氣動控制最小系統(tǒng)實訓(xùn)裝置的設(shè)計

張?zhí)K新 談佳豪 周仕偉 王若飛 楊澤

摘? 要：通過SolidWorks機(jī)構(gòu)和CAD電氣控制軟件對氣動控制最小系統(tǒng)機(jī)構(gòu)布局圖和電氣原理圖進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)了氣動控制最小系統(tǒng)的教學(xué)裝置。按照實訓(xùn)器材工具準(zhǔn)備、電氣元器件固定、電氣線路連接、實訓(xùn)裝置通電調(diào)試排故和過程性工作評分的步驟進(jìn)行教學(xué)，該實訓(xùn)裝置能夠滿足氣動控制內(nèi)容的實訓(xùn)教學(xué)，有利于學(xué)生更好地掌握氣動控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：氣動控制;教學(xué)裝置;實訓(xùn)教學(xué)

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0031-03

Abstract：Using SolidWorks mechanism design and CAD electrical control software，the layout and electrical schematic of the pneumatic control minimum system mechanism was designed，the teaching device of the pneumatic control minimum system was realized. According to the equipment and tool preparation，electrical component fixing，electrical circuit connection，power on debugging troubleshooting and grading steps for teaching. The training device can meet the training teaching and help students master the pneumatic control system better.

Keywords：pneumatic control;teaching device;training teaching

0? 引? 言

現(xiàn)各高職院校購買的智能控制技術(shù)專業(yè)課程實訓(xùn)裝置的很多元器件都已集成好，不便于學(xué)生掌握具體的內(nèi)部構(gòu)造和原理，同時也不利于二次開發(fā)，教師、學(xué)生不能深層次地進(jìn)行學(xué)習(xí)研究和實際操作。同時，這些實訓(xùn)裝置價格較為昂貴，一套電氣控制實訓(xùn)平臺少則幾萬元，多則十幾萬元，加大了實訓(xùn)室的建設(shè)成本，給一些辦學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張的高職院校造成辦學(xué)壓力。因此，有必要進(jìn)行智能控制技術(shù)實訓(xùn)裝置研制，使教師更好地完成相關(guān)課程內(nèi)容實訓(xùn)教學(xué)，同時又能使學(xué)生更好地掌握實訓(xùn)操作相關(guān)知識。

氣動控制最小系統(tǒng)是結(jié)合學(xué)校教學(xué)特點和企業(yè)實際應(yīng)用需要而設(shè)計的簡單易學(xué)的氣動實訓(xùn)裝置。本實訓(xùn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，基本展現(xiàn)了一個較為完整的氣動控制系統(tǒng)，重點突出氣動控制系統(tǒng)的組成部分和各元件在系統(tǒng)中所起到的作用，能夠讓學(xué)生更好地理解氣動系統(tǒng)的組成及其工作原理。

1? 氣動控制教學(xué)

傳統(tǒng)智能控制技術(shù)氣動控制知識點的教學(xué)課程偏重理論，實踐教學(xué)部分相對薄弱，而高職院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，除了讓學(xué)生掌握一定的專業(yè)知識外，更重要的是讓學(xué)生具備較強(qiáng)的動手操作能力、技術(shù)應(yīng)用能力和職業(yè)素質(zhì)能力，即培養(yǎng)高素質(zhì)技能應(yīng)用型人才，因此設(shè)計教學(xué)實訓(xùn)裝置對學(xué)生掌握該課程是很有必要的。學(xué)生通過對設(shè)計的教學(xué)實訓(xùn)裝置進(jìn)行組裝與調(diào)試，在這一過程中加強(qiáng)了學(xué)生的實踐動手和技術(shù)應(yīng)用能力，同時加深對理論知識的理解，實現(xiàn)實踐與理論的結(jié)合，同時增強(qiáng)獨立分析問題和解決問題的能力，能滿足智能控制系統(tǒng)開發(fā)員和自動化工程師等崗位的職業(yè)能力結(jié)構(gòu)基本素質(zhì)要求。

2? 氣動實訓(xùn)裝置設(shè)計

蘇州市職業(yè)大學(xué)專業(yè)課程教師和校企合作單位工程師在凡賽斯自動化學(xué)院共同開發(fā)了氣動實訓(xùn)裝置，通過系統(tǒng)機(jī)構(gòu)布局圖和電氣原理圖完成了裝置的設(shè)計，并進(jìn)行了組裝與調(diào)試，實現(xiàn)了氣動運(yùn)動的基本功能。

2.1? 整個系統(tǒng)布局圖的設(shè)計

利用SolidWorks機(jī)構(gòu)設(shè)計軟件對氣動控制最小系統(tǒng)進(jìn)行電氣布置圖設(shè)計，根據(jù)漏電斷路器、端子排、開關(guān)電源、接地銅條、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、電磁閥、匯流板、消音器、氣缸、磁性開關(guān)和調(diào)壓閥的尺寸及電氣線路走線，合理布置各器件的位置，設(shè)計的機(jī)構(gòu)三維立體效果圖如圖1所示。

2.2? 電氣原理圖的設(shè)計

氣動最小控制系統(tǒng)主電路原理圖如圖2所示，主電路功能是將220 V交流電轉(zhuǎn)換為24 V直流電。電路主要包含：QF漏電保護(hù)斷路器和PS開關(guān)電源。其工作過程為：L、N連接到220 V交流電，合上漏電斷路器，220 V交流電壓經(jīng)漏電斷路器給開關(guān)電源供電，開關(guān)電管輸出24 V直流電壓，為電磁閥線圈和電磁開關(guān)供電。

