Ứng dụng WinCC xây dựng bài giảng điện tử PLC tại CĐ Nghề Cơ giới Ninh Bình

Luận văn nghiên cứu ứng dụng phần mềm WinCC để xây dựng bài giảng điện tử cho mô đun PLC, nâng cao chất lượng dạy và học tại trường cao đẳng nghề.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hoàn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Sư Phạm Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Ứng Dụng Phần Mềm WinCC Để Xây Dựng Bài Giảng Điện Tử Mô Đun PLC Trong Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Giới Ninh Bình
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Sư Phạm Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Luận văn WinCC và Bài giảng Điện tử PLC

Luận văn WinCC là một nghiên cứu học thuật tập trung vào ứng dụng phần mềm WinCC để xây dựng bài giảng điện tử mô đun PLC trong các trường cao đẳng nghề. Công trình này được thực hiện tại Trường Cao đẳng Nghề Cơ giới Ninh Bình, nhằm cải thiện chất lượng đào tạo và hiệu quả học tập của sinh viên. Phần mềm WinCC là công cụ thiết kế giao diện SCADA mạnh mẽ của hãng Siemens, cho phép tạo ra các bài giảng tương tác và trực quan. Luận văn này cung cấp giải pháp toàn diện để nâng cao trình độ dạy học kỹ thuật điện công nghiệp thông qua công nghệ hiện đại.

1.1. Định nghĩa và Mục đích Nghiên cứu

Mục đích chính của luận văn là ứng dụng phần mềm WinCC để phát triển bài giảng điện tử cho mô đun PLC. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích nội dung chương trình, xác định các phương pháp dạy học phù hợp và thiết kế các bài giảng cụ thể. Khách thể nghiên cứu bao gồm quá trình dạy học mô đun PLC và sử dụng công cụ WinCC để xây dựng tài liệu học tập hiệu quả cho sinh viên cao đẳng chuyên ngành Điện công nghiệp.

1.2. Đối tượng và Phạm vi Nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm phần mềm WinCC, phần mềm Simatic S7-300 và các tài liệu liên quan đến bài giảng điện tử mô đun PLC. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong trường Cao đẳng Nghề Cơ giới Ninh Bình, tập trung vào mô đun PLC trong hệ cao đẳng chuyên ngành Điện công nghiệp. Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn để xác thực hiệu quả của giải pháp đề xuất.

II. Cơ sở Lý luận về Công nghệ Dạy học Hiện đại

Công nghệ dạy học hiện đại đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng giáo dục kỹ thuật. Bản chất của công nghệ dạy học là áp dụng các phương pháp khoa học để tối ưu hóa quá trình dạy và học. Công nghệ này bao gồm việc sử dụng bài giảng điện tử, phương tiện đa phương tiện và các công cụ số hóa. Bài giảng điện tử là một xu thế quan trọng trong dạy học hiện đại, giúp sinh viên tiếp cận kiến thức một cách trực quan và tương tác. Luận văn WinCC chứng minh rằng việc kết hợp công nghệ dạy học với các công cụ như WinCC có thể nâng cao đáng kể hiệu quả học tập.

2.1. Bài giảng Điện tử và Các Đặc trưng

Bài giảng điện tử là tài liệu dạy học được thiết kế trên máy tính, kết hợp text, hình ảnh, âm thanh và video. Các đặc trưng chính của bài giảng điện tử bao gồm: tương tác cao, khả năng cập nhật dễ dàng, thu hút sự chú ý của học viên. Khi thiết kế bài giảng điện tử cần đảm bảo: nội dung rõ ràng, giao diện thân thiện, phù hợp với đối tượng học sinh, và tuân thủ các nguyên tắc sư phạm.

2.2. Phương tiện Dạy học và Vai trò trong Giáo dục Kỹ thuật

Phương tiện dạy học là những công cụ hỗ trợ quá trình truyền đạt kiến thức, bao gồm máy tính, phần mềm và các thiết bị công nghệ. Phương tiện đa phương tiện (Multimedia) kết hợp nhiều hình thức truyền thông để tạo ra trải nghiệm học tập phong phú. Trong giáo dục kỹ thuật, phương tiện dạy học giúp sinh viên hiểu rõ các khái niệm phức tạp, thực hành kỹ năng điều khiển và nâng cao động cơ học tập.

