑選出幾位編程技巧較高而思路各異的學(xué)生的作品，讓他們在課堂上展示自己的程序，談?wù)劯髯缘脑O(shè)計思路、編程技巧等，然后教師進行比較點評，指出各自的優(yōu)缺點，引導(dǎo)其他學(xué)生吸取他人的長處，補己之短?！秾W(xué)記》中有句名言：“獨學(xué)而無友，則孤陋而寡聞?！币部梢越璐伺囵B(yǎng)學(xué)生相互切磋技藝，合作學(xué)習(xí)的團隊精神。

教與學(xué)是相輔相成、不可分割的。案例是學(xué)生從中獲取知識的載體，任務(wù)是學(xué)生鞏固知識、掌握技能的手段。二者相互聯(lián)系、相互配合。這種相互作用的雙邊活動構(gòu)成了整個教學(xué)過程。

在實踐性較強的plc教學(xué)過程中，采用“以案例為主線的教，以任務(wù)為驅(qū)動的學(xué)”的教學(xué)模式，始終把學(xué)生作為教學(xué)的主體，以案例為主線，以任務(wù)為驅(qū)動，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)案例，上機操作，把書上死的理論變成活的應(yīng)用，這種教學(xué)模式較好地解決了教與學(xué)的矛盾。