电机控制实训总结范文

电机控制实训总结篇1

关键词： 维护训练器； 半实物仿真； 航空电子装备； 机载电子吊舱

中图分类号： TN919?34； TP391；V267.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）22?0084?04

Design of maintenance training system for an airborne electronic pod

CHEN Hong1， LI Jin?jie1， GAO Wei1， LIU Ya?juan1， DU Jiang?bo2

（1. Qingdao Branch， Naval Aeronautical Engineering Academy， Qingdao 266071， China；

2. Naval Unit 92492 of the Chinese People’s Liberation Army， Ledong 572528， China）

Abstract： Since the maintenance training of a certain airborne electronic pod has high cost and long cycle， an airborne electronic pod maintenance training system based on semi?physical simulation was designed. The external form， connection and operation of the system are similar to actual equipment. The signal simulation， fault setting and state acquisition circuits were designed in the maintenance training system. The universal I/O modules and RS 485 bus were adopted to monitor and control these circuits. Based on this remote control structure， the maintenance training platform was established to realize the whole technical support training process simulation. It can simulate testing operations which are identical to actual operations of detection device. It can set typical faults， which are accordant with real faults. The practical application effects show that the system is feasible and efficient for the airborne pod maintenance training.

Keywords： maintenance training device； semi?physical simulation； avionics； airborne electronic pod

某型机载电子吊舱具有技术先进、结构复杂、价格昂贵等特点，相应的测试维修相对复杂，对该型吊舱的技术保障离不开技能娴熟、维修经验丰富的地勤人员。但现行的维护训练通常结合飞行任务并行实施，存在组织实施困难，训练成本高，对实际装备有损耗等缺陷，且受到场地、天气等多种条件制约，训练时间有限，人员培养周期长。基于虚拟仿真技术或半实物仿真技术的维护训练系统能够有效克服结合实装进行维护训练带来的问题[1?2]。其中半实物维修训练采用物理模型模拟装备的真实外观，而在计算机上仿真实现装备的工作原理。由于半实物训练平台具有实装外形，对其进行维修训练操作基本与实装一致，可以给维修人员带来良好的实践动手能力训练，因此在各型航空维修训练系统中得到了广泛的应用[3?6]。本文基于半实物仿真方式设计实现了该型机载吊舱维护训练系统。

1 维护训练系统功能设计

该机载电子吊舱维护训练系统满足一二线技术保障全程训练需要，具备的功能有：

（1） 内场检测训练功能，能够模拟内场自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE）对仿真吊舱进行数百项详细性能指标的检测，用于训练维护人员内场通电检测操作技能和指标分析判读能力。实现的难点是如何根据仿真吊舱的工作状态、故障设置给出相应的检测结果。

（2） 外场通电训练功能，能够对起挂装机状态的仿真吊舱进行机上通电检查，能模拟机上显控盒对吊舱的上电、自检、功能检查等操作，并给出相应测试结果。用于训练维护人员机上通电操作技能和外场快速反应能力。

（3） 典型故障设置功能，能够在仿真吊舱内各外场可更换单元（Line Replaceable Unit，LRU）及连接电缆上设置故障，模拟包括器件故障、线路通断、性能下降等多种实际工作中常遇到的典型故障，用于训练维护人员故障分析和排除能力。其难点是如何根据设定的故障，在训练中仿真出相应的故障现象。

（4） 起挂转运训练功能，能满足仿真吊舱从内场转运到外场，起挂安装到机上挂架的操作训练需要。

（5） 拆卸安装训练功能，能满足对吊舱舱体蒙皮、各LRU的拆装训练需要。

2 硬件设计与实现

根据上述系统功能，对该型机载电子吊舱维护训练系统进行了硬件设计，系统硬件可分为4大部分：半实物仿真吊舱、采集与控制单元、内场检测平台、外场机上平台，如图1所示。

图1 吊舱维护训练系统硬件组成

2.1 半实物仿真吊舱

半实物仿真吊舱采用1∶1比例真实模拟实装外形，以及内部各LRU的连接和固定方式，能够替代实装作为维护训练时进行通电检查、安装拆卸、起挂转运等，操作难度大、危险系数高、损坏可能性大的实践动手科目的训练平台。半实物仿真吊舱是否逼真，是否具有可操作性，除了外观与实装一致外，更重要的是如何模拟内部的各种信号。仿真吊舱内部根据通电检查、地面检测、故障设置等维护训练需要设计了相应的仿真电路，按照作用可分为以下3种：

（1） 信号仿真电路，在一定制作成本下，采用低频信号替代射频信号，低功率信号替代高功率信号，RS 485总线替代机上总线等方法建立电子装备的主信号通路。信号通路的通断和工作状态的切换由程控继电器来控制。

（2） 故障设置电路，用于对LRU或线路的故障状态进行设置，通过多个故障设置点来设置不同故障状态，如：良好、失效、性能下降等。

（3） 状态采集电路，通过在信号检测点、故障设置点引出采集电路，来实时获取整个仿真吊舱的工作状态和故障信息。

同时为了保证仿真的逼真度，所有这3种电路的走线尽量依照实装电缆实际信号走线，尽量不增加额外线路。

2.2 采集与控制单元

采集与控制单元是仿真吊舱与外场机上平台和内场检测平台实现交联的关键单元。其完成2大功能：一是响应上位机（座舱/检测工控机）的控制指令（上电、自检等），改变仿真吊舱的电路工作状态；二是实时采集仿真吊舱的电路信息（工作状态、故障状态等），并上报给上位机。这两大功能归结起来，就是实现对半实物吊舱内各电路控制点和状态采集点上仿真量的监测与控制。这里所谓的仿真量，是指表示电路通断、连接状态的数字量，或是表示功率强弱、频率高低的模拟量。换句话说就是要实现对仿真吊舱内数字量与模拟量的远程测控。考虑到整个仿真系统测控量较多（超过300个），且测控距离较远（超过15 m），可采用目前市场上使用比较广泛的远程I/O模块，如：研华公司的ADAM系列、研祥公司的Ark系列、研发公司的DAC8000系列等。这类I/O模块能够独立提供A/D，D/A，DI，DO，数据比较和数据通信等功能，通用性好，可靠性高，价格也比较低。

