电气与控制工程学院 独立实践课教学大纲 课程名(COURSE TITLE): 自动化系统设计川 课程代码(COURSE CODE): 7284121 学分(CREDIT VALUE): 3 开课单位(DEPARTMENT/UNIT):自动化系 版本(VERSION): DG7284121-202111自动化 课程负责人 (COURSE COORDINATOR): 李志军 (签章) 北方工业大学电气与控制工程学院 2021年11月
电气与控制工程学院 独立实践课教学大纲 课 程 名（COURSE TITLE）： 自动化系统设计 II 课程代码（COURSE CODE）： 7284121 学 分（CREDIT VALUE）： 3 开课单位（DEPARTMENT/UNIT）： 自动化系 版 本（VERSION）： DG7284121-202111 自动化 课程负责人 （COURSE COORDINATOR）： 李志军 (签章) 北方工业大学 电气与控制工程学院 2021 年 11 月
目录 1课程基本信息 3 2毕业要求与课程目标 6 2.1本课程支撑的毕业要求观测点 6 2.2课程目标 .6 2.3毕业要求与课程目标的关系。 3课程实践内容及安排 3.1课程学时总体安排 8 3.2实践任务内容和学时计划 .8 4课程教学设计 15 5课程考核方案和依据， 16 5.1课程考核方案 16 5.2课程各考核项评价依据和标准 17 6本次修订说明 19 7需要说明的其它问题 .19
2 目 录 1 课程基本信息.............................................................................................................................. 3 2 毕业要求与课程目标.................................................................................................................6 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点....................................................................................6 2.2 课程目标...........................................................................................................................6 2.3 毕业要求与课程目标的关系....................................................................................... 7 3 课程实践内容及安排.................................................................................................................. 8 3.1 课程学时总体安排.........................................................................................................8 3.2 实践任务内容和学时计划............................................................................................8 4 课程教学设计............................................................................................................................ 