摘要：機械專業(yè)人才的培養(yǎng)必須緊密結(jié)合實際，強化專業(yè)特色，具有創(chuàng)新精神。為配合機電一體化專業(yè)的教學(xué)與實驗，通過改造微型抽油機實驗教學(xué)研究平臺，使該平臺既能進行專業(yè)課程的教學(xué)實驗，又能進行專業(yè)知識的綜合應(yīng)用與研究。本文介紹了平臺的組成，平臺在實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用以及取得的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：抽油機 實驗教學(xué) 綜合實驗

機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)、液壓技術(shù)和微電子技術(shù)的有機結(jié)合。它是在融合了機械、液壓、電子、計算機、傳感器、自動控制等學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，目前已廣泛應(yīng)用于石油機械的各個方面，并代表著機械領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的主流[1]。

現(xiàn)代石油機械正朝著高效、安全、節(jié)能等方向發(fā)展，石油企業(yè)也對機械類人才的要求也日趨復(fù)合化。機電一體化人才是應(yīng)用型技術(shù)人才，在學(xué)校的培養(yǎng)過程中要十分注重理論與實踐的結(jié)合。除加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，到相關(guān)的油田、企業(yè)參加生產(chǎn)實踐外，更多的應(yīng)以本院校的實踐基地為主，加強學(xué)生的實踐認識過程[2]。為緊密結(jié)合實際，強化專業(yè)特色，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才，我院開展了微型抽油機實驗室的改造工作。實驗室的改造緊密結(jié)合專業(yè)課程，在原有機械結(jié)構(gòu)的前提下，構(gòu)建了以測控、節(jié)能為核心的實驗教學(xué)平臺，為理論教學(xué)、實驗技能、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等提供了一個可靠、方便的實驗平臺。

實驗教學(xué)平臺的建立。在原有微型抽油機實驗平臺上，應(yīng)用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)，進行機電一體化改造，使得實驗平臺具有抽油機遠程狀態(tài)監(jiān)測功能、故障診斷功能、節(jié)能功能等。

1.實驗教學(xué)平臺建立的總體思想。我校多年來人才培養(yǎng)主要面向石油行業(yè)。在幾十年的辦學(xué)過程中，已形成了自己的行業(yè)特色及優(yōu)勢。面對市場經(jīng)濟條件下日益激烈的競爭，我校機電一體化專業(yè)方向應(yīng)保持幾十年來在石油機械行業(yè)中的特色，并以此為基礎(chǔ)設(shè)置電液控制、計算機應(yīng)用以及與行業(yè)發(fā)展相關(guān)的實驗室建設(shè)，力求理論與實際相結(jié)合，增加相關(guān)學(xué)科知識，擴充專業(yè)內(nèi)涵，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè)，為造就具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才奠定基礎(chǔ)。

2.實驗教學(xué)平臺硬件組成?；诳傮w設(shè)計思想，實驗教學(xué)平臺主要由計算機、測控系統(tǒng)等組成，將傳統(tǒng)石油機械與現(xiàn)代測控技術(shù)緊密結(jié)合。平臺具備測控系統(tǒng)的共同性，同時也與石油機械緊密結(jié)合，以滿足不同測控實驗的需要。實驗教學(xué)平臺的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實驗教學(xué)平臺結(jié)構(gòu)框圖

(1)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由單片機構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很高的靈活性，功能強大，且結(jié)構(gòu)簡單。系統(tǒng)采用帶有CAN總線的C8051F040高性能單片機，該單片機具有64個數(shù)字I/O引腳，集成了一個CAN2.0B控制器，有12位、100ksps的ADC，使得數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)更加簡單。(2)傳感器。根據(jù)平臺中被測物理量的特點，主要配置了應(yīng)變片、振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器和流量傳感器。(3)可編程程控增益放大器。將接收的傳感器信號進行放大、濾波、線性化補償、隔離、保護等措施進行調(diào)整，采用模塊化設(shè)計[3]。(4)電動機及其功率驅(qū)動。抽油機很重要的一點就是節(jié)能，主要采用PWM技術(shù)對電動機進行驅(qū)動，從而達到節(jié)約電能的目的。

3.開發(fā)工具。結(jié)合專業(yè)軟件語言學(xué)習(xí)特點，選擇匯編語言、C語言、LabWindows/CVI等作為開發(fā)工具。語言學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，提高了語言的實驗教學(xué)效果。采用虛擬儀器的軟件開發(fā)工具，讓學(xué)生更加了解現(xiàn)代儀器的發(fā)展方向。

