基于Flash技術的電氣控制虛擬實驗室開發

楊 洋 高 龍

（東莞職業技術學院，廣東東莞 523808）

機床電氣控制技術是自動化專業的專業課，教學過程中具有較強的實踐性要求.在教學過程中，典型的電路控制分析是其中的一個重點、難點，僅靠靜止的線路圖很難表述動態的控制過程.另外受辦學條件、管理體制、操作的繁瑣程度以等因素的影響，學生不容易熟練掌握實驗部分的實際操作.文中基于 Flash技術的教學實驗一體化的虛擬實訓室，結合授課，變靜為動，變講解為講演結合，變思考為思考與觀察相結合，形象地展示整個工作過程，可以很好地提高教學效果，迅速激發學生的學習興趣.

1 電氣控制虛擬實驗室的構想

1.1 開發思路

虛擬實驗要明確實驗對象都是現實具體實驗過程及現象的模擬.首先應對實際控制實驗設備進行合理逼真地模擬布置，讓學生實現實驗控制環境的模擬，虛擬實驗室的開發因此具有可視效果及交互功能；其次，學生可以通過交互功能完成虛擬實驗模擬現實操作的各項具體操作；再次，虛擬的實驗的設計應與實際的實訓一樣具有明確的實驗目標、實驗過程、注意事項，應對實際實訓有詳細的展示.學生可以通過鼠標的點擊及調節操作來完成模擬真實的實驗過程，能夠直觀地觀察到與實際相符的實驗過程與現象，從而達到形象、直觀、逼真的虛擬教學環境的效果.

1.2 實驗框架

實驗框架是電氣控制虛擬實驗室系統設計的核心.運用計算機技術進行虛擬實驗室的設計在很多領域，效果都不錯.但查閱相關資料，實現電氣控制實驗室的虛擬仿真主要借助于Action Script腳本程序來實現，目前比較成熟的系統還沒有.經過對比其他虛擬實驗室的研究分析，本系統選用樹框架圖（圖1）.

1.3 開發步驟

第一步：進行實驗基本素材準備，拍攝現實實驗設備及相關圖片，理清實驗各元件動作順序及邏輯關系，寫出實驗原理的動作描述.

第二步：完成電氣控制虛擬實驗室界面的整體構思、元件布局及元件制作；對系統中的每個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用.

第三步：相關動畫的制作，每個控制動作要實現實際過程的“動態”高度模擬.

第四步：制作具有交互過程的系統，仿真過程要具有動感，實現同步顯示，配有相關的實際元件動作聲音，以便整個系統更加符合實際場景.

圖1 系統架構圖

2 電氣控制實驗的實現

以三相異步電機正-停-反轉控制電路圖為例，詳細說明虛擬實驗室中動態電氣控制圖的制作過程.圖2電路中：M為異步電動機，AF為斷路器，FU為熔斷器，KM1和KM2分別為控制電機正轉與反轉的接觸器，SB1為停止按鈕，SB2和SB3分別為控制電機正反轉動按鈕.控制原理為：啟動斷路器AF，接通電源.按下正轉按鈕SB2，電動機正向轉動；按下停止按鈕SB1，電動機停止轉動；按下反向轉動按鈕SB3，電動機反向轉動.電動機運行中，接觸器KM1和KM2的常開輔助觸頭形成自鎖，確保正反轉按鈕復位后電路實現長動，接觸器常閉輔助觸頭形成互鎖，確保正反轉轉換過程中不發生短路事故.

圖2 電氣互鎖的正-停-反控制電路圖

2.1 元件制作

根據每個元件的性質來確定該元件應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置動作.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，電動機選擇圖形類型.以按鈕常開觸點SB2為例，打開Flash軟件后，從插入下拉菜單中選擇創建新元件，在彈出的對話框中選擇“類型”為按鈕，并將名稱改為“按鈕開關常開觸點”，點擊確定后進入元件編輯窗口；將觸點分為3個部分用線條工具畫出并分別占用3個圖層.線條顏色和粗細可以適當選擇.繪制完畢后將其轉化成組件放入圖庫，以便今后修改和應用，如圖3、圖4所示.

圖3 按鈕開關常開觸點

圖4 按鈕開關常開觸點的3部分

2.2 元件動畫設置

根據實際教學需要，開關不應該有一種狀態，為了形成動態效果還應為各種元件再定義動作時的狀態，這個通過在編輯組件窗口下插入關鍵幀來實現.按照相同的方法，將電氣控制電路中的按鈕、線圈、常開常閉觸點等電氣元件都做成動畫效果.

2.3 建立電氣控制原理圖，設定元件動作順序

在完成動畫設置的基礎上，將Flash圖庫中的元件拖放至Flash設置好的場景中，用線條將各個元器件連接起來就可以得到一副靜態的電氣控制圖.在這個過程中，最好一個器件占用一個圖層，這樣可使得后續的控制和修改簡單易行.在完成靜態的電氣控制原理圖后，根據實際控制動作過程順序及元件間的邏輯關系，以及實際教學的需要完成元件的動畫制作.對于開關類原件采用在對象動作中寫入Action Script語句的方法來驅動被控開關，利用判斷對象狀態來驅動各元件之間的邏輯關系.

2.4 輸出轉化成Flash播放文件

將調試后滿足性能要求的電氣控制圖運用Flash軟件的“開始”菜單的“導出”及“導出影片”菜單項，轉化成便于以后修改的（*.fla）和 Flash播放文件（*.swf）.

3 結 語

利用Flash軟件的動畫及腳本Action Scrip語言設計電氣控制教學中的實驗，操作簡單，學生使用靈活，擺脫了時間地點的限制，減少了常用儀器長期使用帶來的磨損，且可以隨時添加價格昂貴的設備.但是，虛擬實驗畢竟不是真實實驗，也不能完全替代真實實驗，它雖有自身的優點，但卻有一些不可避免的缺陷，應虛擬實驗結合實際實訓，達到最優的配合，以進一步提高實訓教學效果.

[1]齊占慶.機床電氣控制技術：第三版[M].北京:機械工業出版社，2008.

[2]方紅彬，張然，趙海志.用 FLASH制作電氣控制線路課件的方法[J].煤炭技術，2010（2）.

[3]劉桃生，陳圣東，陳為苗.利用 Flash制作教學用動態電氣控制圖的方法[J].軟件導刊（教育技術），2010（4）.

[4]謝輝，唐勇.步進電機發展回顧與前景展望[J].重慶三峽學院學報，2010（3）.

[5]孫澤.自動控制虛擬實驗室關鍵技術研究[D].新疆大學，2009.