FluidSIM仿真軟件在“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程教學(xué)中的應(yīng)用

許璐

摘 要：文章對“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程現(xiàn)狀及FluidSIM仿真軟件進行了介紹，并提出將FluidSIM仿真軟件應(yīng)用于“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”，該方法取得了較好的教學(xué)效果，極大地緩解了高校中機電一體化實訓(xùn)設(shè)備不足的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：教學(xué)；機電設(shè)備安裝與調(diào)試；FX2N

“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”是高職院校機電一體化技術(shù)專業(yè)普遍開設(shè)的一門綜合性和實踐性都很強的專業(yè)課程，該課程的內(nèi)容涵蓋了液壓與氣壓傳動、電氣控制與PLC、觸摸屏技術(shù)、變頻技術(shù)等內(nèi)容。

目前，在我國職業(yè)教育大力提倡學(xué)生創(chuàng)新能力和技能培養(yǎng)的背景下，該門課程采用任務(wù)驅(qū)動的理實一體的教學(xué)方式，使學(xué)生在做中學(xué)，極大地提高了學(xué)生的技能水平。

但是，課程的教學(xué)效果對于實驗室條件有著極高的要求。一般院校實驗設(shè)備有限，學(xué)生需要多人共同使用同一臺設(shè)備，在調(diào)試過程中遇到困難，會花費大量時間來調(diào)試。

文章旨在通過引入FluidSIM軟件來緩解設(shè)備不足的問題。學(xué)生利用課余時間，通過軟件仿真的方法來確保所制訂的控制方案和程序編寫的正確性，從而把更多的時間用來做系統(tǒng)調(diào)試。

1 “機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程概況

目前，南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”采用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式，以天煌教儀生產(chǎn)的THJDME-1型光機電一體化實訓(xùn)考核裝置為主要實訓(xùn)載體來實施教學(xué)過程。根據(jù)實驗裝置的結(jié)構(gòu)組成，教學(xué)內(nèi)容整合與優(yōu)化后分為4個大任務(wù)，分別是：送料單元系統(tǒng)安裝與調(diào)試；搬運單元安裝與調(diào)試；輸送與分揀單元安裝與調(diào)試；自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試。

2 教學(xué)實施及存在的問題

2.1 教學(xué)實施

教學(xué)實施過程概況為：（1）教師發(fā)放任務(wù)單，使學(xué)生明確任務(wù)要求；（2）整體方案的制定。學(xué)生根據(jù)任務(wù)單的要求完成整體方案設(shè)計，包括氣動原理圖的繪制、PLC接線圖及PLC程序的編寫；（3）任務(wù)實施。學(xué)生根據(jù)氣動原理圖完成氣路的連接和調(diào)試，根據(jù)PLC接線圖完成控制回路硬件接線，完成PLC編寫程序并下載，最后進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)任務(wù)要求；（4）任務(wù)考核與評價。學(xué)生完成任務(wù)后，教師根據(jù)任務(wù)考核表，對學(xué)生任務(wù)完成的質(zhì)量進行打分和評價。對于完成拓展任務(wù)的同學(xué)，額外加分，以激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；（5）總結(jié)與交流。以小組為單位，學(xué)生對于在任務(wù)實施過程中遇到的問題以及解決方法進行論述，小組之間共享問題及解決方法，以此來提高學(xué)生的口頭表達(dá)和理論技能水平。學(xué)生在下一個任務(wù)中可以減少犯同樣錯誤的概率。

2.2 存在的問題

本課程教學(xué)實施過程中存在的問題有如下幾點：（1）學(xué)生在任務(wù)實施過程中的具體硬件接線及下載所使用的程序，與整體方案不一致。（2）在任務(wù)實施過程中會遇到各種故障，無法判定是軟件的原因還是硬件的原因。（3）學(xué)生對設(shè)備不熟悉，會造成大量的元器件損壞，給教師帶來大量的維護工作。（4）學(xué)生既要完成方案的制定，又要動手需要大量時間，課程時間較為緊張。（5）受到設(shè)備數(shù)量的限制，老師無法進行拓展任務(wù)的考核。

3 引入FluidSIM的課程實施

3.1 FluidSIM簡介

目前，市面上存在多種液壓與氣壓傳動仿真軟件，例如：FluidSIM，automation studio，AMESIM等。其中FluidSIM較為適合在高職院校的教學(xué)過程中使用。

