Lon Works现场总线技术实验室建设及实践教学探索

第一篇：Lon Works现场总线技术实验室建设及实践教学探索

Lon Works现场总线技术实验室建设及实践教学探索

陈一民，魏东，陈志新，孙丽峰

(1北京建筑工程学院电气与信息工程学院，北京100044;2美国Echelon公司北京代表处，北京100027)

摘要:总结了LonWorks现场总线技术实验室的建设背景和发展，论述了实验室建设中的考虑因素，介绍了实验室现状，同时对LonWorks现场总线技术课程实践内容设置和教学方面进行探讨，并展望了实验室的发展。

关键词:现场总线技术实验室;LonWorks技术;教学实践;楼宇自控;计算机控制系统 中图分类号:G482 文献标识码:A 文章编号:1006一7167(2007)03一0061一03

Research on the Construction of Laboratory of LonWorks Fieldbus Technology

and the Practical Teaching CHEN Yi-min，WEI Dong，CHEN Zhi-xin，SUN Li-feng(1.School of Electrical and Information Eng.，Beijing Inst.of Civil Eng.and Architecture，Beijing 100044，China;2.Representative Office, Echelon Corporation, Beijing 100027，China)

Abstract: This article summarized the establishment background and development of the laboratory of LonWorks fieldbus technology, stated the factors of consideration in the process of lab building, introduced the current structure of the lab.It made an exploration on the contents and teaching method during the teaching practice and also viewed the prospect of the lab.Key words: laboratory of fieldbus technology;LonWorks technology;teaching practice;building automation;computer control system CLC number：G482

Document code: A

Article ID: 1006一7167(2007)03一(0061一03 1 引言

计算机控制系统课程是高校电气信息类专业学生必修的专业课程。课程使学生在所学专业课程的基础上，学习依靠计算机(单片机)、传感器、网络通信等设备和装置进行控制的方法，包括控制系统的原理、组成、设计方法与操作方法。

计算机控制系统课程中对现场总线技术的介绍部分，则将理论知识和实际工程应用进行密切结合。各个高校依据自己的专业特色和培养方向，在计算机控制系统实践教学中会着重介绍在本领域较为流行的现场总线技术应用。

我校是以培养建筑人才为主的院校，因此我校的计算机控制系统课程实践教学即突出了计算机控制系统在智能建筑领域的应用，并以国内外楼宇自动化领域较为广泛应用的现场总线技术— Lon works现场总线技术作为实践教学的主要内容。

为此，我校专门建立了Lon works现场总线技术实验室，并通过多年的建设和实践教学，探索得到一些经验。LonWorks 技术及其在智能建筑领域的应用

LON网(Local Operating Network局部操作网)是由美国Echelon公司在1991年推出的局部操作网络控制系统，该技术可以为集散式监控系统提供很强的实现手段。与当前已有的几种现场总线技术相比，LON网有其特有的突出优点:统一性、开放性以及互操作性。

Lon works 技术具有完整的开发控制网络系统平台，包括所有设计、配置安装和维护控制网络所需的硬件和软件。Lon works网络的基本单元是节点，一个网络节点包括神经元芯片(Neuron Chip)、电源、收发器和有监控设备接口的I/O电路。神经元芯片提供有完整的系统资源，内部集成有3个CPU，其中一个用于执行用户编写的应用程序，另外两个完成网络任务。Neuron芯片有11个I/O引脚，可通过编程提供34种不同的I/O对象接口。芯片还带有通信端口，可通过收发器与网络上的其他节点通信。

经过十余年的发展，LonWorks现场总线技术在工业控制、交通运输、电力输送、建筑智能化领域都得到了广泛应用。目前全球已有超过四千万个基于LonWorks控制技术的设备在运行。

在建筑领域，LonWorks技术广泛应用于楼宇自动化各个子系统——安全防范、照明、电梯、供热及通风空调等系统的监测和控制。这样，不同厂家的不同种设备可以通过同一个通用的控制网络连接起来进行环境监测、设备监视、末端控制和数据集中处理，方便快捷地进行各个设备与系统的集成，大大降低系统的购置、运行、维护与扩展的费用。

无疑，更快地学习到LonWorks现场总线技术的基本理论，了解其在楼宇自控领域的最新发展和应用，掌握并且熟练使用这门技术，将会使学生在今后能更快适应所从事的工作。LonWorks现场总线技术实验室建设

3.1 建设背景

学院自1999年建成了楼宇自控 LonWorks现场总线技术实验室。以美国Echelon公司的Lon Builder开发系统作为实验平台。面向本科学生开设实验和课程设计教学。所开设的实验项目主要是LonWorks网络底层设备(控制节点)的开发;简单组网实验。同时，以建筑物自动化系统作为研究对象开设了相应的课程设计。

随着计算机控制技术、LonWorks现场总线技术和通讯技术的飞速发展，原有的Lon Builder开发系统软硬件已显得过时。并且由于扩招的压力，一套开发系统已不能满足教学需要。因此，学院又于2005年开始对Lon Works现场总线技术实验室进行了二期建设。3.2 考虑因素及特色

此次实验室建设中，考虑了以下三方面内容。

(1)在实验室的软硬件更新上积极与企业进行合作。学院参加了美国Echelon公司的EIP项目(Educational Institute Project，大学教育项目)，从而以较优惠的价格购进了一批最先进的LonWorks网络开发系统软硬件，并成为Echelon公司全球350家EIP成员单位之一。这样的校企合作不仅使得学校能够获得实际工程中应用的最先进的设备，也使后续实验室建设、设备技术支持上有所保证。同时，企业也能通过学校推广其技术，培养应用型人才。

(2)充分利用学院已有的教学资源。学院于2005年建成了初具规模的建筑智能化实验研究中心。中心拥有楼宇自控系统、建筑物火灾报警消防系统、电梯控制系统、建筑物供配电系统、变风量(VAV)空调系统、保安监控系统等楼宇自动化子系统，能够提供大量真实生动的控制对象。这些子系统可以与LonWorks现场总线技术进行充分结合，为学生进行智能建筑自动化、计算机控制系统等课程的实践学习和搭建实验平台提供方便。

(3)实验设备的改造与利用。由于LonWorks现场总线技术是通用和开放的控制技术，仅仅对控制技术和方法进行介绍而没有控制背景和控制对象，将使得实践教学变得干涩无味，学生也不易将所学的知识和技术应用。为此，改造了自动控制原理和PLC的实验设备，将这些设备的控制对象与LonWorks设备结合。同时，也开发出LonWorks控制节点。这样让学生在有控制背景和控制对象的基础上学习控制技术与控制方法，使他们对计算机控制系统课程和LonWorks现场总线技术有更快更深的理解，并将所学知识应用到实际中去。3.3 设备构成

