机电液综合设计与控制实验的探索

孟 涛， 刘 忠， 陈启东， 管建峰

(常熟理工学院 机械工程学院， 江苏 常熟 215500)



机电液综合设计与控制实验的探索

孟 涛， 刘 忠， 陈启东， 管建峰

(常熟理工学院 机械工程学院， 江苏 常熟 215500)

为适应高校教学改革的深入，培养学生实际操作能力、实验设计能力以及机、电、液一体化的综合运用能力，以自制机电液综合控制实验装置为基础，构建了面向机电液综合控制的实验平台，通过机电液综合实验的设计与训练，锻炼了学生的文献资料查阅与方案设计能力，掌握了分析设备基本原理、功能及操作的能力，培养了综合实验项目的兴趣，加强了动手能力，提高了总结、分析实验数据，撰写计算说明书的能力，使学生掌握了初步科学研究方法，形成了基本的职业规范，养成了良好的工程素质，对创新有了切实的体验并在其间感受到创新带来的成就感。不仅激发了学生自主实验的热情，而且增强了学生的学习主动性，使学生将所学的基础理论、专业知识和基本技能综合运用，教学效果明显提高，切实提高了学生的工程意识和创新能力。

机电液； 综合控制； 综合设计； 工程环境

0 引 言

在市场经济飞速发展的今天，机电产品的需求量很大，而且要求产品的质量可靠，性能好，功效强，同时要求技术人员不断开发适应市场需求的机电新产品。为使我们的学生毕业后，缩短适应期，很快胜任工作，并能在工作中充分发挥综合技能，进行机电产品的调试、开发等。作者利用中心实验室原有设备，组织相关专业的教师和学生共同开发了“机电液综合设计与控制实验”的实验平台和实践课程，创造了一种工程环境，对学生进行机电液综合设计与控制能力的培养。通过几年机电液综合设计与控制实验的探索与实践，培养了学生综合分析、设计与动手能力。

1 机电液综合设计与控制实验的主要特色

(1) 机电液综合设计与控制实验将课程设计与实验有机地结合在一起。以往课程设计只是纯理论的，实验又是验证性的，现在通过综合设计与控制实验，不但做到了理论联系实际，而且证实了设计的可行性及可靠性，获得了良好的教学效果。

(2) 机电液综合设计与控制实验将机械传动、液压传动、电气控制及计算机应用等相关课程内容有机地结合在一起。使电气控制与计算机应用有了实际的控制对象，让学生在学习、设计、实验过程中更加直观地了解整个控制过程。

(3) 机电液综合设计与控制实验将设计、安装及调试相结合。以往设计只是体现在图纸上，实验也是教师准备好的。现在让学生自己动手安装、调试自己设计的液压回路、电气控制回路及编写计算机控制程序。不但改变了教师做学生看的情况，而且能让学生自己发现设计、调试中的错误和存在的问题，从而提高学生现场分析问题、解决问题的能力。

(4) 机电液综合设计与控制实验发挥了师生的积极性：① 提高了学生的学习积极性，以往实验成绩只占该课程成绩很小的比例，只要理论考试成绩好，实验往往走过场，现在作为一门课程来处理，单独考核、记分。对学生的学习有了很大的促进作用，改变了以往被动学习的习惯，取而代之的是出现争着做的现象；② 提高了指导教师的教学积极性，以往实验处在从属的地位，现在地位变了，对实验中出现的随机问题必须有所准备，要求指导教师知识面广，处理问题的能力要强，从而提高了指导教师的学习积极性和责任心。

2 机电液综合设计与控制实验台的改造

2.1 寻找机械、电气、液压课程的结合点

随着专业培养计划的深入，课程体系发生了重大变化，教学和培养规格也进行了新的调整，形成了基础模块、计算机模块、控制模块、设计和制造模块的新格局。对实验教学提出了更高的要求，强化综合性和设计性，特别强调提高学生的动手能力。在学校、学院领导的支持下，学院教师和学生利用毕业设计，逐步对原有设备进行了一系列的改造，并自行研制了新设备，将机、电、液有机结合在一起，在实践环节中加强电气控制、综合设计、计算机控制。学生通过实践型、综合型、设计型的设计与实验，进一步加深了对金属切削、液压传动、机械加工、继电器-接触器控制、PLC控制、单片机控制、IPC机控制等知识的理解和综合应用能力。

2.2 教师与学生共同参与设备改造

找到结合点，理清教改思路，教师带领学生对多台设备进行了改造，有常规电气、单片机、PLC控制的液压试验台、自主设计制作的模拟电梯、机械加工自动线等，把机械、液压、电气控制等课程内容有机地结合在一起。具体改造项目介绍如下：