15 5 课程考核方案和依据...............................................................................................................16 5.1 课程考核方案................................................................................................................16 5.2 课程各考核项评价依据和标准.................................................................................17 6 本次修订说明............................................................................................................................ 19 7 需要说明的其它问题...............................................................................................................19
1课程基本信息 课程名称（中文）自动化系统设计IⅡ 裸程名称（英文 Automation Systems Design II 课程计划学时 96 课外学时建议 30 学时构成 教师讲授4 实践过程 88 结课验收 4 先修课名称 《信号分析与处理》(7240811)、《现代控制工程基础》(7328701)、《自 动化系统设计I》(7284111) 适用专业年级自动化专业、自动化创新实验班2019级及以后年级 开课单位 自动化系 本课程是自动化专业的专业必修独立实践课，是《自动化系统设计I》的 证续。里程以双轮平衡小车、西门子多部申梯控制仿直系续、SDT-1000高切 多功能过程与控制实训系统、移动抓取机器人等为研究实践平台，设立多个 课程简介践任务方向，培养学生具备较基本的自动化控制系统独立设计、实现及验证能 力。结课总评成绩由平时成绩和期末成绩两部分构成。平时成绩包括平时考勤 表现、阶段性报告、项目过程管理自检表和验收答辩：期末成绩由课程实践报 告体现。 实践方向 学习资源 某础学习资料： 智能机器人方向实践指导书（校内讲义） 地2、工业智能控制方向实践指导书（校内讲义） 牧材和学习资源 :双轮智 平衡车（吉鸿参考资料： 海、知世法、 3、孔凡才.《自动控制系统-工作原理、性能分析与系统调试》 周萌) 机械工业出版社.1SBN:978711115298 4.Gene F Franklin,J David Powell,Abbas Emami-Naeini (Feedback Control of Dynamic Systems.Pearson.ISBN: 9781292274522 3
3 1 课程基本信息 课程名称（中文） 自动化系统设计 II 课程名称（英文） Automation Systems Design II 课程计划学时 96 课外学时建议 30 学时构成 教师讲授 4 实践过程 88 结课验收 4 先修课名称 《信号分析与处理》（ 7240811）、《现代控制工程基础》（7328701）、《自 动化系统设计 I》（7284111） 适用专业年级 自动化专业、自动化创新实验班 2019 级及以后年级 开课单位 自动化系 课 程 简 介 本课程是自动化专业的专业必修独立实践课，是《自动化系统设计 I》的 延续。课程以双轮平衡小车、西门子多部电梯控制仿真系统、SMPT-1000 高级 多功能过程与控制实训系统、移动抓取机器人等为研究实践平台，设立多个实 践任务方向，培养学生具备较基本的自动化控制系统独立设计、实现及验证能 力。结课总评成绩由平时成绩和期末成绩两部分构成。平时成绩包括平时考勤 表现、阶段性报告、项目过程管理自检表和验收答辩；期末成绩由课程实践报 告体现。 教材和学习资源 实践方向 学习资源 一：双轮智能 平衡车（吉鸿 海、刘世达、 周萌） 基础学习资料： 1、智能机器人方向实践指导书（校内讲义） 2、工业智能控制方向实践指导书（校内讲义） 参考资料： 3、孔凡才.《自动控制系统-工作原理、性能分析与系统调试》. 机械工业出版社. ISBN：9787111115298 4、Gene F Franklin, J David Powell, Abbas Emami-Naeini. 《Feedback Control of Dynamic Systems》. Pearson . ISBN： 9781292274522