实验室设备构成分为LonWorks网络系统开发工具部分和控制对象部分。

Lon Works网络系统开发工具以 NodeBuilder开发工具为基础。NodeBuilder开发工具是一套用于开发Neuron芯片和智能收发器应用程序的软、硬件开发平台。它包括在Windows下运行的全套设备开发软件和用于测试、仿真的硬件平台。其中的LTM-10A平台提供了应用程序的简单仿真环境，支持原始的应用程序开发和测试。此外还配有Gizmo4 I/O调试板。它可以与LTM-l0A开发平台连接，或是直接插人嵌人式控制模块，从而开发原型设备或I/O电路，也可开发用于检测，运行NodeBuilder范例程序的特别功能设备。同时，Gizmo4上也包含了一个原型区域，可供安装自己开发的硬件原型设备，或是在调试板上扩展硬件。用于与计算机相连的U10网络接口设备是一个低成本的、高性能的LonWorks网络接口。

NodeBuilder开发工具教学版包括 LonMaker 3.1 集成工具(标准版)软件，NodeBuilder软件等。

LonMaker集成工具(3.1版本)是一个软件包，它可以用于设计、安装、操作和维护多厂商的、开放的、可互操作的LonWorks网络。它以Echelon公司的LNS网络操作系统为基础，把强大的客户一服务器体系结构和很容易使用的Microsoft Visio用户接口综合起来。这使得LonMaker成为一个完善的，并足以用于设计和启动一个分布式的控制网络的工具。同时它又足以作为一个操作和维护工具。

NodeBuilder软件从属于NodeBuilder开发平台的一部分，由LonMaker工具进行装载。并且提供了编码向导，使设备开发变得简便。在NodeBuilder软件下可以进行Neuron C语言的编写、编译。并且可以将程序的应用映像下载到LTM-l0A开发平台或其他顾客节点，完成程序调试等功能。

此外以Echelon公司的 i.LON 600 LonWorks/IP服务器和i.Lon 100英特网服务器作为底层组网构架设备。i.LON 600 LonWorks/IP服务器是一个遵从 EIA852协议的LonTalk到IP的路由器，它为日常设备的存取访问能够提供一个可靠的、安全的Internet通道，可将Internet或者任何基于10/100 Base-T的LAN或者WAN作为本地或者远程传递LonWorks控制信息的通道。i.LON 100 Internet服务器是一个低成本、高性能的网络接口，同时还是一个能够连接LonWorks设备、M-Bus设备和传统设备，并将它们连接到IP网络或者因特网的网络设备。i.LON 100 e2的特点是内置了一个Web服务器，因此可以通过Web的方式访问i.LON 100 e2内置的时序调度、报警处理和数据记录应用程序维护的所有数据点。

控制对象部分主要有:用旧的PLC实验箱改造而成I/O接口实验箱，实验箱上有仿真的电梯滑块、混料灌，选料盘等模型，可以供学生在进行简单LonWorks节点应用程序开发时作为演示模型使用。此外，还有用自控原理实验装置—电机转速控制模型，单容水箱控制模型和温度控制箱组成的控制对象。这些控制模型可以供学生课程设计、毕业设计等实践环节作为较复杂的LonWorks控制网络对象，同时也可以用于进行简单的数字控制算法研究。实验教学情况

4.1 实验实践教学环节设置

实验室建设是为了更好地为教学、科研服务。目前LonWorks现场总线技术实验室面向学院自动化专业、电气工程与自动化专业本科高年级学生开设实验、课程设计教学环节。

在实验环节中主要开设了NodeBuilder开发系统软件使用、单节点开发基础实验、单节点设计及I/O调试板使用综合性实验、网络配置基础实验、网络配置综合性实验、数字控制PID算法研究实验等。

课程设计环节以建筑物自动化系统为设计背景，进行基于LonWorks现场总线技术的电梯子系统、空调子系统、给排水子系统和安防子系统的节点控制、监视和组网设计。学生将用3周时间完成节点控制程序、底层监控网络建构、系统调试运行等方面的设计和调试工作。这样，学生不仅巩固掌握了基本的计算机控制、现场总线技术方面知识，学会了底层控制技术应用，同时，也初步加深了建筑物内自控系统集成和智能建筑方面的知识。4.2 其他教学实践和科研活动

实验室不仅完成本科教学大纲所规定的实验、实践教学，同时也为学生毕业设计和科技活动提供了场所。学生可以利用实验室对LonWorks现场总线及其在楼宇自控方面的应用进行深人学习。

同时，也认识到建筑自动化及智能建筑对建筑领域所带来的深刻影响，所以应使与建筑设备有关的非电气信息类—如暖通空调、建筑设备与环境工程、机电工程等专业学生—对楼宇自控系统构建与控制方法和技术有所了解。因此，LonWorks现场总线实验室也将对这些专业的学生开设一些初步的理论与实践认识课程，以使他们在未来工作中有更好的专业结合能力。

此外，LonWorks网络技术实验室还承担部分教师的科研工作，这将使实验室资源得到最大的利用。实验室展望

LonWorks网络技术实验室经过近七年的发展目前已初具特色，圆满地完成了本科学生的实验实践教学工作。然而，一个好的专业课程实验室决不能仅仅停留在目前现有的技术水平和教学层次上，特别是像计算机控制与现场总线技术这样飞速发展的技术，新的设计理念、技术和设备迅速涌现。不紧紧跟上技术的发展与实际应用就不能适应当前培养人才的需要。

为此，将继续积极与企业合作，同时注重此项技术与实际工程应用的紧密结合，发展建设一流的专业技术实验室，并将不断改革教学内容，探索新的教学方法，培养出城市建设“用得上、干得好、留得住”的高级专门人才。

参考文献(References)[1]魏东，陈一民.计算机控制系统课程设计教学环节研究[J].实验室研究与探索，2005(增刊):219-223.[2]陈志新，李惠升，周渡海，等.自动化专业特色实验室的建设[J].实验室研究与探索，2005(增刊):278-279.[3]Echelon Corporation.i.LON 100 e2 Quick-Start Guide [Z].2004.[4]Echelon Corporation.i.LON 600 Quick-Start Guide [Z].2004.[5]Echelon Corporation.NodeBuilder3.1/FT Development Tool Classroom Edition [Z].2004.[6]杨育红.LON网络控制技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，1999.[7]王松青.LonWorks与BACnet现场总线技术及其在楼宇自动化系统中的应用[J].低压电器，2004(9):35-39.

第二篇：现场总线技术实验报告

实 验 报 告

课程名称

《现场总线技术》

题目名称

现场实验报告

学生学院

信息工程学院

专业班级

学生学号

学生姓名

指导教师

2015 年 1 月 1 日

实验一

0 STEP7 V5.0 编程基础及 S7--C 300PLC 组态

一、实验目的

通过老师讲解 STEP7 软件和硬件组态的基础知识，使同学们掌握使用 STEP7 的步骤和硬件组态等内容，为后续实验打下基础。

二、实验 内容 1、组合硬件和软件 STEP7 V5.0 是专用于 SIMATIC S7-300/400 PLC 站的组态创建及设计 PLC 控制程序的标准软件。按照以下步骤：

