仿真技術(shù)在電氣控制技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用*

黃衛(wèi)庭

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,湖北黃岡438002)

仿真技術(shù)在電氣控制技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用*

黃衛(wèi)庭

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,湖北黃岡438002)

在許多高職院校的機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了“電氣控制技術(shù)”或與電氣控制技術(shù)相關(guān)的課程。該課程是一門專業(yè)實(shí)踐性要求很高的課程,因此在教學(xué)過程中,如能用真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物演示教學(xué),學(xué)生易于理解,效果也好,但成本較高。為解決在教學(xué)中存在的這些矛盾,我們結(jié)合當(dāng)前仿真技術(shù),以宇龍機(jī)電仿真和組態(tài)軟件為平臺(tái)提供了一種簡(jiǎn)便的電氣控制技術(shù)的仿真教學(xué)方案。

電氣控制技術(shù);仿真教學(xué);機(jī)電仿真

在電氣控制技術(shù)課程中有大量的電氣設(shè)備的組成和原理介紹,在許多的控制線路中,它們都有一個(gè)共同特點(diǎn)是觸點(diǎn)多,按鍵控制多。要把按鍵的控制效果,觸點(diǎn)的動(dòng)作用動(dòng)畫的方式或是類似燈光效果表現(xiàn)出來。同時(shí)我們?cè)诓粩嗟靥接懞透母锝虒W(xué)方法和教學(xué)手段,在研究一種新型仿真教學(xué)系統(tǒng),著重學(xué)生的能力培養(yǎng),并給學(xué)生留有足夠的發(fā)揮空間、技術(shù)上的開發(fā)柔性和擴(kuò)展性。學(xué)生可以自己利用開發(fā)平臺(tái)的各種庫中元件組成接近實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的控制系統(tǒng),運(yùn)行可靠后再用組態(tài)軟件轉(zhuǎn)化為互動(dòng)性好、界面友好、并自已編制控制程序或是運(yùn)行腳本,充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)人的創(chuàng)造力和動(dòng)手能力。同時(shí),這樣的研究開發(fā)不僅能豐富教師的教學(xué)手段,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu),也方便同學(xué)們的自主學(xué)習(xí)。在此我們就機(jī)電控制仿真軟件來仿真電氣控制技術(shù)教學(xué)中的一些應(yīng)用思路和方法進(jìn)行介紹。

一、確定教學(xué)目標(biāo)

在進(jìn)行電氣控制技術(shù)教學(xué)中,首先讓教師講解低壓電氣元器件,然后引用所講的元器件進(jìn)行簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),并且用機(jī)電仿真軟件來現(xiàn)場(chǎng)模擬。再根據(jù)教學(xué)大綱的要求由簡(jiǎn)到深的進(jìn)行設(shè)計(jì),做一些典型工程控制環(huán)節(jié),這樣做的主要目的有以下三點(diǎn):

第一,在練習(xí)中,學(xué)生由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,便于學(xué)生的掌握和學(xué)習(xí)。

第二,在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生自己在設(shè)計(jì)和編程中就會(huì)產(chǎn)生成就感,使學(xué)生對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)更加渴望和期待,為后面的課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

第三,不斷的學(xué)習(xí)和練習(xí)中不用投入太多的硬件設(shè)備和耗材,且更能發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

二、突出實(shí)踐性教學(xué)

電氣控制技術(shù)課程與工程實(shí)際聯(lián)系緊密,必須增加實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課時(shí),強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐條件有限的情況下,通過機(jī)電仿真軟件進(jìn)行仿真教學(xué),可以得到事半功倍的教學(xué)效果,同時(shí)節(jié)約了教學(xué)經(jīng)費(fèi)。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí),可以模擬生產(chǎn)一線,通過對(duì)一個(gè)具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、模擬運(yùn)行等過程的訓(xùn)練,使學(xué)生親自體驗(yàn)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合運(yùn)用知識(shí)的能力,增強(qiáng)了學(xué)生的工程意識(shí)。開放教學(xué)場(chǎng)地,提高實(shí)驗(yàn)室的利用率,在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地不夠的情況下利用仿真軟件進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),這樣可以不受場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)的限制。更重要的是對(duì)于在危險(xiǎn)場(chǎng)合和故障分析中具有獨(dú)到作用,沒有實(shí)際接線中可能存在的潛在危險(xiǎn)和資源浪費(fèi)。

三、多種技術(shù)綜合應(yīng)用于一體

為達(dá)到提高教學(xué)效果,發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,應(yīng)充分調(diào)動(dòng)各方面的的有利條件和資源進(jìn)行多技術(shù)綜合應(yīng)用。例如在仿真教學(xué)中組態(tài)軟件主要是圖1中的五大部分進(jìn)行對(duì)象的定義、制作和編輯,并設(shè)定其狀態(tài)特征參數(shù)的一個(gè)開發(fā)平臺(tái)。集動(dòng)畫顯示、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集、流程控制、報(bào)表輸出為一體的設(shè)計(jì)集合,形象生動(dòng)地展現(xiàn)控制過程,以取代價(jià)格昂貴的實(shí)物設(shè)備模型,并以機(jī)電控制仿真軟件為開發(fā)應(yīng)用平臺(tái),充分利用該軟件的三大功能部件:電件、液壓系統(tǒng)功能部件、氣壓系統(tǒng)功能部件。可在全軟件環(huán)境中,通過系統(tǒng)自帶的各種功能部件搭建所想象的電氣控制對(duì)象。

