CC BY
6Ежеквартальный
14 научно-практический Ставроиолья
журнал
УДК 378:37.013.75
Минаев И. Г., Таранова Е. В., Ушкур Д. Г., Самойленко В. В., Голубницкая Е. Н. Minaev I. G., Taranova E. V., Ushkur D. G., Samoilenko V. V., Golubnitskaya E. N.
ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ АПК - СОВРЕМЕННОЕ РЕШЕНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-КОМПЕТЕНТНОСТНЫХ ЗАДАЧ
LABORATORY FACILITIES FOR AGRICULTURE ENGINEERS TRAINING -MODERN SOLUTION OF PROFESSIONAL COMPETENCE-BASED GOALS
Рассматриваются особенности подготовки специалистов инженерного профиля высшего профессионального образования в рамках реализации компетентностного подхода. Представлено инновационное учебное оборудование по исследованию технических средств промышленной автоматики.
Ключевые слова: учебное оборудование, инженерное образование, компетентностный подход, инженерная компетентность, интерактивные методы обучения, программируемые логические контроллеры и средства автоматизации.
The features of higher education engineering specialists training in the framework of the competence-based approach are introduced. The innovative training equipment for the study of industrial automation technical facilities is presented.
Key words: training equipment, engineering education, competence-based approach, engineering competence, interactive training methods, programmable logic controllers and automation facilities.
Минаев Игорь Георгиевич -
кандидат технических наук, профессор кафедры автоматики, электроники и метрологии Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-69-22 E-mail: minaev_ig@mail.ru
Таранова Евгения Владимировна -
кандидат педагогических наук, доцент кафедры педагогики, психологии и социологии Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-72-50 E-mail: vfvfgfgf-53@yandex.ru
Ушкур Дмитрий Геннадьевич -
ассистент кафедры автоматики, электроники и метрологии Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-69-22 E-mail: ushkur_dg@mail.ru
Самойленко Владимир Валерьевич -
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры автоматики, электроники и метрологии Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-69-22 E-mail: vvs_stv@mail.ru
Голубницкая Екатерина Николаевна -
соискатель кафедры педагогики, психологии и социологии, ассистент кафедры автоматики, электроники и метрологии Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: (8652) 71-69-22 E-mail: golubnitskayaen@mail.ru
Minaev Igor Georgievich -
Ph.D. in Technical Science
Professor of Department of Automation,
Electronic and Metrology
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: (8652) 71-69-22
E-mail: minaev_ig@mail.ru
Taranova Evgeniya Vladimirovna -
Ph.D. in Pedagogic
Docent of Department of Pedagogic,
Psychology and Sociology
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: (8652) 71-72-50
E-mail: vfvfgfgf-53@yandex.ru
Ushkur Dmitry Gennadevich -
Assistant of Department of Automation,
Electronic and Metrology
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: (8652) 71-69-22
E-mail: ushkur_dg@mail.ru
Samoylenko Vladimir Valerevich -
Ph.D. in Technical Science Senior Lecture of Department of Automation,
Electronic and Metrology Stavropol State Agrarian University Tel.: (8652) 71-69-22 E-mail: vvs_stv@mail.ru
Golubnitskaya Ekaterina Nikolaevna -
Ph.D. student of Department of Pedagogic,
Psychology and Sociology
Assistant of Department
of Automation, Electronic and Metrology
Stavropol State
Agrarian University
Tel.: (8652) 71-69-22
E-mail: golubnitskayaen@mail.ru
Современное технологическое производство включает в себя комплекс взаимосвязанных автоматизированных процессов, бесперебойная работа которых обеспечивается сложными техническими средствами. Ядром систем автоматизации на сегодняшний день является программируемый логический контроллер - ПЛК. Но, несмотря на широкое его применение, в России остается острая нехватка специалистов, способных обслуживать высокоинтеллектуальные цифровые комплексы.
Процесс подготовки специалистов инженерного профиля, готовых выдержать жесткую конкуренцию на рынке труда в условиях стремительно развивающейся экономики и реформирования образовательной системы, неразрывно связан с оптимизацией педагогических технологий, используемых в процессе обучения. В связи с этим качественный уровень подготовки профессиональных инженерных кадров невозможен без внедрения в педагогическую практику активных и интерактивных методов и форм обучения.
Обозначенные выше проблемы авторами предлагается решать с использованием инновационного учебного оборудования и прилагающихся к нему комплектов методического и программного обеспечения, направленных на повышение уровня профессиональной компетентности и эффективности подготовки молодых специалистов в области автоматики и систем автоматизации.
Данный учебно-лабораторный комплекс по исследованию автоматизированных систем управления создан на базе учебно-научной исследовательской лаборатории «Автоматика» Ставропольского государственного аграрного университета.
