！ ！ ＝ 实 验 室 科 学 第ｌ７卷第ｔ期２０１４年２川 Ｆｅｂ．２０１４ ＣＮｌ２一ｊ３５２／Ｎ ＬＡＢ０ＲＡＴ０ＲＹ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖｔ’１．１７ Ｎｏ．１ 基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的液压与气动教学模式研究 郭联金 ， 王国胜 （１．东莞职业技术学院机电工程系，广东东莞 ５２３８０８；２．深圳信息职业技术学院交通与 环境学院，广东深圳摘５１８１７２） 要：针对高职院校机械类“液压与气动技术”课程的特点及教学中仔在的问题，提出借助 ＦｌｕｉｄＳＩＭ液压气动软件来提高教学效果。并以实例说明将ＦｌｕｉｄＳＩＭ仿真与ＰＬＣ控制的液压气 动实验台相结合，实施任务导向、理实一体、虚实结合的教学模式。 关键词：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；液压与气动；教学模式 中图分类号：ＴＨＩ３７ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４３０５．２０１４．０１．００２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＧＵＯ Ｌｉａｎ－ｊｉｎ ，ＷＡＮＧ Ｇｕｏ－ｓｈｅｎｇ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌ— ｌｅｇｅ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８ １ ７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ”ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”ｃｕｒ— ｒｉｅｕｌｕｍ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ｃｏｌｌｅｇｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｔ￣ｃｔ．Ａｎｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｈａｔ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＰＩ Ｃ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｂｅｎｃｈ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｓｋ ｏｒｉｅｎｔｅｄ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ 液压与气动技术在机械制造、冶金机械、建筑机 原因有：（１）教学内容上，一般以理论为主，实践课 械等众多工程技术领域中都有着非常广泛的应用。 “液压与气动技术”课程是高职院校机械类专业的 一时很有限；理论知识抽象、枯燥；实践教学又常常以 演示型、验证型的实验为主，造成学生学习兴趣低 下 ３１。（２）教学手段单一，缺乏多样性，学生容易产 门重要的专业基础课，其理论性与实践性都非常 强‘ 要求学生主要理解液压（气动）元件的工作 生厌倦。（３）局限于学科知识内容，未能与其他学 科融合、迁移。学生缺乏机电一体化的整体概念，不 了解课程的实际应用价值 Ｊ。（４）教学理念陈旧， 缺乏以工作过程为导向、任务驱动、工学结合的课改 思想。 原理并能合理选用常用的元件，能读懂常见的液压 （气动）回路，并能进行简单液压（气动）系统的设 计、调试及故障诊断 。 该课程的在以往的教学中，效果并不如意，主要 笔者经过多次的教学实践，不断尝试改革创新， 基金项目：２０１３年度广东省高职教育机电类专业教育教 学改革项目（项目编号：ｊｄ２０１３０３）。 