平臺教學(xué)實驗。結(jié)合本專業(yè)目前開設(shè)的課程，如檢測技術(shù)與傳感器、單片機原理與接口技術(shù)、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、機電傳動與控制、機械原理課程設(shè)計等，本實驗教學(xué)平臺主要用于實驗教學(xué)，包括傳感器及數(shù)據(jù)采集、單片機實驗、電動機控制實驗、機電一體化綜合實驗等?，F(xiàn)將主要實驗介紹如下。

1.實時數(shù)據(jù)采集與處理實驗。本實驗主要實現(xiàn)下位單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通信、上位計算機完成數(shù)據(jù)處理。按實驗?zāi)康暮鸵?，由傳感器、信號調(diào)理電路、單片機、CAN總線、計算機組成典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具體任務(wù)如下：單片機采集溫度、流量、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)；計算機實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的初步時域、頻域分析，并顯示圖形，數(shù)據(jù)處理軟件采用LabWindows/CVI編寫。通過實驗訓(xùn)練，做到理論與實踐相結(jié)合，要求熟練地操作單片機并進行數(shù)據(jù)采集，正確地檢測、控制外部信號，分析采集信號，近一步加深學(xué)生對測控理論和傳感器等儀器設(shè)備工作原理的理解，為下一步學(xué)習(xí)工作打下扎實的基礎(chǔ)。

2.電動機控制實驗。基于平臺，可以利用繼電器、晶閘管、IJBT管的控制電動機，同時利用單片機進行自動控制。實驗系統(tǒng)由單片機、繼電器、小功率電機等組成，可以完成電動機的正反轉(zhuǎn)和自動啟停控制。同時可以選做由IJBT管構(gòu)成的電動機節(jié)能控制實驗[4]，讓學(xué)生了解抽油機節(jié)能技術(shù)。通過實驗，讓學(xué)生更加清晰的了解電動機的繼電器控制，加深了學(xué)生對機電傳動與控制課程的認識，了解電機的節(jié)能控制技術(shù)及其在抽油機上的應(yīng)用，為今后工作打下基礎(chǔ)。

3.與實踐課程教學(xué)結(jié)合。抽油機的機構(gòu)設(shè)計與分析是我院機械原理課程設(shè)計的重要內(nèi)容，同時，抽油機作為主要的采油設(shè)備，歷來是我院畢業(yè)設(shè)計的亮點。基于平臺，學(xué)生進行實驗更加方便，學(xué)生的課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計的實驗數(shù)據(jù)更加接近實際。

實驗組織及效果。在組織學(xué)生實驗時，由老師提出實驗要求，在老師輔導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)要求設(shè)計實驗方案，自己動手進行實驗，做出實驗結(jié)果。

實驗的受益面寬，實驗的開出率為100%，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，博得了學(xué)生的廣泛好評。同時，該平臺積極為機械創(chuàng)新設(shè)計大賽提供實驗平臺。

本實驗平臺合理利用現(xiàn)有資源，一方面有利于學(xué)生實踐，培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)的應(yīng)用人才。平臺重技能鍛煉，重能力培養(yǎng)，重工程應(yīng)用，可方便地在同一實驗臺上完成多個實驗。學(xué)生通過綜合性實驗的訓(xùn)練，直接接觸到多學(xué)科的相互交叉滲透，培養(yǎng)了綜合分析問題和解決問題的能力，通過這樣培養(yǎng)訓(xùn)練，學(xué)生在不同的工作環(huán)境中的適應(yīng)能力和處理問題的能力得到很大提高。平臺實驗方便靈活，知識覆蓋面廣，實踐性強，在多年科研工作和教學(xué)實踐中較好地完成了測控技術(shù)實驗教學(xué)。另一方面有利于為科研和生產(chǎn)服務(wù)，同時機電一體化是也是現(xiàn)代石油機械的發(fā)展方向。

湖北省高等學(xué)校教學(xué)研究項目（編號：20060243）。

參考文獻：

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[2]趙燕，阮祥發(fā).機電一體化實驗室建設(shè)的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，1999.4.

[3]李正美等.生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)測控技術(shù)實驗教學(xué)平臺[J].實驗室研究與探索，2006.3.

[4]郭登明等.游梁式抽油機的節(jié)能改造[J].鉆采工藝，2002.3.

[5]趙燕，阮祥發(fā).機電一體化實驗室建設(shè)的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，1999.4.

作者單位：長江大學(xué)機械工程學(xué)院湖北荊州