FluidSIM在教學(xué)中的應(yīng)用分析

田東亮 尹玉梅

摘 要：針對(duì)高職院校理工科專業(yè)課程的特點(diǎn)及存在的問題，以雙缸順序動(dòng)作回路為例，將FluidSIM軟件引入到課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。將多門課程綜合在一起的“混合式”教學(xué)模式，大大地激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，同時(shí)為同類課程的教學(xué)改革提供了參考。

關(guān)鍵詞：FluidSIM；傳動(dòng)；順序控制；PLC

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.31.096

0 引言

近年來，我國(guó)機(jī)電工程行業(yè)飛速發(fā)展，液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)等課程作為該行業(yè)中重要組成部分，一直是高職院校機(jī)電專業(yè)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是通過板書、多媒體課件等方法來授課，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，普遍感到內(nèi)容枯燥、理論抽象難懂，特別是系統(tǒng)的工作過程，僅僅通過想象很難掌握。采用理實(shí)一體的教學(xué)模式，可以使學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”，充分提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和技能。但對(duì)于多數(shù)職業(yè)院校來說，實(shí)訓(xùn)條件有限，實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏，學(xué)生沒有實(shí)訓(xùn)的場(chǎng)地或者需要多人共同使用一臺(tái)設(shè)備，在實(shí)訓(xùn)的過程通常還會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間來調(diào)試。這些諸多不利的因素，就會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，而采用組態(tài)軟件技術(shù)是解決教學(xué)實(shí)施過程中矛盾的很好方法，可以將傳統(tǒng)的教學(xué)變抽象為形象，變枯燥為有趣，創(chuàng)造一個(gè)以學(xué)生為主體、“教、學(xué)、做”一體化的互動(dòng)教學(xué)環(huán)境，從而激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣。

1 教學(xué)實(shí)施過程中存在的問題

以往的教學(xué)多以任務(wù)導(dǎo)入、新課教學(xué)、課堂練習(xí)、知識(shí)小結(jié)和課后作業(yè)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。理工科專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，大部分是以抽象、枯燥的形式呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，學(xué)生只能被動(dòng)的去接受，容易萌生難學(xué)、厭倦的心理，特別是在學(xué)習(xí)一些抽象的原理、分析復(fù)雜裝備時(shí)，學(xué)生常常無從下手、不知所措。同時(shí)新技術(shù)、新知識(shí)不斷的涌現(xiàn)，為了更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和順應(yīng)時(shí)代的潮流，勢(shì)必要求教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，不斷補(bǔ)給新的知識(shí)理論，而傳統(tǒng)的教學(xué)模式在這方面明顯力所不及。

2 引入FluidSIM軟件的教學(xué)實(shí)施

2.1 FluidSIM軟件介紹

FluidSlM軟件是由德國(guó)著名的元器件生產(chǎn)廠商費(fèi)斯托公司的Didactic教學(xué)部門和Paderbom大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，是一款專門用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件。FuidSIM軟件分FluidSIM-P和FluidSIM-H兩個(gè)模塊，其中FluidSIM-P用于氣壓傳動(dòng)，而FluidSIM-H用于液壓傳動(dòng)技術(shù)的模擬仿真與排障。軟件可以方便形象地仿真液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)中的基本回路、典型的液氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)還提供了電氣元件、模塊和通訊用的控制接口，可以幫助學(xué)生有效的學(xué)習(xí)電氣控制系統(tǒng)方面的知識(shí)。

2.2 FluidSIM軟件在教學(xué)中的應(yīng)用

FluidSIM軟件功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易學(xué)。創(chuàng)建回路時(shí)，只需鼠標(biāo)從元件庫(kù)中點(diǎn)取所需的元器件，通過拖拽，釋放到作圖頁面中相應(yīng)的位置，通過連線即可完成相應(yīng)回路的設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)工況條件，可以對(duì)元器件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。另外可以對(duì)設(shè)計(jì)的回路進(jìn)行模擬仿真，查看其動(dòng)作是否符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.1 液壓回路的設(shè)計(jì)