系统采用RS 485串行异步半双工通信协议，将多个远程I/O模块并联在一个总线下，以上位机作为主机实现主从式的远程数据采集控制，如图2所示。在内场以检测工控机为上位机，在外场以座舱工控机为上位机，两者共用该采集与控制单元，以节约成本。而整个采集与控制单元安装在半实物吊舱内部，经由吊舱脱落插头对上位机提供统一的RS 485总线接口（工控机一端在COM口安装RS 232转RS 485模块）。

2.3 外场机上平台

外场机上平台包括显控盒、座舱工控机以及机上通用挂架等设备，能够真实模拟外场机上维护训练环境，是进行吊舱机上通电检查、接口检测、线缆测试、故障排除等科目训练的硬件平台。其中，显控盒实际上是一个人机交互接口，对显控盒的按键监听和指示灯控制可采用嵌入式单片机来仿真实现。单片机在周期性扫描显控盒按键开关阵列的同时，读回扫描结果，判断是否有键按下，并计算按键编码，然后将编码发送到座舱工控机中。座舱工控机为外场机上平台的信息处理中心，在响应显控盒上用户操作的同时，把用户的操作转换为指令，通过RS 232转RS 485总线与采集与控制单元交联，实现对仿真装备的通电控制；同时采集仿真装备的当前工作状态，在显控盒和多功能显示器上显示对应信息。

2.4 内场检测平台

内场检测平台能够模拟ATE的功能，具有与实装一致的操作界面，能够对仿真吊舱进行数百项性能指标的详细检测，其测试的深入程度是外场机上通电检查所不能比拟的。仿真实现中，其强大的检测功能通过运行在检测工控机的软件实现。检测工控机也通过RS 232转RS 485总线与信息采集与控制单元通信，在检测过程中根据需要自动发送控制指令，使仿真吊舱工作于某种指定状态（上电、自检等），然后采集该状态下仿真吊舱内各测控点的信息，最后依据这些信息给出对应的检测结果。

3 软件设计与实现

在吊舱维护训练系统中运行的软件主要有2个：运行在外场机上平台座舱工控机上的“机上显控仿真软件”和运行在内场检测平台检测工控机上的“内场检测仿真软件”。

3.1 机上显控仿真软件

该软件是座舱工控机实现机上通电检查时进行显示控制的核心，其组成如图2所示。

图2 机上显控仿真软件组成框图

机上显控仿真软件具备2大功能：

（1） 座舱按键响应及显示控制，通过实时监听与机上显控器内单片机交联的RS 232通信串口，来响应不同地址编码的按键，调用对应的响应函数，如加电、自检、功能检查等；同时控制显控器指示灯的显示；

（2） 仿真装备状态控制与采集，通过RS 232串口通信与采集与控制单元交联，向仿真吊舱发送各种控制指令，同时循环监听仿真吊舱的状态变化，调用对应函数响应该变化。

3.2 内场检测仿真软件

内场检测软件的模块组成如图3所示，其运行流程如下：软件启动后，首先初始化各种测试资源，连接仿真吊舱；然后等待用户操作选择需要的测试项目，启动检测；接着在测试过程中自动控制仿真吊舱的工作状态，同时由采集到的信息（状态码、故障码等）得出某项具体指标的检测结果，逐项检测，逐项给出结果；最后，测试结束时记录所有检测结果，并释放测试资源。

图3 内场检测仿真软件组成框图

3.3 编程实现

上述2个软件运行在Windows XP环境下，由C#语言开发实现。软件采用模块化设计，从横向上可分为3个层次：接口层、检测层、应用层。底层为接口层，实现RS 232串口通信；中间为检测层，实现仿真吊舱状态的控制和采集；最上层为应用层，实现具体测试功能和人机交互。由于采用一致的底层硬件结构，因此上述2个软件可重用接口层与检测层中的功能模块，降低软件开发成本。其中，接口层的RS 232吊舱通信接口采用NET Framework 2.0 类库包含的 SerialPort 类开发，可方便地实现与仿真设备内采集与控制单元的串口通信。为保证指令传输的完整性和正确性，定义了上位机与仿真装备的通讯协议。协议的格式为：头+地址+数据正文+校验，例如：DD AA 01 02 03 EA。串口接收到数据后需按协议解析得到状态码，等待检测层处理。同样发送控制指令时，需要将指令码按协议封装，以便仿真装备相应地址的控制点响应。接口层串口通信编程实现的核心代码如下：

private SerialPort Com = new SerialPort（）；

private List buffer = new List（1024）；//接收缓存

private byte[] State_Code = new byte[4]； //接收到的状态码

private bool bCodeReceived = false；

Com.DataReceived += Com_Receive； //添加串口接收事件

void Com_Receive（object sender， SerialDataReceivedEventArgs e）

{

int n = Com.BytesToRead； //串口接收到的数据长度

byte[] buf = new byte[n]；

Com.Read（buf， 0， n）； //读取串口数据

buffer.AddRange（buf）； //把数据放入接收缓存

while （buffer.Count >= 6） //达到一个数据包长度

{

if （buffer[0] == 0xDD） //查找数据头

{

byte checksum = 0；

for （int i = 0； i < 4； i++）

//异或校验，确认数据正确

checksum ^= buffer[i]；

if （checksum == buffer[5]）{

//如果数据校验正确，解析该数据包

buffer.CopyTo（0， State_Code， 1， 4）；

//解包获取状态码

bCodeReceived = true； }

buffer.RemoveRange（0， 5）； //从缓存中移除数据

}

… …

}}

检测层的装备状态采集模块对采集到的仿真装备状态编码的解析，并调用应用层的响应函数，完成座舱内显示结果的实时更新，或是得到内场检测的相应结果。检测层的装备状态控制模块响应应用层的控制函数，产生对应的控制码，通过调用接口层的串口发送函数，将指令发送到仿真装备对应地址控制单元，完成对装备状态的控制。检测层装备状态采集与控制模块编程实现的核心代码如下：

private void StateAcquisition（） //装备状态采集函数

{

if （bCodeReceived） {

Switch（State_Code[0]）{

//依据状态码地址，判断采集点类型

case： 0x01 //发射机

GetTransmitterState（State_Code）；

break；

case： 0x02 //控制器

GetProcessorState（State_Code）；

break；

… … } }

private void timer1_Tick（object sender， System.EventArgs e） //定时函数

{StateAcquisition （）； //不断循环采集装备状态

… …}

4 结 语

本文设计实现了一种基于半实物仿真实现的机载电子吊舱维护训练系统。该系统的外形和内部结构与实装一致，具备真实的操作感，能够满足对吊舱进行机上通电、内场检测、拆卸安装、起挂转运等训练的需要，同时扩展了实装不具备的故障设置功能，从而既能做常规维护操作训练，又能进行各种突发故障的排除训练，较大程度上增强了该型机载电子吊舱维护训练手段，为理论教学与技能训练的有机结合搭建了良好的平台。经过实际使用表明，该训练系统能有效克服实装训练中存在的问题，且可扩展性好，使用方便，可靠性高，其设计方法在各型航空电子装备维护训练模拟器中具有一定的推广应用价值。

参考文献

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[2] DE CRESCENZIO F， FANTINI M， PERSIANI F， et al. Augmented reality for aircraft maintenance training and operations support [J]. IEEE Transactions on Computer Graphics and Applications， 2011， 31（1）：96?101.

