组态技术在“液压与气压传动”教改中的应用

迟英姿 张卫芬 李永梅

(东南大学成贤学院 山东 烟台 210088)

“液压与气压传动”是东南大学成贤学院机械工程系开设的一门专业基础课程，这门课程的实践性很强，是一门融合了机械、电子、控制等多学科的课程。 东南大学成贤学院的办学定位是“培养应用型人才”。“液压与气压传动”课程的教学内容必须能满足学校的培养目标，为此需要对该课程进行教学改革方面的研究与探索。

1.“液压与气压传动”课程教学中面临的挑战

（1）东南大学成贤学院开设“液压与气压传动”课程的专业有机电一体化技术、汽车、机械工程，总学时仅为48 课时，实验学时只有4 学时。理论教学中主要有三部分内容：流体力学、液压元件、液压回路。学生在学习这门课时会产生一种“内容繁杂、知识散乱”的迷茫感觉，怎样充分利用现有的教学学时达到我们所需要的教学目标，是课程改革中面临的首要挑战。

（2）液压实验教学中，由于学时的限制，学生亲自动手拆装的元器件数量较少，类型也很少。 只能拆几种经典传统的液压元器件，比如：齿轮泵、双作用叶片泵、手动换向阀；对于一些新型的液压元器件学生接触很少。 在搭建液压和气动回路时，学生大都在教学用实验台上进行操作，这些实验台与企业实际工作环境有很大差距，学生找不到真实液压设备的感觉，学习效果较差，最终造成实际应用能力欠缺。这是课程改革中面临的第二个挑战。

（3）在“液压与气压传动”课程教学中有大量液压元件的二维装配图，如何读懂这些装配图是我们在教学中无法回避的问题。 在加强学生读图能力的同时，我们需要对教学手段进行改革。 利用多媒体技术，增加动画和视频。 如：液压元器件的工作原理、液压回路的油液流动方向，这些都可以通过大量动画演示来进行讲解。 因此，如何让同学们熟练掌握液压元器件的结构和工作原理是课程改革中面临的第三个挑战。

面对课时少、实验设备欠缺、学生理论学习较困难这些挑战，在课程教学改革中必须要提高教学质量， 充分调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。要求学生不仅要“课内学”，还要“课外学”；不仅要“看”，还要动手去“做”；不仅要会“验证”，还要会“创新”。

结合大学生创新和实际教学经验， 组态技术可以实现互动教学，对教学改革有重要的意义。

2.组态软件简介

组态技术的目的是使得人们可以在非工业现场通过计算机监控到设备的运行情况，并实现对设备的实时操作和运行监控。 目前主流的组态软件有InTouchHMI、MCGS、GEFanuc、WinCC、EcHmi、 力控和组态王等。 我们以亚控公司开发的组态王软件为例，介绍组态技术在液压教学改革中的应用。

压力调节回路是液压系统中应用较多的一个基本回路，组态王对压力调节回路的模拟仿真主要有以下几个步骤：

2.1 压力调节回路液压系统的设计

压力调压回路在液压系统中的作用是调整或限定系统压力。主要是在液压系统中加入溢流阀和安全阀来调节控制的，溢流阀用来调节系统的供油压力，安全阀限制系统的最高压力，防止系统过载。液压系统共走原理图如图1 所示。

图1 压力调压回路液压原理图

2.2 根据液压回路原理图建立液压回路仿真界面， 并创建组态数据变量

首先，根据液压回路原理图建立如图3 所示的压力调节回路的仿真界面，并按照表1 创建组态数据变量。

图2 组态王工程管理器

图3 压力调节回路仿真界面

数据库是组态王仿真软件的核心部分，在工程管理器中，选择“数据库 数据词典”，根据压力调节回路的工作原理，在“变量属性”对话框中，创建组态数据变量，部分数据变量如表1 所示。

表1 压力调压回路组态数据变量

2.3 定义动画

图3 所示的压力调节回路仿真界面只是将系统界面搭建起来，此时并不能实现压力调节回路的仿真运动，因此需要对界面中的元件进行动画连接，真实的描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。

三位四通换向阀动画连接如图4 所示。

图4 三位四通换向阀动画连接

图5 行程开关控制的顺序动作回路组态王仿真界面

2.4 编写命令语言

根据压力调压回路过程，将仿真界面进化动画连接，来真实的表现外界状态变化。 最后在编写仿真程序是，主要是针对表1 的数据变量来进行编程，部分的编程程序如下：

3.组态技术在教学改革中的作用

3.1 毕业设计中设计回路并与PLC 进行仿真

图5 所示的顺序动作回路是学生在毕业设计所设计的，可实现系统的实时仿真。依据液压系统的工作原理模拟其整个工作过程并仔细观察在整个仿真过程中液压缸的运行情况、 行程阀以及电磁铁的动作、进回油路油液的流动情况等。通过上述过程的训练，学生可进行多学科知识的学习和融合，提高了学生的综合能力，为学生进入实际工作岗位打下了坚实的基础。

3.2 在大学生创新中与PLC 进行联合仿真

“自动抓取和实时监控机械手的设计与研究”是我校机械工程系学生参加“大学生实践创新”中的一个省级项目。 该项目中包含气动系统回路的设计，PLC 系统软硬件的设计以及组态系统模拟仿真的实现。 该项目是模拟工业生产中能实现实时监控、检测、抓取、运输功能的机械手。 项目中运用传感器对需要抓取的毛坯件进行识别检测，再运用PLC控制技术、气压传动技术控制机械手的动作。 毛坯经检测合格后，通过机械手夹取放到指定位置实现运输,最后运用组态实现实时监控。

通过实践创新训练活动，将理论同实践结合起来，以拓展学生的视野，可以加深学生对专业的理解，加强学生的动手能力。

图6 机械手组态监控画面

4.结束语

用组态软件对液压系统进行模拟仿真，不仅拓宽了工业组态软件的使用，也丰富了“液压与气压传动”的教学内容，增加了学生动手的机会，激发了学生的学习兴趣，创新意识得到了提高，达到了教改项目的预期效果。

［1］王积伟，张宏甲，黄谊.液压与气压传动(第二版)[M].机械工业出版社,2005:01-07，14-15.

［2］陈虹均，吕君.基于PLC 和组态软件的液压回路实时仿真系统设计[J].25(4):427－429.

［3］徐晶晶，胡捷，浦恩帅.基于组态控制的液压实验系统[J].实验室研究与探索，2006.

［4］胡开明，葛远香.傅志坚.基于PLC 与组态技术的液位控制系统的设计与实现[J].

［5］刘高君，郑舸.基于组态王液压回路控制实验系统研究[J].四川理工学院学报(自然科学版)，2009，22(3):100－102.

［6］隋文臣，等.浅谈FluidSIM 液压(气动)仿真软件在教学中的应用[J].液压与气动,2007,(6):73-76.

［7］郭津津，王晓兰，袁旭.FluidSIM 软件在《液压传动》教学中的应用[J].机床与液压,2011,(2).