仿真软件在电气动实训教学中的应用研究
引言
随着计算机技术在教学中的应用,多媒体课件及图片和影像被用来展现液压元件和液压回路的工作过程。这些方法的确提高了学生对该课程的学习兴趣,但是这些多媒体课件都是老师课前准备好的,学生参与的设计互动交流较少。这里介绍的FluidSIM-P软件可为更好的实现互动教学提供了技术支持。FluidSIM-P软件强大的仿真功能将机和电衔接起来,实时显示电气动系统的控制和动作。 1 FiuidSIM-P仿真软件的简介
FluidSIM软件是由德国Festo公司的产品,专门用于液压与气压传动的教学软件,该软件可以进行气动回路及其电气控制系统的学习、设计与仿真模拟。FiuidSIM分两个软件,其中FluidSIM―H用于液压传动,而FluidSIM―P用于气压传动。 1.1模块化的绘图功能
FluidSIM软件是专业的流体CAD软件,其用户界面友好易学。FluidSIM-P的主窗口,如图1所示。左边是FluidSIM的元件库,包含创建新的回路所需的气动和电气元件。右边是空白作图页面。顶端的 图1FluidSIM - P 的窗口
菜单栏列出了需要模拟和建立回路的所有功能。
气动系统中的限位开关和接近开关的动作通过气动活塞杆的动作来完成,在气缸上使用标尺来确定限位开关的位置。当标尺被拖曳落在气缸旁时,就会自动定位在气缸的上方或左边位置上,标尺通过标签和电气回
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路中的限位开关或接近开关建立相关联系。 1.2先进的回路仿真功能
图2是建立好的气动回路。此回路是行控制的回路,按下二位三通手动换向阀1S1,然后松开1S1,使气动控制阀右移换向,气缸伸出。当气缸伸到位后,压下行程阀1S3 ,图2模拟气动回路
气动控制阀左移换向,气缸返回,实现气缸的单往复动作。如果用鼠标按下二位三通手动换向阀1S1不松开,则实现气缸的连续往复动作。 FluidSIM-P可以对绘制好的回路进行仿真,通过强大的仿真功能可以实时显示出控制回路的动作,帮助我们发现设计中的错误,及时更改并设计出简单可靠的回路。仿真模拟时,可根据需要直接在图上显示出各元件的物理量值,如各关键部位的压力、流速、节流阀的开度、输出力及运动速度。所有的计算由软件自动完成。该软件在仿真时可以插入状态图自动生成并显示气缸运动的位移随时间变化的曲线。还可显示回路中其它关键元件的状态量,如换向阀的位置、压力表的压力、流量计的流量等。这样我们就能够预先了解回路的动态特性,从而正确的估计回路实际运行时的工作状态。将工作循环的各个阶段,各种动作和各种重要参数的变化过程真实的展现在学生面前。该软件模块化的设计使得气动回路的设计更加方便,而且可对建立起的回路进行仿真模拟,将静止、抽象的知识转变为生动形象的内容,易于学生对内容的理解和掌握。 2在电气动综合实训教学中的应用 2.1 电气气动回路的设计
FluidSIM元件库中存有大量的电气元件,如电源、开关、继电器等传
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感器。根据自己所设计的电控系统要求,从元件库中将需要的电气元件模块用鼠标拖到作图页面上,然后把这些电气元件按自己的设计要求连接成电气控制系统。图3是用该软件设计的连续往复动作的气动回路及电气控制图,电气元件和气动元件之间通过标签建立联系。气动回路中的电磁阀1Y、2Y、3Y和电控回路中的1Y、2Y、3Y 建立联系;气动系统中的位置传感器1S1、1S2、1B1、1B2和电控回路中的位置传感器1S1、1S2、1B1、1B2建立联系,从而把气动回路和电控系统连接起来。气缸活塞杆处于缩回状态,位置传感器1S1有信号,电控系统中的1S1闭合。电控系统中的继电器K1、K2、K3分别控制其上的1Y、2Y和3Y通断,即控制气动回路中的电磁线圈1Y、2Y和3Y的通电或断电。当按下手动按钮S时,气缸可按要求循环往复动作。在动作过程中气动回路和电控系统中的通路用红线显示,形象直观。自动生成的元件列表如图3右下方所示。仿真时两个气缸运动的位移可随时间变化的运动状态图如图3右上方所示。 图3 连续往复动作的电气动回路 2.2 教学实施及效果
学生在电气动综合实训中每6-8人分为一组。该组同学共同完成该实训项目。学生在完成前期的小组讨论、设计和计算后,就利用FluidSIM-P软件在电脑上画出气动回路及控制系统并进行仿真。FluidSIM-P软件可使机械、电气、气动技术进行有机的结合,使学生体会传感器、控制器和执行元件等的实际应用。当一组同学全部完成电气动回路图的设计并仿真成功后,将在实训工作台上进行实训操作。根据已设计完成的电气动回路图,将电气动回路构建起来并进行真实的运行。在实际运行过程中发现问题并
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