氣動控制最小系統(tǒng)實訓裝置的設計

張?zhí)K新 談佳豪 周仕偉 王若飛 楊澤

摘? 要：通過SolidWorks機構和CAD電氣控制軟件對氣動控制最小系統(tǒng)機構布局圖和電氣原理圖進行設計，實現(xiàn)了氣動控制最小系統(tǒng)的教學裝置。按照實訓器材工具準備、電氣元器件固定、電氣線路連接、實訓裝置通電調試排故和過程性工作評分的步驟進行教學，該實訓裝置能夠滿足氣動控制內(nèi)容的實訓教學，有利于學生更好地掌握氣動控制系統(tǒng)。

關鍵詞：氣動控制;教學裝置;實訓教學

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0031-03

Abstract：Using SolidWorks mechanism design and CAD electrical control software，the layout and electrical schematic of the pneumatic control minimum system mechanism was designed，the teaching device of the pneumatic control minimum system was realized. According to the equipment and tool preparation，electrical component fixing，electrical circuit connection，power on debugging troubleshooting and grading steps for teaching. The training device can meet the training teaching and help students master the pneumatic control system better.

Keywords：pneumatic control;teaching device;training teaching

0? 引? 言

現(xiàn)各高職院校購買的智能控制技術專業(yè)課程實訓裝置的很多元器件都已集成好，不便于學生掌握具體的內(nèi)部構造和原理，同時也不利于二次開發(fā)，教師、學生不能深層次地進行學習研究和實際操作。同時，這些實訓裝置價格較為昂貴，一套電氣控制實訓平臺少則幾萬元，多則十幾萬元，加大了實訓室的建設成本，給一些辦學經(jīng)費緊張的高職院校造成辦學壓力。因此，有必要進行智能控制技術實訓裝置研制，使教師更好地完成相關課程內(nèi)容實訓教學，同時又能使學生更好地掌握實訓操作相關知識。

氣動控制最小系統(tǒng)是結合學校教學特點和企業(yè)實際應用需要而設計的簡單易學的氣動實訓裝置。本實訓裝置結構簡單，基本展現(xiàn)了一個較為完整的氣動控制系統(tǒng)，重點突出氣動控制系統(tǒng)的組成部分和各元件在系統(tǒng)中所起到的作用，能夠讓學生更好地理解氣動系統(tǒng)的組成及其工作原理。

1? 氣動控制教學

傳統(tǒng)智能控制技術氣動控制知識點的教學課程偏重理論，實踐教學部分相對薄弱，而高職院校的人才培養(yǎng)目標，除了讓學生掌握一定的專業(yè)知識外，更重要的是讓學生具備較強的動手操作能力、技術應用能力和職業(yè)素質能力，即培養(yǎng)高素質技能應用型人才，因此設計教學實訓裝置對學生掌握該課程是很有必要的。學生通過對設計的教學實訓裝置進行組裝與調試，在這一過程中加強了學生的實踐動手和技術應用能力，同時加深對理論知識的理解，實現(xiàn)實踐與理論的結合，同時增強獨立分析問題和解決問題的能力，能滿足智能控制系統(tǒng)開發(fā)員和自動化工程師等崗位的職業(yè)能力結構基本素質要求。

2? 氣動實訓裝置設計

蘇州市職業(yè)大學專業(yè)課程教師和校企合作單位工程師在凡賽斯自動化學院共同開發(fā)了氣動實訓裝置，通過系統(tǒng)機構布局圖和電氣原理圖完成了裝置的設計，并進行了組裝與調試，實現(xiàn)了氣動運動的基本功能。

2.1? 整個系統(tǒng)布局圖的設計

利用SolidWorks機構設計軟件對氣動控制最小系統(tǒng)進行電氣布置圖設計，根據(jù)漏電斷路器、端子排、開關電源、接地銅條、旋轉開關、電磁閥、匯流板、消音器、氣缸、磁性開關和調壓閥的尺寸及電氣線路走線，合理布置各器件的位置，設計的機構三維立體效果圖如圖1所示。

2.2? 電氣原理圖的設計

氣動最小控制系統(tǒng)主電路原理圖如圖2所示，主電路功能是將220 V交流電轉換為24 V直流電。電路主要包含：QF漏電保護斷路器和PS開關電源。其工作過程為：L、N連接到220 V交流電，合上漏電斷路器，220 V交流電壓經(jīng)漏電斷路器給開關電源供電，開關電管輸出24 V直流電壓，為電磁閥線圈和電磁開關供電。

該系統(tǒng)控制電路原理圖如圖3所示，開關電源輸出24 V電壓，電路主要包含：CS旋轉開關、SV電磁閥、RS磁性開關和導線。其工作過程為：接通旋轉開關，SV電磁閥得電動作，驅動氣缸動作，RS磁性開關檢測氣缸的兩個位置。