(1) 设计并制造了《GLD-I固定逻辑电路实验装置》，用于继电器-接触器控制电路的连接、安装、调试，实现各种机械设备的电气动作。学生在教师的指导下，按照课程设计的要求，独立进行液压系统设计及液压油路的连接。独立进行常规电气控制电路设计并进行线路连接，最后调试系统以实现规定的动作要求。

(2) 将原有设备改造成《单片机控制液压滑台》，学生可进行液压系统的设计、连接、单片机程序的设计、输入与计算机的通讯，最后进行调试。实现了单片机控制油缸的不同动作要求。

(3) 设计并制作了模拟电梯，根据电梯的不同请求，通过PLC控制完成各种要求。使得学生得到了模拟真实环境的锻炼。

(4) 结合学生的毕业设计制作了模拟机械加工自动线，采用GENIE组态软件及VB进行编程，制作了IPC机控制模拟加工自动线的控制界面，使机械动作能在计算机屏幕上实时动态地反映出来。使学生得到了工程环境的锻炼。

(5) 流体参数检测装置的改造，原来做液阻特性实验时，使用普通的压力表和流量计，数据误差较大，改造后，采用流量传感器和压力传感器及相应的变送器把信号送给远程模块，再传送给计算机，进行工控程序处理，实现了数据的计算机处理和相关检测。

3 机电液综合设计与控制实验教学环节结合

3.1 以机电液控制为主线将理论与实践紧密结合

用常规电气、单片机控制液压试验台，用PLC控制模拟电梯，用工控机控制模拟加工自动线和流体参数的监测，这样把机械、液压、电气控制等课程内容有机结合在一起。通过这一教学环节，帮助学生将机械、电气、液压知识融会贯通。具体如图1所示：

3.2 以计算机应用为辅助贯穿整个教学过程

在整个设计与实验过程中，始终坚持计算机的综合应用，通过单片机程序设计及调试、PLC程序设计与调试、IPC远程控制及调试和课程设计中的CAD绘图环节加强了学生应用当今最新技术的能力，为他们将来适应现代化技术工作打下了坚实的基础。具体如图2所示。

图2 教学环节联系图

3.3 机电液综合设计与控制实验贯穿实践性环节

我们紧密结合各个教学环节，把课程设计、综合实验、毕业设计紧密结合在一起。具体如图3所示。

4 机电液综合设计与控制实验的实施过程

机电液综合设计与控制实验是课程设计与实验相结合的实践环节。学生必须完成液压传动系统设计、安装及调试，常规电气控制设计、接线及调试、单片机或PLC控制程序设计及调试等内容。实施过程如下：

(1) 教师给任务书(机械加工动作要求及有关设计参数)，由学生自己收集设计资料。

(2) 学生根据任务书提供的液压、电器元件设计出液压传动系统原理图和常规电气控制原理图，根据设计的液压传动系统及动作要求，分别设计继电器-接触器控制原理图、单片机控制程序或PLC控制程序。

(3) 由教师审核、学生修改后在试验台进行液压系统的安装、电气线路的连接及程序输入。

(4) 检查无误后，通电调试，过程中出现问题由学生自己分析解决，直至达到设计要求。

(5) 根据给定的设计参数，绘制液压油缸装配图及零件图。

(6) 编写设计计算说明书。

(7) 进行答辩及评分。

5 机电液综合设计与控制实验的整体效果

(1) 锻炼了教师的科研能力。经过几年的努力，改造的设备用到学生的实验实践中，得到了充分肯定，教师发表了多篇教改论文论文，研制设备屡屡在江苏省自制仪器设备获奖。

(2) 提高了学生综合各门学科知识应用的能力和实际动手能力。

(3) 提高了老设备的利用率，采用现阶段较为先

进的控制手段对原有设备进行改造，花较少的资金达到较好的教学目的。

(4) 提高了教学质量。把本来依赖课程的实验改为独立课程，单独考核和记分，学生也重视，老师也重视，收到了良好的教学效果。

(5) 充分采用了当今时代比较先进的控制手段，营造了良好的工程环境，让学生系统地接触到先进的控制技术，为将来较快的适应工作打下良好的基础。

6 结 语

机电液综合设计与控制实验的改革与探讨，在师生的共同努力下，改制与自制多套实验设备，提高教师科研与教育水平，并使设备得到充分利用，不仅给学生提供工程实践环境，而且使学生得到实际锻炼，提高学生综合运用专业知识的能力，特别是增强了学生自行设计、调试、分析问题、解决问题及创新能力。

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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

江苏省高校实验室研究会项目(GS2012YB08)

孟 涛(1968-),男,安徽宿州人,实验师,主要从事实验教学与实验室管理工作。

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

TP 23

A

1006-7167(2015)11-0173-03