該系統(tǒng)控制電路原理圖如圖3所示，開關(guān)電源輸出24 V電壓，電路主要包含：CS旋轉(zhuǎn)開關(guān)、SV電磁閥、RS磁性開關(guān)和導(dǎo)線。其工作過程為：接通旋轉(zhuǎn)開關(guān)，SV電磁閥得電動作，驅(qū)動氣缸動作，RS磁性開關(guān)檢測氣缸的兩個位置。

3? 實訓(xùn)課程的實施

3.1? 設(shè)備器材（清單）

在實訓(xùn)裝置組裝與調(diào)試前，先將相應(yīng)的工具、儀表和器材等準(zhǔn)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;器材主要包含帶繼電保護(hù)的漏電斷路器、按鈕開關(guān)、調(diào)壓閥、開關(guān)電源、氣缸、電磁閥、端子排、調(diào)節(jié)閥、接地銅條和固定裝置等輔助元件。該氣動控制最小系統(tǒng)所需的元器件、設(shè)備和固定裝置的規(guī)格型號和數(shù)量如表1所示。

3.2? 電器元件安裝固定

學(xué)生按照元器件清單進(jìn)行元器件的清點，并對器材元件進(jìn)行檢查器件是否完好，例如利用萬用表打到電阻檔，用電阻法對斷路器的通斷進(jìn)行檢測。

根據(jù)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(jìn)行定位打孔，定位尺寸符合誤差范圍，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(guī)范固定元器件，使得器件能夠穩(wěn)固在鋁板上。

3.3? 電氣控制電路連接

學(xué)生按照氣動最小系統(tǒng)的主電路和線路圖進(jìn)行套碼管的打印，并剪好動力線和控制線，按照原理圖和電氣安裝工藝規(guī)范實施電路布線連接。

安裝完畢的控制線路板，必須按要求進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保接線無誤后才允許通電運(yùn)行。需要注意的是：

（1）對所要纏生膠帶的氣動輔助元器件與氣源處理元件進(jìn)行生膠帶纏繞，對所組裝好的氣動最小系統(tǒng)進(jìn)行通氣，看一下有無漏氣、接錯、漏接現(xiàn)象等;

（2）控制板外部配線，必須按要求一律裝在導(dǎo)線通道內(nèi)，使導(dǎo)線有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械保護(hù)，以防止液壓、鐵屑和灰塵侵入;

（3）用萬用表進(jìn)行檢查，看一下有無漏接電路、有無接錯電路，在確認(rèn)無短路的情況下進(jìn)行通電檢查;

（4）把氣壓在0.1 MPa～0.7 MPa之間調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)0.1 MPa，通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制氣缸運(yùn)動，記錄氣缸運(yùn)動狀態(tài)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制氣缸運(yùn)動，記錄氣缸運(yùn)動狀態(tài)。

3.4? 電氣控制電路通電實驗、調(diào)試排故

學(xué)生自己檢查后，由指導(dǎo)教師再檢查一下，且有教師在場監(jiān)護(hù)的情況下才可進(jìn)行通電校驗。如若在校驗過程中出現(xiàn)故障，學(xué)生應(yīng)獨立進(jìn)行調(diào)試、排故。如圖4所示，初始狀態(tài)如圖4（a）所示，此時氣缸推桿未伸出，右端磁性開關(guān)亮。當(dāng)旋轉(zhuǎn)按鈕，電磁閥線圈通電，則氣缸活塞桿推出，其左端位置的磁性開關(guān)亮，如圖4（b）所示。

通電結(jié)束后，斷開電源，等各器件都停止運(yùn)行后，再拆除接線，然后整理訓(xùn)練場地，恢復(fù)原狀。

3.4? 評分標(biāo)準(zhǔn)

在完成氣動控制最小系統(tǒng)組裝與調(diào)試后，對學(xué)生中間工作過程和實訓(xùn)裝置進(jìn)行評價，其工作評價表如表2所示。

4? 結(jié)? 論

本文首先簡要分析了目前市場上出現(xiàn)的實訓(xùn)教學(xué)裝置存在的問題，包含集成度高、不利于師生的二次開發(fā)、價格昂貴等，接著介紹了智能控制技術(shù)課程中氣動控制知識點實踐教學(xué)部分相對薄弱的現(xiàn)在，為此設(shè)計了一套氣動控制最小系統(tǒng)的教學(xué)裝置。通過電氣布置圖和電氣原理圖的設(shè)計，在實訓(xùn)教學(xué)中讓學(xué)生組裝調(diào)試該實訓(xùn)裝置，并進(jìn)行評價。通過實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生能夠正確識讀、分析氣動最小系統(tǒng)電氣原理圖，能根據(jù)原理圖繪制電氣布置圖和電氣接線圖，學(xué)會氣動最小系統(tǒng)的安裝調(diào)試，正確掌握其安裝工藝，進(jìn)一步理解氣動系統(tǒng)的工作原理，具有良好的教學(xué)效果。

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作者簡介：張?zhí)K新（1987.02-），男，漢族，江蘇蘇州人，就職于電子信息工程學(xué)院，教師，講師，碩士研究生，研究方向：電氣自動化、智能控制技術(shù)。