機電液綜合設計與控制實驗的探索

孟 濤， 劉 忠， 陳啟東， 管建峰

(常熟理工學院 機械工程學院， 江蘇 常熟 215500)

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機電液綜合設計與控制實驗的探索

孟 濤， 劉 忠， 陳啟東， 管建峰

(常熟理工學院 機械工程學院， 江蘇 常熟 215500)

為適應高校教學改革的深入，培養學生實際操作能力、實驗設計能力以及機、電、液一體化的綜合運用能力，以自制機電液綜合控制實驗裝置為基礎，構建了面向機電液綜合控制的實驗平臺，通過機電液綜合實驗的設計與訓練，鍛煉了學生的文獻資料查閱與方案設計能力，掌握了分析設備基本原理、功能及操作的能力，培養了綜合實驗項目的興趣，加強了動手能力，提高了總結、分析實驗數據，撰寫計算說明書的能力，使學生掌握了初步科學研究方法，形成了基本的職業規范，養成了良好的工程素質，對創新有了切實的體驗并在其間感受到創新帶來的成就感。不僅激發了學生自主實驗的熱情，而且增強了學生的學習主動性，使學生將所學的基礎理論、專業知識和基本技能綜合運用，教學效果明顯提高，切實提高了學生的工程意識和創新能力。

機電液； 綜合控制； 綜合設計； 工程環境

0 引 言

在市場經濟飛速發展的今天，機電產品的需求量很大，而且要求產品的質量可靠，性能好，功效強，同時要求技術人員不斷開發適應市場需求的機電新產品。為使我們的學生畢業后，縮短適應期，很快勝任工作，并能在工作中充分發揮綜合技能，進行機電產品的調試、開發等。作者利用中心實驗室原有設備，組織相關專業的教師和學生共同開發了“機電液綜合設計與控制實驗”的實驗平臺和實踐課程，創造了一種工程環境，對學生進行機電液綜合設計與控制能力的培養。通過幾年機電液綜合設計與控制實驗的探索與實踐，培養了學生綜合分析、設計與動手能力。

1 機電液綜合設計與控制實驗的主要特色

(1) 機電液綜合設計與控制實驗將課程設計與實驗有機地結合在一起。以往課程設計只是純理論的，實驗又是驗證性的，現在通過綜合設計與控制實驗，不但做到了理論聯系實際，而且證實了設計的可行性及可靠性，獲得了良好的教學效果。

(2) 機電液綜合設計與控制實驗將機械傳動、液壓傳動、電氣控制及計算機應用等相關課程內容有機地結合在一起。使電氣控制與計算機應用有了實際的控制對象，讓學生在學習、設計、實驗過程中更加直觀地了解整個控制過程。

(3) 機電液綜合設計與控制實驗將設計、安裝及調試相結合。以往設計只是體現在圖紙上，實驗也是教師準備好的。現在讓學生自己動手安裝、調試自己設計的液壓回路、電氣控制回路及編寫計算機控制程序。不但改變了教師做學生看的情況，而且能讓學生自己發現設計、調試中的錯誤和存在的問題，從而提高學生現場分析問題、解決問題的能力。

(4) 機電液綜合設計與控制實驗發揮了師生的積極性：① 提高了學生的學習積極性，以往實驗成績只占該課程成績很小的比例，只要理論考試成績好，實驗往往走過場，現在作為一門課程來處理，單獨考核、記分。對學生的學習有了很大的促進作用，改變了以往被動學習的習慣，取而代之的是出現爭著做的現象；② 提高了指導教師的教學積極性，以往實驗處在從屬的地位，現在地位變了，對實驗中出現的隨機問題必須有所準備，要求指導教師知識面廣，處理問題的能力要強，從而提高了指導教師的學習積極性和責任心。

2 機電液綜合設計與控制實驗臺的改造

2.1 尋找機械、電氣、液壓課程的結合點

隨著專業培養計劃的深入，課程體系發生了重大變化，教學和培養規格也進行了新的調整，形成了基礎模塊、計算機模塊、控制模塊、設計和制造模塊的新格局。對實驗教學提出了更高的要求，強化綜合性和設計性，特別強調提高學生的動手能力。在學校、學院領導的支持下，學院教師和學生利用畢業設計，逐步對原有設備進行了一系列的改造，并自行研制了新設備，將機、電、液有機結合在一起，在實踐環節中加強電氣控制、綜合設計、計算機控制。學生通過實踐型、綜合型、設計型的設計與實驗，進一步加深了對金屬切削、液壓傳動、機械加工、繼電器-接觸器控制、PLC控制、單片機控制、IPC機控制等知識的理解和綜合應用能力。