III. Phần mềm WinCC và Ứng dụng trong Xây dựng Bài giảng PLC

Phần mềm WinCC của hãng Siemens là công cụ thiết kế giao diện SCADA và HMI (Human Machine Interface) mạnh mẽ. WinCC cung cấp các tính năng để xây dựng bài giảng điện tử tương tác cho mô đun PLC, cho phép giáo viên tạo ra các mô phỏng điều khiển thực tế. Phần mềm WinCC tương thích với PLC Simatic S7-300, một trong những dòng PLC phổ biến tại Việt Nam. Ứng dụng WinCC trong dạy học giúp sinh viên tiếp cận các bài toán điều khiển thực tế, từ điều khiển đơn giản đến các hệ thống phức tạp trong công nghiệp. Luận văn WinCC chứng minh hiệu quả của việc kết hợp phần mềm WinCC với nội dung mô đun PLC.

3.1. Các Loại Project và Tính năng Chính của WinCC

WinCC hỗ trợ các loại dự án khác nhau để thiết kế giao diện người-máy. Các tính năng chính bao gồm: soạn thảo giao diện đồ họa, quản lý dữ liệu thời gian thực, tạo báo cáo và lưu trữ lịch sử. Phần mềm WinCC cho phép kết nối với PLC Simatic S7-300 để trực tiếp điều khiển và giám sát các quá trình công nghiệp. Các tính năng này giúp tạo ra bài giảng điện tử vừa giáo dục vừa mô phỏng thực tế, tăng mức độ hấp dẫn và hiệu quả học tập.

3.2. Điều kiện Sử dụng Hiệu quả Bài giảng WinCC

Để sử dụng bài giảng điện tử từ WinCC hiệu quả, cần đảm bảo: cơ sở hạ tầng công nghệ thích hợp, đồng bộ phần mềm và phần cứng, đào tạo giáo viên sử dụng WinCC. Phòng học cần được trang bị máy tính kết nối mạng, PLC Simatic S7-300 và phần mềm WinCC bản quyền. Sinh viên cần được hướng dẫn cách tương tác với bài giảng điện tử, sử dụng các tính năng mô phỏng để thực hành kỹ năng điều khiển công nghiệp.

IV. Thiết kế Minh họa Bài giảng Điện tử cho Mô đun PLC

Bài giảng điện tử mô đun PLC được thiết kế theo các bước khoa học: xác định mục tiêu học tập, lựa chọn kiến thức cơ bản, thành lập ý tưởng thiết kế, sử dụng các công cụ như WinCC. Ví dụ cụ thể trong luận văn WinCC là bài giảng về điều khiển máy trực, một nội dung quan trọng trong chương trình mô đun PLC chuyên ngành Điện công nghiệp. Bài giảng này bao gồm: mô phỏng hành động thực tế, giao diện điều khiển trực quan, bài tập thực hành tương tác. Quá trình thiết kế kéo dài với các bước chạy thử, sửa chữa và hoàn chỉnh để đảm bảo chất lượng bài giảng điện tử đạt yêu cầu sư phạm và kỹ thuật.

4.1. Các Bước Thiết kế Bài giảng Điện tử với WinCC

Quy trình thiết kế bài giảng điện tử với WinCC bao gồm: (1) Xác định mục đích học tập cụ thể, (2) Lựa chọn kiến thức cơ bản và trọng tâm của bài học, (3) Thành lập ý tưởng thiết kế giao diện, (4) Sử dụng WinCC để phát triển các thành phần giao diện, (5) Lưu trình bài học thành các chương học, (6) Chạy thử và sửa chữa lỗi, (7) Hoàn chỉnh và triển khai bài giảng điện tử.