基础学习资料： 《S7-1200PLC编程及应用》（第3版），廖常初，机械工业 、离散行业出版社，2017.15B978711563136 自动化（李上《S7-1200可编程控制器系统手册》，西门子（中国）有限公 司.2014 超) 参考资料 入浅出西门子S7-1200PLC》,西门子（中国），北京航盆 航天大学出版社，2009.ISBN:9787811249569 基础学习资料： 一小锅带你学过控》，马所等，高等教 2013.ISBN 9787040382945 、《自动控制工程设计》，孙洪程等，高等教有出版社，2016.ISBN 自动化（雷振 伍) 787040446920 参考资料： 《深入浅出PCS7》 (西门子培训资料) 4、《SMPT-1000使用说明》（实验平台使用说明） 基础学习资料： 1、移动抓取平台方向实践指导书（校内讲义） 2、《现代机器人学：机构、规划与控制》，[美]凯文·M林奇 四、移动抓取 (Kevin M.Lynch) [韩朴钟字(Frank C.Park)著， 于靖军贾振中译，机械工业出版社，2020.ISBN:978711163984 平台（翟维 枫) 参考资料： 3、《精通ROS机器人编程》，[印度]郎坦约瑟夫(Lentin Joseph 等 机械工业出版社，2019.1SBN 9787111621997 4、 《机器人学导论》.[美]约翰J.克雷格John J Cra著， 超王伟译，机械工业出版社，2018.ISBN:9787111590316 基础学习资料： L、xMate柔顺力控机械臂方向实践指导书（校内讲义与使用说明 五、xate书) 顺力控应用2、《机器人学导论》.[美]JohnJ.Craig等著，机械工业出版社 电脑机箱装2018.ISBN:9787111590316 配实验台（殷参考资料： 翔) 3、《现代机器人学：机构、规划与控制》，[美]凯文·M林奇 (Kevin M.Lynch) [韩]朴钟字(Frank.CPark) 于靖军贾振中译，机械工业出版社，2020.ISBN:9787111639848
4 二、离散行业 自动化（李 超） 基础学习资料： 1、《S7-1200 PLC 编程及应用》（第 3 版），廖常初，机械工业 出版社，2017. ISBN：9787111563136 2、《S7-1200 可编程控制器系统手册》，西门子（中国）有限公 司，2014 参考资料： 3、《深入浅出西门子 S7-1200PLC》，西门子（中国），北京航空 航天大学出版社，2009. ISBN：9787811249569 三、流程行业 自动化（雷振 伍） 基础学习资料： 1、《深入浅出过程控制——小锅带你学过控》，马昕等，高等教 育出版社，2013. ISBN：9787040382945 2、《自动控制工程设计》，孙洪程等，高等教育出版社，2016. ISBN： 9787040446920 参考资料： 3、《深入浅出 PCS7》（西门子培训资料） 4、《SMPT-1000 使用说明》（实验平台使用说明） 四、移动抓取 平台（翟维 枫） 基础学习资料： 1、移动抓取平台方向实践指导书（校内讲义） 2、《现代机器人学：机构、规划与控制》，[美] 凯文• M.林奇 （Kevin M. Lynch），[韩] 朴钟宇（Frank C. Park） 著， 于靖军 贾振中 译，机械工业出版社，2020. ISBN：9787111639848 参考资料： 3、《精通 ROS 机器人编程》，[印度] 郎坦·约瑟夫（Lentin Joseph） 等著，机械工业出版社，2019. ISBN：9787111621997 4、《机器人学导论》. [美] 约翰 J. 克雷格 John J Cra 著，贠 超 王伟 译，机械工业出版社，2018. ISBN：9787111590316 五、xMate 柔 顺力控应用 电脑机箱装 配实验台（殷 翔） 基础学习资料： 1、xMate 柔顺力控机械臂方向实践指导书（校内讲义与使用说明 书） 2、《机器人学导论》.[美]John J. Craig 等著，机械工业出版社， 2018. ISBN：9787111590316 参考资料： 3、《现代机器人学：机构、规划与控制》，[美] 凯文• M.林奇 （Kevin M. Lynch），[韩] 朴钟宇（Frank C. Park） 著， 于靖军 贾振中译，机械工业出版社，2020. ISBN：9787111639848
基础学习资料 六、化工制药， C0SAI-A7800智慧生产线实训指导书（校内讲义） 过程白动化 2、《PLC实验指导书》（校内讲义）PLC实验室2020年 工厂/智慧药参考资料： 剂灌装生产B、《S7-1200PLC编程及应用》（第三版），廖常初主编，机械 线仿真系统业出版社，2017年9月.ISBN:9787111563136 (宋浩) 4、《西门子S7-200 SMART PLC编程手册》西门子公司，2020 基础学习资料： AutoCAD基础 2、《S7-1200PLC编程及应用》（第3版），廖常初，机械工业 七、智能仓储出版社，2017.ISBN:9787111563136 平台系统（刘邮、《S7-1200可编程控制器系统手册》，西门子（中国）有限么 