楊 洋 高 龍

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523808）

機(jī)床電氣控制技術(shù)是自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課，教學(xué)過程中具有較強(qiáng)的實(shí)踐性要求.在教學(xué)過程中，典型的電路控制分析是其中的一個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)，僅靠靜止的線路圖很難表述動(dòng)態(tài)的控制過程.另外受辦學(xué)條件、管理體制、操作的繁瑣程度以等因素的影響，學(xué)生不容易熟練掌握實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)際操作.文中基于 Flash技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)一體化的虛擬實(shí)訓(xùn)室，結(jié)合授課，變靜為動(dòng)，變講解為講演結(jié)合，變思考為思考與觀察相結(jié)合，形象地展示整個(gè)工作過程，可以很好地提高教學(xué)效果，迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

1 電氣控制虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)想

1.1 開發(fā)思路

虛擬實(shí)驗(yàn)要明確實(shí)驗(yàn)對(duì)象都是現(xiàn)實(shí)具體實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象的模擬.首先應(yīng)對(duì)實(shí)際控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行合理逼真地模擬布置，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)控制環(huán)境的模擬，虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)因此具有可視效果及交互功能；其次，學(xué)生可以通過交互功能完成虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)實(shí)操作的各項(xiàng)具體操作；再次，虛擬的實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)際的實(shí)訓(xùn)一樣具有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)過程、注意事項(xiàng)，應(yīng)對(duì)實(shí)際實(shí)訓(xùn)有詳細(xì)的展示.學(xué)生可以通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊及調(diào)節(jié)操作來完成模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，能夠直觀地觀察到與實(shí)際相符的實(shí)驗(yàn)過程與現(xiàn)象，從而達(dá)到形象、直觀、逼真的虛擬教學(xué)環(huán)境的效果.

1.2 實(shí)驗(yàn)框架

實(shí)驗(yàn)框架是電氣控制虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心.運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)在很多領(lǐng)域，效果都不錯(cuò).但查閱相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)電氣控制實(shí)驗(yàn)室的虛擬仿真主要借助于Action Script腳本程序來實(shí)現(xiàn)，目前比較成熟的系統(tǒng)還沒有.經(jīng)過對(duì)比其他虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究分析，本系統(tǒng)選用樹框架圖（圖1）.

1.3 開發(fā)步驟

第一步：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)基本素材準(zhǔn)備，拍攝現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及相關(guān)圖片，理清實(shí)驗(yàn)各元件動(dòng)作順序及邏輯關(guān)系，寫出實(shí)驗(yàn)原理的動(dòng)作描述.

第二步：完成電氣控制虛擬實(shí)驗(yàn)室界面的整體構(gòu)思、元件布局及元件制作；對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)元件按控制要求編寫程序，建立元器件庫，以備不同的控制原理圖中調(diào)用.

第三步：相關(guān)動(dòng)畫的制作，每個(gè)控制動(dòng)作要實(shí)現(xiàn)實(shí)際過程的“動(dòng)態(tài)”高度模擬.

第四步：制作具有交互過程的系統(tǒng)，仿真過程要具有動(dòng)感，實(shí)現(xiàn)同步顯示，配有相關(guān)的實(shí)際元件動(dòng)作聲音，以便整個(gè)系統(tǒng)更加符合實(shí)際場(chǎng)景.

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 電氣控制實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)

以三相異步電機(jī)正-停-反轉(zhuǎn)控制電路圖為例，詳細(xì)說明虛擬實(shí)驗(yàn)室中動(dòng)態(tài)電氣控制圖的制作過程.圖2電路中：M為異步電動(dòng)機(jī)，AF為斷路器，F(xiàn)U為熔斷器，KM1和KM2分別為控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的接觸器，SB1為停止按鈕，SB2和SB3分別為控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕.控制原理為：?jiǎn)?dòng)斷路器AF，接通電源.按下正轉(zhuǎn)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；按下停止按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；按下反向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕SB3，電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng).電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，接觸器KM1和KM2的常開輔助觸頭形成自鎖，確保正反轉(zhuǎn)按鈕復(fù)位后電路實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)動(dòng)，接觸器常閉輔助觸頭形成互鎖，確保正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換過程中不發(fā)生短路事故.