4.2. Ví dụ Minh họa Bài Giảng Điều khiển Máy Trực

Bài giảng điều khiển máy trực là ví dụ cụ thể thiết kế với WinCC trong luận văn này. Bài giảng bao gồm: mô tả chức năng máy trực, sơ đồ điều khiển PLC, giao diện HMI để kiểm soát bộ máy, bài tập thực hành yêu cầu sinh viên lập trình và vận hành. Bài giảng điện tử sử dụng mô phỏng thực tế, cho phép sinh viên học tập trong môi trường an toàn trước khi thực hành trên thiết bị thực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIẾN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHAN MEM WINCC ĐỂ XÂY DỰNG BGĐT MÔ ĐUN PLC TRONG TRUONG CAO DANG NGIIE CO GIOI NINII BINII. Tổng quan về vẫn để nghiên cứu 1. Công nghệ dạy học - 1. Bản chất và đặc điểm của công nghệ dạy học 1.

Tác dụng của công nghệ dạy hoc 1. Những điểm lưu ý về công nghệ dạy học hiện đại. Bài giảng công nghệ dạy học hiện dai 1. Một số xu thế của dạy học hiện dại 1.

Bài giảng diện tử 1. Một số đặc trung của bài giảng điện tử 1. Các yêu cầu khi thiết kế bài giảng điện tử. Bài tập điện tử.

Phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học 1. Phương tiện : 1. Da phwong tign (Multimedia). Phương tiện dạy học.

vai trà của nhương tiện dạy học 29 1. Một số nguyên tắc sw phạm trong việc sử dụng phương tiện day học 33 1. Khả năng dạy học bằng máy tính tứ 34 1. Thực trạng sử dụng bài giáng điện tử mô đun PLC chuyên nghành Điện công nghiệp tai (trường Cao ding nghề Cư giới Ninh Bình 40 1.

Đặc điểm tâm lý của sinh viên 41 1. Sự phát triển về nhận thúc, trí tệu của sinh viên. Sự phát triển động cơ học tập của sinh viên. 43 Chương ?: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẢN MEM WINCC DE XÂY DUNG BGDT MO DUN PLC CHUYEN NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG CAO DANG NGHE CO G1OL NINH BINH wd 2.

Khả năng ứng dung phan mém WinCC dé xdy dung BGDT mé dun PLC tại trường Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình 44 3. Phân tích chương trình và nội dung mô dun 45 2. Vị trí môn mô dun - 45 2. Đối lượng nghiên cứu của mô đun - 45 2.

Mục tiêu của mô đun. Chương trình và nội dung mô đun. Đặc điểm của mô đun và các phương pháp 2. Lara chon chương 4trình, công cụ để xây dụng BGĐT mô lô đun PLC 48 2.1 Phan mém thiét ké giao dién WINCC.

Các loại project trong WLNCC: 31 2.3 Điều kiện sử đụng hiệu quả bài giảng điện tử mê é dun PLO tai trường Cao đẳng nghề "ơ giới Ninh Bình. 76 Chương 3: THIẾT KẾ MINH HỌA BÀI GIẢNG DIF N TỪ: CHO MO PUN PLC CHUYEN NGANH DIEN CONG NGHIEP T RONG TRUGNG CAO DANG NGHE CO GIOI NINH BINH - - 78 3. Cae bước thiết kế và xây dựng BGĐT - 78 3. Xác định mục tiêu của bài học 78 3.

Lara chọn kiến thức cư bản và trọng tầm của bài 79 3. Inh thành ý tướng + + 79 3. Sử dụng các chương trình công cụ để thiết kế + 79 3. Lưu tiến trình bài học.

Thể hiện bài dạy thành chương. Chạy thử, sửa chữa và hoản chỉnh bài dạy. Xây dung BODT bai: Điều khiển máy trận 82 bo để xây dựng bài giảng điện tử cho mô đun PLC trong truéng Cao ding nghề Cơ giới Ninh Bì 2. Mục dích nghiên cửu Ứng dụng phần mềm WinCC dễ xây dựng bài giảng diện tử cho mô dun PLC trong trường Cao đăng nghề Cơ giới Ninh Binh.

Khách thể và đối tượng nghiên cứu 3. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học mô đun PI,C và sử dụng phần mềm Win để xây dựng một số bài giảng điện tử cho mô đun PLC. Phần mềm WinCC, phần mềm Simatic 87-300 và các tài liệu có liên quan 3. Đối tượng nghiên cứu - Phần mềm WinCC, - Phần mềm Simatie S7-300, - Hải piäng diện tử mô dun PLC; - Các tải liệu có liên quan 4.