2.2 教師與學生共同參與設備改造

找到結合點，理清教改思路，教師帶領學生對多臺設備進行了改造，有常規電氣、單片機、PLC控制的液壓試驗臺、自主設計制作的模擬電梯、機械加工自動線等，把機械、液壓、電氣控制等課程內容有機地結合在一起。具體改造項目介紹如下：

(1) 設計并制造了《GLD-I固定邏輯電路實驗裝置》，用于繼電器-接觸器控制電路的連接、安裝、調試，實現各種機械設備的電氣動作。學生在教師的指導下，按照課程設計的要求，獨立進行液壓系統設計及液壓油路的連接。獨立進行常規電氣控制電路設計并進行線路連接，最后調試系統以實現規定的動作要求。

(2) 將原有設備改造成《單片機控制液壓滑臺》，學生可進行液壓系統的設計、連接、單片機程序的設計、輸入與計算機的通訊，最后進行調試。實現了單片機控制油缸的不同動作要求。

(3) 設計并制作了模擬電梯，根據電梯的不同請求，通過PLC控制完成各種要求。使得學生得到了模擬真實環境的鍛煉。

(4) 結合學生的畢業設計制作了模擬機械加工自動線，采用GENIE組態軟件及VB進行編程，制作了IPC機控制模擬加工自動線的控制界面，使機械動作能在計算機屏幕上實時動態地反映出來。使學生得到了工程環境的鍛煉。

(5) 流體參數檢測裝置的改造，原來做液阻特性實驗時，使用普通的壓力表和流量計，數據誤差較大，改造后，采用流量傳感器和壓力傳感器及相應的變送器把信號送給遠程模塊，再傳送給計算機，進行工控程序處理，實現了數據的計算機處理和相關檢測。

3 機電液綜合設計與控制實驗教學環節結合

3.1 以機電液控制為主線將理論與實踐緊密結合

用常規電氣、單片機控制液壓試驗臺，用PLC控制模擬電梯，用工控機控制模擬加工自動線和流體參數的監測，這樣把機械、液壓、電氣控制等課程內容有機結合在一起。通過這一教學環節，幫助學生將機械、電氣、液壓知識融會貫通。具體如圖1所示：

3.2 以計算機應用為輔助貫穿整個教學過程

在整個設計與實驗過程中，始終堅持計算機的綜合應用，通過單片機程序設計及調試、PLC程序設計與調試、IPC遠程控制及調試和課程設計中的CAD繪圖環節加強了學生應用當今最新技術的能力，為他們將來適應現代化技術工作打下了堅實的基礎。具體如圖2所示。

圖2 教學環節聯系圖

3.3 機電液綜合設計與控制實驗貫穿實踐性環節

我們緊密結合各個教學環節，把課程設計、綜合實驗、畢業設計緊密結合在一起。具體如圖3所示。

4 機電液綜合設計與控制實驗的實施過程

機電液綜合設計與控制實驗是課程設計與實驗相結合的實踐環節。學生必須完成液壓傳動系統設計、安裝及調試，常規電氣控制設計、接線及調試、單片機或PLC控制程序設計及調試等內容。實施過程如下：

(1) 教師給任務書(機械加工動作要求及有關設計參數)，由學生自己收集設計資料。

(2) 學生根據任務書提供的液壓、電器元件設計出液壓傳動系統原理圖和常規電氣控制原理圖，根據設計的液壓傳動系統及動作要求，分別設計繼電器-接觸器控制原理圖、單片機控制程序或PLC控制程序。