FluidSIM是由德國著名公司Festo開發(fā)的一款集機電液一體化的綜合仿真軟件。該軟件包含F(xiàn)luidSIM-H液壓仿真和FluidSIM-P氣動仿真兩部分。在“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程中采用的是FluidSIM-P軟件。

該軟件幾乎囊括了所有常用的氣動元件，可以直接將元件拖拽至工作界面然后進行回路的搭建?；芈反罱ㄍ瓿珊罂梢酝ㄟ^仿真初步檢測氣路的正確性。仿真過程中能夠清晰形象地看到氣動執(zhí)行元件的動作過程，且軟件能夠自動檢查氣路連接中存在的問題，提醒使用者進行修改。

FluidSIM-P不僅可以進行氣動回路搭建和仿真，還具有電氣控制系統(tǒng)，可以對回路中的控制元件進行控制。該軟件的氣缸上設(shè)置有標(biāo)尺，可以模擬磁性開關(guān)的位置檢測功能，獲得傳感器信號。另外FluidSIM-P 4.2版提供了DDE/OPC接口，通過該接口可以與PLC控制系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)機電氣的聯(lián)合調(diào)試。

3.2 FluidSIM與PLC聯(lián)調(diào)

FluidSIM與PLC之間不能直接進行通信，要借助于第三方。對于西門子PLC，可以采用FESTO公司開發(fā)的Vswitch軟件為第三方。Vswitch軟件所提供的協(xié)議轉(zhuǎn)換模式中的一種就是Vswitch for FluidSIM andPLCSIM，利用該軟件可以實現(xiàn)FluidSIM-H 與PLCSIM 的通信，但是DDE通信方式只適用于西門子PLC。

THJDME-1型光機電一體化實訓(xùn)考核裝置中選用三菱FX2N系列PLC為控制器，教學(xué)中采用對應(yīng)的GX Works2為編程軟件。GX Works2是三菱電機推出的三菱綜合PLC編程軟件，是專用于PLC設(shè)計、調(diào)試、維護的編程工具。該軟件自帶仿真器GX Simulator，與傳統(tǒng)的GX Developer 軟件相比，提高了功能及操作性能，變得更加容易使用。

因此本系統(tǒng)的仿真，只能利用FluidSIM-P軟件提供的DDE/OPC接口中的OPC通信方式來實現(xiàn)三菱編程軟件GX Works2與氣動仿真軟件FluidSIM-P的聯(lián)合調(diào)試。

工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（OLE for Process Control，OPC）規(guī)范目前已得到工控領(lǐng)域硬件和軟件制造商的承認(rèn)和支持，包括OPC服務(wù)器和OPC客戶端兩部分。OPC服務(wù)器和客戶端之間可以進行數(shù)據(jù)通信。

目前市場上常用的OPC服務(wù)器有西門子PLC專用的PC Access，三菱PLC專業(yè)的MX OPC Server以及KEPware公司開發(fā)的幾乎支持所有常見PLC設(shè)備的KEPServer軟件等。以KEPServer為橋梁實現(xiàn)三菱PLC與FluidSIM-P的通信，必須具備實際的PLC裝置，而MX OPC Server可以實現(xiàn)三菱仿真器GX Simulator與FluidSIM-P之間的通信，不需要PLC實物，能夠真正地擺脫硬件的制約。因此在本課程中采用MX OPC Server作為OPC服務(wù)器。

以MX OPCServer為OPC服務(wù)器，實現(xiàn)PLC與FluidSIM-P軟件通信的過程為：MX OPCServer服務(wù)器讀取FluidSIM-P軟件中氣動系統(tǒng)的按鈕及傳感器信號，然后將該信號寫入GX Works2仿真器。GX Works2仿真器根據(jù)用戶所編寫的PLC程序決定輸出狀態(tài)，并將輸出值寫入MX OPCServer服務(wù)器以供FluidSIM-P軟件讀取。

“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程中的4個任務(wù)均可以使用該方法進行仿真。

4 結(jié)語

將FluidSIM軟件仿真引入“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程與GX Works2進行聯(lián)合調(diào)試，仿真結(jié)果形象直觀，可以確保方案的正確性。學(xué)生可以把有限的時間用在硬件的連接、調(diào)試及故障的排查上。教師可以通過檢測仿真結(jié)果的方法來驗證拓展任務(wù)方案的正確性。該措施極大地縮小了故障范圍，減少了故障排查的時間，提高了教學(xué)效果。

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