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掌上玩转计算机控制实验——浙大控制学院首推“掌上实验室”
时间:2021-02-02 来源:党政综合办 编辑:zhbgscse 访问次数:390

2月1日,浙江大学《计算机控制系统》课程团队发布了“掌上实验室——新一代片上控制系统实验教学平台”,该掌上实验室基于自主研发的片上控制系统(又称为片上PLC、芯片级控制系统)开发,学生可以在家或在寝室随时随地动手完成实验,这为自动化类专业的计算机控制相关课程提供了全新的线上实验教学解决方案,并提供了疫情期间教学改革的新思路。

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课程团队合影照片

浙江大学控制学院副院长、课程负责人侯迪波教授介绍说,《计算机控制系统》课程是自动化类专业的核心必修课程,其对应的实验/实践课程是构建自动化类学生专业核心能力的重要环节。然而,当前各高校自动化专业实验中心配备的相关计算机控制实验设备普遍存在体积庞大、实验内容固化、建设成本高、离实际应用有距离等问题,难以满足当前新工科自动化专业学生培养的需要。此外,目前市场上的计算机控制实验设备中的核心控制器大多采用国外品牌,长期来说,对于国家的人才培养和产业发展都是不利的。

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现有计算机控制实验设备

有鉴于此,浙江大学《计算机控制系统》课程团队推出了“掌上实验室——新一代片上控制系统实验教学平台”。掌上实验室包含便携实验套件、组态编程软件、在线仿真学习云平台及配套实验指导学习资料,通过小巧的便携实验套件替代了原有的实验箱或实验台,通过在线仿真学习云平台将原有体积庞大的实物实验对象虚拟化为“虚拟实验装置”。

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掌上实验室示意图

课程团队成员潘再生高工介绍说,掌上实验室的核心为自主研发的CMC芯片(Control Module on Chip),又称为片上PLC。CMC芯片将计算机控制系统的输入输出、控制运算、通信等共性功能集成在一个芯片中实现,是一种成本更低廉、设计更简单、可靠性更高的新一代核心控制器件。由CMC芯片作为核心开发的便携实验套件尺寸小巧,大小仅9.6×7.2×2.5cm,特别适用于疫情期间的远程学习和实验。

掌上实验室的编程软件采用IEC61131-3标准,可提供梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等编程语言用于开发,可与现有的PLC系统实现无缝衔接学习;此外还可以使用C语言实现自定义功能块编程。值得一提的是,该实验套件不仅可做实验学习用途,学生在完成实验课程学习后,完全可以将实验套件用于实际计算机控制系统工程项目的开发,实现“即学即用”。

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掌上实验室编程界面示意图

“虚实结合”也是掌上实验室区别其他同类实验设备的主要特点,用户既可以连接实物对象(如水箱对象、步进电机、3D打印机等),也可以连接系统提供的“虚拟实验装置”以进行编程调试。计算机控制系统课程团队专门开发设计了多种虚拟实验装置,模型包括流程工业常见的液位、温度、压力等实验室装置,以及离散行业常见的三轴滑台、机械臂、数控机床等装置,也可以进行自行设计添加,灵活满足各种实验教学需要。

掌上实验室的主要特点:

· 自主研发,核心采用新一代片上控制系统

· 体积小巧,可分发给学生、不限场所使用

· 扩展性好,可灵活增加IO接口和扩展模块

· 虚实结合,可以不须配备昂贵的实物对象

· 开发方便,提供完善的组态开发调试工具

· 即学即用,掌握后可应用于实际工程项目

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掌上实验室与其他实验设备对比

疫情改变了教师的教学方式,也改变了同学们的学习方式。自动化专业是非常好的多学科交叉专业,自动化技术、计算机控制系统在各行各业具有广阔的应用前景。“掌上实验室”提供了方便自动化专业学生开展自主学习、学以致用的实验教学解决方案,不仅提高了现有计算机控制系统实验教学内容的丰富度和趣味度,也确保了疫情期间实验教学“不掉链”,为实施线上线下混合式教学树立了样板。

 

浙江大学控制科学与工程学院

2021.2.1

 

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