Nhiệm vụ nghiên cứu Với mục địch nghiên cứu như trên, dễ tài dặt ra các nhiệm vụ nghiên cứu như Sâu: ~ Tìm hiểu lý thuyết xây dung va sir dung bài giảng Bải giảng điện tử, - Phân tích nội dung, phương pháp dạy học mộ đun PLC; ~ Khai thác phần mêm WinCC để xây dựng một bài cụ thể của mô dun PLC hệ Cao đẳng chuyên ngành Điện công nghiệp Irong trường Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình. không ngừng phắn đấu dé đưa ra những sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng cũa các PI.C ngày cảng mạnh, tắc độ xử ty nhanh đáp ứng được các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán điều khiến khó, độ phức tạp cao. Hiện nay trên thị trường Việt Nam, PLC của hãng §iemens được sử dụng khá nhiễu trong các lĩnh vục nhự Diện lực, Giấy, Xi măng,. Các chủng loại PLC của hãng khá phong phú như 85, 87-200, 87-300, 87-400.

được sản xuất đa dạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng và dộ phức lạp của bài toán điêu khiển. Tuy nhiên ta thây răng, vấn để giao điện người - máy HMII (Human Machina Interfavc) trong công nghiệp ral quan trọng trong việc điều khiển và piám sát quá trình sản xuất. Hãng Sicmens dưa ra một số phần mềm để xây dựng giao điện người - mấy như Protool/Protool C5, WinCC (Wimdow Control Center) cé tinh linh hoạt và mềm dẻo để thực hiển giải pháp kỹ thuật thực hiện giao điện người - máy. Những phần mềm nảy không những có thể sử dụng cho các thiết bị của chính hãng mà nó còn mở rộng tương thích với các thiết bị của hãng khác như của GE (Gcncral Elcctric), Allen Bradly, Misubishi Electric,.

thông qua các kênh điều khiển riếng. WinCC 1a phần mém tao dung hệ SCADA và IIMI rất mạnh của hãng SITMDNS hiện đang được dùng phổ biển trên Thế giới vả Việt Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sẵn xuất xỉ mang, giấy, thép, đầu khí,. WinCC 14 một hệ thống điều khiến trung lập có tính công nghiệp va có tính kỹ thuật, hệ thông màn hình hiễn thị đồ hoa và điều khiến nhiệm vụ trong sản xuất và tự đông hóa quá trình.

Hệ thống này đưa ra những modul chức năng tích hợp công nghiệp cho hiến thị đồ hoạ, những thông báo, lưu trữ và những báo cáo Win là một trình diều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao, đem lại cho người vận hảnh một giao điện trực quan dễ sử dụng, có kha nang giám sắt và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực. 6 các thiết bị điều khiến quá trình cũ để thực hiện việc tự động hoàn toàn một quá trình công nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet) 'lrên thé giới, các hãng lớn về tự đông hoá như Omron (Nhật), Allen Bradly (My), Siemens (ire). không ngừng phắn đấu dé đưa ra những sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng cũa các PI.C ngày cảng mạnh, tắc độ xử ty nhanh đáp ứng được các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán điều khiến khó, độ phức tạp cao. Hiện nay trên thị trường Việt Nam, PLC của hãng §iemens được sử dụng khá nhiễu trong các lĩnh vục nhự Diện lực, Giấy, Xi măng,.

Các chủng loại PLC của hãng khá phong phú như 85, 87-200, 87-300, 87-400. được sản xuất đa dạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng và dộ phức lạp của bài toán điêu khiển. Tuy nhiên ta thây răng, vấn để giao điện người - máy HMII (Human Machina Interfavc) trong công nghiệp ral quan trọng trong việc điều khiển và piám sát quá trình sản xuất. Hãng Sicmens dưa ra một số phần mềm để xây dựng giao điện người - mấy như Protool/Protool C5, WinCC (Wimdow Control Center) cé tinh linh hoạt và mềm dẻo để thực hiển giải pháp kỹ thuật thực hiện giao điện người - máy.