大千) 同， 2014 参考资料： 4、《深入浅出西门子S7-1200PLC》,西门子（中国）有限公司， 北京航空航天大学出版社，2009.ISBN:9787811249569 基础学习资料 1、《过程控制系统》，黄德先，王京春，金以慧编著，清华大等 八、四容水箱 出版社，2011年.ISBN:9787302242918 控制系统 、《四容水箱控制系统实验指导书》（实践平台资料介绍） 参考资料 3、《过程控制工程》（第4版），戴连奎，张建明，谢磊等著 化学工业出版社，2020.ISBN:9787122368416 000808 大纲版本号 DG7284121-202111自动化 前一版本号 DG7284121-201912自动化 大纲修订人 雷振伍等 修订时间 2021.11 课程负责人 李志军 (签字) 实验中心审核人 胡长斌 (签字) 专业负责人 李志军 (签字) 审核时间 2021.11 学院批准人 徐继宁（签字） 批准时间 2021.11
5 六、化工制药 过程自动化 工厂/智慧药 剂灌装生产 线仿真系统 （宋浩） 基础学习资料： 1、COSAI-A7800 智慧生产线实训指导书（校内讲义） 2、《PLC 实验指导书》（校内讲义） PLC 实验室 2020 年 参考资料： 3、《S7-1200PLC 编程及应用》（第三版），廖常初主编，机械工 业出版社，2017 年 9 月. ISBN：9787111563136 4、《西门子 S7-200 SMART PLC 编程手册》西门子公司，2020 七、智能仓储 平台系统（刘 大千） 基础学习资料： 1、AutoCAD 基础 2、《S7-1200 PLC 编程及应用》（第 3 版），廖常初，机械工业 出版社，2017. ISBN：9787111563136 3、《S7-1200 可编程控制器系统手册》，西门子（中国）有限公 司，2014 参考资料： 4、《深入浅出西门子 S7-1200PLC》，西门子（中国）有限公司， 北京航空航天大学出版社，2009. ISBN：9787811249569 八、四容水箱 控制系统 基础学习资料： 1、《过程控制系统》，黄德先，王京春，金以慧编著，清华大学 出版社，2011 年. ISBN：9787302242918 2、《四容水箱控制系统实验指导书》（实践平台资料介绍） 参考资料 3、《过程控制工程》（第 4 版），戴连奎，张建明，谢磊等 著， 化学工业出版社，2020. ISBN：9787122368416 大纲版本号 DG7284121-202111 自动化 前一版本号 DG7284121-201912 自动化 大纲修订人 雷振伍等 修订时间 2021.11 课程负责人 李志军 （签字） 实验中心审核人 胡长斌 （签字） 专业负责人 李志军 （签字） 审核时间 2021.11 学院批准人 徐继宁 （签字） 批准时间 2021.11
2毕业要求与课程目标 2.1本课程支排的毕业要求观测点 本课程设置了8个观测点，具体如下： (1)毕业要求观测点2-3：能够运用各种现代检索方式获取文献资料和相 关信息，分析形成复杂工程问题的解决方案。 (2)毕业要求观测点2-4：能够对解决方案进行对比验证和总结评价，获 得有效的结论。 (3)毕业要求观测点3-3：能够在自动化相关领域设计/开发解决方案中体 现创新意识。 (4)毕业要求观测点7-2：能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自 动化领域工程实践的可持续性，评价其可能对环境、社会造成的影响 (5)毕业要求观测点9-1：理解控制、电气、计算机等多学科背景下，个 体、团队成员以及负责人在复杂工程实践中的作用和相互关系。 (6)毕业要求观测点10-2：能够就自动化相关领域复杂工程问题清晰表达 见解、陈述发言，并与业界同行及社会公众进行有效交流。 (7)毕业要求观测点指标点11-1：掌握项目管理的基本概念与基本方法， 理解自动化相关领域工程项目开发特点和经济决策方法。 (8)毕业要求观测点指标点11-2：能够在多学科环境中下，运用工程管理 与经济决策方法管理项目进程、目标和质量。 2.2课程目标 根据自动化专业毕业要求观测点，本课程设置了8个课程的知识能力目标 (简称：XTSJ-X),另设置了1个课程思政目标。 XTSJ-1:能够运用各种现代检索方式获取自动化系统文献资料和相关信息， 分析形成自动化系统复杂工程问题的解决方案。 XTSJ-2:能够对自动化系统复杂工程问题解决方案进行对比验证和总结评 价，获得有效的结论。 XTSJ-3:能够在自动化系统设计/开发解决方案中体现创新意识 6