认为借助于ＦｌｕｉｄＳＩＭ液压气动软件，结合ＰＬＣ控制 的液压气动实验台，采取理实一体、虚实结合的方 法，以及以任务驱动的形式，对改进“液压与气动技 ６ 实 验 室 科 阀１Ｖ２控制（到达加工位置（１ｓ２），１Ｖ２关断）；调速 阀ｌＶ３控制钻孔加工的慢速稳定进给；退回时，单 向阀１Ｖ４用于钻头快退时液压缸的快速回油。 学生进一步探索和提高。由于ＦｌｕｉｄＳＩＭ已提供了 相当丰富的学习资源和完成任务的有力工具，教师 在教学过程中可始终以学生为中心，而自身只作为 管理者、引导者的角色为学生提供资讯，辅助学生完 成任务。本例中，基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的教学实施环 节如下。 ２．１任务描述 编辑完液压回路图后，还要对各元件设置相关 的参数，如泵站压力、流量，液压缸的行程、活塞直 径、工作负载等；在标尺上设置行程开关１Ｓ１、１ｓ２的 位置；为电磁铁（电磁线圈）命名：ｌＹ１、１Ｙ２。电磁铁 的动作次序如表１所示。 １ Ａ１ １Ｓ１ １ｓ２ 如图３所示为小型钻孔设备的钻头，其升降由 一个双作用液压缸控制。按下启动按钮Ｓ１后液压 缸活塞杆伸出，钻头快速下降，到达加工位置后（由 行程开关１ｓ２检测），减速缓慢下降，对工件进行钻 孔加工。加工完毕后，按下返回按钮Ｓ２，液压缸活 塞缩回原位（由行程开关１ＳＩ检测），钻头快速退 １Ｙ２ 回。为保证钻孔质量，要求：（１）钻孔时钻头下降速 度稳定且可以根据要求进行调节；（２）分别采用继 电器控制、ＰＬＣ控制两种方法实现。 快进 ｒ————— 原位停… 止 ： ｌ Ｌ Ｉ 一～ 一快退 。—］ ｋ－．．．．．。—．．—．．．．．．———．－－Ｊ 图４钻头液压回路 表ｌ电磁铁动作顺序表 动作循环 电磁铁状态 ｌＹ１ １Ｙ２ 图３ 小型液压钻子Ｌ设备示意图 快进 上进 ＋ ＋ ＋ ２．２任务分析 本任务是机械加工中一个典型而常用的快进一 工进一陕退回路。这种液压执行元件在一个工作过 程中存在不同速度变换的回路称为速度换接回路， 这种回路在设计时应注意速度换接的平稳性。钻孔 设备在加工前快速定位；开始加工时慢速稳定进给 快退 （２）利用ＦｌｕｉｄＳＩＭ完成继电器控制电路设计及 仿真 根据任务书对钻头液压回路的控制要求，及表 １所示的电磁铁的动作次序，从元件库里调用所需 的电器元件（如电源、继电器、电磁线圈、各种开关 等），通过设置相同的标签来建立元件之间的关联。 （工进）；加工完毕后，快速退回。这种工作过程的 目的是使设备在不加工时有较高运动速度，以提高 效率；加工时有稳定的速度保证加工质量 。 ２．３ 任务实施 按下仿真启动按钮，仿真开始，通过更改仿真缓 慢系数可选择不同的仿真速度；也可选择不同的仿 真执行模式（复位和重新启动仿真、按单步模式仿 （１）利用ＦｌｕｉｄＳＩＭ设计液压回路 进入ＦｌｕｉｄＳＩＭ界面，根据任务要求从元件库中 真、仿真至系统状态变化）使油路、电路的状态变化 易于观察、分析。图５（ａ）展示了钻孑Ｌ机工进时的油 路状态，箭头表示液流方向，棕色粗线条代表工作油 路；图５（ｂ）显示了与油路相对应的控制电路状态， 红色粗线条表示线路接通得电；图５（Ｃ）所示为钻孔 调用所需的液压元件，设计如图４所示的钻孔设备 的液压原理图。系统的油源为定量液压泵ＯＺ１，泵 的供油压力由溢流阀ＯＶ１控制，系统压力由压力表 Ｐｌ显示；钻头的进退方向控制由二位四通电磁阀 １ Ｖ１实现，快进一工进的速度切换通过二位二通电磁 单周期内各元件的动作状态图。从仿真效果可见， 郭联金，等：基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的液压与气动教学模式研究 仿真过程化理论抽象为生动形象，改变了实际液压 系统只见管道不见液流，难以理解回路工作原理的 学习难题。 ７ 软件对编辑好的梯形图进行离线模拟。