圖2 電氣互鎖的正-停-反控制電路圖

2.1 元件制作

根據(jù)每個(gè)元件的性質(zhì)來確定該元件應(yīng)制成哪種類型的組件.Flash中有3種元件類型，分別為：影片剪輯、按鈕、圖形，除了圖形類型外，另外兩種類型都可以設(shè)置動(dòng)作.圖2中的接觸器線圈可以選擇影片剪輯類型，SB1~SB3按鈕選擇按鈕類型，電動(dòng)機(jī)選擇圖形類型.以按鈕常開觸點(diǎn)SB2為例，打開Flash軟件后，從插入下拉菜單中選擇創(chuàng)建新元件，在彈出的對(duì)話框中選擇“類型”為按鈕，并將名稱改為“按鈕開關(guān)常開觸點(diǎn)”，點(diǎn)擊確定后進(jìn)入元件編輯窗口；將觸點(diǎn)分為3個(gè)部分用線條工具畫出并分別占用3個(gè)圖層.線條顏色和粗細(xì)可以適當(dāng)選擇.繪制完畢后將其轉(zhuǎn)化成組件放入圖庫，以便今后修改和應(yīng)用，如圖3、圖4所示.

圖3 按鈕開關(guān)常開觸點(diǎn)

圖4 按鈕開關(guān)常開觸點(diǎn)的3部分

2.2 元件動(dòng)畫設(shè)置

根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，開關(guān)不應(yīng)該有一種狀態(tài)，為了形成動(dòng)態(tài)效果還應(yīng)為各種元件再定義動(dòng)作時(shí)的狀態(tài)，這個(gè)通過在編輯組件窗口下插入關(guān)鍵幀來實(shí)現(xiàn).按照相同的方法，將電氣控制電路中的按鈕、線圈、常開常閉觸點(diǎn)等電氣元件都做成動(dòng)畫效果.

2.3 建立電氣控制原理圖，設(shè)定元件動(dòng)作順序

在完成動(dòng)畫設(shè)置的基礎(chǔ)上，將Flash圖庫中的元件拖放至Flash設(shè)置好的場(chǎng)景中，用線條將各個(gè)元器件連接起來就可以得到一副靜態(tài)的電氣控制圖.在這個(gè)過程中，最好一個(gè)器件占用一個(gè)圖層，這樣可使得后續(xù)的控制和修改簡(jiǎn)單易行.在完成靜態(tài)的電氣控制原理圖后，根據(jù)實(shí)際控制動(dòng)作過程順序及元件間的邏輯關(guān)系，以及實(shí)際教學(xué)的需要完成元件的動(dòng)畫制作.對(duì)于開關(guān)類原件采用在對(duì)象動(dòng)作中寫入Action Script語句的方法來驅(qū)動(dòng)被控開關(guān)，利用判斷對(duì)象狀態(tài)來驅(qū)動(dòng)各元件之間的邏輯關(guān)系.

2.4 輸出轉(zhuǎn)化成Flash播放文件

將調(diào)試后滿足性能要求的電氣控制圖運(yùn)用Flash軟件的“開始”菜單的“導(dǎo)出”及“導(dǎo)出影片”菜單項(xiàng)，轉(zhuǎn)化成便于以后修改的（*.fla）和 Flash播放文件（*.swf）.

3 結(jié) 語

利用Flash軟件的動(dòng)畫及腳本Action Scrip語言設(shè)計(jì)電氣控制教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，學(xué)生使用靈活，擺脫了時(shí)間地點(diǎn)的限制，減少了常用儀器長(zhǎng)期使用帶來的磨損，且可以隨時(shí)添加價(jià)格昂貴的設(shè)備.但是，虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟不是真實(shí)實(shí)驗(yàn)，也不能完全替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，它雖有自身的優(yōu)點(diǎn)，但卻有一些不可避免的缺陷，應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際實(shí)訓(xùn)，達(dá)到最優(yōu)的配合，以進(jìn)一步提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果.

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