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工业控制装备
第8次开课
开课时间: 2025年02月16日 ~ 2025年07月30日
学时安排: 4小时每周
进行至第24周,共24周 已有 290 人参加
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课程详情
课程评价(407)
spContent=《工业控制装备》为国家一流本科专业、江苏省产教融合品牌专业——自动化专业的核心课程,主要讲解智能制造背景下可编程控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)等典型工业控制装备的硬件架构和工作原理,以及相应工业控制系统设计方法和开发实施方法,面向自动化、测控技术与仪器、智能制造工程、机械工程等相关专业本科生开设。课程源于1996年开设的“可编程控制器”课程,由自动化专业负责人李丽娟和江苏省产业教授郭培志共同担任课程负责人,秉持“需求驱动,产教融合,真题真做,创新培养”理念,创建“五阶段进阶式工程案例训练法”,改革课赛融合PBL团队实践方式,校企联合开发在线开放慕课资源,陆续出版5部教材,荣获江苏省产教融合一流课程、江苏省微课竞赛一等奖、校课程思政示范课程,主讲教师入选教育部课程思政教学名师和教学团队。
《工业控制装备》为国家一流本科专业、江苏省产教融合品牌专业——自动化专业的核心课程,主要讲解智能制造背景下可编程控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)、安全仪表系统(SIS)等典型工业控制装备的硬件架构和工作原理,以及相应工业控制系统设计方法和开发实施方法,面向自动化、测控技术与仪器、智能制造工程、机械工程等相关专业本科生开设。课程源于1996年开设的“可编程控制器”课程,由自动化专业负责人李丽娟和江苏省产业教授郭培志共同担任课程负责人,秉持“需求驱动,产教融合,真题真做,创新培养”理念,创建“五阶段进阶式工程案例训练法”,改革课赛融合PBL团队实践方式,校企联合开发在线开放慕课资源,陆续出版5部教材,荣获江苏省产教融合一流课程、江苏省微课竞赛一等奖、校课程思政示范课程,主讲教师入选教育部课程思政教学名师和教学团队。
—— 课程团队
课程概述

智能制造是我国实现制造强国的必由之路。工业控制装备相当于制造业的大脑,是智能制造装备“国之重器”,实现制造业信息获取、智能决策、实时控制以及联网通信等。《工业控制装备》课程学习智能制造背景下可编程控制器(以下简称PLC)、集散控制系统(以下简称DCS)、安全仪表系统(以下简称SIS)等三种典型工业控制装备的工作原理及应用方法、基于PLC/DCS/SIS的智能制造系统设计方法以及开发实施方法,培养学生复杂工业场景下基于不同工业控制装备的智能制造系统方案设计、功能开发、工程实施的能力以及堪当智能制造重任的卓越工程师素养。

课程在以下3个方面形成了创新特色:

1.创建“三新三真六进”产教融合模式

基于课程实践性强的特征,提出将智能制造装备产业中的新文化、新技术、新场景、真问题、真项目、真成果全面引进课程教学的产教融合模式。校企协同开发课程资源,开发了1个企业文化案例视频,2个企业工程案例视频,2个企业项目流程视频,建立了包含10个真实工程项目的创新实践任务库,为学生打造接近真实产业场景的工业控制装备学习空间。

2.创建五阶段进阶式工程案例训练法

针对课程中案例分散、学生工程实践能力得不到持续培养的问题,提出五阶段进阶式工程案例训练法,由浅入深专门设计分布于不同单元但归属于某一案例系列的案例组合,建立一种类似企业学徒式项目培训的学习方式,学生能够灵活选择专门通过这些案例组进行学习的方式,通过持续的项目训练逐步提升工程实践能力。

3.践行“课赛融合”PBL团队实践方式

为了提升课程的两性一度,课程的创新实践环节与学生的学科竞赛培育融为一体,采用PBL团队实习方式。项目来源于真实工程项目或课程直通的“中国智能制造挑战赛”等学科竞赛赛题,任务挑战度高、创新性强,团队需要分工协作将本课程知识与前沿技术或与其它课程知识综合完成,有效提升了学生工程创新能力和卓越工程师素养。

