“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程教學(xué)研究
時間:2022-07-12 08:43:45
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摘要:文章對“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程現(xiàn)狀及FluidSIM仿真軟件進行了介紹,并提出將FluidSIM仿真軟件應(yīng)用于“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”,該方法取得了較好的教學(xué)效果,極大地緩解了高校中機電一體化實訓(xùn)設(shè)備不足的現(xiàn)狀。
關(guān)鍵詞:教學(xué);機電設(shè)備安裝與調(diào)試;FX2N
“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”是高職院校機電一體化技術(shù)專業(yè)普遍開設(shè)的一門綜合性和實踐性都很強的專業(yè)課程,該課程的內(nèi)容涵蓋了液壓與氣壓傳動、電氣控制與PLC、觸摸屏技術(shù)、變頻技術(shù)等內(nèi)容。目前,在我國職業(yè)教育大力提倡學(xué)生創(chuàng)新能力和技能培養(yǎng)的背景下,該門課程采用任務(wù)驅(qū)動的理實一體的教學(xué)方式,使學(xué)生在做中學(xué),極大地提高了學(xué)生的技能水平。但是,課程的教學(xué)效果對于實驗室條件有著極高的要求。一般院校實驗設(shè)備有限,學(xué)生需要多人共同使用同一臺設(shè)備,在調(diào)試過程中遇到困難,會花費大量時間來調(diào)試。文章旨在通過引入FluidSIM軟件來緩解設(shè)備不足的問題。學(xué)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(tǒng)調(diào)試。
1“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程概況
目前,南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”采用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式,以天煌教儀生產(chǎn)的THJDME-1型光機電一體化實訓(xùn)考核裝置為主要實訓(xùn)載體來實施教學(xué)過程。根據(jù)實驗裝置的結(jié)構(gòu)組成,教學(xué)內(nèi)容整合與優(yōu)化后分為4個大任務(wù),分別是:送料單元系統(tǒng)安裝與調(diào)試;搬運單元安裝與調(diào)試;輸送與分揀單元安裝與調(diào)試;自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試。
2教學(xué)實施及存在的問題
2.1教學(xué)實施
教學(xué)實施過程概況為:(1)教師發(fā)放任務(wù)單,使學(xué)生明確任務(wù)要求;(2)整體方案的制定。學(xué)生根據(jù)任務(wù)單的要求完成整體方案設(shè)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(wù)實施。學(xué)生根據(jù)氣動原理圖完成氣路的連接和調(diào)試,根據(jù)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(tǒng)聯(lián)調(diào),實現(xiàn)任務(wù)要求;(4)任務(wù)考核與評價。學(xué)生完成任務(wù)后,教師根據(jù)任務(wù)考核表,對學(xué)生任務(wù)完成的質(zhì)量進行打分和評價。對于完成拓展任務(wù)的同學(xué),額外加分,以激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;(5)總結(jié)與交流。以小組為單位,學(xué)生對于在任務(wù)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(xué)生的口頭表達和理論技能水平。學(xué)生在下一個任務(wù)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(xué)實施過程中存在的問題有如下幾點:(1)學(xué)生在任務(wù)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(wù)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(xué)生對設(shè)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(xué)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(shè)備數(shù)量的限制,老師無法進行拓展任務(wù)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(xué)過程中使用。FluidSIM是由德國著名公司Festo開發(fā)的一款集機電液一體化的綜合仿真軟件。該軟件包含F(xiàn)luidSIM-H液壓仿真和FluidSIM-P氣動仿真兩部分。在“機電設(shè)備安裝與調(diào)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(zhí)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(tǒng),可以對回路中的控制元件進行控制。該軟件的氣缸上設(shè)置有標(biāo)尺,可以模擬磁性開關(guān)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(tǒng)進行聯(lián)調(diào),實現(xiàn)機電氣的聯(lián)合調(diào)試。
3.2FluidSIM與PLC聯(lián)調(diào)
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(fā)的Vswitch軟件為第三方。Vswitch軟件所提供的協(xié)議轉(zhuǎn)換模式中的一種就是VswitchforFluidSIMandPLCSIM,利用該軟件可以實現(xiàn)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(xùn)考核裝置中選用三菱FX2N系列PLC為控制器,教學(xué)中采用對應(yīng)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(shè)計、調(diào)試、維護的編程工具。該軟件自帶仿真器GXSimulator,與傳統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)三菱編程軟件GXWorks2與氣動仿真軟件FluidSIM-P的聯(lián)合調(diào)試。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(OLEforProcessControl,OPC)規(guī)范目前已得到工控領(lǐng)域硬件和軟件制造商的承認和支持,包括OPC服務(wù)器和OPC客戶端兩部分。OPC服務(wù)器和客戶端之間可以進行數(shù)據(jù)通信。目前市場上常用的OPC服務(wù)器有西門子PLC專用的PCAccess,三菱PLC專業(yè)的MXOPCServer以及KEPware公司開發(fā)的幾乎支持所有常見PLC設(shè)備的KEPServer軟件等。以KEPServer為橋梁實現(xiàn)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(xiàn)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(wù)器。以MXOPCServer為OPC服務(wù)器,實現(xiàn)PLC與FluidSIM-P軟件通信的過程為:MXOPCServer服務(wù)器讀取FluidSIM-P軟件中氣動系統(tǒng)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(jù)用戶所編寫的PLC程序決定輸出狀態(tài),并將輸出值寫入MXOPCServer服務(wù)器以供FluidSIM-P軟件讀取。“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程中的4個任務(wù)均可以使用該方法進行仿真。
4結(jié)語
將FluidSIM軟件仿真引入“機電設(shè)備安裝與調(diào)試”課程與GXWorks2進行聯(lián)合調(diào)試,仿真結(jié)果形象直觀,可以確保方案的正確性。學(xué)生可以把有限的時間用在硬件的連接、調(diào)試及故障的排查上。教師可以通過檢測仿真結(jié)果的方法來驗證拓展任務(wù)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(xué)效果。
作者:許璐 單位:南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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