遲英姿 張衛(wèi)芬 李永梅

(東南大學(xué)成賢學(xué)院 山東 煙臺 210088)

“液壓與氣壓傳動”是東南大學(xué)成賢學(xué)院機械工程系開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，這門課程的實踐性很強，是一門融合了機械、電子、控制等多學(xué)科的課程。 東南大學(xué)成賢學(xué)院的辦學(xué)定位是“培養(yǎng)應(yīng)用型人才”?！耙簤号c氣壓傳動”課程的教學(xué)內(nèi)容必須能滿足學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)，為此需要對該課程進行教學(xué)改革方面的研究與探索。

1.“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)

（1）東南大學(xué)成賢學(xué)院開設(shè)“液壓與氣壓傳動”課程的專業(yè)有機電一體化技術(shù)、汽車、機械工程，總學(xué)時僅為48 課時，實驗學(xué)時只有4 學(xué)時。理論教學(xué)中主要有三部分內(nèi)容：流體力學(xué)、液壓元件、液壓回路。學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課時會產(chǎn)生一種“內(nèi)容繁雜、知識散亂”的迷茫感覺，怎樣充分利用現(xiàn)有的教學(xué)學(xué)時達到我們所需要的教學(xué)目標(biāo)，是課程改革中面臨的首要挑戰(zhàn)。

（2）液壓實驗教學(xué)中，由于學(xué)時的限制，學(xué)生親自動手拆裝的元器件數(shù)量較少，類型也很少。 只能拆幾種經(jīng)典傳統(tǒng)的液壓元器件，比如：齒輪泵、雙作用葉片泵、手動換向閥；對于一些新型的液壓元器件學(xué)生接觸很少。 在搭建液壓和氣動回路時，學(xué)生大都在教學(xué)用實驗臺上進行操作，這些實驗臺與企業(yè)實際工作環(huán)境有很大差距，學(xué)生找不到真實液壓設(shè)備的感覺，學(xué)習(xí)效果較差，最終造成實際應(yīng)用能力欠缺。這是課程改革中面臨的第二個挑戰(zhàn)。

（3）在“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)中有大量液壓元件的二維裝配圖，如何讀懂這些裝配圖是我們在教學(xué)中無法回避的問題。 在加強學(xué)生讀圖能力的同時，我們需要對教學(xué)手段進行改革。 利用多媒體技術(shù)，增加動畫和視頻。 如：液壓元器件的工作原理、液壓回路的油液流動方向，這些都可以通過大量動畫演示來進行講解。 因此，如何讓同學(xué)們熟練掌握液壓元器件的結(jié)構(gòu)和工作原理是課程改革中面臨的第三個挑戰(zhàn)。

面對課時少、實驗設(shè)備欠缺、學(xué)生理論學(xué)習(xí)較困難這些挑戰(zhàn)，在課程教學(xué)改革中必須要提高教學(xué)質(zhì)量， 充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。要求學(xué)生不僅要“課內(nèi)學(xué)”，還要“課外學(xué)”；不僅要“看”，還要動手去“做”；不僅要會“驗證”，還要會“創(chuàng)新”。

結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新和實際教學(xué)經(jīng)驗， 組態(tài)技術(shù)可以實現(xiàn)互動教學(xué)，對教學(xué)改革有重要的意義。

2.組態(tài)軟件簡介

組態(tài)技術(shù)的目的是使得人們可以在非工業(yè)現(xiàn)場通過計算機監(jiān)控到設(shè)備的運行情況，并實現(xiàn)對設(shè)備的實時操作和運行監(jiān)控。 目前主流的組態(tài)軟件有InTouchHMI、MCGS、GEFanuc、WinCC、EcHmi、 力控和組態(tài)王等。 我們以亞控公司開發(fā)的組態(tài)王軟件為例，介紹組態(tài)技術(shù)在液壓教學(xué)改革中的應(yīng)用。

壓力調(diào)節(jié)回路是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一個基本回路，組態(tài)王對壓力調(diào)節(jié)回路的模擬仿真主要有以下幾個步驟：