授课目标

知识目标

Ÿ  熟悉PLC的硬件组成、工作原理和发展趋势,掌握PLC的模块化编程方法,并将其用于PLC构建的智能制造系统硬件设计和软件开发;

Ÿ  掌握DCS及SIS的功能、工作原理和发展趋势,熟悉DCS/SIS组合应用系统开发方法,并将其用于DCS/SIS构建的智能制造系统硬件组态和软件开发;

Ÿ  熟知不同工业控制装备构建的智能制造监控系统工程设计规范与标准实施流程,并将其应用于智能制造PLC/DCS/SIS系统工程项目设计、开发和实施。

能力目标:

Ÿ  针对复杂场景需求,综合工业控制装备技术现状以及经济、环境、安全等多方因素创新性设计系统功能和总体方案的能力;

Ÿ  复杂场景需求下智能制造PLC监控系统的方案设计能力、软硬件功能开发能力和工程实施能力;

Ÿ  复杂场景需求下智能制造DCS/SIS监控系统的方案设计能力、软硬件组态开发能力和工程实施能力。

素养目标:

Ÿ  自主可控责任感:具有智能制造“国之重器”的民族自信,具有研发和推广自主可控国产工业控制装备的抱负和责任感;

Ÿ  新发展理念行动:在开展智能制造系统项目全生命周期中具有自觉贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念的意识和行动;