Комплекс предназначен для освоения приемов программирования, связанных с управлением элементной базой программируемого логического контроллера (ПЛК), и включает в себя: инструментальный блок, комплект программного и методического обеспечения (рис. 1). Управление контроллером осуществляется в инструментальном комплексе промышленной автоматизации - программной среде СООЕЭУЭ, которая активно используется не только в России, но и во всех странах Европы, на основных языках программирования - LD (язык линейных диаграмм, релейных схем) и FBD (язык функциональных блоков).
Инструментальный блок состоит из базового модуля, на котором установлен ПЛК (ПЛК-100-24.Р - отечественной фирмы «ОВЕН»), а также набора сменных модулей, на которых имитируется ход выполнения различных технологических процессов.
Для имитации срабатывания исполнительных механизмов (датчиков, насосов, электроприводов, нагревателей и т. д.) применен набор тумблеров (переключателей).
Здесь следует обратить внимание на тот факт, что набор сменных модулей включает в себя упрощенные мнемосхемы реальных технологических процессов, таких как: производство и переработка продукции растениеводства и животноводства (хлеб, мясо, молоко, вино и т. д.), производство минеральных удобрений, производство строительных материалов и конструкций, релейная защита энерго/электросистем, водоснабжения и водоотведения, тепло-контроля и других параметров микроклимата помещений. Составление технологических карт и описание процессов, а также разработка мнемосхем сменных модулей тренажера осуществляется с учетом рекомендаций сотрудников предприятий-партнеров лаборатории.
Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема комплекса тренажера
16
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
в
Верхний (базовый модуль) с ПЛК и нижний (сменный) модули с нанесенной мнемосхемой технологического процесса приготовления жидкого продукта представлены на рисунке 2.
Модуль тренажера снабжен кабелем ЕШегпе1 и имеет возможность подключения к любому типу компьютерной системы, имеющей данный интерфейс (стационарный ПК, ноутбук и т. д.). Это позволяет обучающимся проектировать изучаемый технологический процесс в графическом редакторе и визуализировать ход его выполнения на экране монитора, тем самым создавая при необходимости возможности контроля в режиме удаленного доступа.
Рисунок 2 - Внешний вид тренажера
Обучение студентов в системе высшего профессионального образования согласно ФГОС ВПО 3-го поколения предписывает внедрение компетентностного подхода, определяющегося целью образования - формирование профессиональной компетентности.
Однако ряд педагогических исследований [1], а также специфика обучения бакалавров агротехнологических специальностей и техническая направленность изучаемых студентами дисциплин в лаборатории «Автомати-
ка» («Системы управления технологическими процессами и информационные технологии», «Автоматизированные системы управления», «Автоматика») позволила переориентировать результат обучения на формирование особого вида профессиональной компетентности - инженерной [1, 2].
В связи с этим актуализируются вопросы применения технических средств обучения, направленных на использование активных, интерактивных форм и методов обучения. Данный аспект нашел свое отражение в принципе и форме конструкции разработанного тренажера [3].
Учебно-лабораторный комплекс позволяет реализовать проведение целого ряда деловых игр, развивающих профессиональное мышление на примере ситуаций, возникающих в практической деятельности инженерных кадров различного уровня - от технолога до программного инженера. Игровая имитация принятия решений, возникающих в процессе организации и реализации системы логического управления технологическим процессом (анализ конкретных производственных ситуаций), способствует развитию самостоятельного, творческого поиска выхода из сложных ситуаций практической деятельности. В предлагаемых играх наиболее явным образом моделируется предметное и социальное содержание профессиональной деятельности, поскольку в игровой форме организации процесса обучения такие элементы усваиваются эффективнее. Знания здесь не оторваны от их практического применения, а участники получают достаточный опыт их использования в функции средств регуляции собственных действий. Знания усваиваются не «впрок», не «про запас», а в контексте практических действий, на их основе.
Учебный комплекс включает в себя необходимое для проведения спектра лабораторных и практических занятий разработанное программное обеспечение [4-9], структурная схема которого представлена на рисунке 3.
Многовариантность работ при использовании интеллектуального тренажера позволяет развивать два образовательных сценария.
Рисунок 3 - Структура пакета прикладных программ
В первом случае каждый студент должен иметь персональный компьютер с установленной средой Сойевув. Работа сводится к созданию системы логического управления (СЛУ) модели технологического процесса. Завершением работы является проверка работоспособности СЛУ в режиме эмуляции, т. е. наблюдения за ее поведением на мониторе.
Во втором случае студентам предоставляется возможность не только выполнить вышеуказанные исследования, но и перенести разработанную ими программу в ПЛК, установленный на лабораторном стенде, и проанализировать правильность ее построения непосредственно с помощью имитационных датчиков и исполнительных механизмов на самом тренажере.
Таким образом, разработанный комплекс-тренажер позволяет обучающимся не только проектировать сценарии развития технологического процесса, т. е. программировать его, но и наблюдать действия, характеризующие технологический процесс, в режиме эмуляции.
