步進電機實訓教學裝置的設計與實現

摘? 要：通過SOLIDWORKS軟件對步進電機最小控制系統進行機構設計，同時通過CAD電氣控制軟件系統進行電氣原理圖的設計，完成了實訓教學裝置的設計。學生在指導教師帶領下，通過準備設備器材（清單）、電器元件安裝固定、電氣控制電路連接和電氣控制電路通電實驗、調試排故過程，完成了實訓裝置的組裝與調試，這一過程對于學生理解步進電機的工作原理，具有良好的教學效果。

關鍵詞：實訓教學;教學裝置;組裝與調試

Abstract：Through SOLIDWORKS software，the minimum control system of stepping motor is designed. At the same time，the electrical schematic diagram is designed through the CAD electrical control software system to complete the design of the training teaching device. Under the leadership of the instructor，the students completed the assembly and debugging of the training device through the preparation of equipment （list），installation and fixation of electrical components，electrical control circuit connection and electrical control circuit energization experiments，debugging and troubleshooting. This is for students to understand the working principle of the stepper motor has a good teaching effect.

Keywords：practice teaching;teaching device;assembly and debugging

0? 引? 言

職業學校教育的目的是人性的提升和能力的發展。職業教育不是精英教育，是以培養技術應用型專門人才為根本任務，堅持以就業為導向，培養面向生產、建設、管理、服務的，第一線需要的“下得去，留得住，用得上”的，實踐能力較強的技能人才。高職教育應體現“高等”“職業”“技術”“教育”的職業特色。

學校教師和企業工程師相互協作、共同教學，向學生傳授基本理論知識和操作技能，通過理論授課和操作實踐能夠讓學生更好地掌握理論知識并有效提高技能水平。較傳統教學模式，現代學徒制教學模式更加突出實踐的重要性，能夠讓學生從實踐中加強對理論知識的理解，形成一個良性循環，因此，該模式培養出來的學生有著更強的技能水平。

本文針對電機調速課程中的步進電機控制知識點的特點，設計了一種步進電機控制最小系統，該裝置是結合學校教學特點和企業實際應用需要而設計的，基本展現了一個較為完整的步進電機控制系統，重點突出步進電機控制系統的組成部分和各元件在系統中所起到的作用，通過學校教師和企業工程師共同教學，能夠讓學生更好地理解步進電機控制系統的組成及其工作原理。

1? 步進電機控制教學

“常用電機控制與調速技術”是五年制高等職業技術學校機電技術應用專業的一門重要專業課。它的主要任務是：使學生掌握機電設備常用電機控制與調速的基本原理及方法，結合技能訓練，使學生熟悉常用電機控制與調速的基本操作技能，通過較為完整的理、實一體化教學，全面提高學生的綜合素質，為后續課程的學習以及學生的專業發展打下良好基礎。

在常用電機調速課程中的步進電機控制知識點的教學中，理論難以講清楚，學生動手操作部分很少，這不利于職業院校人才的培養的發展，職業學校學生需要掌握一定的專業理論知識，更注重的實際動手能力的培養，培養高素質技能型人才。因此通過教學實訓裝置，將其組裝與調試過程融入實踐課程中，由企業指導教師帶領學生進行設備的組裝與調試，使得學生通過操作實踐與理論知識的結合，加強對課程知識點的理解。

2? 步進電機控制實訓裝置設計

蘇州高等職業技術學校專業課程教師和校企合作單位工程師共同開發了步進電機最小控制系統實訓裝置，首先對系統進行了機構布局圖和電氣原理圖的設計，在此基礎上，對系統進行了組裝與調試，實現了步進電機最小控制系統實訓裝置的基本功能。

2.1? 整個系統布局圖的設計

利用SOLIDWORKS軟件對步進電機控制最小系統進行電氣布置圖設計，根據帶漏電保護的斷路器、開關電源、步進電動機、手搖脈沖發生器、步進驅動器的尺寸及電氣線路走線，合理布置各器件的位置，設計的機構三維立體效果如圖1所示。

2.2? 電氣原理圖的設計

步進電機最小控制系統主電路原理圖如圖2所示，主電路功能是將220 V交流電轉換為24 V直流電。電路主要包含QF帶漏電保護的斷路器和PS開關電源。其工作過程為：L、N連接到220 V交流電，合上斷路器，220 V交流電壓經漏電斷路器，給開關電源供電，開關電源輸出24 V直流電壓，供手搖脈沖發生器和步進驅動器供電。

