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基于Automation Studio的多课程联合实训教学探究

扬州高等职业技术学校 孙小康 秦萌 史丹 2020/6/6 14:52:12

   摘要:针对职业教育多课程交叉实训教学实施过程中硬件不足、投入成本高、危险系数大等难题,结合《电机拖动》、《PLC编程及应用技术》、《自动生产线装调》等课程的教学特点,利用Automation Studio虚拟仿真平台,进行多课程联合实训项目的教学探究。本文以送料小车自动往返循环控制为例,阐述了基于Automation Studio 虚拟仿真平台的项目模型搭建、梯形图设计及电气传动仿真演示。实践证明,虚拟仿真教学使学生多门课程综合应用能力得以提高,既提升教学效果,又切实降低实操的危险性。
   关键词:多课程交叉 Automation Studio虚拟仿真 PLC控制 自动往返
  
   0 引言
   《维修电工综合技能实训(中级)》以《电机拖动》、《PLC编程与应用技术》、《自动生产线装调》等课程内容为先验知识,具有实践性强、多课程交叉等特点。在职业教育1+X证书制度背景下,对教师和学生在多门课程高度交叉情况下如何高效的教和学提出新的挑战。由于进行多课程交叉实训教学所需的一体化硬件设施成本高、建设周期长、实训危险系数高,且学校往往因经费问题不能提供强有力的硬件支持,导致不少教师迫于现实只能将实践教学依旧停留在“投影-粉笔-黑板”模式的原始教学手段上[1]。这严重限制了多课程交叉实训课程的有效教学,使得学生对于此类课程的学习仍存在一定的认知困难,实训案例剖析的广度和深度不够[2]。随着信息化教学的不断深入,虚拟仿真技术为提高多课程融合教学提供了有效的教学方式。
   本文通过Automation Studio搭建虚拟仿真平台,针对《维修电工综合技能实训(中级)》课程中的“小车自动往返循环控制”任务进行整体的设计与演示,在不需要投入高昂的一体化硬件设备的情况下,有效融合其他课程内容,使跨课程的实践教学变得简单且高效。
   1 Automation Studio在实训教学中的具体应用
   Automation Studio是加拿大贝加莱公司推出的一种集机电一体化、液压与气动、电气自动化的综合性仿真软件,更加面向工程实践,在课程教学中的应用却有待探究[3]。
   任务“小车自动循环往返控制”采用项目化教学形式进行,涉及课程内容主要包括:电机拖动、PLC编程与应用技术、自动生产线装调等。Automation Studio 软件完全可以满足该实践任务的仿真需要。
   1.1 项目概述
   小车自动往返循环工作示意图如图1所示。电动机通过丝杠驱动小车的前进与后退。项目需同时满足以下控制要求:
   (1)自动循环工作(两端5秒延时)。
   (2)点动工作(供调试用)。
   (3)循环计数控制(循环5次)。小车前进、后退一次为一个循环,循环5次后自动停始发点。
  


   图1 小车工作示意图
   1.2 项目分析
   (1)小车的前进与后退是通过电动机正、反转来控制的,所以,完成这一套动作只要在电动机正反转控制程序的基础上修改即可。
   (2)为了便于手动调试,小车工作的控制方式设有点动和自动连续两种,采用控制开关SA1来切换(SA1闭合,点动;SA1关断时,自动连续)。
   (3)小车循环次数设定为5次,可利用计数器设定。
   1.3 项目模型搭建
   为了解决传统中级电工实训项目教学中危险系数高、多课程交叉学生理解不深入等问题,本文在项目实操前利用Automation Studio虚拟实训平台针对小车自动往返进行建模,在建模中充分发挥学生的主观能动性,将项目涉及的电机拖动、PLC控制和电气控制等知识进行有效融合,打通知识脉络。
   根据任务分析,模型的主电路与传统电机正反转电路完全相同,无须更改。但控制电路的功能则要通过PLC来实现。本文选用西门子S7-300系列PLC,具体的I/O分配如表1所示。
   依据 I/O分配表和控制要求,从软件元件库里选出所需的电气元件,调好位置,并搭建仿真模型如图2所示。
   表 1 I/O分配
  

  

   图2 Automation Studio搭建的模型
   1.4 项目程序设计
   根据控制对象,首先引导学生在Automation Studio平台(未完,下一页

  

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