2.1 壓力調(diào)節(jié)回路液壓系統(tǒng)的設(shè)計

壓力調(diào)壓回路在液壓系統(tǒng)中的作用是調(diào)整或限定系統(tǒng)壓力。主要是在液壓系統(tǒng)中加入溢流閥和安全閥來調(diào)節(jié)控制的，溢流閥用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供油壓力，安全閥限制系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載。液壓系統(tǒng)共走原理圖如圖1 所示。

圖1 壓力調(diào)壓回路液壓原理圖

2.2 根據(jù)液壓回路原理圖建立液壓回路仿真界面， 并創(chuàng)建組態(tài)數(shù)據(jù)變量

首先，根據(jù)液壓回路原理圖建立如圖3 所示的壓力調(diào)節(jié)回路的仿真界面，并按照表1 創(chuàng)建組態(tài)數(shù)據(jù)變量。

圖2 組態(tài)王工程管理器

圖3 壓力調(diào)節(jié)回路仿真界面

數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王仿真軟件的核心部分，在工程管理器中，選擇“數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)詞典”，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)回路的工作原理，在“變量屬性”對話框中，創(chuàng)建組態(tài)數(shù)據(jù)變量，部分數(shù)據(jù)變量如表1 所示。

表1 壓力調(diào)壓回路組態(tài)數(shù)據(jù)變量

2.3 定義動畫

圖3 所示的壓力調(diào)節(jié)回路仿真界面只是將系統(tǒng)界面搭建起來，此時并不能實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)回路的仿真運動，因此需要對界面中的元件進行動畫連接，真實的描述外界對象的狀態(tài)變化，達到過程實時監(jiān)控的目的。

三位四通換向閥動畫連接如圖4 所示。

圖4 三位四通換向閥動畫連接

圖5 行程開關(guān)控制的順序動作回路組態(tài)王仿真界面

2.4 編寫命令語言

根據(jù)壓力調(diào)壓回路過程，將仿真界面進化動畫連接，來真實的表現(xiàn)外界狀態(tài)變化。 最后在編寫仿真程序是，主要是針對表1 的數(shù)據(jù)變量來進行編程，部分的編程程序如下：

3.組態(tài)技術(shù)在教學(xué)改革中的作用

3.1 畢業(yè)設(shè)計中設(shè)計回路并與PLC 進行仿真

圖5 所示的順序動作回路是學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的，可實現(xiàn)系統(tǒng)的實時仿真。依據(jù)液壓系統(tǒng)的工作原理模擬其整個工作過程并仔細觀察在整個仿真過程中液壓缸的運行情況、 行程閥以及電磁鐵的動作、進回油路油液的流動情況等。通過上述過程的訓(xùn)練，學(xué)生可進行多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)和融合，提高了學(xué)生的綜合能力，為學(xué)生進入實際工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 在大學(xué)生創(chuàng)新中與PLC 進行聯(lián)合仿真

“自動抓取和實時監(jiān)控機械手的設(shè)計與研究”是我校機械工程系學(xué)生參加“大學(xué)生實踐創(chuàng)新”中的一個省級項目。 該項目中包含氣動系統(tǒng)回路的設(shè)計，PLC 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計以及組態(tài)系統(tǒng)模擬仿真的實現(xiàn)。 該項目是模擬工業(yè)生產(chǎn)中能實現(xiàn)實時監(jiān)控、檢測、抓取、運輸功能的機械手。 項目中運用傳感器對需要抓取的毛坯件進行識別檢測，再運用PLC控制技術(shù)、氣壓傳動技術(shù)控制機械手的動作。 毛坯經(jīng)檢測合格后，通過機械手夾取放到指定位置實現(xiàn)運輸,最后運用組態(tài)實現(xiàn)實時監(jiān)控。

通過實踐創(chuàng)新訓(xùn)練活動，將理論同實踐結(jié)合起來，以拓展學(xué)生的視野，可以加深學(xué)生對專業(yè)的理解，加強學(xué)生的動手能力。

圖6 機械手組態(tài)監(jiān)控畫面

4.結(jié)束語

用組態(tài)軟件對液壓系統(tǒng)進行模擬仿真，不僅拓寬了工業(yè)組態(tài)軟件的使用，也豐富了“液壓與氣壓傳動”的教學(xué)內(nèi)容，增加了學(xué)生動手的機會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新意識得到了提高，達到了教改項目的預(yù)期效果。

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