本文以雙缸順序動(dòng)作回路為例，如圖1所示，電磁鐵1YA通電，左側(cè)電磁換向閥在左位工作，液壓泵中的高壓油壓入左側(cè)液壓缸的左側(cè)，推動(dòng)活塞右移，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作：①當(dāng)活塞桿上的擋塊觸碰到行程開關(guān)S2時(shí)，使2YA通電，則右側(cè)電磁換向閥在左位工作，使右側(cè)的液壓缸右移，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作；②直到觸碰到行程開關(guān)S4，使1YA掉電，左側(cè)的液壓缸左移復(fù)位，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作；③之后縮回到S1位置處時(shí)，使2YA掉電，右側(cè)液壓缸左移復(fù)位，完成動(dòng)作；④雙缸全部恢復(fù)到初始狀態(tài)，然后重復(fù)以上的動(dòng)作。

2.2.2 電氣回路的設(shè)計(jì)

FluidSIM軟件具有豐富的電控元件可供選擇，如各種主令開關(guān)、接近開關(guān)、繼電器線圈、傳感器、電源等，能夠根據(jù)相應(yīng)的回路設(shè)計(jì)出與之配套的電氣控制回路，如圖2所示為雙缸順序動(dòng)作回路的電氣控制圖，在FluidSIM軟件中可以在線運(yùn)行仿真。對(duì)于電氣控制技術(shù)來說，讓學(xué)生完全掌握這些元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，相對(duì)難度較大。而將FluidSIM軟件引入，可使機(jī)械、電氣、流體技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使學(xué)生掌握傳感器、控制器和執(zhí)行元件等器件相關(guān)的應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)，提高了學(xué)生的綜合能力。

2.2.3 PLC程序設(shè)計(jì)、服務(wù)器的搭建及仿真

PLC技術(shù)是機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門主干課，是培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)電控制能力的核心課程，對(duì)于多數(shù)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)指令簡(jiǎn)單，靈活系統(tǒng)地應(yīng)用于實(shí)踐卻很難。FluidSIM軟件除了可以設(shè)計(jì)液壓氣動(dòng)回路及與之相配套的電氣控制回路外，還可以通過組態(tài)技術(shù)，利用OPC（OLE for Process Control）接口，實(shí)現(xiàn)PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）軟件和FluidSIM軟件間的通訊。

本文以雙缸順序動(dòng)作回路為例，采用三菱公司的PLC編寫相應(yīng)的控制程序如圖3所示。打開三菱服務(wù)器MX OPC Server，在地址空間欄新建一個(gè)裝置，選擇PCside I/F屬性GX Simulator，CPU類型選FX2N（C），其他默認(rèn)確定。然后在Dev01下，新建三個(gè)組，分別為D、M和Y，再在D欄上右擊新建數(shù)據(jù)標(biāo)簽，分別命名為D0和D1。同理在M欄和Y欄下面，分別新建M中間繼電器和輸出繼電器Y。如圖4所示，完成服務(wù)器的配置。

按下啟動(dòng)開關(guān)Q，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，雙缸順序動(dòng)作回路中各電磁鐵及行程開關(guān)相繼有序的動(dòng)作，兩液壓缸即按預(yù)定設(shè)置的模式工作。

3 結(jié)束語

引入FluidSIM軟件的“混合式”課堂教學(xué)，可以將傳統(tǒng)的教學(xué)變抽象為形象，變枯燥為有趣，創(chuàng)造一個(gè)以學(xué)生為主體、“教、學(xué)、做”一體化的互動(dòng)教學(xué)環(huán)境，從而激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]郭津津，王曉蘭，袁旭.FluidSIM軟件在《液壓傳動(dòng)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2011，39（02）：8082.

[2]韓翠娥，劉鵬遠(yuǎn)，李兵，等.FluidSIM軟件在裝備液壓系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].西部素質(zhì)教育2016，2（18）：4142.

[3]田東亮，尹玉梅.基于OPC技術(shù)的FluidSIM與PLC在液壓傳動(dòng)技術(shù)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2018，39（11）：162163.

[4]丁樹模.液壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

[5]畢長(zhǎng)飛.FluidSIM 3.6仿真軟件在《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng)，2011，（08）：111114.

[6]苗紅霞，齊本勝.PLC控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（3）：136139.

[7]尹玉梅，田東亮.一種液壓式舉升機(jī)的設(shè)計(jì)[J].液壓氣動(dòng)與密封，2019，39（08）：5860.