（1）运行 STEP7 V5.0 的软件，在该软件下建立自已的文件。

（2）对SIMATIC S7-300PLC站组态、保存和编译，下载到 S7-300PLC。

（3）使用 STEP7 V5.0 软件中的梯形逻辑、功能块图或语句表进行编程，还可应用 STEP7 V5.0 对程序进行调试和实时监视。

2、使用 STEP7 V5.0 的步骤

设计自动化任务解决方案 生成一个项目 下载到 CPU 进行调试诊断 硬件组态 程序生成 程序生成 硬件组态

图 1-1 STEP7 的基本步骤

3、启动 SIMATIC 管理器并创建一个项目（1）新建项目 首先在电脑中必须建立自己的文件：File → New →写上 Name（2）通信接口设置 为保证能正常地进行数据通信，需对通信接口进行设置，方法有 2 种：

1）所有程序

SIMATIC

STEP 7

设置 PG/PC 接口

PC Adapter(Auto)

属性

本地连接

USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）； 2）SIMATIC 管理器界面

选项

PC Adapter(Auto)

属性

本地连接

USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）。

（3）硬件组态 在自己的文件下，对 S7-300PLC 进行组态，一般设备都需有其组态文件，西门子常用设备的组态文件存在 STEP7 V5.0 中，其步骤如下; 插入 →站点 →

SIMATIC 300 站点 ；  选定 SIMATIC 300（1）的Hardwork（硬件）右边 Profi

→

标准 → SIMATIC 300 将轨道、电源、CPU、I/O 模块组态到硬件中：

轨道：RACK-300 →

Rail；，插入电源：选中（0）UR 中 1 1, 插入电源模块 PS-300 →

PS307 5A；

插入 CPU：选中（0）UR 中 2 2，插入 CPU 模块 CPU-300→CPU315-2DP→配置 CPU 的型号（CPU 模块的最下方）；  插入输入/输出模块 DI/DO：

1)选中（0）UR 中 4，插入输入/输出模块 SM-300

→ DI/DO→ 配置

输入/输出模块的型号（CPU 模块的最上方）； 2)S7-300 PLC 中有些 CPU 自带输入/输出模块，此时不需进行 DI/DO组态。

（4）S7-300PLC CPU 的开关与指示灯 S7-300PLC CPU 的开关与显示灯如图 1－1 所示 模式选择器：

MRES:

模块复位功能。

STOP:

停止模式，程序不执行。

RUN:

程序执行，编程器只读操作。

RUN-P:

程序执行，编程器读写操作。

指示灯：

S F: 组错误：CPU 内部错误或带诊断功能错误。

BF: 组错误: 总线出错指示灯(只适用于带有 DP

接口的 CPU)。出错时亮。

FRCE:

FORCE：指示至少有一个输入或输出被强

制。

DC5V: 内部 5VDC 电压指示。

RUN:

当 CPU 启动时闪烁，在运行模式下常亮。

STOP:

在停止模式下常亮，有存储器复位请求时慢速闪烁。正在执行存储器复位时快速闪烁，由于存储器卡插入需要存储器复位时慢速闪烁。

（5）编程 图 1-5

CPU 开关与指示灯 图 1-1

CPU 开关与指示灯

S7-300PLC 采用模块化的编程结构，包含有通用的 OB 组织块，通用的 FC、FB 功能与功能块，西门子提供的 SFC，SFB 系统功能块，DB 数据块，各个模块之间可以相互调用。OB1 是其中的循环执行组织块，程序首先并一直在 OB1 中循环运行，在 OB1 中可以调用其它的程序块执行。

在 S7

Program 下的 Block 中，选定并打开 OB1，用梯形逻辑、功能块图或语句表编程，再保存编译和下载，即可执行程序。

（6）程序的清除（存储器复位）：

图 1－2 编程界面 A、模式选择器放在 STOP 位置 B、模式选择器保持在 MERS 位置，直到 STOP 指示灯闪烁两次（慢速）

C、松开模式选择器（自动回到 STOP 位置）

D、模式选择器保持在 MERS 位置（STOP 指示灯快速闪烁）

E、松开模式选择器（自动回到 STOP 位置）

（7）运行并监控 将 CPU 打到 STOP 模式，下载整个 SIMATIC 300 站点。再将 CPU打到 RUN 模式，打开监视，程序运行状态可在 OB1 上监视到。

三、思考题 一.为什么要进行硬件组态？

PLC 是一种模块化的结构，电源、cpu、i/o 等模块都是单独成块的。而 PLC 组态是对硬件进行配置，简单的说就是告诉系统你配置了哪些东西，这样系统才能去连接你的东西。

二.硬件组态和程序生成有先后之分吗？哪种比较方便些？ 没有先后之分。先进行硬件组态，然后是下载用户程序方便些。这样STEP7 在硬件组态编辑器中会显示可能的地址。而且有了系统数据块后，如果你的程序中硬件组态与你的实际硬件一致，就可以在 SIMATIC管理器中，直接选中 Blocks，然后执行下载，在提示你是否也下载系统数据块时，只要点击 Yes，就把硬件组态信息和用户程序一起下载到 CPU 中。

四、实验心得 在这次的实验中，从中了解 STEP7 V5.0 的软件，并学会在该软件下建立自已的文件，对 PLC 站组态、保存和编译，并且下载到 PLC，用软件中的梯形逻辑进行编程，还用软件进行实时监视。开始没找到正确的硬件进行组态，然后在师姐的指导下，找到完全和硬件一致的进行组态，之后的还是比较容易。

实验 二

S7-300PLC 之间的 MPI 通讯

一、实验目的 熟悉现场总线网络 MPI 网络通讯的基本原理和 STEP7 硬件组态，掌握 S7-300PLC 编程和两个 PLC 之间 MPI 网络通讯的具体方法。

二、实验内容 （1）要求：对 PLC 及 MPI 网络组态，采用 STEP 7 V5.x 编程，以 MPI 网络通讯的方式，在第二台 S7-300 的程序中编译一组密码，在第一台 S7-300 上输入八位的开关信号。如果开关信号与密码不同，则第二台 PLC 的某个输出点上的输出信号闪烁；如果开关信号与密码相同，则这个输出点上的输出信号长亮。根据需要添加实验内容和使用 PLC 内部的系统功能。

（2）实验主要仪器设备和器材：S7-300 可编程控制器，开关装置，S7-300 适配器，装有 STEP7 软件的工控机（或电脑）。

（3）实验方法、步骤及结构测试：

图 2-1 MPI 通讯示意图 具体实验步骤如下：

1、硬件连接 应用带连接头的屏蔽双绞线，通过 PLC 中的 MPI 接口进行连接，SIEMENS300(2)CPU SIEMENS300(1)CPU 全局数据

将实际线路连好，开关输入量也接好；同时全部清除两台 S7-300PLC原有的程序，并打到 STOP 挡，为硬件组态和编程作好准备。

2、组态硬件 利用 SIMATIC 管理器，在项目中为要连网的设备生成硬件站之后利用硬件组态工具逐个打开这些站。

1)打开 SIMATIC Manager,在“文件”选择“新建”。在空白处点击右键选中“插入新对象”，再选 SIMATIC 300。

2)进行组态 第一台设备：根据实际硬件配置组态。

第二台设备：根据实际硬件配置组态。

3)选“站点”,进行“保存和编译”。

3、设定 MPI 地址 组态硬件时，必须定义CPU连接在MPI网络上，并分配各自MPI地址。

1)在 SIMATIC 300（1）选中 Hardware（硬件）。

2)双击，选 CPU315-2DP。

3)双击，选属性。

4)选定 MPI（1），并设定其地址。

在硬盘上保存 CPU 的配置参数，然后分别下装到每一 CPU 中(点到点)。

4、检查网络

1)网络组态 分别在两台 PLC 硬件组态中，选菜单栏中的“选项”，然后选“组

态网络”，进行组网。选中 MPI（I）双击，将两台 PLC 组网。

用 Profibus 电缆连接 MPI 节点，可以用多条 MPI 线连接。在这里用一条 MPI 线连接即可，这样就可以与所有 CPU 建立在线连接。打开网络组态查看，还可用 SIMATIC 管理中 PLC 下的“Accessible Nodes”功能来测试连接状态。