[3] 李柯，魏保华，郑思龙，等.某型防空导弹半实物仿真训练模拟系统设计[J].计算机仿真，2008，25（1）：297?301.

[4] 李向阳，张志利，黄先祥，等.大型武器装备故障诊断训练系统仿真开发研究[J].系统仿真学报，2009（21）：6770?6773.

[5] 查国云，刘鹏飞，陈秋凤，等.某型飞机航空军械仿真训练系统设计[J].计算机测量与控制，2011，19（10）：2455?2458.

[6] 钟春华，许炎义，刘峰.基于半实物仿真的舰员级雷达维修训练系统设计[J].舰船电子工程，2011，31（11）：125?149.

[7] 刘颖，朱元昌，邸彦强.面向维修训练的故障建模、仿真与评估[J].计算机工程，2007（13）：245?247.

[8] 龙勇，黄先祥，张志利，等.基于视景仿真的某型武器分布式模拟系统设计[J].系统仿真学报，2006（7）：1820?1823.

[9] 邹益民，徐赤.借助Simulink 及ADAM 模块构建半实物仿真系统[J].自动化仪表， 2013，33（10）：9?12.

电机控制实训总结篇2

关键词：铁道信号；实训基地；建设方案；教学实践

作者简介：邸建红（1975-），女，河北保定人，石家庄铁道大学电气与电子工程学院，讲师；邓晓燕（1960-），女，河北武安人，石家庄铁道大学电气与电子工程学院，教授。（河北 石家庄 050043）

基金项目：本文系石家庄铁道大学“十二五”教育规划课题（课题编号：110343）的研究成果。

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0162-03

伴随着我国高速铁路的迅猛发展，铁路行业对铁路信号专业的人才培养模式提出了更高要求。近年来，铁路院校都非常重视铁路信号实训基地的建设，以提升信号专业学生的专业素养，期望培养出动手能力强、掌握最新铁路信号技术的高素质人才，更好的服务于高速铁路建设和运营。各高校大力建设实训基地的出发点都非常明确，期望值也很高，但是要达到培养实践能力强的人才的目标，就要对如何构建实训基地，花巨资建设的实训基地能否达到建设初衷，如何加强实训基地内涵建设，提高实训质量，如何培养学生的创新能力，实训基地如何为其他兄弟院校同类专业、铁路局及轨道交通公司提供实训服务等问题进行深入研究。

一、实训基地建设现状

我国高等教育已处于大众化教育阶段，社会需要理论素质高、动手能力强的专业人才。在大学的学习过程中，大部分的实验及实训项目在校内实训基地完成，校内实训基地是提高学生实践能力的主要场所。国外许多著名大学，如斯坦福大学、麻省理工学院等从20世纪90年代初开始对相关的教学内容作了改革，强调了实践教学环节，增加了实验教学内容，学生参与到导师的科研课题中增强了实践能力。国内，北京交通大学轨道交通控制与安全实验室依托实验平台有大量的自主课题和开放性课题进行研究，产生了很好的效果。因此加快实训基地内涵建设与实践，是高等工科学校进行工程素质教育发展的必然趋势。

二、铁道信号实训基地建设目标

实训是职业技能实际训练的简称，是指在学校控制状态下，按照人才培养规律与目标，对学生进行职业技术应用能力训练的教学过程。通过模拟实际工作环境，教学过程中理论与实践相结合，采用真实工作项目的教学案例，让学生亲身感受项目流程，以提高学生的专业技能、实践经验和团队合作经验。

随着铁路的六次提速，许多新情况、新问题应运而生，传统的教学方法和实验条件严重落后于轨道交通发展的需要，铁路新技术、新理论不断涌现，用人单位对人才有了更高要求。实训基地要定位合理，紧紧跟随人才市场的需求，把用人单位的需求作为工程教育的出发点，对在校学生开展专业技术实战培训，增强学生就业的信心，提高学生的业务素质和能力。同时高校要及时了解铁路信号行业的发展及人力资源需求情况，与企业沟通，合作建设实训基地。通过校企合作，推进铁路信号教育的发展。

对铁道信号学生的培养，要强调把专业知识和专业技能以及智力资源转化为社会实践能力。用人单位对人才的要求不仅仅是掌握一定的专业领域的知识，更重要的是要具有相关的专业技术操作能力和专业实践经验。学生通过在实训基地的学习和培训，加上专业知识的学习可以很快适应企业的各项要求。为了培养适应社会、适应企业要求的大学生，必须在加强基础教育、拓宽知识面的基础上，突出对实践能力、创新能力的培养以及综合素质的提高。学生不能仅是传统知识的继承者和技术的实践者，更应是新技术的吸收者、发展创新者和社会的实践者。高校的工程实训模式和教育理念的改革在这个转化的过程中将表现的更加突出。

三、铁道信号实训基地总体规划

在校园环形铁路设置四个车站，在四个车站之间建立分散自律调度集中即CTC系统，整个校园环形铁路采用CTCS-2列车运行控制系统。

以石家庄铁道大学校园铁路为对象，以CTCS-2为基础，通过深入研究和科学论证，构建了石家庄铁道大学铁道信号实训基地。

实训基地分为现场真实设备和CTCS-2仿真系统两大部分。其中，现场真实设备分为室外设备和室内设备。室外设备包括轨道及控制电路、信号机及控制电路和道岔及转辙设备；室内设备包括6502电气集中控制系统、计算机联锁控制系统、ZPW-2000A控制电路。CTCS-2仿真系统分为地面系统和车载系统两大部分，其中地面系统包括仿真沙盘、计算机联锁系统、列控中心、CTC调度系统、轨道电路、应答器和LEU。车载系统包括车载安全计算机、STM、BTM、人机界面、速度传感器、轨道电路信息接收天线、应答器信息接收天线。

