模拟仿真机在《矿山机械设备电气控制》中的应用

杨金芳

（宁夏工业职业学院,宁夏银川,753000）

模拟仿真机在《矿山机械设备电气控制》中的应用

杨金芳

（宁夏工业职业学院,宁夏银川,753000）

以仿真的工作环境为平台进行各种相关的实践教学，从而可以面向岗位、衔接专业、突出能力、强调实效，也体现了先进的教学理念。在实践教学中，利用传统教学与模拟仿真机相结合，降低学习难度，激发学生的学习兴趣。将《矿山机械设备电气控制》课程内容与模拟仿真机融为一体，采用“教-学-做”一体的教学模式，注重能力的训练，为企业培养出高技能专业人才奠定了良好的基础。

实践教学;模拟仿真机;教学做一体

《矿山机械设备电气控制》是矿山机电专业的一门必修的专业核心课程。是培养面向矿山机械等设备的电气操作、运行、维修维护等机电岗位的专业课程，具有很强的知识性、技能性和实践性。学生通过对本课程的学习，可以掌握煤矿大型生产设备电气控制部分的运行管理、维护检修的管理、维护检修的理论知识和专业技能，成为煤矿矿山机械等设备的电气操作、运行、维修维护岗位（群）所需要的高技能应用型人才。

《矿山机械设备电气控制》总课时为184,分两个学期完成．理论课时为92,实践课时为92,理论与实践的比例为1:1, 符合教育部高职高专人才培养目标。

该课程主要是针对煤矿井下大型机电设备如提升机、采煤机、掘进机电气控制部分的安装、调试、故障诊断、检修维护而设置的，对于这些大型机电设备在实际工作现场由于不能拆装、基于安全、工位的限制，实训效果较差。为了实现对煤矿井下主要大型机电设备电气控制部分教学内容的安装、调试、故障诊断、检修维护技能的教与学，模拟仿真机就起了比较突出的作用。

它能够以仿真的工作环境为平台进行各种相关的实践教学，从而可以面向岗位、衔接专业、突出能力、强调实效，也体现了先进的教学理念。在实践教学中，安排有课内实训、集中实训、仿真实训、车间实训和定岗实习，课程体现了能力的递进。模拟仿真机就是利用传统教学与模拟仿真机相结合，降低学习难度，激发学生的学习兴趣。将《矿山机械设备电气控制》课程内容与模拟仿真机融为一体，采用“教-学-做”一体的教学模式，注重能力的训练，为企业培养出高技能专业人才奠定了良好的基础，同时为学生定岗实习打下坚实的基础。通过改革前后教学效果对比，论证了教学改革的必要性和有效性。

虚拟的仿真实训模式，是虚拟仿真技术更高层次的应用，是对多媒体技术应用的全新诠释，这种先进的、安全的、经济的、低碳节能的教学模式将成为未来煤矿从业人员实操训练的主流模式。

为了提高教学水平，我们学院组建了一体化仿真机实训室——采掘模拟实训室。采掘模拟实训室现有模拟设备如HLTSJ-AD型模拟提升机、HLCM-001型模拟采煤机和HLJJJ-A型模拟掘进机各五台。每一种模拟设备都包括硬件系统和软件系统。硬件系统包括教学仪器机体、控制系统、显示系统及电脑主机设备等；软件系统包括机械拆解、基础知识、入门教学、视频教学、场景互动教学、机械构造以及理论考试等功能模块，入门教学包括基础知识、视频教学，场景教学包括手动操作、自动操作、实操考核、常见故障处理，机械构造主要是构造演示。学生在实验室的模拟机上，通过自己操作，可以进入到基础知识页面学习提升机、采煤机、掘进机的理论知识，进到常见故障场景页面练习，还可以进到考核操作场景进行实际操作演练。在这里既有理论知识的学习和考核，又有实操的训练和丰富的多媒体知识，使学生的学习既有深度、又有广度。对适应高危行业的煤矿生产工作，特别是高技能复合型的人才培养的教学，在一定很大程度上满足了课程实践内容要求。下面就几个主要方面具体谈谈：