5、设计程序 编译程序 进入程序设计时，可按以下步骤：选 SIMATIC 300（1）→CPU 315-2DP→S7 Program(1)→Blocks→OB1,双击后可开始编写程序。

第一台 S7_300 的程序框图：

读取八位开关信号 IB0，传递到 MB0：

MOVE EN

ENO IN

OUT 第二台 S7-300 的程序框图：

输入密码，输入固定数据 1280，传送到 MW2：

MOVE EN

ENO IN

OUT

开关信号数据 MW6 与密码数据 MW2 对比：

IB0 MB0 1280 MW2

CMP==1 IN1

IN2

CMP<>1 IN1

IN2

输出为 Q0.0。输出信号灯闪烁：

第二台 CPU 的时钟存储器，地址 M100 此时闪光频率为 1Hz,周期=1s,灯通=0.5s,灯闭=0.5s 程序框图

M100

Q124.5 6、生成全局数据表 应用“定义全局数据”工具可以生成一个全局数据表。将数据表编译两次然后下装到 CPU 中。

根据程序可知，数据从第一个 CPU 中的 MB0 发送到第二个 CPU中的 MW6，编译两次后，下载。

生成全局数据表步骤如下：

1）选择 MPI 网 回到前面的项目界面双击 MPI 网→选项→定义全局数据，产生或打开全局数据表。

2）分配 CPU MW2 MW6 MW2 MW6

点击 GDID 后的空格右键弹出 CPU→点击 CPU→双击 SIMATIC

300(1)→双击 CPU 3）填入发送和接收数据（注明发送方）

填入 MB0→选“选作发送器”→在后一空格用右键弹出 CPU→点击 CPU→双击 SIMATIC

300(2)→双击选中另一个 CPU→点击下一空格填入 MW6→编译→关闭→点击“查看”→选“扫描速率”及“全局数据状态”→编译→关闭→退出。

4）下载程序

定义完全局数据后下载程序。在下载程序前应先清除原有的程序。SIMATIC 300（1）→下载。

5）运行及结果 A、将两台 S7－300PLC 的开关打到 RUN 挡，S7－300CPU 上的其它灯是不亮的，这时全局数据开始自动循环交换。

B、在第一台 PLC 上输入八位开关量 IB0，数据传递到 MB0，通过 MPI 网络，运行全局数据表，数据从第一台 PLC 的 MB0 传送到第二台 PLC 的 MW6。MW6 上的数据与第二台 PLC 的 MW2 中C、密码数据相比较后，在第二台 PLC 的输出点 Qxxx.x 输出结果。若信号与密码相同，第二台 PLC 输出灯 Qxxx.x 亮。

三、思考题 1、在下载程序前如何清除原来的程序？ 现在 PLC 把新的程序下载进去，会自动覆盖原本的程序的。如果要直接清除的话，则可通过复位清除寄存器内容，先把模式选择器放在STOP 位置，然后模式选择器保持在 MERS 位置，直到 STOP 指示灯闪烁两次，再松开模式选择器，模式选择器保持在 MERS 位置，此时 STOP 指示灯快速闪烁，然后松开模式选择器就可以了。

2、下载程序时应注意什么问题？ A 硬件组态没有错误，组态都错了，下进去也没用。

B最好先下新硬件组态信息，然后保证按键打到STOP档位再下程序。

C 在进行了新的组态编译时，必须点击 Yes，即把新的硬件组态信息也下载到 CPU 中，否则新的硬件组态和旧的用户程序将产生冲突。

3、密码数据在开关量上是如何表示的？试着把密码设为小于 256 的数，再运行程序看结果如何？为什么？ 如果字节数据转换成字，则 MB0、MB1 分别变成 MW6 的高 8 位和低 8位，MB1 没有则补 0，MB0 传送到 MW6 中变成高 8 位。如果小于 256，则输出信号长亮，因为密码相同了啊。

四、实验心得 在这次实验中，学会了 PLC 两个 PLC 之间 MPI 网络通讯的方法，同时学会了用梯形图编程，如果是简单的程序基本能自己编好。实验中开始没懂程序原理，难点就在那个密码表示，后来请教师姐才懂的。

实验三 三

S7-300PLC 之间的 DP 通讯

一、实验目的

熟悉现场总线 DP 网络通讯的基本原理，掌握 S7-300 编程和两个 PLC 之间 DP 网络通讯的具体方法。

二、实验内容

1）要求：对 PLC 及 DP 网络组态，采用 STEP 7 V5.0 编程，以 DP 网络通讯的方式，在第二台 S7-300（从站）的程序中编译一组（三个）两字节的密码，分别为 256，512，1280，在第一台 S7-300（主站）上输入 16 位的开关信号。如果开关信号与其中一组密码相同，则第一台 PLC 的一个指定的相应输出点上的输出信号亮，即输入信号是256，则 Q4.0 亮，输入信号是 512，则 Q4.1 亮，输入信号是 1280，则 Q4.2 亮；否则没有灯亮。

2）实验主要仪器设备和材料：S7-300 可编程控制器，开关装置，S7-300适配器，装有 STEP7 软件的工控机。

3）实验方法、步骤及结构测试：

1、硬件连接 将两台的 DP 口通过 PROFIBUS 电缆连接，开关输入量接在主站的DI 模块上；同时将两台 PLC 全部清除原有程序，打到 STOP 挡，为硬件组态和编程作好准备。

SIEMENS300(1)主站

交换区 PROFIBUS-DP SIEMENS300(1)从站

交换区

图 3-1 DP 通讯示意图 4）组态硬件（1）新建项目 在 STEP7 中创建一个新项目，然后选择“插入”站点Simatic 300 站点，插入两个 S7 300 站，这里命名为 Simatic 300(master)和 Simatic 300(slave)。再选择“插入”“站点”PROFIBUS。如图 3-2 所示。当然也可完成一个站的配置后，再建另一个。

（2）组态硬件 从站和主站硬件根据实际选定，原则上要先组态从站。双击 Simatic 300(slave)“Hardware(硬件)”，进入硬件组态窗口，在功能按钮栏中点击“Catalog”图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、CPU 和输入/输出模块等进行硬件组态，主从站的硬件组态原理一样。

