CADe_SIMU軟件在職教電機拖動與控制課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘" 要：CADe_SIMU軟件作為一種專業(yè)化教學(xué)軟件，在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用越來越普遍。介紹該軟件的特點，闡述其在電機拖動與控制課程教學(xué)中的應(yīng)用，分析應(yīng)用效果，探討該軟件在職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)和改進策略。

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育；CADe_SIMU軟件；電機拖動與控制；電氣控制

文章編號：1671-489X（2025）07-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.07.0

0" 引言

職業(yè)教育是國民教育體系的重要組成部分，肩負(fù)著培養(yǎng)多樣化人才、傳承技術(shù)技能、促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)的重要職責(zé)。“十四五”時期，我國職業(yè)教育進入高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時期，數(shù)字化技術(shù)推動了職業(yè)教育辦學(xué)模式、教育形式、教學(xué)方式和人才培養(yǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

仿真技術(shù)由于具有成本低、適應(yīng)性強、操作易上手等特征，在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用越來越普遍。CADe_SIMU是一種面向電氣控制領(lǐng)域的仿真軟件，只占十幾兆字節(jié)，具備豐富的元件庫和仿真器件，能夠為教學(xué)提供真實的仿真情境，其圖形仿真能夠真實反映實際元件的工作原理，從而更好地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)電氣控制知識。利用該軟件可以靈活修改元件，根據(jù)需要適度增加或者刪除某些功能，讓線路設(shè)計更加靈活，不僅能激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，還能擴展他們的知識面，在相關(guān)職教課程教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

本文闡述CADe_SIMU軟件在職教電機拖動與控制課程教學(xué)中的應(yīng)用，為一線職教教師提供參考，幫助他們更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

1" 電機拖動與控制課程介紹

電機拖動與控制是電機學(xué)和電力拖動相結(jié)合的一門課程，兼具理論性和實踐性，在職業(yè)院校教學(xué)中，主要講授交直流電機、變壓器、典型生產(chǎn)機械電氣控制等專業(yè)知識，旨在培養(yǎng)學(xué)生在電機運行與維護、電動機繼電器—接觸器控制技術(shù)方面的職業(yè)能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握交直流電機及其拖動控制系統(tǒng)的基本分析方法和技能，具備一定的探究能力、設(shè)計能力、工程意識和解決實際問題的能力。

2" CADe_SIMU軟件特點

2.1" 簡單易用

CADe_SIMU軟件綠色免安裝，不占用計算機系統(tǒng)內(nèi)存。漢化版軟件的用戶界面清潔直觀，方便操作者上手操作。界面采用網(wǎng)點的形式，能夠有序排列元器件，元件封裝尺寸標(biāo)準(zhǔn)，進行接線繪制時易上手。該軟件對元件進行了分類，例如電源模塊、熔斷器模塊、電磁繼電器模塊、電機模塊、輔助觸點模塊、傳感器模塊、驅(qū)動器模塊、控制器模塊、線圈模塊、PLC模塊、邏輯控制模塊等。有效的分類能幫助學(xué)生更容易找到需要的元器件，從而更加快速有效地進行線路繪制和分析。

2.2" 元件庫齊全，仿真直觀

CADe_SIMU軟件的元件庫包含各種常用的電氣控制符號。新版軟件增加了實際元件，能夠更加清楚地展示電氣符號和實際元件的關(guān)系。元件庫里導(dǎo)線的分類清晰明確，交流電里面的火線、零線、地線分別用紅色實線、藍色實線、黃綠雙色虛線進行區(qū)分，直流電的正極線用紅色、負(fù)極線用黑色進行區(qū)分。在進行電機線路仿真時，通過線的顏色可以判斷線路有電還是沒電，線路中是否出現(xiàn)故障也能夠通過線的顏色進行簡單判斷；進行電機仿真時，能夠清楚地顯示電動機旋轉(zhuǎn)的方向；進行絲杠運動時，能夠顯示要檢測的位置點和絲杠的運動方向；進行PLC仿真時，能夠顯示電源模塊得電情況，同時輸入點的開關(guān)動作、輸出點線圈和燈的得電情況也能夠通過梯形圖進行PLC回路的整體仿真。

