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项目教学法在西门子机电系统改造中的实现韩满林（南京信息职业技术学院机电工程系南京210046）摘要：项目教学法在实际系统改造中得到了成功的应用，由教师和学生共同参与，完成了对西门子机电一体化生产系统（MPS）的改造。阐述了项目教学法在系统改造中的实施过程，介绍了基于PROFIBUS-DP的单主站多智能从站的网络组态与通信方法。系统改造后，上位机通过组态软件WinCC与系统进行数据交换，实现对系统的监控、数据归档、报警、报表打印功能。关键词：项目教学法；机电一体化生产系统；PROFIBUS-DP；WinCC分类号：TP273RealizationofProjectBasedLearninginReformingSiemensMechatronicSystemHANMan-lin(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingCollegeofInformationTechnology,Nanjing,210046)Abstract:Projectbasedlearningisactualizedsuccessfullyinarealsystemreforming.Teachersandstudentsparticipateintheprojectandreformthesiemensmechatronicproductionsystem.Expatiatetheprocessofactualizingtheprojectbasedlearning,introducetheconfigurationandcommunicationofsinglemasterstationandmulti-intelligentslavestationsnetworkbasedonPROFIBUS-DP.Afterthesystemisreformed,seniorPCexchangesdatawiththesystemthroughWinCCsoftware,andimplementsmonitoring,taglogging,alarming,andreportingdesigntothesystem.Keywords:ProjectBasedLearning;MechatronicProductionSystem(MPS);PROFIBUS-DP;WinCC1引言项目教学,也称为“基于项目活动的研究性学习”，当今教育界十分流行。项目教学的突出特点在于学习过程的实践与研究活动相融合[1]。采用项目教学法是提高职业院校实习实训课程教学效果的行之有效的手段。本文将项目教学法应用到实际设备控制系统改造中，采用Profibus-DP现场总线技术和WinCC组态软件技术，对西门子机电一体化实验室教学设备机电一体化生产系统（MPS）进行控制系统改造。在项目实施的过程中，不但完成了机电一体化系统实训课程的教学，系统改造也达到了预期成果，更重要的是学生们的综合素质得到了大大的提高。2项目教学法的实施过程2.1项目背景西门子机电一体化实验室的教学设备机电一体化生产系统（MPS），可以模拟零件的检测、搬运、加工、装配和分类的生产过程。实验室主要用于西门子机电一体化系统工程师认证培训和本系机电一体化系统实训课程教学。系统的加工工艺流程图如图1所示。作者简介：韩满林(1956—)，男，黑龙江哈尔滨人，副教授，机电工程系主任，研究方向为机电一体化、SMT，高职教学研究。电话：025-85842076。搬运站加工站装配搬运站分类站上料检测站装配站图1MPS加工工艺流程图系统包括六个工作站，每站由一台独立的西门子S7-300PLC控制，CPU为314C-2DP；各工作站可以单独工作，也可以组成系统完成整个加工过程。目前各工作站之间通信采用的方法是一个工作站PLC的输出与另一工作站PLC的输入相连，从而实现各工作站的协调动做，这种通信方式存在着诸多缺点：a．占用系统资源；b．信号传输抗干扰能力差；c．不能体现新型的工业控制系统网络结构理念；d．MPS系统不具有监控功能。机电一体化系统实训课程主要是培养学生深刻理解机电一体化的内涵，掌握机电一体化系统控制程序的设计方法，掌握ProfibusDP现场总线技术和WinCC组态监控技术的基本应用，掌握机电一体化系统故障诊断与维修方法，了解全集成自动化（TIA）的基本概念，使学生具备综合应用机电专业知识对机电一体化系统进行维护、维修及控制系统初步设计的能力。基于此，采用项目教学法，将机电一体化系统实训课程教学贯穿到MPS系统改造全过程是可行的。2.2项目的提出项目的选区应符合以下特征：首先是实践性。项目的选区应符合课程教学目标的需要，引进真实项目，对学生将来工作应该有所帮助。其次是启发性。项目的选择应蕴含一定深度的问题，能启发思考，从而提高教学效果。第三是典型性。