Ÿ  卓越工程师品质:开拓创新、攻坚克难、吃苦耐劳、团结协作的智能制造装备领域卓越工程师品质。

课程大纲
工业控制装备概述
课时目标:学习目标:了解课程主要内容、学习目标、教学方法和考核方式;熟悉企业综合自动化系统架构及工业控制装备在综合自动化系统中的作用,熟知不同应用场合的工业控制装备种类和常见品牌。
第一节 课程导学
第二节 工业控制装备概述
第三节 工业综合自动化系统架构
【科技前沿】PLC技术发展趋势
【科技前沿】DCS技术发展趋势
【工控家园】国产DCS的崛起
【工控家园】国产PLC逐步占领市场
【课后讨论】工业控制装备之初步印象
【课后测验】工业控制装备概述小测验
可编程控制器
课时目标:学习目标:掌握可编程控制器(PLC)的工作原理,并能够根据原理分析PLC控制系统功能和运行结果;能够根据应用需求,设计合适的PLC控制系统方案,并从技术、安全、经济、环境等方面评价其合理性;熟悉一种品牌的PLC系统开发环境和编程方法,能够进行基本功能开发。
第一节 电器及继电器接触器控制技术
1 常用低压电器
2 基于继电器接触器的电力拖动控制电路
【课后测验】继电器接触器控制技术测验
【单元作业】继电器接触器控制技术作业
第二节 可编程控制器工作原理
1 PLC硬件构成及接线
2 S7-1200系列PLC系统存储区
3 S7-1200系列PLC工作原理
4 S7-1200系列PLC用户程序结构
【课外资料】S7-1200入门手册
【课后测验】PLC工作原理测验
【单元作业】PLC工作原理作业
第三节 PLC控制系统设计
1 S7-1200系列PLC基本逻辑指令
2 S7-1200系列PLC定时器指令及应用
3 S7-1200系列PLC指令典型应用
4 西门子博图编程软件
5 S7-1200系列PLC顺序功能图及应用
6 S7-1200系列PLC模块化编程
7 S7-1200系列PLC模拟量控制
8 S7-1200系列PLC通信
9 工程案例:S7-1200双位控制系统设计
10 工程案例:恒压供水PLC系统设计
【科技前沿】基于PLC的畜禽舍气体采集系统设计
【工控家园】国产PLC迎来战略机遇期
【工控家园】以新发展理念构建自动化网络架构
【课后测验】PLC控制系统设计测验
【单元作业】PLC控制系统设计作业
集散控制/安全仪表系统
课时目标:学习目标:熟悉集散控制系统(DCS)的网络架构、硬件组成;能够根据应用需求,设计合适的DCS控制系统方案,并从技术、安全、经济、环境等方面评价其合理性;熟悉一种品牌的DCS系统硬件和开发环境,能够进行控制功能组态开发。掌握安全仪表系统(SIS)的工作原理,并能够分析SIS逻辑功能;能够根据安全保护需求,设计合适的SIS联锁逻辑方案,并从技术、安全、经济、环境等方面评价其合理性;熟悉一种品牌的SIS系统开发环境和编程方法,能够进行基本功能开发。
第一节 集散控制系统概述
第二节 集散控制系统系统组成
第三节 集散控制系统工程组态
第四节 安全仪表系统工作原理
【课外资料】NT6000软件使用手册
【课外资料】NT6000控制策略组态手册
【科技前沿】碘化反应集散控制系统设计与实现
【科技前沿】石化企业安全仪表系统设计中的问题及优化
【工控家园】国家安全监管总局关于加强化工SIS管理的指导意见
【课后测验】集散控制/安全仪表系统测验
【单元作业】集散控制/安全仪表系统作业
工业控制装备实验
课时目标:学习目标:熟悉以西门子S7-1200为代表的工业控制系统设计、接线、组态、调试、运行过程,能根据需求设计PLC控制系统,并在南京工业大学实验装置上调试运行,能分析实验室模拟的局限性;熟悉以科远NT6000为代表的集散控制系统设计、组态、调试、运行过程,能根据需求设计和开发简单的反馈控制系统,并在实验装置上调试通过。
实验一 西门子S7-1200系列基本指令练习
实验二 西门子S7-1200系列十字路口交通灯控制
实验三 西门子S7-1200系列温度检测与控制
实验四 DCS控制系统组态仿真
实验五 SIS系统模拟仿真练习
【单元作业】工业控制装备实验报告
工业自动化系统设计
课时目标:学习目标:熟悉不同类型工业自动化系统设计的一般流程,能够根据应用需求和项目现有条件,综合多方因素设计合适的自动化系统综合解决方案。
第一节 工业自动化系统设计流程
1. 高校讲坛:工业自动化系统设计规范
2. 企业讲坛:PLC工程项目实施流程
3. 企业讲坛:标准DCS项目实施流程
第二节 工业自动化系统应用案例
1 高校讲坛:金橙生产氯化反应自动化系统
2 企业讲坛:分布式污水处理系统
3 企业讲坛:智慧环保平台典型案例
【工控家园】自主可控DCS研发及应用
【工控家园】神舟五号/六号航天相机研发
【课后测验】工业自动化系统设计测验
【单元作业】工业自动化系统设计作业
工业控制装备应用实习
课时目标:学习目标:从备选的实习任务中选择一个项目,组织3-7人团队分工协作开展创新实践。根据功能需求设计PLC/DCS/SIS工业自动化系统方案,设计中体现创新意识,注重新产品的应用;选择相应工具进行PLC/DCS/SIS控制系统的元件布置图、接线图绘制,进行PLC/DCS/SIS程序开发或组态,进行上位机软件开发;采用PLC/DCS/SIS开发工具和仿真工具进行系统功能测试,并理解模拟测试的局限性,指导实验室联调和系统完善;完成项目技术报告和汇报PPT。
第1阶段 实习任务下达
第2阶段 项目方案设计
第3阶段 项目分模块设计、开发与测试
第4阶段 项目联机调试
第5阶段 撰写报告
【单元作业】项目技术报告及汇报PPT
展开全部
预备知识

先修C语言程序设计、自动控制原理、计算机网络等课程。

参考资料

1. 李丽娟等. 西门子S7-1200PLC控制技术.机械工业出版社, 2021

2. 李丽娟等. 过程控制(第4版).东南大学出版社,2019

3. 黄海燕,何衍庆. 集散控制系统原理及应用(第4版),化学工业出版社,2021

4. Paul Gruhn, P. E.,张建国译.安全仪表系统工程设计与应用(第二版)[M],中国石化出版社,2017

南京工业大学
5 位授课老师
李丽娟

李丽娟

教授

张印强

张印强

副教授

杨世品

杨世品

副教授

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