3" CADe_SIMU軟件在電機拖動與控制課程

教學(xué)中的應(yīng)用

3.1" 照明電路教學(xué)

學(xué)生可以應(yīng)用CADe_SIMU軟件進行照明線路模擬仿真，選擇不同的電源種類進行線路設(shè)計和驗證，如圖1和圖2所示。電源可以采用交流380 V、交流220 V、變壓器變壓和直流電壓，學(xué)生可以借此深化對交直流電源的認(rèn)識。通過應(yīng)用該軟件，學(xué)生可以采用不同的驅(qū)動方式進行線路控制，手動、自動、兩地控制等都是常用的照明電路控制方式，通過軟件練習(xí)和仿真可以幫助學(xué)生掌握照明線路。

通過線路設(shè)計和仿真的圖像，學(xué)生可以清晰地判定線路的電壓、導(dǎo)線的顏色和極性、負(fù)載的通斷電情況。認(rèn)識電氣符號標(biāo)識對學(xué)習(xí)電氣知識具有顯著的促進作用。

3.2" 電動機控制線路教學(xué)

電動機控制線路教學(xué)可以采用實際線路配線和模擬仿真兩種形式進行。為控制教學(xué)成本，可以采用先進行模擬仿真，再進行實際線路操作的形式提高教學(xué)效率。

軟件的模擬仿真可以幫助學(xué)生記憶線路的組成元件、設(shè)計思路、繪制方法、調(diào)試方法、故障分析和排除方法。以三相異步電動機為例，其控制方式包括點動控制、連續(xù)控制、混合控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制、定時控制、順序控制和星—三角控制等，每一種方式都有自己的特點，也是學(xué)生必須掌握的知識和技能。在線路繪制和調(diào)試過程中，要以實際項目為載體進行教學(xué)設(shè)計和仿真。下面以絲杠往返控制線路為例進行分析。

3.2.1" 理論設(shè)計

典型的絲杠自動往返控制線路如圖3所示，絲杠模擬裝置如圖4所示。

在進行線路設(shè)計時，可以讓學(xué)生充分利用學(xué)到的電氣知識選擇元器件，針對線路設(shè)計要求選擇控制方式和保護策略，通過電氣仿真驗證設(shè)計結(jié)果，同時針對可能出現(xiàn)的故障進行排故，優(yōu)化設(shè)計策略，改進設(shè)計方案，提高教學(xué)效果。

3.2.2" 實物線路設(shè)計與仿真

電動機控制線路的仿真可以采用“先仿再真”的方式進行。先通過軟件進行模擬訓(xùn)練，選擇與原理圖對應(yīng)的器件進行排列后再進行接線，選擇合適的線的顏色進行連接，完成后進行仿真，對得電和失電情況進行分析，排除故障。模擬訓(xùn)練可以很好地提升學(xué)生的關(guān)注度，幫助他們提高對元器件的認(rèn)識和應(yīng)用能力，加強對元器件功能的理解和對常開觸點、常閉觸點、自鎖功能、聯(lián)鎖功能、常閉先斷開常開后閉合等知識點的理解。最后通過真實的電氣線路安裝和調(diào)試再次強化對學(xué)生專業(yè)知識和技能的培養(yǎng)，全面提升他們的職業(yè)素養(yǎng)。如圖5所示。

4" CADe_SIMU軟件在教學(xué)中應(yīng)用的效果

在電機拖動與控制課程教學(xué)中應(yīng)用CADe_SIMU軟件，可以比較真實地模擬現(xiàn)實工作情境并進行系統(tǒng)教學(xué)，符合一體化教學(xué)的要求。通過計算機軟件模擬，不僅節(jié)省實驗設(shè)備和場地成本，而且可以幫助學(xué)生更加直觀地理解電氣控制系統(tǒng)的工作原理和操作流程。