該系統控制電路原理圖如圖3所示，開關電源輸出24 V電壓，電路主要包含：手搖脈沖發生器、雷塞步進驅動器和步進電機。其工作過程為：手搖脈沖發生器生成的脈沖信號A+、A-、B+、B-信號輸入到步進驅動器的脈沖輸入和方向控制端，步進驅動器輸出A+、A-、B+、B-信號給步進電動機運行，手搖脈沖發生器每次發一個脈沖，步進電機就旋轉一定的角度。

3? 實訓課程的實施

學生在企業工程師和學校老師的指導下對實訓裝置進行組裝與調試，包含準備設備器材（清單）、電器元件安裝固定、電氣控制電路連接和電氣控制電路通電實驗、調試排故過程。

3.1? 設備器材（清單）

在實訓裝置組裝與調試前，先將相應的工具、儀表和器材等準備好。工具包含測試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗和電工刀等;儀器儀表主要是MF47萬用表、測電筆;器材主要包含帶漏電保護的斷路器、開關電源、接地銅條等輔助元件。該步進機電控制最小系統所需的元器件、設備和固定裝置的規格型號和數量如表1所示。

3.2? 電器元件安裝固定

學生按照元器件清單進行元器件的清點，并檢查元器件是否完好、是否損壞，例如利用萬用表打到電阻檔，用“電阻法”對斷路器的通斷進行檢測。根據用SOLIDWORKS軟件畫好的電器布置圖的尺寸圖，使用手動電鉆對鋁板進行定位打孔，定位尺寸需要符合誤差范圍，保證元器件裝置能按照要求安裝到鋁板上面。接著利用螺絲刀、活動扳手，按照電器安裝規范固定元器件，使得器件能夠穩固在鋁板上。

3.3? 電氣控制電路連接

學生在企業工程師指導下，按照步進電機最小控制系統的電氣原理圖，進行套碼管的打印，導線的剝線，端子的連接、壓緊，將做好的線連接到元器件上，并用螺絲刀擰緊，整個過程需要符合電氣安裝工藝規范實施電路布線連接。安裝好的電路如圖4所示。

安裝完畢的控制線路板，必須按要求進行認真檢查，確保接線無誤后才允許通電運行。需要注意以下幾項：

（1）控制板外部配線，必須按要求一律裝在導線通道內，使導線有適當的機械保護，以防止液壓、鐵屑和灰塵侵入。

（2）按照電路圖或接線圖從電源端開始，逐步核對接線及接線端子處線號是否正確，有無漏接、錯接之處。

（3）檢查導線接點是否符合要求，壓接是否牢固，注意接點基礎應良好，以避免帶負載運轉時產生閃弧現象，再通過萬用表檢查線路通斷和電源短路情況

3.4? 電氣控制電路通電實驗、調試排故

學生自己檢查后，需要經企業工程師再次檢查，在有教師在場監護的情況下才可進行通電校驗。如若在校驗過程中出現故障，學生應獨立進行調試、排故。

將SW5～SW8全部設置為on，則步進電動機旋轉一周需要200個脈沖，對準手搖脈沖發生器的零刻度值對準卡口處位置如圖5（a）所示，將手搖脈沖發生器旋轉半圈（即50個脈沖），如圖中淺色圈所示，則步進電機旋轉1/4圈（50/200=1/4），如圖5（b）中深色圈扎帶所示。

將SW5～SW8分別設置為off，on，on，on，則步進電動機旋轉一周需要400個脈沖，對準手搖脈沖發生器的零刻度值對準卡口處位置如圖6（a）所示，將手搖脈沖發生器旋轉半圈（即50個脈沖），如圖中淺色圈所示，則步進電機旋轉1/8圈（50/400=1/8），如圖6（b）中深色圈扎帶所示。

3.5? 評分標準

在完成步進電機控制最小系統組裝與調試后，對學生中間工作過程和實訓裝置進行評價，其工作評價表如表2所示。

4? 結? 論

本文首先闡述了實踐教學在職業院校教學過程中的必要性，分析了電機調速課程中的步進電機控制知識點難以理解的現狀，為此設計了一套步進電機最小控制系統的教學裝置。然后通過電氣布置圖和電氣原理圖的設計，完成了實訓裝置。接著學生在企業工程師的指導下對實訓裝置進行組裝與調試，包含準備設備器材（清單）、電器元件安裝固定、電氣控制電路連接和電氣控制電路通電實驗、調試排故過程，最后進行分析，得出這對學生理解步進電機系統的工作原理有良好的效果。

參考文獻：

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作者簡介：夏平（1982.02—），男，漢族，江蘇蘇州人，就職于機電工程系，副主任，講師，工程碩士，研究方向：數控技術。