6 2 毕业要求与课程目标 2.1 本课程支撑的毕业要求观测点 本课程设置了 8 个观测点，具体如下： （1）毕业要求观测点 2-3：能够运用各种现代检索方式获取文献资料和相 关信息，分析形成复杂工程问题的解决方案。 （2）毕业要求观测点 2-4：能够对解决方案进行对比验证和总结评价，获 得有效的结论。 （3）毕业要求观测点 3-3：能够在自动化相关领域设计/开发解决方案中体 现创新意识。 （4）毕业要求观测点 7-2：能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自 动化领域工程实践的可持续性，评价其可能对环境、社会造成的影响。 （5）毕业要求观测点 9-1：理解控制、电气、计算机等多学科背景下，个 体、团队成员以及负责人在复杂工程实践中的作用和相互关系。 （6）毕业要求观测点 10-2：能够就自动化相关领域复杂工程问题清晰表达 见解、陈述发言，并与业界同行及社会公众进行有效交流。 （7）毕业要求观测点指标点 11-1：掌握项目管理的基本概念与基本方法， 理解自动化相关领域工程项目开发特点和经济决策方法。 （8）毕业要求观测点指标点 11-2：能够在多学科环境中下，运用工程管理 与经济决策方法管理项目进程、目标和质量。 2.2 课程目标 根据自动化专业毕业要求观测点，本课程设置了 8 个课程的知识能力目标 （简称：XTSJ-X），另设置了 1 个课程思政目标。 XTSJ-1：能够运用各种现代检索方式获取自动化系统文献资料和相关信息， 分析形成自动化系统复杂工程问题的解决方案。 XTSJ-2：能够对自动化系统复杂工程问题解决方案进行对比验证和总结评 价，获得有效的结论。 XTSJ-3：能够在自动化系统设计/开发解决方案中体现创新意识
XTSJ一4：能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自动化系统工程实践的 可持续性，评价其可能对环境、社会造成的影响。 XTSJ-5:团队成员能够对自动化控制系统进行实践任务分解，明确个人角色 定位和任务分工，并且与他人配合良好，实现自动化系统实践内容的能力 XTSJ-6:能够对系统设计中的问题进行总结的能力，陈述思路和方案，进行 交流 XTSJ-T:能够运用项目管理的基本概念与基本方法，根据自动化系统工程项 目开发特点和经济决策目标，制订合理的项目实施计划。 XT$J-8:能够运用工程管理与经济决策方法有效管控项目进程、目标和质量。 XTSJ-9(课程思政目标)：在教学过程中，加强社会主义世界观、价值观教 有，帮助学生从工程伦理角度认知和理解自动化系统复杂工程问题，并养成良好 的职业道德规范。 2.3毕业要求与课程目标的关系 毕业婴观测点 支撒支藏 课程目标 贡献度 程度权重 XTST-1:能够运用各种现代检素方式获取自动化 2.3问题 H 2向题分调研 0,28系统文献资料和相关信息，分析形成自动化系 100% 复杂工程问题的解决方案 析 2.4方案 XTST-2:能够对自动化系统复杂工程问题解决方 验证 0.23 案进行对比验证和总结评价，获得有效的结论 100% 3设计/ 开发解 3.3创新 M 0.22 XTSJ-3:能够在自动化相关领域设计/开发解决方 100% 设计 案中体现创新意识 决方案 7环境和7.2环保 XTS-4:能够从环境保护和可持续发展的角度 与可持 可持特续 0.23分析自动化系统工程实践的可持续性，评价其可 100% 续性评 发展 能对环境、社会造成的影响 价 XTS-5:团队成员能够对自动化控制系统进行实 9个人 9.1团 验任务分解，明确个人角色定位和任务分工，并 M 0.12 与团队队合作 且与他人配合良好，实现自动化系统实践内容的 100% 能力 102右 10沟通 M 0.31 XTS-6:能够对系统设计中的问题进行总结的能 业陈述 力，陈述思路和方案，进行交流 100%
7 XTSJ-4：能够从环境保护和可持续发展的角度，分析自动化系统工程实践的 可持续性，评价其可能对环境、社会造成的影响。 XTSJ-5：团队成员能够对自动化控制系统进行实践任务分解，明确个人角色 定位和任务分工，并且与他人配合良好，实现自动化系统实践内容的能力 XTSJ-6：能够对系统设计中的问题进行总结的能力，陈述思路和方案，进行 交流 XTSJ-7：能够运用项目管理的基本概念与基本方法，根据自动化系统工程项 目开发特点和经济决策目标，制订合理的项目实施计划。 XTSJ-8：能够运用工程管理与经济决策方法有效管控项目进程、目标和质量。 XTSJ-9（课程思政目标）：在教学过程中，加强社会主义世界观、价值观教 育，帮助学生从工程伦理角度认知和理解自动化系统复杂工程问题，并养成良好 的职业道德规范。 