3? 實訓課程的實施

3.1? 設備器材（清單）

在實訓裝置組裝與調試前，先將相應的工具、儀表和器材等準備好。工具包含測試筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗和電工刀等;儀器儀表主要是MF47萬用表、測電筆;器材主要包含帶繼電保護的漏電斷路器、按鈕開關、調壓閥、開關電源、氣缸、電磁閥、端子排、調節(jié)閥、接地銅條和固定裝置等輔助元件。該氣動控制最小系統(tǒng)所需的元器件、設備和固定裝置的規(guī)格型號和數(shù)量如表1所示。

3.2? 電器元件安裝固定

學生按照元器件清單進行元器件的清點，并對器材元件進行檢查器件是否完好，例如利用萬用表打到電阻檔，用電阻法對斷路器的通斷進行檢測。

根據(jù)用SolidWorks軟件畫好的電器布置圖的尺寸圖，使用手動電鉆對鋁板進行定位打孔，定位尺寸符合誤差范圍，保證元器件裝置能按照要求安裝到鋁板上面。

接著利用螺絲刀、活動扳手，按照電器安裝規(guī)范固定元器件，使得器件能夠穩(wěn)固在鋁板上。

3.3? 電氣控制電路連接

學生按照氣動最小系統(tǒng)的主電路和線路圖進行套碼管的打印，并剪好動力線和控制線，按照原理圖和電氣安裝工藝規(guī)范實施電路布線連接。

安裝完畢的控制線路板，必須按要求進行認真檢查，確保接線無誤后才允許通電運行。需要注意的是：

（1）對所要纏生膠帶的氣動輔助元器件與氣源處理元件進行生膠帶纏繞，對所組裝好的氣動最小系統(tǒng)進行通氣，看一下有無漏氣、接錯、漏接現(xiàn)象等;

（2）控制板外部配線，必須按要求一律裝在導線通道內(nèi)，使導線有適當?shù)臋C械保護，以防止液壓、鐵屑和灰塵侵入;

（3）用萬用表進行檢查，看一下有無漏接電路、有無接錯電路，在確認無短路的情況下進行通電檢查;

（4）把氣壓在0.1 MPa～0.7 MPa之間調節(jié)，每次調節(jié)0.1 MPa，通過旋轉開關控制氣缸運動，記錄氣缸運動狀態(tài)，調節(jié)節(jié)流閥控制氣缸運動，記錄氣缸運動狀態(tài)。

3.4? 電氣控制電路通電實驗、調試排故

學生自己檢查后，由指導教師再檢查一下，且有教師在場監(jiān)護的情況下才可進行通電校驗。如若在校驗過程中出現(xiàn)故障，學生應獨立進行調試、排故。如圖4所示，初始狀態(tài)如圖4（a）所示，此時氣缸推桿未伸出，右端磁性開關亮。當旋轉按鈕，電磁閥線圈通電，則氣缸活塞桿推出，其左端位置的磁性開關亮，如圖4（b）所示。

通電結束后，斷開電源，等各器件都停止運行后，再拆除接線，然后整理訓練場地，恢復原狀。

3.4? 評分標準

在完成氣動控制最小系統(tǒng)組裝與調試后，對學生中間工作過程和實訓裝置進行評價，其工作評價表如表2所示。

4? 結? 論

本文首先簡要分析了目前市場上出現(xiàn)的實訓教學裝置存在的問題，包含集成度高、不利于師生的二次開發(fā)、價格昂貴等，接著介紹了智能控制技術課程中氣動控制知識點實踐教學部分相對薄弱的現(xiàn)在，為此設計了一套氣動控制最小系統(tǒng)的教學裝置。通過電氣布置圖和電氣原理圖的設計，在實訓教學中讓學生組裝調試該實訓裝置，并進行評價。通過實訓教學，學生能夠正確識讀、分析氣動最小系統(tǒng)電氣原理圖，能根據(jù)原理圖繪制電氣布置圖和電氣接線圖，學會氣動最小系統(tǒng)的安裝調試，正確掌握其安裝工藝，進一步理解氣動系統(tǒng)的工作原理，具有良好的教學效果。

參考文獻：

[1] 蔣林敏.氣動夾緊裝置的設計在實訓課程中的應用 [J].才智，2014（22）：192.

[2] 黃云天.氣動升降夾緊機構的設計與應用 [J].機電工程技術，2001，30（7）：39-40.

[3] 曾強.氣動及傳感技術多功能實訓裝置的設計及特點 [J].流體傳動與控制，2007（2）：27-28.

[4] 李利軍.基于PLC的光機電一體化實訓系統(tǒng)設計 [D].鄭州：鄭州大學，2013.

作者簡介：張?zhí)K新（1987.02-），男，漢族，江蘇蘇州人，就職于電子信息工程學院，教師，講師，碩士研究生，研究方向：電氣自動化、智能控制技術。