Данная разработка может быть интересна как образовательным учреждениям (среднего, высшего профессионального образования, организациям по обучению рабочим профессиям), так и предприятиям производственного и аграрного сектора. Сменные модули могут быть выполнены по индивидуальному заказу, с учетом специфики производства, а наличие обучающего тренажера позволит сэкономить временные и материальные затраты на подготовку и переподготовку кадров предприятия.
Литература
1. Голубницкая Е. Н. Структурно-функциональный подход к определению инженерной компетентности в контексте формирования профессиональной компетентности современного специалиста // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар : КубГАУ, 2013. № 02(86).
2. Создание лабораторной базы опережающего обучения / И. Г Минаев, А. В. Вос-трухин, Е. А. Вахтина, Д. Г. Ушкур // Высшее образование в России. 2008.№ 9.
3. Минаев И. Г, Ушкур Д. Г, Самойленко В. В. Компоненты автоматизации ОВЕН в учебном процессе Ставропольского университета // Автоматизация и производство. 2009. № 1 (34). С. 36-37.
4. Свидетельство о государственной
регистрации программы для ЭВМ № 2012614288 Учебная программа
управления технологическим процессом / Ушкур Д. Г, Голубницкая Е. Н. ; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ. 2012612053 ; заявл.
23.032012 ; зарег. 14.05.2012.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012614287 Образовательная программа по изучению программируемых логических контроллеров / Минаев И. Г, Ушкур Д. Г., Самойленко В. В., Голубницкая Е. Н. ; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ. 2012612052 ; заявл. 23.032012 ; зарег. 14.05.2012.
6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615167 Учебная программа по изучению программируемых логических контроллеров / Минаев И. Г, Ушкур Д. Г., Самойленко В. В. ; заявитель и правооб-
References
1. Golubnitskaya, E. N. The structural- functional approach to the definition of engineering competence in the context of the formation of the professional competence of the modern specialist // Polythematic power electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University (Journal KubGAU) [electronic resource]. Krasnodar KubGAU, 2013. № 02 (86).
2. Create laboratory facilities of advanced training / J. G. Minaev, A. V. Vostrukhin, E. A. Vakhtin, D. G. Ushkur // Higher Education in Russia. 2008. № 9.
3. Minaev I. G., Ushkur D. G., Samojlenko V. V. ARIES automation components in the learning process of the Stavropol University // Automation and Production. 2009. № 1 (34). C.36-37.
4. Certificate of state registration of the computer number 2012614288 curriculum process control / Ushkur D. G., E. N. Golubnitskaya , the applicant and the holder VPO Stavropol State Agrarian University. 2012612053, appl.
23.032012 ; eV. 14.05.2012.
5. Certificate of state registration of the computer number 2012614287 Educational Program for the Study of PLC / Minaev I. G., Ushkur D. G., Samojlenko V. V., Golubnitskaya E. N., the applicant and the holder VPO Stavropol State Agrarian University. 2012612052, appl. 23.032012; eV. 14.05.2012.
6. Certificate of state registration of the computer number 2012615167 Training Programme on programmable logic controllers / Minaev I. G., Ushkur D. G., Samojlenko V. V., the applicant and the holder VPO Stavropol State Agrarian University. 2012612855, appl. 13.04.2012; eV. 8.06.2012.
7. Minaev I. G., Sharapov V. M., Samojlenko V., Ushkur D. G. Programmable logic controllers in automated control systems : a training manual. 3rd ed., rev. Stavropol : AGRUS, 2013. 128 p.
8. Young scientists SKFO for agriculture in the region and Russia : a collection of re-
18
Ставрооодья
научно-практическии журнал
ладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ 2012612855 ; заявл. 13.04.2012 ; зарег. 8.06.2012.
7. Минаев И. Г, Шарапов В. М., Самойлен-ко В. В., Ушкур Д. Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления : учебное пособие. 3-е изд., перераб. Ставрополь : АГРУС, 2013. 128 с.
8. Молодые ученые СКФО для АПК региона и России : сборник научных статей по материалам II межрегиональной научнопрактической конференции. Ставрополь : АГРУС, 2013. 188 с.
9. Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях : сборник докладов V Международной научно-практической конференции (Москва, 26-28 июня 2013 г.) / М-во образования и науки Рос. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит. ун-т». М. : МГСУ, 2013. 696 с.
10. Минаев И. Г., Самойленко В. В. Программируемые логические
контроллеры: учебное пособие.
Ставрополь : АГРУС, 2009. 100 с.
search papers based on II Interregional Scientific and Practical Conference. Stavropol : AGRUS, 2013. 188 p.
9. Scientific and Technical Creativity of Youth -the way to a society based on knowledge : a collection of reports of the V International Scientific Conference (Moscow, 26-28 June 2013) / Ministry of Education and Science Ros. Federatsii, VPO «Mosk. gos. stroit. un-t. M. : MGRS, 2013. 696 p.
10 Minaev I. G., Samojlenko V.V.
Programmable logic controllers : a training manual. Stavropol : AGRUS, 2009. 100 р.