5）参数设定 硬件组态后，双击 DP(X2)插槽，打开 DP 属性窗口点击属性按钮进入 PROFIBUS 接口组态窗口，进行参数设定。

（1）从站设定：在“属性 DP ”对话框中选择“工作模式” 标签，将 DP 属性设为从站(Slave)。然后点击“常规”标签，点击“属

性”按钮，之后点击 Network Settings 标签，对其它属性进行配置，如：站地址、波特率等。设定完成之后，点击”保存”即可,不要进行编译。

（2）主站设定：在“属性 DP ”对话框中选择 “工作模式”标签，将 DP 属性设为主站(Master)。然后点击“常规”标签，点击“属性”按钮，对其它属性进行配置，如：站地址、波特率等。注意：这里的主站地址跟从站的地址不能重复，且同一个站的 MPI 地址和 DP地址要保持一致。

（3）连接从站：在硬件组态（HW Config）窗口中，打开窗口右侧硬件目录，选择“ PROFIBUS DPConfigured Stations”文件夹，将 CPU31x 拖拽到主站系统 DP 接口的 PROFIBUS 总线上，这时会弹出 DP 从站连接属性对话框，选择所要连接的从站后，点击“连接”按钮，再点击“确认”。注 注：如果有多个从站存在时，要一一连接。

（4）设定交换区地址 双击从站，选择“组态”标签，打开 I/O 通信接口区属性设置窗口，进行设置。或者进入“从站属性“窗口，如果没有出现表格，则要点击下面的“新建”，分两次输入表格。

地址类型:

选择“Input”对应输入区，“Output”对应输出区。

地址:

设置通信数据区的起地址。

长度:

设置通信区域的大小，最多 32 字节。本例设为 8 字节。

单位:

选择是按字节（byte）还是按字（word）来通信。

一致性:

选择“Unit”是按在“Unit”中定义的数据格式发送，即

按字节或字发送。

从站与主站设置完成后，点击“编译存盘”按钮，编译无误后即完成从站和主站的组态设置。

6）检查网络 点击“组态网络”图标

。打开网络组态查看，是否成功。

7）设计程序

输入三个 16 位的密码：

256，512，1280 结束 从站

主站 给定一个 16 位的开关量信号 开关量是 256 开关量是 512 开关量是1280 Q4.0 亮 Q4.1 亮 Q4.2 亮 结束 图 3-2 程序框图

8）程序清单

输入零字节的任一位闭合，使能接通。IW0的值传送到 QW10。

图 3-4 从站中密码设定

图 3-3 主站程序

9）运行及实验结果 输入开关量 1，则 Q4.0 亮；输入开关量 2，则 Q4.1 亮；输入开关量 5，则 Q4.2 亮，输入其它量时，信号与密码不同，无灯亮。

三、思考题

1．指出 PROFIBUS 中，DP 与 MPI 通信的特点与区别。

MPI：多点通信的接口，是一种适用于少数站点间通信的网络，多用于连接上位机和少量PLC之间近距离通信。MPI的通信速率为19.2K～12Mbit/s。在 MPI 网络上最多可以有 32 个站。MPI 允许主-主通信和主-从通信。

DP：允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接 126 个站点。通讯波特率最大支持 12MB，距离可达 1200M。包括以下三种不同类型设备：一级 DP 主站、二级 DP 主站、DP 从站。

2．简述数据交换过程以及数据交换区的设置方法。

由主机数据交换区的数据通过总线传送到从机的数据交换区。双击从站，选择组态标签，打开 I/O 通信接口区属性设置窗口，进行设置。或者进入从站属性窗口，如果没有出现表格，则要点击下面的新建，分两次输入表格。

3．在不改变交换区地址的情况下，QW10-QW16，IW20-IW24 可以用 M寄存器区取代吗？说明原因。

可以，取代的话还会使程序简单，不过功能也会变得简单罢了。

四、实验心得

在这次实验中，熟悉现场总线 DP 网络通讯的基本原理，弄懂了两个PLC 之间 DP 网络通讯的方法，同时又用梯形图编程，加强了编程能力。实验中 DP 通讯还是比较复杂，主要是有很多细节，常常要请教师姐，看来要多用和多了解才行。

第三篇：集散控制系统与现场总线技术期末考试总结

缩写词全称：

（1）SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制（2）DDC: Direct Digital Control 直接数字控制（3）DCS：Distributed Control System 集散控制系统

（4）CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统（5）FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统

（6）CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统（7）PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器

关于DCS: 集散型控制系统，又称分布式控制系统。是计算机技术（Computer），通信技术（Communication），图形显示技术（CRT）,控制技术（Control）的发展产物。主要特点：可靠性高，灵活的扩展性，完善的自主控制性，完善的通信网络。设计思想：危险分散，控制功能分散，操作和管理集中。

DDZ_II DDZ_III:电动单元组合仪表

II特点：

（1）采用0-10mA的直流电流为统一的联络信号（信号制式），只有电流输出。

方便各单元联系

（2）将整套仪表分为若干能单独完成某项功能的典型单元

（3）信号下限从0开始，便于模拟量的加减乘除开方等数学运算，并能使用通

用刻度的指示、记录仪表。

III特点：

（1）采用国际上统一使用的4-20mA的直流电流或者1-5V的直流电压作为联络

信号（信号制式），信号电流与电压转换成电阻250欧姆。现场与控制室之 间的信号传输采用电流传输方式，控制室内的仪表之间使用电压传输方式。（2）信号下限不是从0开始，使仪表的电气零点和机械零点得以分开，便于检验信号传输线是否断线以及仪表是否断电，并为现场送变器实现两线制（既是电源线又是信号线）提供可能性。（3）集中统一供电，采用线性集成电路

SCC结构

计算机定时采集生产过程参数，按指定的控制算法求出输出关系和控制量，并通过一定方式提供现场信息。可以不经过人员的参与而直接对生产过程施加影响。闭环结构

DDC结构

计算机对被控参数进行检测，再根据设定值和控制算法经过运算输出到执行机构，是参数稳定在给定值上。

DCS主流网络协议： OSI：七层

TCP/IP：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）FF:Fieldbus Foundation现场总线基金会 FCS主流协议：

CAN: Controller Area Network 一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络 性能高，可靠性高，传输速率高。采用一种称作广播式的传输工作方式，其特点是废除了传统的以节点地址为中心的编码方式，而代之以基于数据块的编码方式 LonWorks：Local Operation Networks 特色是智能节点，可以脱离上层的管理工具自行完成数据采集和处理，并能与其他节点共享数据。节点内部可以编程 ProfiBus： 应用最广泛，包括12M的高速总线DP和用于过程控制的低速总线PA，完美结合使其在结构和性能上优越于其他总线 FF：

DeviceNet：CAN总线的基础上建立起来的，开放，低成本，高效率，高可靠性

AI采集温度信号

现场PLC电源电源rCRRRRrBRTDRTADrRrRr 1-5V转化为4-20mA

这个电路叫郝兰德电路，是典型的电压电流转换电路。其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。利用运放的虚短和虚断可以退出加在RL两端的电压是 V*RL*R2/R1/RS,因此流过RL的电流IL为V/RS*R2/R1,与负载无关。由运放虚短概念可知，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 采样电阻RS两端的电压为：V4-V3= V*(R2/R1)流过RS的电流为：(V*(R2/R1))/RS，其大小与负载电阻RL无关，受输入电压V

