《自动化综合创新》教学大纲

《自动化综合创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05166023课程性质：集中实践课学分：2学分周数：2周先修课程：传感器技术、电气制图、电气控制与PLC、运动控制系统等并修课程：现场总线技术、机器人控制技术适用专业：自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《自动化综合创新》是自动化专业一个重要的综合性实践性环节，它将自动化专业的《传感器技术》、《电气控制与PLC》、《运动控制系统》、《电气制图》等多门专业课程进行有机融合，以PLC在自动化生产线中的应用为切入点，详细分析、讲解柔性生产线控制系统中涉及到的软硬件设计相关技术理论及应用方法，以提高学生应用专业知识分析问题解决工程实际问题的能力、创新创业能力及团队协作能力，为学生从事自动化领域的相关工程技术工作奠定坚实的基础。二、课程目标通过自动化综合创新，使学生达到如下目标：课程目标1：熟悉自动化生产线常见传感器、执行机构和PLC的选型，掌握电气原理图的设计；熟悉PLC顺序控制流程图的设计和程序的编制；熟悉上位机监控组态界面设计方法；能够针对生产线具体的控制要求，利用电气控制系统设计的基本方法，并结合文献研究，选择合理的控制方案。课程目标2：针对实验室的柔性自动化生产线的某一单元，能够根据控制要求进行硬件和软件设计，在设计开发环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，培养学生利用所学知识分析解决问题的能力。课程目标3：对小组成员按照硬件设计、软件设计、监控组态界面设计进行任务分工，各成员分工协作，认真完成各自的任务，并进行硬件、软件、监控组态界面的联合调试，锻炼作为团队成员或负责人协调合作的团队精神和能力，培养学生善于沟通交流和团队协助的能力，努力通过团队合作解决工程实际问题的能力。课程目标4：培养学生树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识；培养学生良好的沟通能力，熟悉课程的成果展示和答辩环节，能够就团队设计的控制系统，以口头、图表等方式，准确表达自己的观点。三、课程目标与毕业要求《自动化综合创新》课程教学目标对自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支持强度2.问题分析2.3能够根据数学、自然科学和控制工程科学的基本原理，并结合文献研究，比较不同的解决方案，以获得有效结论。课程目标1：熟悉自动化生产线常见传感器、执行机构和PLC的选型，掌握电气原理图的设计；熟悉PLC顺序控制流程图的设计和程序的编制；熟悉上位机监控组态界面设计方法；能够针对生产线具体的控制要求，利用电气控制系统设计的基本方法，并结合文献研究，选择合理的控制方案。H3.设计/开发解决方案3.3能够在设计开发环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。课程目标2：针对实验室的柔性自动化生产线的某一单元，能够根据控制要求进行硬件和软件设计，在设计开发环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，培养学生利用所学知识分析解决问题的能力。H个人和团队9.1理解团队合作的重要性，具有团队成员或负责人协调合作的团队精神和能力，能够在多学科背景下的团队中独立或合作开展工作并发挥作用。课程目标3：对小组成员按照硬件设计、软件设计、监控组态界面设计进行任务分工，各成员分工协作，认真完成各自的任务，并进行硬件、软件、监控组态界面的联合调试，锻炼作为团队成员或负责人协调合作的团队精神和能力，培养学生善于沟通交流和团队协助的能力，努力通过团队合作解决工程实际问题的能力。M10.沟通10.1能够就自动控制领域专业问题，以口头、文稿、图标等方式，准确表达自己的观点，回应质疑。课程目标4：培养学生树立正确的劳动观念，形成良好的劳动习惯，具有劳动精神和劳动意识；培养学生良好的沟通能力，熟悉课程的成果展示和答辩环节，能够就团队设计的控制系统，以口头、图表等方式，准确表达自己的观点。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点课时安排对应的课程目标1.创新教学模块讲解教学要求：现场演示柔性生产线各个站点的运行过程。采用多媒体授课，讲解传感器原理与应用、PLC选型与应用等柔性生产线控制系统中涉及到的软硬件设计相关技术理论及应用方法。重点：PLC选型与应用。难点：PLC选型与应用。1天1、2、3、42.查阅资料，方案分析、比较教学要求：结合柔性自动化生产线讲解综合创新的过程，下达任务书。学生通过学习通平台学习《自动化综合创新》的在线课程，根据任务书查阅资料、熟悉题目的具体内容及其控制原理，考虑加入一定的创新功能，选择合适的软硬件控制方案。重点：软硬件控制方案的选择。难点：软硬件控制方案的选择。1天1、23.硬件设计教学要求：根据控制方案选择合适的传感器、气动元件、电机和PLC，进行电气原理图和气动回路图的设计。重点：电气原理图的设计。难点：电气原理图的设计。2天1、24.软件设计教学要求：了解柔性自动化生产线某单元的控制流程，设计并绘制其主程序流程图和子程序的顺控流程图，按照创新教学模块讲解的内容进行结构化和标准化PLC程序设计。重点：顺控流程图的设计。难点：结构化和标准化PLC程序的设计。2天1、2、35.监控组态界面及通信系统设计教学要求：根据柔性自动化生产线联机控制要求，完成监控组态界面设计和通信系统设计。重点：监控组态界面设计。难点：通信系统设计。1天3、46.系统调试运行教学要求：根据柔性自动化生产线的控制要求，完成硬件接线、程序下载、调试、单机运行、组态界面与PLC程序的联合运行以及相邻两站的联机运行。重点：程序的调试、运行。难点：程序的调试、运行。1天1、2、3、47.