1 模拟仿真机能实现的教学内容

1.1 模拟仿真机的入门教学

为了了解提升机、采煤机和掘进机的基础知识等，可以进入模拟仿真机的入门教学。模拟仿真机入门教学包括基础知识、视频教学。基础知识内容主要是提升机、采煤机和掘进机的基础教学资料，教师针对实际设备进行操作演示、原理讲解，重点地方提醒学生注意。

通过模拟仿真机入门学习，学生可以掌握提升机、采煤机和掘进机的基础知识，为之后的虚拟训练奠定良好的基础。而视频教学详细介绍了提升机、采煤机和掘进机操作过程中的细节部分，让学生对提升机、采煤机和掘进机的整个操作过程有一个全面的认识。

1.2 模拟仿真机的机械构造

为了了解提升机、采煤机和掘进机的零部件，可以进入模拟仿真机的构造场景，通过对提升机、采煤机和掘进机零件进行拆解向学生展示提升机、采煤机和掘进机的具体构造以及各部分的功能，学生可以采用多个视角，定向查看每个操作情况，有利于实际操作时因视角缺陷而造成的操作失误，使学生对提升机、采煤机和掘进机有一个全面的认识、对每个操作细节有更深层次的了解。而部件的拆解过程是在全自动化状态下完成的。

1.3 模拟仿真机的场景教学：

场景教学模块分为手动操作、半自动操作、常见故障处理、实操考核四个子场景模块，让学生可以在模拟真实的实际工作环境下进行学习。

1.3.1 手动操作和半自动操作：

为了进行提升机、采煤机和掘进机的操作，可以进入手动操作和半自动操作场景．在手动操作和半自动操作场景，首先执行的是设备检查流程，接着执行开机流程，学习者按提示操作完毕后进入手动开车训练，通过手动操作，可以体会真实设备的操作环境，通过操作实现对井下现场真实环境内设备的人机联运控制作业，了解各种设备的电气控制原理及操作方法，解决实机教学高昂的机器损耗费用，同时将颠覆常规缺乏实际操作的黑板口授、多媒体点播的教学手段，创新的将井下提升机、采煤机和掘进机等各种设备的实操训练，搬到地面，系统虚拟再现生产环境，对煤矿安全生产、讲授专业课程有十分重要的意义。

1.3.2 常见故障处理：

在生产实际中，由于井下电气设备如提升机、采煤机和掘进机的特殊工作条件，煤矿井下的空气中含有瓦斯和煤尘、空间狭小、冒顶和片帮事故、潮湿、产生杂散电流、电气设备移动频繁负荷变化较大容易过负荷、出现漏电和短路事故以及其他方面原因，因此电气设备很容易发生电气故障和机械故障，而故障的原因多种多样，为了了解电气设备的故障类型以及处理的办法，进入常见故障场景。此场景模拟提升机、采煤机和掘进机运行过程中遇到的各种故障，使学生掌握故障的类型和处理的应对方法。通过软件可人为设置电气故障，如采煤机变频器过热保护，采煤机在运行中通过软件设置参数，使得当变频器内部温度超过+85 ℃时，PLC 发出警告信号或断开变频器的电源，起到过热保护的作用。又如提升机进入正常运行时，发生超速，通过软件设备参数，可以在提升机等速运行过程中当速度超过规定速度的15%时自动断开电路起到过速保护作用。通过反复练习，加深学生对电气控制原理的理解，提高学生对各种电气控制故障的处理方法。

1.3.3 实操考核：

学生综合掌握了提升机、采煤机和掘进机的基础知识、实际操作、故障的分析和处理后，就可以对学生进行实操考核。通过实操考核，使学生对提升机、采煤机和掘进机的操作有一个整体的认识，增强学生的动手能力和随机应变的能力，由于可以对学生的操作进行考核与纠错，加深了学生对操作的掌握。考核内容的流程依次为开机－设备检查－操作－关机。

2 模拟仿真机在课程中训练的实施过程

在模拟仿真训练的实施过程中，教师根据教学内容和教学目标以任务单的形式将本次课的任务和要求下达给学生，学生以组为单位进行任务实施计划和方案的制定。根据任务要求，学生先认识设备上的各个零部件的作用，然后自己去观察、思考、记录，根据各零部件的作用和使用方法，教师一边演示、一边讲授；学生一边学习、一边模仿试做来获取知识，提升自身能力，一步一步完成模拟任务。在模仿试做过程中各小组成员之间相互讨论，相互协作，完成对设备的认识、操作、维护、检测、拆卸、组装和常见电气故障处理。通过这些内容的模拟训练，