控制。电流源

4-20mA转化为0-5V

看门狗电路原理

看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位臵开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.RTOS 当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定的时间内来控制生产过程或度对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行。特点：

 实时：每个可执行的任务都能及时响应，都可享用“时间片”。 多任务：多个程序并行执行。

 响应异步实体：能够接受来自外部的中断

 能够保证任务切换时间：必须有定时系统和实时时钟

 必须有尽快的中断响应时间：即对最高优先级中断的快速响应  可以实现多任务调度功能：循环、优先级  必须可以实现同步和互斥功能：资源共享

CSMA/CD 优点：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等状态，不需要集中控制，不提供优先级控制

缺点：网络负载增大时，发送时间增加，发送效率急剧下降。

原理：发送数据前先侦听信道是否空闲。如果空闲，则立即发送数据。如果忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据。若在上一段信息发送结束后有两个或以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。冲突的话就立即停止发送数据，等待一段时间后再重新尝试。先听先发，边发变听，冲突停发，随机延迟后重发。Token Bus/Token Ring 令牌总线（Token Bus）是一种在总线拓扑结构中利用令牌（Token）作为控制节点访问公共传输介质的控制方法。在令牌总线网络中，任何一个节点只有在拿到令牌后才能在共享总线上发送数据。若节点不需发送数据，则将令牌交给下一个节点。

CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring 是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法的角度看，CSMA/CD属于随机型介质访问控制方法，而Token Bus 和Token Ring属于确定型介质访问控制方法。Token Bus适用于实时性要求较高的场合。OSI的七层：

 物理层:数据单位为比特。为数据端设备提供传送数据的通路  数据链路层：数据单位为帧。为网络层提供数据传送服务

 网络层：数据单位为数据包。选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。主要设备是路由器  传输层：数据单位为数据段。

 会话层：以后单位均为报文。不参与具体的传输，提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如用户登录验证。

 表示层：主要解决用户信息的语法表示问题。将某一用户使用的抽象语法转化为OSI系统内部使用的传送语法。如数据的压缩和解压缩，加密和解密。 应用层：为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。TCP/IP：

 网络接口层：定义物理介质的各种特性。

 网络层：负责相邻计算机之间的通信。Ip协议是网络层的核心

 传输层：提供应用程序之间的通信；格式化信息流，提供可靠传输。接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送  应用层：提供常用的应用程序

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）临界比例度法/闭环震荡法

通过试验得到临界比例度PB和临界周期Tk，然后根据经验公式求出控制器各参考值。被控系统稳定后，首先将积分时间放大最大，微分时间放到0，相当于只使用比例作用。然后观察其阶跃响应，从大到小逐步把控制器的比例度减小，看测量值震荡的变化情况，当产生恒定幅度和周期的震荡波形时，记下PB，Tk。然后根据经验公式求得PID参数。

特点：不需要求得控制对象的特性，而可以直接在闭合的系统中进行整定，适用于一般的系统。对于临界比例度比较小的系统不适用，而且有的系统是不容许震荡的。

（2）衰减曲线法

跟1差不多，只是不是等幅振荡，而是衰减4:1或者10:1的时候记下衰减比例度Ps和衰减周期Ts，然后根据经验公式求得

特点：简单实用，适用于一般的控制系统。但是对于干扰频繁，记录曲线不规则，不断有小摆动时，难以获取有效参数，不适合用。（3）经验凑试法

选取一个合适的P，Ti作为起始值；改变参数观察曲线变化形状，不断改变参数满足需求。然后在此基础上加入微分作用，选取微分参数后试着减小P，Ti凑试，得到最佳结果为止。Pid各参数的作用：

Kp越大，被控曲线越平稳。但是会产生余差，需要引入积分作用。Ti：消除余差

Td：超前控制，在偏差大之前调整

IEC标准编程语言： 1 梯形图：适合于逻辑控制 功能块图：合适于典型固定复杂算法控制如PID调节 3 顺序功能图：适合于多进程时序混合型复杂控制 4 指令表：适合于简单文本自编专用程序 结构化文本：适合于复杂自编专用程序，如特殊的模型算法 未来组态的发展：

组态就是利用工控软件中提供的工具和方法来完成工程中某一具体任务的过程，这个软件就叫做组态软件。

组态软件作为一种工业信息化的管理工具，其发展方向必然是不断降低工程开发工作量，提高工作效率。易用性是提高效率永恒的主题，但是提高易用性对于提高开发效率是有限的，亚控科技则率先提出通过复用来提高效率，创造性地开发出模型技术，并将这一技术集成到KingView7.0中。这一技术能将客户的工程开发周期缩短到原来的30%或更低，将组态软件为客户创造价值的能力提高到了一个新的境界，代表了组态软件的未来。

组态软件的发展必将沿着更好的人机交互、更加逼真的画面、能满足客户个性化需求、具备行业特征和区域特征、具有很好的开放性、信息唾手可得和更高的可靠性以及大型SCADA的方向发展。

FCS：

减少接线和安装的原因：由于现场总线系统设备前端的智能设备能执行多种功能，可以减少变送器的数量，也不需要信号的调理转换、隔离技术等，节省了一大笔硬件投资。

现场总线的接线非常简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可以挂接多个设备，所以电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，这样可以节省大量的电缆。特点：

适应工业应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。多为短帧传送，通信的传输速率相对较低。

结构：全分布、网络集成式控制系统。企业的底层网络

FCS区别于DCS的特点

 系统的开放性、互用性  摆脱了传统常规模拟仪表的束缚  在各个层次上都采用了数字通信技术  系统结构的高度分散

 数字仪表在生产现场构成虚拟控制站(Virtual control station)

CAN总线： 特点：

 CAN不采用节点地址编码，而是对报文编码，节点通过报文滤波决定是否与其有关，即接受或发送相应的报文。

 CAN采用多主工作方式，节点不分主从。

 CAN总线节点报文分成不同的优先级，满足不同的实时需求。 CAN总线采用总线仲裁技术，保证优先级高的节点实时传输报文。

工业以太网与商业以太网的区别：

商用以太网具有价格低、通信速率和带宽高、兼容性好、软件资源丰富、广泛的技术支持基础和强大的发展潜力等优点。但是以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求；此外，现有的高层协议也无法满足工业控制要求。工业以太网需要应对更为恶劣的环境需求。工业以太网的优势

 可满足控制系统各个层次的要求，利于管控一体化。 设备成本下降。

 用户拥有成本下降。（维护） 易与Internet集成。 广泛的开发技术支持。 大量的现有软件资源。以太网的优势：

工业以太网面临的问题

 通信实时性

 环境适应性与可靠性（结构、连接器） 总线供电（5类线中的空闲线，10-36V） 本质安全（防爆安全栅）

本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）、故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。