2.3 毕业要求与课程目标的关系 毕业要 求 观测点 支撑 程度 支撑 权重 课程目标 贡献度 2 问题分 析 2.3 问题 调研 H 0.28 XTSJ-1：能够运用各种现代检索方式获取自动化 系统文献资料和相关信息，分析形成自动化系统 复杂工程问题的解决方案 100% 2.4 方案 验证 M 0.23 XTSJ-2: 能够对自动化系统复杂工程问题解决方 案进行对比验证和总结评价，获得有效的结论 100% 3 设计/ 开发解 决方案 3.3 创新 设计 M 0.22 XTSJ-3：能够在自动化相关领域设计/开发解决方 案中体现创新意识 100% 7 环境和 可持续 发展 7.2 环保 与可持 续性评 价 H 0.23 XTSJ-4：能够从环境保护和可持续发展的角度， 分析自动化系统工程实践的可持续性，评价其可 能对环境、社会造成的影响 100% 9 个人 与团队 9.1 团 队合作 M 0.12 XTSJ-5：团队成员能够对自动化控制系统进行实 验任务分解，明确个人角色定位和任务分工，并 且与他人配合良好，实现自动化系统实践内容的 能力 100% 10 沟通 10.2 专 业陈述 M 0.31 XTSJ-6：能够对系统设计中的问题进行总结的能 力，陈述思路和方案，进行交流 100%
11.1实 XTS-7:能够运用项目管理的基本概念与基本方 施计划 0.13怯，根据自动化系统工程项目开发特点和经济决 100% 11项目制订 策目标，制订合理的项目实施计划 管理 11.2项 目质量 女 0.29 XTSJ-8:能够运用工程管理与经济决策方法有效 管控项目进程、目标和质量 100% 管控 3课程实践内容及安排 3.1课程学时总体安排 课程性质：专业教有独立实践必修课 讲授/实践过程/结课验收：4/724 讲授 系统系统设计原 中期汇报 小组研讨 报告撰写实验实操结课验收 认知 理和方案 和研讨 系统调试和答辩 4 6 10 4 40 4 3.2实践任务内容和学时计划 实践方向一：双轮智能平衡车 以“双轮智能平衡小车”为研究实践平台，至少完成一个单闭环控制系统的 搭建和调试，包含检测环节、控制器和输出执行装置。要求测量得到任务规定的 信号；根据输入输出信号关系，分析系统组成部分对输出信号的影响。系统环节 可以用硬件模块或软件组件实现，根据需求进行必要的软硬件模块化开发工作。 思维目标从信号变换角度理解系统，建立系统思维设计能力。 实践方向二：离散行业自动化 以电梯行业为背景，以西门子S7-1200系列PLC为控制器，电梯仿真模型为 被控对象，从梯形图程序开发、控制算法设计、现场执行调试等方面进行考察， 要求编写梯形图程序，设计集选控制算法，根据不同楼层客户需求及时响应，实 现单部6层电梯的控制。 实践方向三：流程行业自动化 以化工工业某典型储罐液位控制系统为背景，将SMPT1000实验平台作为仿 真对象，上位机基于PCS7软件实现储键液位的PID控制。其中上水阀开度作为 操纵变量，要求储罐液位在最短的时间内达到期望值并保持稳定。 实践方向四：移动抓取平台
8 11 项目 管理 11.1 实 施计划 制订 L 0.13 XTSJ-7：能够运用项目管理的基本概念与基本方 法，根据自动化系统工程项目开发特点和经济决 策目标，制订合理的项目实施计划 100% 11.2 项 目质量 管控 M 0.29 XTSJ-8：能够运用工程管理与经济决策方法有效 管控项目进程、目标和质量 100% 3 课程实践内容及安排 3.1 课程学时总体安排 课程性质：专业教育独立实践必修课 讲授/实践过程/结课验收:4/72/4 讲授 系 统 认知 系统设计原 理和方案 中期汇报 和研讨 小组研讨 报告撰写 实 验 实 操 系统调试 结课验收 和答辩 4 6 10 4 4 8 40 4 3.2 实践任务内容和学时计划 实践方向一：双轮智能平衡车 以“双轮智能平衡小车”为研究实践平台，至少完成一个单闭环控制系统的 搭建和调试，包含检测环节、控制器和输出执行装置。要求测量得到任务规定的 信号；根据输入输出信号关系，分析系统组成部分对输出信号的影响。系统环节 可以用硬件模块或软件组件实现，根据需求进行必要的软硬件模块化开发工作。 思维目标从信号变换角度理解系统，建立系统思维设计能力。 实践方向二：离散行业自动化 以电梯行业为背景，以西门子 S7-1200 系列 PLC 为控制器，电梯仿真模型为 被控对象，从梯形图程序开发、控制算法设计、现场执行调试等方面进行考察， 要求编写梯形图程序，设计集选控制算法，根据不同楼层客户需求及时响应，实 现单部 6 层电梯的控制。 实践方向三：流程行业自动化 以化工工业某典型储罐液位控制系统为背景，将 SMPT1000 实验平台作为仿 真对象，上位机基于 PCS7 软件实现储罐液位的 PID 控制。其中上水阀开度作为 操纵变量，要求储罐液位在最短的时间内达到期望值并保持稳定。 实践方向四：移动抓取平台