因ＦｌｕｉｄＳＩＭ —Ｈ无法与ＰＬＣＳＩＭ进行直接通信，故选用ＦＥＳＴＯ （３）ＰＬＣ控制设计 对ｓ７—２００ ＰＬＣ的外部端子进行Ｉ／Ｏ分配，设 计ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ分配表和外部接线图，在Ｓ７－２００ Ｍｉ． ｃｒｏＷＩＮ软件中编辑梯形图程序，采用ＰＬＣＳＩＭ仿真 公司开发的Ｖｓｗｉｔｃｈ软件，借助ＦｌｕｉｄＳＩＭ提供的 ＤＤＥ元件，通过动态数据交换技术，实 现ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｈ与ＰＬＣＳＩＭ的联合仿真¨ 。若仿真 结果满足控制要求，就可以在实验台上进行真实的 实验操作。 唁１Ｙ２巴 ｌ １ （ａ）油路仿真效果 （ｂ）电控系统仿真效果 图５ ＦｌｕｉｄＳＩＭ仿真结果 （ｃ）各元件动作状态图 ２．４机电液一体化模拟实验 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）： ［１］ 卢志芳，於红梅．基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的液压传动系统仿真实训 教学探索［Ｊ］．职业教育研究，２０１３（２）：１６８—１７０． ［２］ 张宏友．液压与气动技术［Ｍ］．大连：大连理工大学出版社， ２００４． 在ＰＬＣ控制的液压实验台上，按图４搭建液压 回路，按图５（ｂ）连接继电器控制电路，进行电一液联 调，使液路控制正常。对ＰＬＣ的输入输出端进行硬 件接线，并将仿真调试好的梯形图程序下载到ｓ７— ２００ ＰＬＣ中并进行模拟调试与运行。调整液压缸上 ［３］ 何线萍．仿真软件ＦｌｕｉｄＳＩＭ在《液压传动》课程教学中的应用 ［Ｊ］．科技信息，２０１２（３５）：３１０—３１１． 两行程开关１Ｓ１、１Ｓ２的位置，按下启动按钮、返回按 ［４］ 熊小青．《液压与气压传动》教材改革浅议［Ｊ］．科技经济市场， ２０１０（６）：１１２—１１３． 钮，观察液压缸的动作。若实验结果与仿真结果吻 合，则验证了所设计方案的正确性。 ［５］ 刘健，吕原君．基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ的检测设备气动控制 分析［Ｊ］．制造业自动化，２００８，３Ｏ（５）：１９—２０． ３ 结语 ＦｌｕｉｄＳＩＭ简单易学，功能强：赶，为“液压与气动 ［６］ 梁新平．ＦｌｕｉｄＳＩＭ液压气动仿真软件应用研究［Ｊ］．价值工程， ２０１１（２）：１８２—１８３． ［７］ 毕长飞．ＦｌｕｉｄＳＩＭ ３．６仿真软件在《液压与气动技术》中的应 用［Ｊ］．液压与气动，２０１１（８）：１１２—１１４ 技术”的教学提供了一个很好的辅助平台。学生可 利用ＦｌｕｉｄＳＩＭ丰富的资源，按需自学各种液压（气 动）基本元件、基本回路，设计和仿真各种液压（气 动）回路、电气回路。教师可借助ＦｌｕｉｄＳＩＭ的设计 和仿真功能、与其他软件的交互功能，联合ＰＬＣ控 ［８］陈耿彪．气、液、电控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２０１１． ［９］ 胡海清，陈庆胜．气压与液压传动控制技术［Ｍ］．北京：北京理 工大学出版社，２００９：２０４－２０５． ［１Ｏ］ 岳玉环．基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ与ＰＬＣＳＩＭ液压控制系统的联合仿真 制的液压气动实验台，开展任务导向、理实一体、虚 实结合的教学模式。教学实践表明，这一教学模式 使学生获得液压与气动技术、电气控制技术、ＰＬＣ技 ［Ｊ］．液压气动与密封，２０１２（６）：２８—３０． 收稿日期：２０１３－０８－３０ 术、传感器技术的综合应用能力，增强机电一体化的 整体意识。学生学习兴趣显著提高，学习自主性、自 我管理能力得到明显改善。 修改日期：２０１３—０９—３０ 作者简介：郭联金（１９８１一），女，广东增城人，硕士，讲师，主 要研究方向为机电一体化技术。