本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。

现场总线的发展趋势： 1.注重系统的开放性

2.注重应用系统设备间的互操作性 3.注重控制网络与公用数据网络的结合 4.注重使测控设备具备网络浏览功能 5.以太网已直接进入控制网络

6.多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下的数据综合利用

PLC 优点：

1.编程方法简单易学 2.功能强，性能价格比高

3.硬件配套齐全．用户使用方便。适应性强 4.可靠性高。抗干扰能力强

5.系统的设计、安装、调试工作量少

6.维修工作量小，维修方便 7.体积小，能耗低

区别：

第四篇：通用技术教学的探索与实践

通用技术教学的探索与实践

通用技术课程的开设，以提高学生的技术素养为主旨，以培养学生的创新精神和创造能力为目标。它是一门新兴的课程，实践性强，很多东西要求学生自己动手、动脑做一回，要想真正上好这门课，教师必须打破以前的教学模式，改变我们的教学方法和思路，在此，提出自己的几点不成熟的观点，仅供参考。

首先，深入钻研教材，适当增加教材的弹性。在教学过程中创造性的处理教材，对教材内容进行适当的讲授，挖掘教材的深度和广度，从实际生活中寻找贴近学生实际，充满生活情趣，且技术含量较高的典型案例，使学生在听课的过程中产生耳目一新的感觉，激起他们的学习兴趣，如我们在设计《控制与设计》的教学时，引入学生宿舍楼道的声控灯案例：如果白天有声音，灯同样会亮，这样浪费电力，但是我们可以运用其他学科的知识将装置加以改进，达到白天有声音灯也不亮的目的，以此来激发学生学习这部分知识的欲望。当学生比较困惑的时候，教师适当的加以提示：物理上我们学过了光电效应、光敏电阻、传感器等知识，引导他们积极思考，很多同学设计出了声光共控灯，满足了要求。

在讲《结构是怎样受力》这一节时，引导学生发现通用技术与物理对受力分析的不同之处，在物理上通常将物体视为质点，研究的是物体受到的外力，而通用技术研究的是构件的内力；二者研究的方向也不同，物理讨论的是力引起的状态变化，而通用技术强调的是结构如何去承受力和抵抗变形。

对教材中的“问题思考”、“讨论交流”、“技术试验”、“技术实习”等栏目深入研究，挖掘技术内涵。为了使学生更好的掌握技术，我们对这些栏目加以拓展，如在做完“拉伸试验”后，我们设计了一个小型的比赛：将全班学生分成8个小组，每小组提供八张A4纸，不限定纸的组合方式，可以胶水粘贴、搓成纸绳、麻花编织、卷成圆筒等方式作成吊绳，以提起重物的多少来决定胜负，比赛场面极其热烈。这样学生在弄懂科学原理和操作方法的前提下，动手做、做中学、学中做，增加他们实践的机会，给学生搭建创新的平台，提高把握和运用技术的能力，学生的技术素养得到了提高,创新精神和创新思维得到了培养。

其次，要注重技术思想和方法的学习指导

教师教学中要重视技术思想和方法学习的指导，要让学生正确认识学习技术思想和方法的重要意义，让学生在实践中领悟技术思想和方法。

《技术与设计2》中系统的思想与方法、流程的思想与方法、结构的思想与方法等,这些思想与方法对学生技术素养的提高和能力的发展具有重要的作用。此外，技术的思想与方法的指导需要教师教学观念和方法的转变，即教师要由重“教”向重学生“学”转变。这样学生才会学习得主动。

技术思想和方法是能从宏观的理论层面上提供了解决技术问题的思路和处理技术问题的方法,有利于综合运用所学到的知识和技能解决实际的问题,有利于学生创新思维发展, 有利于提高理论应用于实践的能力,从而实现对共通能力的发展。例如我们在讲系统的基本特性这一节时，课本是以洗衣机系统和龙舟赛廷系统这两个例子来说明系统具有整体性、相关性、目的性和环境适应性这四个基本特性的，为了让学生对系统的整体性和相关性有更深刻地认识，在据赛艇系统取胜的决定因素是靠团队精神和团队技术状态的发挥时，我巧妙地将龙舟赛与学校组织的考试联系起来，将班级之间的竞争看成是赛艇之间的竞争，引导学生思考决定一个班级成绩好坏的因素是什么，是一个好的班主任还是一群出类拔萃的任课教师，还是其他的因素决定的，经过一段时间的讨论，学生们得出这样的结论：学生才是这场比赛起决定作用的因素，只有他们整体力量的发挥才能使得班级的成绩名列前茅，这个时候我又问：“这体现了扳机这个系统得哪种特性？”学生们齐声回答“整体性”。同样在讲相关性时，我让学生自己用相关性解释同学之间的关系，很多学生可以想到同学之间是相互影响的，并且还举了很多的例子。通过这样的对比引申，学生们很快就学会了利用系统的观点去分析问题、解决问题的方法叶结出了学生对于系统这个词的神秘和遥不可及的看法。

此外，要求教师注重信息技术在教学中的使用.信息技术引人通用技术课程的教学之中,可以降低学习技术的难度，提高学习的效率。这既是教师教学的一种先进的思想和方法，也是学生要学习到的先进的思想和方法。在讲《技术与设计2》中的《初识结构》一节时，我们利用多媒体将多种风格的建筑放给学生看，让学生运用所学的知识分析这些建筑分别属于那种结构类型，即开阔了学生的视野，又加深了学生对结构的集中分类的理解。又如在讲设计的创新性原则时，我们利用多媒体投影仪播放了有关的影像纪录，让学生很直观地了解各个时代的自行车是什么样子，其中的发展变化一目了然，且记忆深刻。另外信息技术的引入，也让部分爱上网的学生在上网时不再单纯的玩游戏，而是学着利用网络进行学习，拓宽自己的知识面，如在讲结构一节时，我们鼓励学生自己上网查有关桥梁的分类等知识，很多学生完成得很好，让学生学到了在课本上学不到的知识，也从另一方面激发了学生学习的积极性。从根本改变了通用技术教学的呈现方式、教学方法和师生互动方式,为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境。

最后，要注重学生对技术过程的亲身体验过程

教学中,学生要亲历产生需求、构思方案、表达交流、制作试验、评价分析、优化综合等组成的一系列技术过程。

在通用技术教学中，我们特别注重学生的参与。教材中有很多技术实习等等许多要求学生自己动手、动脑来完成。如在讲完《结构与设计》一章后，我们让学生利用身边的材料设计、制作桥梁模型，同学们踊跃参加，最后的作品超乎我们的想象，有拱形的、有斜拉式的、有悬索式的、有钢架式的，用的材料也是多种多样，有用木材的、有用金属的，还有的用易拉罐、矿泉水瓶来搭建的。

在讲完照片冲印这一部分后，我们鼓励学生利用在家休假的时间，亲自动手做一下这一流程，并要求写出自己的试验情况报告。返校后，很多学生写出了自己在冲印过程中发现的一些小问题，比如，显影时间的长短会带来什么问题、怎样操作可以事显影更快、更好等等，很多在上课的时候没有提到的问题，被他们发现了，并且有好多都给出了很不错的解决办法。经过多次的动手与动脑的过程,学生产生了多样化的思维,提出了许多有创意的设计方案,在这过程中,学生保持了对技术问题的强烈兴趣,为学生展示创造力提供广阔的舞台。通过这样的活动让学生更深刻的体会到了亲身体验的重要性，培养了学生的创新精神和实践能力。