以工业机器人控制系统为背景，将四轮移动抓取平台作为实践对象。平台的 功能包括麦克纳姆轮全向运动底盘控制、带有夹爪的6轴机械臂控制以及深度视 觉传感器的数据采集和处理。该平台能够实现底盘的自主运动、基于激光雷达和 双目视觉的SLAM和导航、目标物的识别以及机械臂的抓取等任务。 实践方向五：xMate柔顺力控应用电脑机箱装配实验台 以“X-Mate柔顺力控应用电脑机箱装配实验台”为研究对象，研究机械臂 与机器视觉之间的协同控制，平台包含功能带有夹爪的7轴机械臂控制以及深度 视觉数据采集和处理。该平台能够通过摄像头视觉信息，辨识空间物体的坐标位 置，完成摄像头与机械臂之间的通讯，实现机械臂与摄像头的协同控制，完成空 间内特定物体的自主抓取。 实践方向六：化工制药过程自动化工厂/智慧药剂灌装生产线仿真系统 在智能制造学习场景中，依托COSAI--A78O0智慧生产线仿真实践平台，以仓 储、搬运、灌装、检测等工业场景为自动化系统控制实践对象，以S7-1200、 S7-200 SMART PLC为控制器，熟悉仿真实践平台软件操作方法以及PLC、组态软 件编程技术，学握生产线工艺流程，分析各站点控制需求以及信号分配。编程实 现物料识别、仓储、搬运、灌装、检测等各道工序的独立闭环控制，并且在学习 中熟悉掌握各站点间操作衔接以及数据交互技术，为理解、设计基于PLC的分布 式智能制造控制系统奠定基础。 实践方向七：智能仓储平台 以智能物流行业中常见的堆垛机设备为研究对象，研究目标是设计堆垛机自 动控制系统。堆垛机是物流行业中立体仓库内的标准存储设备，主要包括水平行 走机构，垂直行走机构，货叉及载货台等等。堆垛机自动控制系统以西门子S7-300 系列PLC为控制器。实践任务包括控制系统图纸设计、梯形图程序开发、HM 画面开发和现场执行调试等多方面。 实践方向八：四容水箱控制系统 以四容水箱MIMO控制系统为实践平台，完成四容水箱液位被控对象的数学 建模、解耦控制系统设计、仿真与实物实验。四容水箱是一个双输入双输出的多 变量控制对象，控制输入两个泵的转速，被控变量是两个下水箱的液位，实践任 务包括双容水箱液位的建模与PID控制、PID控制模块编程设计、四容水箱液位
9 以工业机器人控制系统为背景，将四轮移动抓取平台作为实践对象。平台的 功能包括麦克纳姆轮全向运动底盘控制、带有夹爪的 6 轴机械臂控制以及深度视 觉传感器的数据采集和处理。该平台能够实现底盘的自主运动、基于激光雷达和 双目视觉的 SLAM 和导航、目标物的识别以及机械臂的抓取等任务。 实践方向五：xMate 柔顺力控应用电脑机箱装配实验台 以“X-Mate 柔顺力控应用电脑机箱装配实验台”为研究对象，研究机械臂 与机器视觉之间的协同控制，平台包含功能带有夹爪的 7 轴机械臂控制以及深度 视觉数据采集和处理。该平台能够通过摄像头视觉信息，辨识空间物体的坐标位 置，完成摄像头与机械臂之间的通讯，实现机械臂与摄像头的协同控制，完成空 间内特定物体的自主抓取。 实践方向六：化工制药过程自动化工厂/智慧药剂灌装生产线仿真系统 在智能制造学习场景中，依托 COSAI-A7800 智慧生产线仿真实践平台，以仓 储、搬运、灌装、检测等工业场景为自动化系统控制实践对象，以 S7-1200、 S7-200SMART PLC 为控制器，熟悉仿真实践平台软件操作方法以及 PLC、组态软 件编程技术，掌握生产线工艺流程，分析各站点控制需求以及信号分配。编程实 现物料识别、仓储、搬运、灌装、检测等各道工序的独立闭环控制，并且在学习 中熟悉掌握各站点间操作衔接以及数据交互技术，为理解、设计基于 PLC 的分布 式智能制造控制系统奠定基础。 实践方向七：智能仓储平台 以智能物流行业中常见的堆垛机设备为研究对象，研究目标是设计堆垛机自 动控制系统。堆垛机是物流行业中立体仓库内的标准存储设备，主要包括水平行 走机构，垂直行走机构，货叉及载货台等等。堆垛机自动控制系统以西门子 S7-300 系列 PLC 为控制器。实践任务包括控制系统图纸设计、梯形图程序开发、HMI 画面开发和现场执行调试等多方面。 实践方向八：四容水箱控制系统 以四容水箱 MIMO 控制系统为实践平台，完成四容水箱液位被控对象的数学 建模、解耦控制系统设计、仿真与实物实验。四容水箱是一个双输入双输出的多 变量控制对象，控制输入两个泵的转速，被控变量是两个下水箱的液位，实践任 务包括双容水箱液位的建模与 PID 控制、PID 控制模块编程设计、四容水箱液位