四、铁道信号实训基地建设方案

石家庄铁道大学铁道信号实训基地现场部分介绍：在石家庄铁道大学工程训练中心南侧，有一段近300米长的铁路，铁路分为两个车站、一个区间。其中乙站有一组道岔，甲站有两组道岔。线路图。

铁道信号实训基地分为真实控制设备部分和沙盘模拟仿真控制部分。现场真实控制设备主要是车站信号控制、区间控制和微机监测系统。沙盘模拟仿真控制设置为4个车站，包括3个沙盘模拟控制站、1个计算机联锁站及CTC系统。

1.现场真实控制设备

随着铁路的不断发展，信号设备也在不断更新。计算机联锁控制系统具有高度的安全性、可靠性、实时性、可维护性、可用性、快速的处理能力等特点，计算机联锁的基本联锁功能是以6502电气集中的联锁电路的逻辑关系为依据，利用计算机的功能对6502电路进行了改进。因此，现场新建车站和既有车站进行改建时都采用了计算机联锁控制系统。但是仍然有一部分车站采用的是6502电气集中控制。[1，2]

为了和现场设备接轨，实训基地中两个车站可分别采用6502电气集中联锁和计算机联锁系统进行控制。图1中甲站包括两组道岔，两个轨道区段，进站信号机一架，出站信号一架，调车信号机三架，采用的是计算机联锁系统控制。

乙站包括一组道岔，一个一送两受轨道电路区段，进出站信号机各一架，调车信号机一架，采用的是6502电气集中联锁控制。

甲乙两站之间设站联轨道电路，制式为ZPW-2000A轨道电路，自动闭塞分区4个，通过信号机3架，采用四显示自动闭塞。

信号设备布置完后。

2.沙盘模拟仿真控制

铁道信号电子沙盘在整个铁道信号专业教学、实践环节中具有重要作用，直接关系到所开设相关实验的效果。另外，沙盘可以直观、全面的展示列车在车站和区间的行走过程中，进路、道岔、信号机之间的联锁关系，并且为演示和讲解铁道系统整体情况提供了平台。

沙盘采用环形沙盘，沙盘比例为1∶15，轨道间距为9.5cm。包括3个沙盘站和1个计算机联锁站，沙盘示意图如图3所示。其中计算机联锁站可用沙盘仿真软件控制，也可用控制室外设备的甲站的计算机联锁控制系统进行控制。

在沙盘上建设CTCS-2级列车控制系统和调度系统，设置车载设备、地面设备，并且可根据建设情况自行开发一些系统。

3.列控系统仿真

列控系统通常是由地面列控中心或无线闭塞中心、轨道电路、地面点式信号设备、车载传输设备和车载速度控制设备构成，用于控制列车运行速度、保证行车安全和提高运输能力的控制系统。列控系统设备构成示意图。

根据列控系统结构图，CTCS-2列控系统的仿真研究方案确定仿真模块为：地面设备的仿真研究、车载设备的仿真研究、车站列控中心的仿真研究、车站联锁系统的仿真研究。

其中，地面设备的仿真研究包括向车载发送模拟的轨道电路码序和应答器数据，提供车载防护曲线计算的基础数据，并根据控制中心的进路办理和临时限速信息向车载发送对应的有源应答器信息。

车载设备的仿真研究包括ATP仿真系统的研究和列控车载计算机操作系统的仿真两大部分。其中ATP仿真系统的研究提出列控车载ATP仿真系统的硬件总体设计方案，包括车载设备速度信息接收块的设计、无线接收数据块的设计、地面信息处理版块的设计、输出和接口设计；列控车载计算机操作系统的仿真制定了列控系统中车载DMI的各种功能需求，对整个车载DMI系统进行了建模。

车站列控中心的仿真研究通过对列控中心理论、功能及接口进行详细分析，结合列控中心的相关技术规范，针对列控仿真实验室的具体环境对车站列控中心进行了总体方案设计，完成了列控中心的硬件选型和软件子模块的功能分析与划分。

由于室内沙盘仿真控制部分的沙盘采用的是1∶15的轨道，相对应的列控系统可自行开发，将每一部分进行细化、模块化，作为本科生和研究生的设计题目。

五、实训基地的内涵建设与教学实践

通过在铁道信号实训基地进行实验教学、实习实训，培养具有创新意识和高素质的专业型人才。

1.实训内容与课堂教学内容及实验课相结合

实训项目要与教学内容衔接，要遵照循序渐进的教学原则，有一个逐步加深的过程，教师要根据教材内容和教学目的、教学重点、教学难点，制定切实可行的教学计划。实训项目还要与生产现场紧密结合，要注重学生能力的培养，且有一定的应用价值，并能将理论知识和实际工作技能相结合。

2.实训项目与人才市场需求相结合

实训项目要紧跟铁路及轨道交通对人才需求的变化形势，积极开发符合学校自身特点和铁路局及轨道交通公司需求的实训教材，分层次进行实验实训教学，提高实训质量。还要聘请铁路局及轨道交通公司的专家承担一定的实训基地教学授课，进行专业实训指导等教学工作。另外，要与铁路局及轨道交通公司联合建立一定数量的校企联合项目。

3.实训基地与科研平台的建设相结合

有针对性的将教学、科研与实践相结合。科研平台是科学研究的基本条件，是科技创新过程中各种支撑条件的有效集成。依托高水平的科研基地，通过产学研联合攻关，涌现出来了一批自主创新的科技成果，提升了学校在河北省及全国的地位，为铁道信号专业学生的毕业设计及信号专业方向研究生的课题研究提供了服务平台，提高了实训基地的利用率。

4.实训基地的功能延伸

铁道信号实训基地的建设资金投入大，为避免重复投资，已经建设并运行良好的基地可以为其他兄弟院校同类专业的学生提供实训实习教学服务，同时还可以为铁路及轨道交通公司提供技术支持和人员培训，共享设备资源和师资力量。

六、结语

石家庄铁道大学铁道信号实训基地的建设，将实训与课堂教学内容、人才市场需求、科研、本科生与研究生的毕业课题、铁路局及轨道公司的联合培养相结合，进一步深化了内涵建设，推进了教学改革，完善了人才培养体系，提高了学生的综合素质，从而能更好地服务社会。

参考文献：

[1]杨扬.车站信号控制系统[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

[2]郭进.铁路信号基础[M].北京：中国铁道出版社，2010.