所选项目要能反映同类事物的一般特征。第四是目的性。项目选取要适应教学的目的与要求，提高学生分析和解决问题的同时，完成项目改造的技术指标。基于课程教学目标和项目改造后要到达的技术指标，提出项目改造任务。应用一种新的控制系统结构理念，采用先进的Profibus-DP现场总线技术，将原系统改造为现场总线通信控制系统，使系统中各站的通信方法更合理，符合国际标准；同时引入WinCC组态软件技术，使上位机与系统通信，实现对零件库存情况的监控，并能实现数据归档、状态报警与报表打印功能。2.3项目的完成过程（1）项目的准备。这包括两方面。第一是教师的项目教学准备，主要是根据教学目标，对系统进行介绍，提出改造任务，搜集相关资料，分析预测课程出现的问题，对如何进行教学进行过程设计。第二是学生的准备。学生应根据教师的安排认真分析项目要求，查阅相关资料，学出项目分析报告，完成学生分组情况，讨论确定项目实施方案。（2）项目的实施。项目实施过程中，学生会遇到各种问题，教师要组织学生进行大量的讨论，给与适当的指导，激励学生运用知识和积极思维，目标是提高对项目过程的理解，鼓励和促进学生在过去经验基础上建构新知识，以积极的学习行为获得更好的学习效果。项目实施分两个小组，一组负责基于PROFIBUS-DP网络通讯的实现，同时对控制程序作改进，另一组负责上位机监控功能的实现。（3）基于PROFIBUS-DP网络通讯功能的实现。通过讨论第一组学生的报告中首先给出了PROFIBUS-DP网络的配置方案，考虑到系统的实际情况和实现的方便性，确定采用PLC做1类主站，监控站通过串口与PLC一对一的连接，对MPS进行改造。因为监控站不在PROFIBUS网络上，不是2类主站，不能直接读取从站数据和完成远程组态工作。监控站所需的从站数据只能通过串口从PLC中读取。由于各工作站的控制器CPU都带有DP接口，所以组态单主站多智能从站的PROFIBUS-DP网络是可行的。将MPS的第一站上料检测站作为DP主站，其他工作站作为智能DP从站，组态好MPS各工作站的PROFIBUS-DP网络系统如图2所示。图2MPS单主站多智能从站的PROFIBUS-DP网络将各智能从站连接到DP主站系统中之后，还必须对各站的通信方式进行组态。在MPS系统中，通过PROFIBUS-DP网络传输的信号主要有两类：各工作站的状态信号和工件的颜色信号。各智能从站与主站采用主从（MS）通信方式形式数据交换，各智能从站之间交换数据采用直接数据交换（DX）通信方式，又称为交叉通信。以智能从站5为例，配置完成的地址区如图3所示。图3DP主从通信与直接数据交换通信的组态（4）上位机监控系统的实现WinCC提供了方便灵活的与可编程控制器的通信方式，它除了提供与SIMATICS5/S7等系列PLC连接的通讯驱动程序外，还提供了如PROFIBUSDP/FMS、DDE、OPC等通用通道连接到第三方控制器[2]。采用WinCC与S7-300PLC通过MPI协议通信，在PLC侧不需要任何编程和组态，只需要在WinCC上对PLC的CPU的站地址和槽号及网卡组态。本文采用WinCC与MPS第六站通过MPI协议通信，从而实现对零件库存情况的监控，同时实现数据归档、状态报警及报表打印功能。WinCC与PLC之间通讯的建立需要以下工作：（1）选择PLC与WinCC间进行通信的合适的通信模块。本系统WinCC与PLC通过MPI协议通信，不需要另外配备通信模块。（2）选择WinCC站的PC机合适的通信处理器。本系统上位机采用西门子CP5613通讯网卡。（3）选择WinCC项目上合适的通道单元建立连接。本系统通过MPI协议建立连接。在WinCC运行系统中，所有WinCC的应用程序包括图形运行系统、报警运行系统和变量记录运行系统等，都以WinCC变量的形式从变量管理器中请求数据。变量管理器的任务是从过程中获取请求的变量值。该过程通过集成在WinCC项目中的通讯驱动程序来完成的，通讯驱动程序是WinCC与过程处理之间的接口。选择合适的驱动程序，在MPI通道单元建立连接，在变量管理器中定义相应的变量，编辑各功能的图形用户界面，从而实现对系统的监控。项目改造完成后，学生要完成结题报告和答辩，使学生了解项目实施的全过程，提高学生的语言表达能力。3项目教学法的实施效果通过项目教学可以整合资源，打破课程之间的界限。鼓励使用课程学习的一切资源，建构良好的知识获取和技能训练网络，开展协作互动式的学习，独立地、有评价地思考问题。项目教学能融知识、素质、能力教育于一体，综合学生的知识学习及诚信品德、敬业奉献、团队协作、创新能力等素质的形成，在互动过程中有机结合综合体现。采用项目教学，本文将西门子机电一体化设备控制系统改造融入机电一体化系统实训课程教学中，受到了学生的一致好评，取得了极好的教学效果。参考文献[1]贺平.项目教学法的实践探索[J].中国职业技术教育，2006.8.[2]童军,李小棉.WinCC在供热站恒压供水监控系统中的应用[J].工业控制计算机,2007年05期.