4.1" 教學(xué)內(nèi)容直觀生動

在電機拖動與控制課程教學(xué)中應(yīng)用CADe_SIMU軟件，能夠節(jié)約教學(xué)時間，加強教學(xué)互動，提高學(xué)生的參與度，提升教學(xué)效率。傳統(tǒng)教學(xué)模式往往通過黑板板書或者PPT圖片展開教學(xué)，繪圖和展示占用了大量的教學(xué)時間；同時，學(xué)生無法通過單個元件的組合學(xué)習(xí)知識，從點到面的學(xué)習(xí)缺少中間環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)實效性不強。虛擬環(huán)境下的電氣控制操作和調(diào)試，讓教學(xué)內(nèi)容直觀生動，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

4.2" 教學(xué)方式更加靈活

CADe_SIMU軟件具備良好的計算機輔助設(shè)計特性，利用它進行電氣控制原理圖和接線圖繪制練習(xí)能夠全面提升學(xué)生的計算機應(yīng)用能力。作為教學(xué)工具，該軟件支持多種訓(xùn)練方式和項目實踐，可以根據(jù)學(xué)生的不同水平開展相應(yīng)的教學(xué)項目，教學(xué)目標(biāo)可以靈活配置和調(diào)整，設(shè)計思路可以因人而異，實現(xiàn)個性化教學(xué)。應(yīng)用CADe_SIMU軟件進行教學(xué)，可以多渠道促進學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識，提升教學(xué)效率：從元器件的識別、圖形符號的繪制到基本線路的認(rèn)識，從基本線路的分析、復(fù)雜線路的設(shè)計到綜合線路的檢修，從單相電機的控制、三相電機的控制到多臺電機的控制。借助該軟件，電機拖動與控制課程的教學(xué)內(nèi)容更容易被學(xué)生接受。

4.3" 教學(xué)設(shè)計更加全面和綜合

課程學(xué)習(xí)往往是從簡到繁、從易到難、從單元到模塊、從單一功能到復(fù)雜功能，學(xué)習(xí)專業(yè)知識和技能需要不斷練習(xí)、鞏固和提高。

在虛擬仿真軟件的幫助下，學(xué)生可以實現(xiàn)全方位、全局化的知識梯層學(xué)習(xí)。在電機拖動與控制課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以通過閘刀開關(guān)完成電動機的手動控制，通過按鈕開關(guān)實現(xiàn)電動機的點動與連續(xù)控制，通過行程開關(guān)和傳感器元件實現(xiàn)對位置和往返的控制，通過時間繼電器和中間繼電器完成定時和中間控制。

在軟件應(yīng)用過程中，學(xué)生可以建立絲杠模型，通過線路連接觀測絲杠的單向、雙向運動和位置控制，還可以對電動機進行星形連接和三角形連接這兩種不同的連接。

在學(xué)生完成基本線路學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師可以設(shè)置綜合性項目，比如PLC與電動機和照明線路的綜合設(shè)計，考查學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，檢驗他們對專業(yè)知識的理解能力和軟件操作能力等。

5" CADe_SIMU軟件在教學(xué)中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

和改進策略

在職業(yè)教育教學(xué)中應(yīng)用CADe_SIMU軟件，在提升教學(xué)效果的同時也面臨著挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對挑戰(zhàn)并選擇合適的路徑加以改進，是亟須研究的問題。

5.1" 面臨的挑戰(zhàn)

職業(yè)院校的部分學(xué)生欠缺主動學(xué)習(xí)的能力，如果沒有教師的有效引導(dǎo)，他們很難獨立完成教學(xué)項目。而學(xué)生要熟練應(yīng)用軟件進行仿真和設(shè)計，需要不斷練習(xí)，付出很多時間和精力。此外，由于虛擬仿真和現(xiàn)實存在明顯區(qū)別，學(xué)生能夠熟練設(shè)計項目并不代表他在現(xiàn)實中也能熟練地進行電動機控制線路接線和排故。在現(xiàn)實操作中，要全面、充分地考查學(xué)生的動手能力，例如線的顏色的選擇、電工工具的使用、電工儀表的檢測等。這些實際的技能需要學(xué)生在現(xiàn)實工作情境中通過練習(xí)不斷提高。