电机控制实训总结篇3

关键词：PBL；电动机正反转；实训

中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）11-005-01

PBL的全称为Problem Based Learning，即以问题为导向的教学方法。基于学生的专业知识和实践能力，先提出问题，学生自主设定解决问题的理论方案，并且应用自己的理论方案在实训中实际动手操作，做到了理论联系实际，激发学生理论和实际的学习兴趣。PBL教学法最早起源于20世纪50年代加拿大麦克马斯特大学的医学教育，因其直指知识的应用和职业技能的培养，受到国际社会普遍认同，目前已经成为了国际上较流行的一种教学方法。

PBL的教学思路是：“教师提出问题―学生查找资料―分组讨论―教师总结”。与传统的知识传授不同，PBL教学模式的组织形式是“以学生为主体、以问题为中心”，将学习与问题挂钩，使学习者投入于问题中。通过学生的自主探究和相互合作来解决问题，从而学习到隐含在问题背后的科学知识，学生在这个过程中自然而然地获得了解决问题的技能和自主学习的能力。

将PBL教学法应用于专业综合实训教学中，注重教学模式的实践方案设计与教学质量评估。在教师的整体把握和指导下，强调学生的主动参与。充分发挥学生学习的主观能动性，通过学生发言情况和学生资料准备的深度和广度以及教学结束后学生对于知识的掌握度进行教学质量评估。

学生在实践中，本专业各科知识综合运用能力、问题分析能力、实际动手能力和理论联系实际的能力得到锻炼和提高。

电动机正反转电路是电动机继电―接触器控制系统中的一个基础并且重要的应用。即考查学生对方电动机电气控制线路的理论部分的掌握情况，也考查了学生的实际动手操作能力。而且，电动机正反转有明显的实验现象，有利于激起学生的学习兴趣和热情。

下面是关于PBL在电动机正反转实训中的具体应用：

一、教师提出问题：

1、电动机的工作原理？

2、电动机正反转的工作原理？

3、对电动机正反转控制需要那些电器，这些电器哪些是手动控制，哪些是自动控制？

4、电动机正反转控制电路需要哪些保护措施，分别能实现何种保护，如何实现该种保护？

5、画出电动机正反转控制的连线电路图。

6、实际操作连线时有哪些注意事项？

二、学生准备资料：

1、学生在图书馆，书店及网上查找问题的答案，对电动机的工作过程及电动机的继电―接触器控制系统的理论部分有了一定的了解。

2、学生设计电动机正反转控制电路图，同时，结合所搜索到的资料，设计几种不同的控制方案，然后分别论证每种方案的优缺点，最后，选择一个最合适的方案。

3、列出实际操作时要注意的事项，同时特别说明实际操作中要注意哪些安全事项。

三、学生在实验室实际操作：

1、组织学生来到实训实验室，选择学生需要的控制电器及其他所需器件，指导学生在保证安全的前提下按其自行设计的方案连接电路。

2、观察实验结果，分析实验结果是否正确，如有问题，查找原因，改正。

3、记录实验过程，实验结果及实验心得。

四、教师对学生考查及总结：

1、教师分别就电动机正反转的理论部分及实际操作部分分别提出有专业性的问题，通过学生的回答。了解学生的掌握情况。

2、教师全面总结电动机正反转理论及实训部分应知应会的知识点和相关的扩展，圆满完成本次实训，达到良好的教学效果。

通过PBL教学法，教师先提出问题，为学生指明了研究方向，然后学生分组查找资料，增强了材料收集能力、协作能力和自学能力。接下来开展实训，理论指导实践，增强了学生实际操作的能力。最后教师考核和总结，掌握了学生的学习程度，完善了学生的知识体系。也提高了学生的分析问题，解决问题的能力。

参考文献：

[1] 运红丽 王丽君.PBL教学模式在机械工程测试技术教学中的应用[J]科技信息，2010：3.

[2] 皮红梅 李 斌，等.电工电子技术，大连理工大学出版社，2012，12.

电机控制实训总结篇4

数控技术在现代制造技术中的应用，最具代表性的是数控机床，所以数控机床的实训应是整个机械工程实训的重点内容之一，数控机床的实训时间占训练时间的比例应大一些。常见的数控机床有数控车床、数控铣床和数控加工中心，这3种机床的数量多，具有代表性。对于一台数控机床来说，包括4方面的内容:制造、操作、编程和维修。实训的主要内容以操作、编程和加工简单的零件为主，增加学生的感性认识为主要目的。

1.1合理安排数控机床实训的时间由于机械工程实训总学时的限制，青岛农业大学机械专业学生共实习4周。数控机床实训的内容较多，在训练时间的安排上，数控车床2天、数控铣床和加工中心2天、其他数控机床1天，这样既重点突出又全面。数控机床应用了先进的数控技术，和普通机床的实训相比，讲解的时间会多一些。一般操作讲解、黑板上指令讲解的时间约占1/2，让学生能较深刻地理解数控机床是如何加工零件的;学生操作机床加工零件的时间约占1/2，使学生有较充足的时间增强对数控机床加工零件的感性认识。总之，实训的重点虽为实践，数控机床训练的特点又决定了讲解占了约一半的时间。

1.2合理安排数控机床实训的内容和方法在数控机床实训中，操作、编程和加工零件是主要内容。首先对照机床讲解基本的操作;然后学习数控的编程知识;最后加工出零件。编程方法的讲解，只能在黑板上讲解组成程序的指令字、程序的格式等，然后编写一个简单的程序。数控机床的坐标系是主要内容之一，机械坐标系、工件坐标系(编程坐标系)的概念，它们的作用是什么，必须结合编程才能讲清楚。数控机床是按程序自动加工零件的，刀具沿程序指令的刀路运动切削工件，刀路的位置必须使用坐标系描述。所以，首先讲清各种坐标系的概念，进而才能讲清对刀等关键的概念，才能理解为什么在编程坐标系下编写的程序可以在机床上加工出零件等问题。数控机床的实训内容应与数控机床理论课的内容相辅相成，各有侧重，通过数控机床的实训为下一步学习数控机床理论课打下良好的基础。数控机床实训应以机床操作、编程、日常保养和安全使用为基本内容，重点应放在编程和操作上。通过基本编程知识和操作的学习，学生可具备基本的编程和操作能力，为了提高学生的实训兴趣和创新意识，可以让学生自己设计一个简单的零件，自己编程，经指导教师检查无误后上机加工;或者编程加工一些有趣的零件。如:数控车床上可以加工仿真子弹、仿真酒瓶等;数控铣床上可以加工一些汉字，如“欢迎实习”等。