的数学建模与前馈解耦pID控制，实践在Matlab/Simulink平台上完成 实践学时安排建议： 实践 课程目计划 方向 且体实践内容 标 学时 1、讲解和布置实践任务(4学时) XTSJ-9 4 2、熟悉“双轮智能平衡小车”实验平台，(20学时) 1)认识自动化控制系统基本概念（控制目标、控制算法、执行机构 被控对象、状态观测等)(4学时) 2)了解自动化控制系统设计基本原理和流程：学习理解平衡控制原 XTSII 0 理(6学时) 3)提炼复杂工程问题(4学时) 4)分析平衡小车的自动化控制系统，进行控制方案设计(6学时) 3、认识并能正确使用双轮智能平衡小车硬件电子电略模块和控制模 方向 块构成(36学时) 1)学习STM32F103C8T6主控芯片模块及其电路原理图(4学时 2)学习MPU6050的6轴加速度和角速度的传感采集模块(4学时 XTSJ-1 智能 3)学习高精度霍尔传感器测速码盘模块、TB6612NG电机驱动模块 平衡 GM37大扭矩直流电机执行机构模块(16学时) 车实 4)根据实践项目开发特点和经济决策目标，制订合理的项目实施 践项 划，撰写阶段总结报告(12学时) XTSJ-7 目 4按照流程实践控制算法基本软件编程方法(28学时) (80 1)对实践任务讲行分解，明确个人角色定位和任务分工(2学时) XTSJ-5 时) 2)学习MPU6050陀螺仪与上位机的I2C数据通信方式，并在上位机 进行数据接收调试实验(8学时) 3)学习自动化控制系统控制算法PID,完成算法编程，对PID各招 XTSI-8 8 制方案进行对比验证和分析评价，根据控制性能结果不断迭代修政 控制器参数(8学时》 4)完成一个单闭环控制算法在双轮智能平衡小车的姿态控制实践 XTSI-2 (10学时) 5、成果验收及答辩质疑(8学时) XTSJ-6 1)成果验收并接受指导教师质物答辩(4学时) 8 2)对系统控制方案进行总结改进，构思创新性设计和可持续性目标， 撰写课程实践报告(4学时) XTSJ-4 方向1、讲解和布置实践任务 XTSI-9 A 2、了解电梯控制系统原理，熟悉西门子TIA Portal STEP7平台 离散 1)调研电梯控制系统构成 原理及控制逻辑(4学时 XTSJ-1 2)熟悉系统硬件，在西门子TIA Portal STEP7平台中完成系统硬 自动 件组态、网络组态功能(4学时) 10
10 的数学建模与前馈解耦 PID 控制，实践在 Matlab/Simulink 平台上完成。 实践学时安排建议： 实践 方向 具体实践内容 课程目 标 计划 学时 方向 一： 双轮 智能 平衡 车实 践项 目 （80 学 时） 1、讲解和布置实践任务（4 学时） XTSJ-9 4 2、熟悉“双轮智能平衡小车”实验平台，（20 学时） XTSJ-1 20 1）认识自动化控制系统基本概念（控制目标、控制算法、执行机构、 被控对象、状态观测等）（4 学时） 2）了解自动化控制系统设计基本原理和流程；学习理解平衡控制原 理（6 学时） 3）提炼复杂工程问题（4 学时） 4）分析平衡小车的自动化控制系统，进行控制方案设计（6 学时） 3、认识并能正确使用双轮智能平衡小车硬件电子电路模块和控制模 块构成（36 学时） XTSJ-1 36 1）学习 STM32F103 C8T6 主控芯片模块及其电路原理图（4 学时） 2）学习 MPU6050 的 6 轴加速度和角速度的传感采集模块（4 学时） 3）学习高精度霍尔传感器测速码盘模块、TB6612FNG 电机驱动模块、 GM37 大扭矩直流电机执行机构模块（16 学时） 4）根据实践项目开发特点和经济决策目标，制订合理的项目实施计 划，撰写阶段总结报告（12 学时） XTSJ-7 4 按照流程实践控制算法基本软件编程方法（28 学时） XTSJ-5 28 1）对实践任务进行分解，明确个人角色定位和任务分工（2 学时） 2）学习 MPU6050 陀螺仪与上位机的 I2C 数据通信方式，并在上位机 进行数据接收调试实验（8 学时） 3）学习自动化控制系统控制算法 PID，完成算法编程，对 PID 各控 XTSJ-8 制方案进行对比验证和分析评价，根据控制性能结果不断迭代修改 控制器参数（8 学时） 4）完成一个单闭环控制算法在双轮智能平衡小车的姿态控制实践 （10 学时） XTSJ-2 5、成果验收及答辩质疑（8 学时） XTSJ-6 8 1）成果验收并接受指导教师质询答辩（4 学时） 2）对系统控制方案进行总结改进，构思创新性设计和可持续性目标， 撰写课程实践报告（4 学时） XTSJ-3 XTSJ-4 方向 二： 离散 行业 自动 1、讲解和布置实践任务 XTSJ-9 4 2、了解电梯控制系统原理，熟悉西门子 TIA Portal STEP7 平台 1）调研电梯控制系统构成、原理及控制逻辑（4 学时） 2）熟悉系统硬件，在西门子 TIA Portal STEP7 平台中完成系统硬 件组态、网络组态功能（4 学时） XTSJ-1 8