圖1 MCGS軟件的總體結(jié)構(gòu)組成及作用

四、以任務(wù)驅(qū)動(dòng)仿真教學(xué)的幾個(gè)思想

整合電氣控制技術(shù)學(xué)習(xí)應(yīng)用中的能力,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力、帶動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力、自學(xué)能力。基于以上思考,我們?cè)诜抡娼虒W(xué)中注重體現(xiàn)了以下幾個(gè)思想:

1.注重學(xué)生興趣的引導(dǎo),實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。在仿真教學(xué)中,主要采用情境教學(xué)法導(dǎo)入課題,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在一些工作場(chǎng)合,則讓他們按照教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行控制,比如樓道的燈光,車間的照明等。

2.講練結(jié)合。單就內(nèi)容而言,已在《電氣控制線路安裝與調(diào)試》課程中已講授過,對(duì)于學(xué)生來說并不難,而且也是學(xué)生非常感興趣的東西,因此在課堂上只需堅(jiān)持精講多練的原則,重難點(diǎn)知識(shí)精講。

3.改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,通過自主探究解決問題;學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)愉快的學(xué)習(xí),并且通過多種學(xué)習(xí)方式(仿真出動(dòng)畫、聲音、顏色變化效果等)獲取信息,掌握操作,讓學(xué)生去設(shè)計(jì)一個(gè)合理、安全的照明系統(tǒng)。

4.充分利用積極性因素,從而促進(jìn)學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在的學(xué)生一般都有很強(qiáng)的表現(xiàn)欲,所以我充分利用學(xué)生在仿真實(shí)踐中的成果,讓學(xué)生展示自己的學(xué)習(xí)成果,從中學(xué)生有一種成就感,從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

五、仿真教學(xué)在電氣控制技術(shù)中應(yīng)用舉例

現(xiàn)以一個(gè)樓道燈的仿真控制為例,實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制對(duì)象的控制。是在PC中建造一個(gè)虛擬的PLC來對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。但由于無被控對(duì)象,無法觀察到其直觀運(yùn)行效果。學(xué)生可以從部件庫中獲取所需要的各種功能部件,然后,用導(dǎo)線連接成各種電路,并可向PLC部件導(dǎo)入所編PLC程序。以歐姆龍PLC程序的編輯與仿真為例。在“元器件”選擇區(qū)選擇“PLC”,單擊展開,添加一個(gè)CPM1A-10CDR-A型號(hào)的PLC。具體操作仿真過程如下:

1.將鼠標(biāo)移至添加的PLC上,單擊鼠標(biāo)右鍵,選擇“新建程序”進(jìn)入梯形圖程序編輯主界面進(jìn)行編程。

2.從資源庫里添加一個(gè)PLC,右鍵點(diǎn)擊PLC,新建一個(gè)梯形圖編輯界面,編寫一段簡(jiǎn)單的PLC控制程序。

3.點(diǎn)擊工具條中的按鈕進(jìn)行PLC程序仿真,彈出仿真控制對(duì)話框。仿真控制對(duì)話框上半部分為PLC對(duì)應(yīng)的輸入控制;下半部分為PLC對(duì)應(yīng)的輸出顯示。例如,點(diǎn)擊0.00下的開關(guān),使開關(guān)閉和,即表示0.00有輸入,而當(dāng)10.00由黑色變?yōu)榧t色表示10.00有輸出。

4.點(diǎn)擊工具條上的按鈕可以停止仿真調(diào)試。

5.點(diǎn)擊工具條中的 按鈕,鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊PLC所在的區(qū)域來選中PLC;在PLC區(qū)域中單擊鼠標(biāo)左鍵,彈出浮動(dòng)菜單,選擇導(dǎo)入程序子菜單,將PLC程序?qū)氲诫娐返腜LC元器件中。

6.點(diǎn)擊工具條中的按鈕,運(yùn)行電路;開啟所有的電源,點(diǎn)擊按鈕開關(guān)的按鈕區(qū),接通電路,燈泡通電后發(fā)光,如圖2所示,這就是樓道燈的仿真控制電路。

圖2樓道燈的仿真控制電路圖

五、結(jié)束語

通過以上實(shí)例,把機(jī)電仿真軟件和組態(tài)引入到電氣控制技術(shù)教學(xué)中,可以充分發(fā)揮豐富的圖庫及動(dòng)畫效果,使學(xué)生對(duì)控制線路的認(rèn)識(shí)更加直觀,理解更深刻,并可以結(jié)合相應(yīng)的電氣控制技術(shù),從而在電氣控制技術(shù)仿真教學(xué)中提高學(xué)生動(dòng)手能力及模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和大型設(shè)備的仿真能力,改善電氣控制技術(shù)教學(xué)效果。

[1]機(jī)電控制仿真軟件[Z].上海宇龍軟件工程有限公司.

[2]MCGS全中文工控組態(tài)軟件[Z].北京昆化通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.

Application of Imulation Technology in Electrical Control Technology Teaching

HUANG Wei-ting
(Huanggang Polytechnic College,Huanggang438002Hubei)

Many mechanical and electrical integration,electrical automation and other related professions in higher vocational colleges opened”Electrical Control Technology”or some related courses on the electrical control technology.The course is a course demanding professional practice,so in the teaching process,if we can use the real objects to demonstrate teaching,the students then can understand easilywith good effect,but the cost is higher.T o resolve these contradictions that exist in teaching,we combine the current simulation technology,simulation and configuration software Yulong electromechanical platform provides a simple simulation of the electrical control technology teaching program.

Electrical control technology;Simulation teaching;Electromechanical Simulation

G421

A

1672-1047(2010)05-0044-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2010.05.13

[責(zé)任審校:秦春娥]

2010-07-11

黃衛(wèi)庭,男,講師。E-mail:weitinghuang@hgpu.edu.cn.