機電設備安裝與調試課程教學研究論文
摘要：文章對“機電設備安裝與調試”課程現狀及FluidSIM仿真軟件進行了介紹，并提出將FluidSIM仿真軟件應用于“機電設備安裝與調試”，該方法取得了較好的教學效果，極大地緩解了高校中機電一體化實訓設備不足的現狀。
關鍵詞：教學；機電設備安裝與調試；FX2N
“機電設備安裝與調試”是高職院校機電一體化技術專業普遍開設的一門綜合性和實踐性都很強的專業課程，該課程的內容涵蓋了液壓與氣壓傳動、電氣控制與PLC、觸摸屏技術、變頻技術等內容。目前，在我國職業教育大力提倡學生創新能力和技能培養的背景下，該門課程采用任務驅動的理實一體的教學方式，使學生在做中學，極大地提高了學生的技能水平。但是，課程的教學效果對于實驗室條件有著極高的要求。一般院校實驗設備有限，學生需要多人共同使用同一臺設備，在調試過程中遇到困難，會花費大量時間來調試。文章旨在通過引入FluidSIM軟件來緩解設備不足的問題。學生利用課余時間，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調試。
1“機電設備安裝與調試”課程概況
目前，南京機電職業技術學院“機電設備安裝與調試”采用任務驅動的教學模式，以天煌教儀生產的THJDME-1型光機電一體化實訓考核裝置為主要實訓載體來實施教學過程。根據實驗裝置的結構組成，教學內容整合與優化后分為4個大任務，分別是：送料單元系統安裝與調試；搬運單元安裝與調試；輸送與分揀單元安裝與調試；自動控制系統安裝與調試。
2教學實施及存在的問題
2.1教學實施
教學實施過程概況為：（1）教師發放任務單，使學生明確任務要求；（2）整體方案的制定。學生根據任務單的要求完成整體方案設計，包括氣動原理圖的繪制、PLC接線圖及PLC程序的編寫；（3）任務實施。學生根據氣動原理圖完成氣路的連接和調試，根據PLC接線圖完成控制回路硬件接線，完成PLC編寫程序并下載，最后進行系統聯調，實現任務要求；（4）任務考核與評價。學生完成任務后，教師根據任務考核表，對學生任務完成的質量進行打分和評價。對于完成拓展任務的同學，額外加分，以激勵學生學習的積極性；（5）總結與交流。以小組為單位，學生對于在任務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，以此來提高學生的口頭表達和理論技能水平。學生在下一個任務中可以減少犯同樣錯誤的概率。
2.2存在的'問題
本課程教學實施過程中存在的問題有如下幾點：（1）學生在任務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）學生對設備不熟悉，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）受到設備數量的限制，老師無法進行拓展任務的考核。
3引入FluidSIM的課程實施
3.1FluidSIM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，automationstudio，AMESIM等。其中FluidSIM較為適合在高職院校的教學過程中使用。FluidSIM是由德國著名公司Festo開發的一款集機電液一體化的綜合仿真軟件。該軟件包含FluidSIM-H液壓仿真和FluidSIM-P氣動仿真兩部分。在“機電設備安裝與調試”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。回路搭建完成后可以通過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，可以對回路中的控制元件進行控制。該軟件的氣缸上設置有標尺，可以模擬磁性開關的位置檢測功能，獲得傳感器信號。另外FluidSIM-P4.2版提供了DDE/OPC接口，通過該接口可以與PLC控制系統進行聯調，實現機電氣的聯合調試。
3.2FluidSIM與PLC聯調
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公司開發的Vswitch軟件為第三方。Vswitch軟件所提供的協議轉換模式中的一種就是VswitchforFluidSIMandPLCSIM，利用該軟件可以實現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考核裝置中選用三菱FX2N系列PLC為控制器，教學中采用對應的GXWorks2為編程軟件。GXWorks2是三菱電機推出的三菱綜合PLC編程軟件，是專用于PLC設計、調試、維護的編程工具。該軟件自帶仿真器GXSimulator，與傳統的GXDeveloper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通信方式來實現三菱編程軟件GXWorks2與氣動仿真軟件FluidSIM-P的聯合調試。工業標準（OLEforProcessControl，OPC）規范目前已得到工控領域硬件和軟件制造商的承認和支持，包括OPC服務器和OPC客戶端兩部分。OPC服務器和客戶端之間可以進行數據通信。目前市場上常用的OPC服務器有西門子PLC專用的PCAccess，三菱PLC專業的MXOPCServer以及KEPware公司開發的幾乎支持所有常見PLC設備的KEPServer軟件等。以KEPServer為橋梁實現三菱PLC與FluidSIM-P的通信，必須具備實際的PLC裝置，而MXOPCServer可以實現三菱仿真器GXSimulator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MXOPCServer作為OPC服務器。以MXOPCServer為OPC服務器，實現PLC與FluidSIM-P軟件通信的過程為：MXOPCServer服務器讀取FluidSIM-P軟件中氣動系統的按鈕及傳感器信號，然后將該信號寫入GXWorks2仿真器。GXWorks2仿真器根據用戶所編寫的PLC程序決定輸出狀態，并將輸出值寫入MXOPCServer服務器以供FluidSIM-P軟件讀取�！皺C電設備安裝與調試”課程中的4個任務均可以使用該方法進行仿真。
4結語
將FluidSIM軟件仿真引入“機電設備安裝與調試”課程與GXWorks2進行聯合調試，仿真結果形象直觀，可以確保方案的正確性。學生可以把有限的時間用在硬件的連接、調試及故障的排查上。教師可以通過檢測仿真結果的方法來驗證拓展任務方案的正確性。該措施極大地縮小了故障范圍，減少了故障排查的時間，提高了教學效果。
[參考文獻]
[1]朱紅娟.項目化教學在“機電設安裝與調試”課程中的應用研究[J].科技風，2015（10）：212.
[2]林晨.結合FluidSIM軟件與THPYC-1A型實訓裝置在液壓與氣壓傳動課程的教學[J].學術研究，2014（22）：284-286.
[3]李現友.FluidSIM在液壓與氣動技術綜合實訓中的應用[J].包頭職業技術學院學報，2013（4）：73-76.
[4]盧志芳，於紅梅.基于FluidSIM軟件的液壓傳動系統仿真實訓教學探討[J].職業教育研究，2013（2）：168-171.
[5]王曉輝.FluidSIM仿真技術及其在液壓系統設計和性能分析中的應用[J].科技信息，2012（2）：143-145.
[6]岳玉環.基于FluidSIM與PLCSIM液壓控制系統的聯合仿真[J].液壓氣動與密封，2012（6）：27-29.
[7]霍覽宇.一種基于OPC技術的液壓系統PLC控制仿真方法[J].機床與液壓，2012（7）：167-169.
[8]郭聯金，宋成艷.基于FluidSIM-H的剪板機液壓系統設計及控制[J].機床與液壓，2014（20）：77-80.
【機電設備安裝與調試課程教學研究論文】相關文章：