说明书编写教学要求：根据软硬件设计和系统调试运行过程严格按照格式编写设计说明书，说明书应配有电气原理图、气动回路图、程序流程图、监控组态界面，认真总结设计、调试运行过程中的收获、体会，并对设计的创新功能进行说明。重点：编写符合要求的设计说明书。难点：对设计的创新功能进行说明。1天1、2、3、48.回答问题教学要求：问答是考核综合创新是否达到基本要求和相应水平的重要环节，是教师对学生创新能力的一次会诊和指导。考核内容主要包括学生对PLC控制系统软硬件设计方案、系统运行调试中的经验与收获的归纳和总结能力以及是否具备初步的创新能力。教师提问的内容包括硬件设计方案、软件设计思路、调试系统过程中遇到的问题和解决方案、系统的创新功能等。重点考察学生对PLC控制系统的设计和调试运行能力，同时检查设计的创新性、工作量，提出改进意见。重点：系统设计、调试运行及解决问题能力的整体考核。难点：系统设计、调试运行及解决问题能力的整体考核。1天3、4合计10天（2周）五、教学方法及手段本课程采用以学生为主体、以教师为主导、侧重实践的“引导式”的教学方法，教师对相关基础知识进行讲解，对工作过程进行演示，引导学生查阅相关资料，进行自主学习和动手实践，充分发挥学生主观能动性，通过小组讨论、原理图绘制、问题回答、现场调试等方式激发学生学习热情，帮助学生走出教室，走进实验室，在实验实践过程中强化学生分析问题解决问题的实践能力、创新能力、团队协作能力等。六、教材和参考书1.推荐教材：自动化教研室.《自动化综合创新训练指导书》.校内自编.2021.2.参考书：(1)王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].6版.北京:北京航空航天大学出版社.2020.(2)孟爱华.工业自动化集成控制系统——基于西门子TIA博途系统[M].西安:西安电子科技大学出版社,2020.(3)廖常初.PLC编程及应用第[M].5版.北京:机械工业出版社,2019.(4)吕景泉.自动化生产线安装与调试[M].4版.北京:中国铁道出版社,2022.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由：在线课程学习、电气原理图设计、程序设计及现场调试、设计说明书质量、答辩成绩五部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节分值考核/评价细则课程目标1234在线课程学习10根据学习通平台《自动化综合创新》的在线课程的学习情况进行考核，满分10分。√√√√2332电气原理图设计20(1)主要考核学生的电气原理图设计是否合理规范，满分20分。(2)教师根据上述内容的完成质量高低评分。√√√√10433程序设计及现场调试30(1)主要考核设计的程序设计是否能够完全满足预定的控制要求。(2)学生现场运行调试，教师根据操作的熟练程度及满足控制要求的程度评分，满分30分。。√√√√510105设计说明书质量30(1)主要考核学生的设计说明书完成情况以及是否具有一定的创新功能。(2)教师根据上述内容的完成质量高低评分，满分30分，其中设计说明书完成情况25分，创新功能5分。√√√√510105回答问题10(1)主要考核学生在分组任务中的回答问题情况。(2)根据每小组学生在学习通平台回答问题的情况（包含小组自评、互评和教师评价）由系统自动计算分数，满分10分。√√√√1234合计：10023292919八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定自动化综合创新课程根据学生对基本知识掌握的程度，系统方案设计、软硬件综合设计与调试的能力，独立分析解决问题的能力和创新精神以及设计说明书书写的规范性来综合评定成绩。课程采用优、良、中、及格、不及格五级评分制。即90分以上为优，80~89分为良，70~79分为中，60~69分为及格，60分以下为不及格。总成绩分五部分，在线视频学习、电气原理图设计、程序设计及现场调试、设计说明书和回答问题。其中：（1）在线视频学习（占10%）；（2）电气原理图设计（占20%）；（3）程序设计及现场调试（占30%）；（4）设计说明书（占30%）；（5）回答问题（占10%）。2.成绩评定标准考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥90（优秀）90>x≥80（良好）80>x≥70（中等）70>x≥60（及格）x<60（不及格）在线课程学习10在线课程的视频学习成绩≥90分90分>在线课程的视频学习成绩≥80分80分>在线课程的视频学习成绩≥70分70分>在线课程的视频学习成绩≥60分在线课程的视频学习成绩<60分电气原理图设计20电气原理图设计规范、合理，电气符号无错误。电气原理图个别地方不太规范，电气符号无错误。电气原理图不太规范，电气符号错误3个以下。电气原理图不太规范，电气符号错误5个以下。电气原理图不规范，电气符号错误6个以上。程序设计及现场调试30熟练掌握设备的方法与步骤，操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作；编写的程序经过调试能够实现要求的全部功能；监控组态界面设计完善，能够实现良好的人机交互。熟练掌握设备的方法与步骤，操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作；编写的程序经过调试能够实现要求的大部分功能；监控组态界面能够实现较好的人机交互。比较熟练地掌握设备的方法与步骤，操作过程规范，遵规守纪、团结协作；编写的程序经过调试能够基本实现要求的大部分功能；监控组态界面能够实现人机交互，但不够完善。掌握设备的方法与步骤，操作过程不够熟练，遵规守纪、无协作；编写的程序经过调试只能实现要求的基本功能；没有人机交互。不能熟练掌握设备的方法与步骤，操作过程不熟练，不遵规守纪、无协作；编写的程序经过调试不能实现要求的功能；没有人机交互。设计说明书质量30设计方案正确、表达清楚；程序流程图设计规范；有创新方案，并实现了创新功能；设计说明书内容充实、格式规范。设计方案正确、表达清楚；程序流程图设计规范；有创新方案，但