1.3手工编程和自动编程数控编程分手工编程和自动编程，形状复杂的零件加工程序只能由计算机自动编程来完成。在实训内容上，应手工编程和计算机自动编程并重。手工编程是数控车床实习的基本内容，通过手工编程加工简单的小零件，是普遍采用的训练方法。但随着计算机技术的发展，CAD/CAM在机械加工中的广泛应用，计算机自动编程也应是数控机床特别是数控铣床实习必讲内容之一。由于实训时间的限制，这部分的内容较多。所以，可以精简为由实习指导教师通过一个例子演示给学生看，边演示边讲解，讲明形状复杂及包含曲面的零件或模具的加工必须用计算机自动编程的方法编程，然后加工成所需的零件或模具。自动编程是通过计算机软件完成的，常用的具有计算机编程功能的软件有:CAXA、UG、Cimatron、Pro/E等。

1.4数控机床仿真软件的应用机械工程实训场地往往有限，数控机床价格较贵，配备的数控机床的种类和数量有限，平均到每一名学生的上机操作时间较少。为了解决这个矛盾，可以安排一定的时间，让学生在机房使用数控机床仿真软件练习数控机床的操作、编程和加工仿真。也可以不做统一安排，让学生课后根据自己的情况自由上机练习。数控机床实训的内容多，时间相对较少，一定要制订详细可行的实训计划，明确每天的训练任务、训练目的、训练方法和训练设备。这样学生面对从未见过的设备就不会感到茫然，教师指导学生也会有条不紊，顺利完成实训任务。

2演示教学法的应用

2.1什么是演示教学法由于机械工程实训总学时的限制，学生不可能自己动手操作每一种机床，特别是一些比较危险、贵重和精密的设备，比如高压水切割机床、三坐标测量机以及电火花线切割、电火花成型等机床。为了解决这个矛盾，基于学校的实际情况，采用了演示教学的实训方法。所谓演示教学法即指导教师讲解机床的加工原理、操作方法、编程方法，然后自己操作机床加工一个零件演示给学生看。通过演示教学的实训方法，解决了实训内容多时间少、机床有限及教师有限的矛盾，还可以给学生打下进一步学习研究的基础。

2.2以电火花线切割为例电火花线切割属于特种加工，特种加工是利用电能、化学能、光能或声能等能量对工程材料进行加工的工艺方法。在特种加工中，加工工具(广义的刀具)、加工工件与传统的机加工不同，一般不是采用机械力加工，在实习时学生首先会想到加工工具是怎样加工工件的。所以实习指导教师在实习的开始，应首先讲明电火花线切割的加工原理。实习步骤如下:(1)指导教师启动机床，用薄钢板切割一个小五角星演示给学生看。学生发现一根很长的光滑的金属钼丝可以切割钢板时，一定感到吃惊，想知道它的加工原理是什么。(2)在切割小五角星的过程中指导教师讲解加工的原理，举一个日常生活中简单的电火花放电的例子:我们平时开关电器或插拔插头时，会发现有时有电火花放电，严重时开关或插头的导电部位有被烧的痕迹，甚至掉渣。电火花线切割的加工原理就是利用电火花放电产生的热量使金属被烧腐蚀而起到切割的作用。讲完这个常见的现象后，再讲电火花线切割的加工原理，学生就感到易于理解了。(3)指导教师再讲解机床的操作方法。(4)简单讲解编程的方法，整个过程大约45min。

3多媒体技术在机械工程实训中的应用

随着计算机技术的飞速发展，计算机的多媒体技术和仿真技术已经应用于各行各业。机械工程实训是一种实践教学活动，但是计算机的多媒体技术和仿真技术在机械工程实训中也能发挥重要的作用。由于实训的内容不可能面面俱到，在学生实习完基本的内容后，可利用多媒体技术补充和总结，会起到良好的教学效果。

4结束语

本文探讨了机械工程实训的教学方法，重点讨论了数控机床的实训方法、演示法的应用以及计算机在实训中的应用。在实训内容安排上既要有重点，又要内容全面;实训内容的多样性决定了实训教学方法的多样性;实训教学方法的改革是永无止境的，应根据学生的实际情况，立足本校，面向社会，探索机械工程实训的教学方法。

电机控制实训总结篇5

本装置是一款专门为电工电子实训而设计的一种实训装置，该装置主要针对各大高校或高职类院校的技能培训，该装置能有效帮助学生提高实训技能，同时记录学生的考勤，减轻实训教师工作量。

关键词：无线控制；实训装置；考勤

1 引言

电工电子技能实训是维修电工技能的重要环节，现阶段对于之前的实训方式中教师的工作量很大，并且考勤的评定也存在一定的难度，在平常的实训中由于学生数量远超于教师数量，导致在实训过程中教师无法及时了解每个工位的运行情况以及学生的考勤情况，通过本装置就能将工位的运行情况实时显示在教师端的上位机界面上，让同学们在平时的训练过程中能够安全使用试验台，本装置不但可以实现对学生工位的监控，还有自动记录考勤的功能，达到实验室安全运行和考勤检查的目的。

2 系统设计

基于无线控制的电工电子实训装置是一款专门为维修电工实训而设计制作的一种实训装置，该装置是由一台上位机和多台从机组成的一个网络式结构采用wifi数字式无线传输装置，该实训设备的设计为维修电工的基础实训教学提供操作平台，本装置中提供可靠有效的直流电源，并以模块化的形式提供了电子电路焊接、调试的设备。