以上即是我们对技术教学的几点感想，总的来说，通用技术教师在教学中不仅要遵循一般的教学规律,而且要结合技术教学的实际和学生学习技术的具体情况进行突破和创新。通用技术的教学进一步完善需要教师的不断实践、探索，只有不断的实践，才能将通用技术课程的理念发挥到极致，更好地完成教学任务，为国家培养新一代富有创造精神的人才做出自己的贡献。

第五篇：《集散控制与现场总线》课程教学改革与实践

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《集散控制与现场总线》课程教学改革与实践

作者：陈怀忠 韩承江

来源：《职业·中旬》2010年第10期

一、引言

工业自动化技术根据控制对象特性分为过程自动化和制造自动化两大方向,《集散控制与现场总线》是过程自动化专业的一门核心专业课程。课程涉及到自动控制原理、过程控制技术、集散控制技术等课程的学习,在过程自动化高技能人才培养中占据较重要的地位。长期以来,在教学内容上侧重讲解四大变量的原理和各种经典控制算法,以讲解为主,同时开展验证性教学实验。课程内容陈旧,理论与实践相互脱节,基本上是“教师讲,学生听;教师写,学生抄;教师考,学生背”的比较呆板的教学模式。难以调动学生学习的积极性和主动性。为了改变这种教学状况,本教学团队近几年经过不断摸索实践,在课程体系构建、教学方法和手段等方面进行全面改革,将理论与实践紧密联系起来,大大调动了学生积极性。

二、基于工作工程课程体系构建

1.课程体系构建

首先对教学内容进行调整,构建基于工作工程的课程体系。以过程控制职业能力的培养和职业素质教育为主线,突出综合职业能力的培养,从明确岗位群——职业岗位分析——典型工作任务——设计学习领域——设计学习领域课程的顺序进行分析。《集散控制与现场总线》课程体系构建流程如图所示。

《集散控制与现场总线》课程体系构建流程图

具体教学内容包括三个模块:基础模块、应用模块和技能模块。基础模块以必需够用为度,弱化原理讲解。技能模块和应用模块以企业真实项目为载体,是针对高职高专生产过程自动化技术专业和自动化类专业学生的系统安装调试和操作维护岗位职业能力所需知识、能力、素质要求而设计。

课程体系构建以培养学生从事集散控制系统运行及维护岗位工作的核心职业能力为主线,使学生掌握过程控制系统的基本理论知识,并通过集散控制系统实训项目的操作训练,使学生熟悉集散控制系统的构成、工作原理,并具有一定生产过程自动控制系统的策略组态、系统运行维护能力、故障处理能力和管理能力;每个项目的学习和训练内容是依据过程控制系统维护员、仪表维修工职业岗位典型工作任务所需要的知识、能力、素质要求,依据核心能力、行业

通用能力和敢为专项能力的要求而设计的。项目的实施按照实际系统工作过程组织教学活动,融合了理论知识传授和职业岗位技能训练。

2.课程内容开发

整个项目训练内容以实际生产过程控制中液位、压力、温度、流量四大工业变量为主要控制参数,以测量与控制仪表、DCS控制系统为主要控制装置,以任务为驱动展开对学生职业能力的训练和培养,通过模拟真实企业工业环境等多种学习情境设置,充分发挥学生的积极性、能动性,激发学生的学习兴趣和创新意识,提高学生的技术应用能力,培养学生的职业素养,为学生今后胜任职业岗位工作,适合职业变化和可持续发展打下一定的基础。在课程内容的选择与排序中,围绕工作任务学习的需要,以工作任务为中心选择和组织《集散控制系统及现场总线》课程的核心内容,来体现综合职业素质的培养。将课程内容划分为互相联系的学习情景,以项目化教学来组织课程内容,通过对各学习情景中学习目标、主要内容、授课方式、师生要求等各项内容的描述,来规范课程所要求的内容。为了实现以上目标,根据实训装置需要编写相应一体化教材。

三、教学方法改革

为了适应企业对应用性技能人才的需求,有效实施

“教、学、做、工、融合”一体化教学模式的实施,本课程建设小组突破了传统教学方法,探索采取“行为引导型”教学法,教学团队于2008年开始,在《集散控制与现场总线》课程中展开了“行动导向”教学法实践研究,至今已有5个教学班级进行了该教学方法实践,收效较好。

1.“行动导向”教学法在课程中的应用

(1)教学准备阶段(课前确定)。教师根据班级学生的特点,将班级的学生进行分组。

(2)下达任务书(引导文)。教师在投影幕布上投影任务书(引导文),任务书(引导文)分教学目标、教学任务、操作步骤三块内容,以任务四进行“行动导向”教学法为例,任务书见表1。

(3)检查阶段。及时了解学生对任务的实施情况,对学生遇到的问题,作好引导,过程与答案由学生自己得出。

(4)项目成果展示阶段。根据分工,各小组推选一名主讲员上台讲解任务的完成情况及演示任务成果。

(5)学生互评阶段。小组根据对上台演讲同学的演讲内容、演讲体态、演讲方法、演讲手段、演示效果、表达能力、专业能力、合作能力等进行综合评价。

(6)教师评价阶段。引导学生开展深入的自我批评,指出每个小组完成任务的优点与缺点。

(7)成绩考核阶段。对学生核心能力的建立上采取个体能力评价与小组合作能力评价、小组成员评价与自我评价、笔试或口试与动手能力测试相结合,而不是一卷论成败。

2.“教、学、做、工融合”教学模式

集中式“教、学、做、工融合”一体课程教学模式是基于职教规律、课程的特点、高职生的学习特点,根据过程控制系统制造、现场安装与调试及在设备中的维护与维修等岗位的知识与能力需求以典型应用案例为主线重构课程体系与教学内容将课程学习的场地安排在实训室、生产现场,将原来该门课程学习分散安排在15周完成变为集中在3周时间内完。成老师边讲解、边演示,学生边学习、边实践、边提问,实现知识与技能相融合,学生在“教、学、做一体”的教学环境下,较快理解并掌握现场总线系统安装、接线、调试能力。

3.利用现代化多媒体教学手段

教师积极学习制作教学课件和动画,利用多媒体教室,采用多媒体教学手段,给学生提供更多的图片、资料,增大课堂的信息量,尤其是将集散控制设备中复杂的机构原理,单闭环电路控制过程等通过课件比较形象的展示出来。课程采用多层次立体化的现代教育技术,课堂教学全程采用现场教学、多媒体教学和网络教学,突出教学重点,分解教学难度,形象生动,有助于激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,从而提高教学效率。

4.现场教学法

校内实训教学在实训室进行,现场教学在校外实训基地完成。在教授《集散控制与现场总线》课程中,教师直接将学生带到校外实训基地,现场对工厂DCS控制,现场总线设备的硬件系统运行和软件调试有关问题现场讲解,学生印象较深。

几年来,对该课程在课程体系、教学方法、教学模式等进行了一系列改革与实践,着眼于学生岗位职业能力和面向未来的迁移能力的培养,实现“教、学、做、工融合”的有机统一。按照职业岗位和工作任务设置课程,对课程内容进行取舍、重构。学生能在工厂仿真环境下接收职业指导,学生技能水平得到明显提高。

(作者单位:浙江工业职业技术学院)