對職業(yè)院校的學(xué)生來說，綜合性技能人才的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)主要包括：專業(yè)知識豐富，動手能力強，變通能力好，專業(yè)適應(yīng)力強。應(yīng)用CADe_SIMU軟件進行電機拖動與控制課程教學(xué)的局限性在于：電機線路設(shè)計過程中的元器件是固定的，符號是單一標(biāo)準(zhǔn)的，接線方式是簡單的點劃線，元件布局變通性不夠。這些局限性導(dǎo)致學(xué)生需要通過實踐不斷完善自己的專業(yè)知識和技能。

5.2" 改進策略

5.2.1" 優(yōu)化教學(xué)手段

教師可以充分發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢，根據(jù)學(xué)生的實際情況設(shè)置適合學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)項目，建立教學(xué)資源庫。教師通過教學(xué)展示等方式，在實施主動教學(xué)的同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。教師可以采用云班課、App小程序答題、網(wǎng)絡(luò)競賽等多種形式，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)途徑，滿足不同的學(xué)習(xí)需求。

教學(xué)中，教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，以學(xué)生為主體開展一體化教學(xué)。例如：進行電機連續(xù)控制教學(xué)時，可以砂輪機為例進行教學(xué)引導(dǎo)。教師先用“砂輪機可以使用腳踏開關(guān)進行點動控制”引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)的知識，再用“有的砂輪機是一直運行的”引出新知識——連續(xù)控制。教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主分析需要的控制和保護器件，研究主電路的設(shè)計特征和控制線路的設(shè)計思路，區(qū)別點動控制的突出特性，還可以讓學(xué)生以團隊形式進行線路設(shè)計和原理分析。

學(xué)生通過成果展示開展自我評價和相互評價，教師對學(xué)生實施綜合性評價。這樣不僅可以全方位提升學(xué)生的參與度，還可以讓學(xué)生更好地體驗學(xué)習(xí)成果。

5.2.2" 虛實結(jié)合，以實景為目標(biāo)

在未來的發(fā)展中，CADe_SIMU軟件需要不斷開發(fā)和優(yōu)化，提升智能化水平，增強兼容性，并通過開放的端口與外圍設(shè)備進行聯(lián)合仿真，甚至與工業(yè)機器人互聯(lián)，優(yōu)化功能。

教學(xué)中設(shè)計的項目應(yīng)與實際工作過程相近，便于進行對比、分析，激發(fā)教學(xué)創(chuàng)新。這種實景耦合的教學(xué)方式不僅有利于電氣控制領(lǐng)域的教學(xué)，還可以擴展到其他領(lǐng)域的教學(xué)，如繼電器控制與氣動結(jié)合、智能控制與氣動結(jié)合、自動化生產(chǎn)線控制等。多領(lǐng)域教學(xué)能更加全面地實施專業(yè)傳承，跨領(lǐng)域應(yīng)用能更好地滿足學(xué)生的個性化發(fā)展要求。學(xué)生可以對實際工作任務(wù)進行分析，并設(shè)計出個性化設(shè)計方案，從而實現(xiàn)多樣化教學(xué)、精準(zhǔn)施教和精細化教學(xué)。實際工作中的自動門控制、傳送帶控制、機床線路控制、氣動機械手控制、機械臂控制等都是很好的載體，將其融入教學(xué)，實現(xiàn)理論與實踐融合，推動相關(guān)課程教學(xué)邁向新高度。

6" 結(jié)束語

本文對CADe_SIMU軟件在電機拖動與控制課程教學(xué)中的應(yīng)用進行分析，探討了CADe_SIMU軟件在職業(yè)教育教學(xué)中的作用、面臨的挑戰(zhàn)和改進策略。未來應(yīng)繼續(xù)加強對CADe_SIMU軟件的研究、應(yīng)用和開發(fā)，以更好地滿足職業(yè)教育教學(xué)的發(fā)展需求。

7" 參考文獻

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