Những phần mềm nảy không những có thể sử dụng cho các thiết bị của chính hãng mà nó còn mở rộng tương thích với các thiết bị của hãng khác như của GE (Gcncral Elcctric), Allen Bradly, Misubishi Electric,. thông qua các kênh điều khiển riếng. WinCC 1a phần mém tao dung hệ SCADA và IIMI rất mạnh của hãng SITMDNS hiện đang được dùng phổ biển trên Thế giới vả Việt Nam. WinCC hiện có mặt trong rất nhiều lĩnh vực như sẵn xuất xỉ mang, giấy, thép, đầu khí,.

WinCC 14 một hệ thống điều khiến trung lập có tính công nghiệp va có tính kỹ thuật, hệ thông màn hình hiễn thị đồ hoa và điều khiến nhiệm vụ trong sản xuất và tự đông hóa quá trình. Hệ thống này đưa ra những modul chức năng tích hợp công nghiệp cho hiến thị đồ hoạ, những thông báo, lưu trữ và những báo cáo Win là một trình diều khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh và những chức năng lưu trữ an toàn bảo đảm một tính lợi ích cao, đem lại cho người vận hảnh một giao điện trực quan dễ sử dụng, có kha nang giám sắt và điều khiển quá trình công nghệ theo chế độ thời gian thực. 6 ĐANITIMỤC CÁC BẢNG BIẾU, HÏNIT VẼ MINIT HỌA.1: Sự kết hợp của nhiều khoa học công nghệ TTình 1. Mô hình mỗi quan hệ dạy - học cơ bản theo ITortsch Hình 1.

Mô tả quá trình đạy học Hình 1. Mô hình công nghệ dạy học Hinh 1. M6 hinh hoc tap theo Heimann va Schulz Hinh 1. M6 hinh day hoc theo Frank Hinh 1.

M6 hinh day hoc thea Inber Hình 2.1: Sơ đồ kết nối WinCC với PLC Hinh 2.2: Tao Singic-user Tinh 2.3: Tao Multi-user Hinh 2.4: Tao Client Tình 2.5: Man hinh Tag Management Tlinh 2.6, Cau tric phân cấp của tag Hinh 2.7, Man Hình Thiết kế giao điện đồ họa Tlinh 2. Vi du minh họa Hình 2. Giao diện của Layout Hinh 2. Câu hình phần cứng sau khi khai báo Hình 2.

Set giao diện PG/PŒ Hình 2. Thứ tư sắp xếp của các Slot trên mot Rack Tình 2. Biểu tượng của SIMATTC Mianagcr Hinh 2. Tao Project méi Hinh 2.

Dat lén cho Project Tinh 2. Chèn 1 tram SIMATIC mdi Tinh 2. Chon tram SIMATIC vita lao T1ình 2. Mở cấu hình phần cứng Tỉnh 2.

Tạo thanh Rail mới Hình 2. Khai báo địa chỉ nguồn Hình 2. Khai bảo địa chỉ và mạng kết nối Profibus Hinh 2. Khai bao CPU Hinh 2.

Save và download cầu hình phần cứng Hình 2. Chọn khéi Blocks Hình 2. Lập trình trên khổi OBT Tỉnh 2. Chèn thêm khối diều khiển Ilinh 3.

Các bước thiết kế bài giảng điện tử Hinh 3. Giao diện bài giảng điện tử bài 5 - mô đưn PUC THỉnh 3. Mục tiêu bài học TTỉnh 3. Giao điện WinCC Explorer Hình 3.

Giao điện làm việc chính của Wincc Explorer TTỉnh 3. Tạo Driver mới Hinh 3. ‘lao tag mdi Hình 3. Giao điện WinccExplorer Hình 3.

'Tạo bể chứa hỗn hợp sơn Hinh 3. Giao diện dự án DANH MỤC CÁC KÝ THỆU, CÁC CIIỮ VIẾT TAT CNTT: Công Nghệ Thông Tin CNTT&TT: Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông BGDT: Bai Giang Điện Tử MTBT: Máy Tỉnh Điện Tử PMDH: Phần Mềm Dạy Học PPDH: Phương Pháp Dạy Học GV: Giảng Viên SV: Sinh Viên IIs: TIạc Sinh SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition Human Machina Interface ĐANITIMỤC CÁC BẢNG BIẾU, HÏNIT VẼ MINIT HỌA.