(3) 由教師審核、學生修改后在試驗臺進行液壓系統的安裝、電氣線路的連接及程序輸入。

(4) 檢查無誤后，通電調試，過程中出現問題由學生自己分析解決，直至達到設計要求。

(5) 根據給定的設計參數，繪制液壓油缸裝配圖及零件圖。

(6) 編寫設計計算說明書。

(7) 進行答辯及評分。

5 機電液綜合設計與控制實驗的整體效果

(1) 鍛煉了教師的科研能力。經過幾年的努力，改造的設備用到學生的實驗實踐中，得到了充分肯定，教師發表了多篇教改論文論文，研制設備屢屢在江蘇省自制儀器設備獲獎。

(2) 提高了學生綜合各門學科知識應用的能力和實際動手能力。

(3) 提高了老設備的利用率，采用現階段較為先

進的控制手段對原有設備進行改造，花較少的資金達到較好的教學目的。

(4) 提高了教學質量。把本來依賴課程的實驗改為獨立課程，單獨考核和記分，學生也重視，老師也重視，收到了良好的教學效果。

(5) 充分采用了當今時代比較先進的控制手段，營造了良好的工程環境，讓學生系統地接觸到先進的控制技術，為將來較快的適應工作打下良好的基礎。

6 結 語

機電液綜合設計與控制實驗的改革與探討，在師生的共同努力下，改制與自制多套實驗設備，提高教師科研與教育水平，并使設備得到充分利用，不僅給學生提供工程實踐環境，而且使學生得到實際鍛煉，提高學生綜合運用專業知識的能力，特別是增強了學生自行設計、調試、分析問題、解決問題及創新能力。

[1] 錢 波． 應用型工科院校多元化實驗教學體系的創新探究[J]．實驗室研究與探索，2011，30( 8) : 121-124．

[2] 陳 爽． 應用型人才培養模式的實驗教學改革[J]．實驗室研究與探索，2012，31( 8) : 3-5．

[3] 鄭發平，錢 波． 加強工科實踐環節 彰顯應用型人才培養特色[J]． 西昌學院學報( 自然科學版) ，2010，24( 2) : 122-124．

[4] 褚曉銳，錢 波． 基于應用能力培養的工科開放實驗教學管理研究[J]． 高校實驗室工作研究，2010，12( 4) : 170-171．

[5] 錢 波． 基于應用能力培養的工科開放實驗教學體系的構建[J]． 實驗技術與管理，2010，27( 7) : 136-138．

[6] 王松武，王 傘． 開放實驗室中創建實驗室文化[J]． 實驗室研究與探索，2010，29( 10) :154-156.

[7] 王姝歆． 機械創新訓練的實踐與探索[J]． 實驗室研究與探索，2007，26 ( 2) : 110-112．

[8] 暢超珍，趙偉敏，袁云龍，等．機械專業應用型人才培養實踐教學的改革與實踐E1]．寧波工程學院學報，2009，21(3)：107—110．

[9] 陳 煒，張其平． 重新認識與組織實驗教學[J]． 實驗室研究與探索，2011，30( 10) : 357-359．

[10] 朱根萍，郟珍珍．工科實踐教學與創新人才培養的初步探索[J]．教育教學論壇，2012(8)：45-46．

[11] 耿葵花，覃海英，盧翠英，等． 強化實驗實踐環節 培養機械類學生“四種能力”[J]． 實驗室研究與探索，2011( 7) : 96-99．

[12] 崔海亭，郭彥書． 強化工程實際訓練，培養學生創新能力[J]． 實驗技術與管理，2010( 12) : 13-15．

[13] 王 勇，宋萬年． 改進綜合性、設計性實驗考核辦法，提高學生實驗能力[J]． 實驗技術與管理，2006( 4) : 105-107．

[14] 劉永平，李 濤，吳愛梅，等． 機械類專業學生科技創新能力培養方式探討[J]． 實驗室研究與探索，2011( 5) : 86-87，113．

[15] 王 勇，宋萬年． 改進綜合性、設計性實驗考核辦法，提高學生實驗能力[J]． 實驗技術與管理，2006( 4) : 105-107．

[16] 耿葵花，李 亮，羅叢敏． 強化實驗獨立設課，培養理工類工業設計學生綜合表達能力[J]． 中國現代教育裝備，2010( 17) : 63-65．

The Exploration of the Electromechanical Liquid Integrated Design and Control Experiment

MENGTao，LIUZhong,CHENQi-dong,GUANJian-feng

(School of Mechanical Engineering，Changshu Institute of Technology, Changshu 215500，China)

In order to meet the reform in university’s education, an experimental platform is set up towards the mechanic-electric-hydraulic control. It aims at improving the practical operation ability, experimental design ability and comprehensive application ability of students. This platform is based on the self-produced mechanic-electric-hydraulic controlling experimental device. Through this platform, students' writing instruction ability can be strengthened and their overall abilities can be improved. Students can grasp the preliminary method of scientific research, and form the basic professional norm and quality. In a word, a better teaching efficiency is achieved together with students' engineering consciousness and innovation ability.

electromechanical liquid； integrated control； integrated design； engineering environment

2014-11-17

江蘇省高校實驗室研究會項目(GS2012YB08)

孟 濤(1968-),男,安徽宿州人,實驗師,主要從事實驗教學與實驗室管理工作。

Tel.:13962380760;E-mail:mengtao_68@163.com

TP 23

A

1006-7167(2015)11-0173-03