该实训装置中的实验部件均为模块化形式，每一个模块实际上给学生提供的仅仅是一个接口电路，实训老师通过上位机控制对应每一个工位的下位机电源。学生可以自己通过老师的讲解以及查询相关资料学习分析，然后进行电路的焊接与调试，从而让同学们通过实训达到掌握相关专业知识的目的。同时也可以自动记录考勤信息，也使得技能教学更加人性化，也是为了减轻实训教师在授课过程中的工作量。该实训装置适合应用于各大职业技术院校的维修电工的职业技能培训中。

3.系统总体示意图

本设计是一款专门为维修电工实训而设计的装置，所以应注重稳定性能以及易操作性。在稳定性能和易操作性能方面由硬件电路而设计的功能优于由软件实现的功能，而软件实现的功能灵活性较强。基于以上原因，我们决定使用软件和硬件相结合，以硬件电路实现功能为主，由软件辅助实现人机交互功能。其系统模拟示意图如图3所示。

4. 实训装置关键技术

该装置本身和PC机之间采用TCP通信协议，采用无线通信有利于实训室的布局，对于实训室以后的管理也可省去诸多的麻烦；技术层面上来说协议本身具有自组织的特点，可以为通信的准确性提供保障。该系统主要由六部分：单片机控制核心、电源部分、报警灯部分、继电器控制部分、WIFI通信部分、显示部分，总体框图如图4所示。

（1）单片机部分：是该系统的控制核心。负责整个装置系统的控制、信息的传输数据的处理以及检测按键系统，同时还要控制液晶屏的显示，作为主控芯片，芯片的选择是十分重要的，经对比发现选用STM32F407单片机能够满足本系统的功能要求。

（2）电源部分：该部分为整个系统提供电能，是整个系统装置的能量储存区，为整个系统装置提供一个稳定的电源，控制电路部分（单片机和WIFI通信模块）采用+5V的电源供电，实训中用到的路调试版采用+5V和-5V的电源供电。

（3）报警灯部分：可以完成电源故障的警示，对系统电源的故障进行提醒，实现实验室安全运行。

（4）继电器控制部分：单片机能够通过WIFI通信模块将上位机发出的信号进行数据信息处理，从而控制对应的继电器的通断实现电源的设定，以及学生测试电路时控制电源的通断。

（5）WIFI通信部分：包括WIFI发送与接收两部分，是系统中无线射频收发部分，其工作电压为3.3-5V，在本系统中采用的是+3.3V电源供电，可通过编程工作于不同的波特率，最高波特率为115200，有 RS232、485、TTL 接口与无线 WIFI的相互转换，通过无线WIFI进行组网通信，应用方便、传输可靠。

（6）显示部分：根据设计要求，显示部分的作用是能够让学生能够根据上面提供的资料进行操作，同时也是通过显示屏将学生的信息显示出来，便于考勤信息的整理。

参考文献：

[1] 毛福新、王雪等.无线电调试工考核装置[J].电子制作，2015.08，016（15）：66-67

[2] 曹达仲，侯春萍.移动通信原理、系统及技术[M].北京：清华大学出版社，2004

电机控制实训总结篇6

关键词：电工教师；实训教学；主导地位

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）12-0120-02

技校是培养具有一定基础理论知识和娴熟操作技能的中高级实用型人才的中等职业学校。所以，在对学生的理论知识有较高要求的同时，操作技术也是他们学习中的重点。因此，必须从教师的教学方法和教学技能入手。下面就以《电力拖动控制线路与技能训练》这门课程为例，提出自己的一些看法。

在职业课程设置中，《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版）是电工电子专业的专业课程，它的抽象性、专业性和实用性很强，对初学者来说几乎是一道无法逾越的障碍，因此，学生普遍缺乏学习兴趣。电力拖动控制线路与技能训练本身由实训和理论两部分组成。这本教材与过去的旧教材相比最大的区别是理论与技能一体化，使教材内容更加符合学生的认知规律，保证了理论与实践的密切结合。那么，在教学中如何充分发挥实训教师的主导地位，让实训课堂充满生机和活力，就是我们需要思考的问题。

做导游，引导学生明确

实训目的，提高学习兴趣

做导游，为学生提供指导和帮助，指导学生明确实训目的，是让他们掌握技能的第一步，即弄清楚本节实训要解决什么样的问题，达到什么目的或效果。没有明确的学习目的，必然收获无几，只有明确了实训目的，才能达到我们想要的效果。企业电气控制的对象是什么呢？顾名思义就是生产机械，要实现生产机械自动化控制，就要求学生在学习电力拖动控制线路之前对生产机械的构造、运动形式、机械与电器的配合等方面有足够的认识，并在头脑中形成一定的印象。为此，我们有必要作学生的导游。比如，在学习绪论时，为了提高兴趣，让学生明白所学知识的有用性，可组织学生参观教学。在参观教学中，教师先要充分熟悉生产机械和《电力拖动技能训练》教材，做到心中有数，然后讲清参观目的，把本学期所要用到的元器件名称告诉学生，对每一个元器件提出一些问题，让他们在参观过程中完成它，即带着问题参观。同时，参观时要分组进行，切不可全班学生一齐去参观，因为技校生自控能力差，达不到教学效果。每小组以6～8人为宜，轮流进行。在参观过程中教师主要讲解机械的构造、各部件的作用、各主要电器的作用；适当时候教师模拟操纵机器以作演示，指出各种运动形式和各部件的控制要求，让学生观察，然后提问检查，看是否达到预期教学目的，是否提高了学生的学习兴趣。

平时上课时将训练内容与实际应用相联系，以保持兴趣。每次实训都要求学生必须通电，以便于发现电路故障现象，教师及时说明故障原因和维修要点，这样才能把训练内容与实际应用有机地结合起来。譬如，笔者在讲接触器自锁正转控制线路时，先复习点动控制电路，然后问学生：“当按钮按下去时，电机转动，如果我有急事，需要很长时间走开，但电机又不能停时，怎么办？如何满足我的控制需要？”这时，可以因势利导，列举现实生活中刮大风，我要把门关上，怎么办？锁门！同样，我可不可以把电路也“锁”住呢？通过这些事例的分析，一步一步引入课题。等学生体会到学习乐趣，学习劲头就更足了。