第一：可以提高学生的思维能力、判断能力。

第二：可以在教学中随时控制教学过程和速度，并可进行反复训练，是训练学生的实践能力和测试学生处理故障的有效途径，并为学生较早接触电气设备提供机会和条件。

第三：可以提高学生的实践操作能力、故障诊断处理能力，激发学生的学习热情和潜力，使他们能够运用实际理论知识较快地掌握生产实践规律，并有利于学生职业道德和行为规范的养成。第四可以培养学生的学习兴趣，强化了团队合作精神。而学生在地面即可模拟操作井下工作，由于真实地模拟了生产环境，加深了学生对操作感觉的体会，实现了理论与实践教学的统一。

第四：在课程教学中由于将职业资格考证融入该课程体系和教学计划中，实现“课证互融、技证合一”。

3 传统实训与模拟仿真机实训的对比

3.1 能力递进的对比

传统的实训教学是通过图片、音频、视频等的方式进行的，通过仿真的实训可以将课程内碎片化的实训内容通过模拟仿真系统达到了完整，而且模拟仿真机可以对车间和定岗实习的实体设备不能解决的重复拆卸起到了补充、模拟仿真机实训遵循职业能力的培养是一个由浅入深、由简单到复杂、由局部到整体、由生硬到熟练再到自如的递进规律。模拟仿真实践教学可以帮助学生尽快熟悉操作流程、操作方法以及各类电气故障处理，同时可对工作中各种情况进行模拟，比真实的实习活动更加灵活，由于学生可以反复进行训练，学生的能力得以提高。

3.2 教学效果的对比

传统实训项目存在着机电设备在实际工作现场不能拆装、安全、工位的限制，实训效果较差；传统实训项目也存在着技术、设备革新周期长，无法紧跟社会发展需求；直观性差，特别是大型部件、设备；在一些设备原理教学上，分解困难低；学生只能直观地进行学习，教学效果较差。但模拟仿真实践教学虽然不能代替真实工作中的实际设备进行技能训练，但可以缩短实际动手训练的时间，提高训练效率与效果，同时把课堂上难以理解的专业理论知识加以反复学习，通过可操作性的实训完成课程教学任务，获得相当好的教学效果。

3.3 实训成本的对比

传统实训大多为“一对一”的教学模式，大大增加了培训投资，且无法同时进行多人培训，降低了培训效率，而学生实际操作又容易出现失误，出现安全隐患，造成人身伤亡，导致机器磨损，产生大量的维护维修费用，造成经济损失。利用模拟仿真机进行实训，可以节约成本，同时为学生尽快投入生产工作节约了培训时间，间接的节省了经费和资金投入，增加效益。利用模拟仿真机进行电气故障的排除和实际操作训练，可以实现学生在理论与实践之间的无缝链接，使学生学习周期明显缩短，能很快适应工作环境，也显著减少新员工的误操作所导致的事故隐患。

模拟仿真机在《矿山机械设备电气控制》课程中的应用，极大的提升了课程的实训效果，对其它专业课程实训内容的展开提供了教学思路，同时也为为提升机、采煤机和掘进机司机岗前培训也提供了有效的途径和方法，对课程的教学也提供了教学思路。模拟仿真机在专业课程实践教学中的应用，是目前比较先进的教学手段和方法，在其他的领域也具有借鉴价值。

[1] 曾强,电工电子专业模块式一体化教学的实践J职业教育研究。

[2] 徐红年,教师企业实践对教学质量的改善33中国市场

杨金芳,宁夏工业职业学院教师,主攻:电机与电力拖动;矿山机械设备电气控制

The analog simulators in the application of the mining machinery equipment electrical control

Yang Jinfang
(Ningxia industry vocational college Ningxia yinchuan,753000)

Based on the simulation of the working environment as a platform for practice teaching of various related to jobs and join professional and outstanding ability,emphasize the actual effect,also reflected the advanced teaching idea.In the practice teaching,the use of traditional teaching combined with the analog simulators,reduce the difficulty of learning,stimulate students'interest in learning.

teaching practice;The analog simulators;To do teaching