在这个教学过程中，教师作为学生的“导游”，既要告诉学生知识的要点，又要让学生有自我发现的乐趣，让学生自主学习与本实训有关的知识点。

做工程师，精心设计课题和

多层次练习，进行多层次课堂学习指导

主要是对学生上课内容进行精心设计和多层次练习，进行多层次课堂学习指导，帮助他们解决实训时遇到的问题。

要教好一门课，需要把握学科特点，结合教学内容，精心设计课程讲授顺序。《电力拖动控制线路与技能训练》（第四版），在教学内容顺序上都是先学第一单元《常用低压电器》，再学习第二单元《电动机基本控制线路》，然后是第三单元和第四单元教学。其特点是先基础、后应用，符合教学规律。根据大纲要求，学生在学完该课程后，应具备绘制、识读电路图，按电气图安装布线的能力，以及会拆装与维修常用电器的能力。根据这一要求及学生的实际情况，我对教材内容讲授顺序进行了修改。第一单元与第二单元内容的学习穿行，以第二单元内容的需求为基础，需要哪些电器元器件，我们就讲解哪些电器元器件。例如，讲解手动正转控制线路前，先讲解刀开关、接触器、按钮和熔断器，再接着讲解如何识读绘制手动正转控制线路图和布线要求，之后就是安装与检修技能训练等内容。

同时，根据学生的实际情况，设计多层次练习，每次上课都准备两个实训课题：一个基本练习题，一个机动练习题。一般学生都要完成基本练习和机动练习题。对于有困难的学生，可免做机动题。机动题则是一些超前性的题目，供有潜力的学生完成。在实训过程中，应注重加强对学生的分层指导。对共同性问题，教师要作集体或小组指导；对个别性问题，教师要作个别指导。通过讲解、示范，使优生和差生都能按多层次的教学要求达到目标，使学习效果更加明显。比如，我们在安装点动正转控制电路时，对于已经完成基本练习的学生提出问题，如何让电动机连续工作？由学生讨论，为什么会出现不连续的原因。关键在于没有给接触器线圈加以持续通电的机会。所以，解决的办法是在按钮常开触头两端并联接触器辅助常开触点克服点动控制，但是控制线路又能停车吗？所以，必须再加入停止按钮。控制功能是否满足了要求，让学生去思考并动手安装电路，直到问题解决好了为止。

经过实践证明，精心设计课题和多层次练习，进行多层次课堂学习指导，对优生和基础较差的学生而言，学习效果都有明显的提高。

做主持，启发学生思维，激发学生的兴趣

在课堂上，教师就是主持人，采用适当的语言、教态，促进师生互动，让学生的能力得到培养，让学生的兴趣得到满足。

学生实训时，应创造一个开放的环境，对实训课题统一，但具体线路安装布局不作统一要求，让每个学生发挥自己的思维，否则，可能会扼杀学生的创造性。此时的教师更应该像一个主持人，让每一位学生把自己的作品展示给大家，同时，为这种思维碰撞推波助澜。

以笔者上的一节课《定子绕组串电阻降压启动控制电路》为例。我给学生提出课题要求：三相异步电动机直接启动时，启动电流为额定电流的4～7倍，电流很大，特别是大容量的电动机，启动电流大的问题更突出。容易使电机绕组发热，损坏绕组。在传输电路上产生较大的压降，严重时会影响同电网其他用户的正常工作，甚至造成其他接触器控制电路的欠压保护，所以，很多情况下不允许电动机直接启动。这时我们要考虑降压启动，今天我们采用定子绕组串电阻降压启动控制电路，我给出主电路，由学生自己设计控制电路，结合自习，自主探究规律，学习效果比平时要好得多。

设计安装好以后，笔者告诉学生如果自己设计的电路能够通电，再奖励5分（学生有平时分数），学生进行通电试车时，要求每个人记下自己设计的电路优缺点。然后，进行实训讨论。笔者作为“主持人”，让学生广开言路，每个人都发表观点。最后，叫几位学生上台展示结果。经统计，学生探究后，本节课共给出了很多定子绕组串电阻降压启动控制电路方案。在这种环境中，学生情不自禁地探究课题，整个实训气氛非常活跃。

做导师，总结延伸，

提升操练，升华实训效果

实训后要及时进行总结，这一点至关重要。此时，也是导师发挥作用的时候。教师不失时机地点评实训的得与失，可加深学生对实训结果的理解和掌握。必要时，导师还应亲自操作模拟。

比如，学生上第一节实训课时，教师就应该亲自操作模拟。在给他们讲接线方法和工艺时，任凭你讲到嗓子冒烟，学生就是不理会。然后，等我把电路接好，通电时也不仔细观察，最终导致实训失败。学生的想法是只要把电路接出来就好了，管它工艺怎样。电路很快接好了。但故障也跟着来了。有时，检查学生接的电路，线都是随意拉的，等你总结时，学生还说：“老师，我是失误……”。有时，在实训过程中，发现问题时，就会说：“老师，我知道的，等下次就改……”。当然，如果哪个学生做得好，就要给他以鼓励，表扬。记得有一次，有个学生接错一根线，等我把故障分析给学生听时，学生大呼错得冤枉，却也承认没有理清电器元件的进线端和出线端。在实训过程中，多与学生沟通，及时点评他们的得与失，不仅可以加深他们对知识的理解和掌握，同时，也能开阔创新意识，培养创造能力，使实训操作的效果得到升华。

在整个实训过程中，教师一直在促进、组织、指导着学生，和学生一起探索新知识，建立良好的师生关系。不仅学生的技能得到提升，也能为社会培养出实用型的专业技能人才。

参考文献：

[1]李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练（第4版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

[2]尚艳华.电力拖动（第4版）[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]李道澄.教师的主导作用和教学方法改革[J].江西教育科研，1987（2）.

作者简介：

电机控制实训总结篇7

关键词：自导引小车；案例教学法；《机电一体化系统设计》

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）30-0167-02

一、引言

《机电一体化系统设计》课程可以使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，并且能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。这门课程既涉及理论知识的学习，又强调学生的实际动手能力，因此非常适合运用案例教学法。通过设计合适的教学案例及实训教学装置来引导学生自主探索、分析、理解案例中所包含的多学科问题和相关技术，采取即学即用、理论与实践无缝对接的教学方法，掌握案例中的科学知识和分析解决问题的工程实践能力，形成一个为解决问题学习，带着任务探索实践的学习氛围，最终达到教学目标。学生通过自导引小车案例，完成从机械本体设计、装配、电控系统搭建、程序框图及程序代码编写的全部过程，培养学生设计、调试及研发的能力，提高学生解决工程实践问题的能力。

二、自导引小车案例教学内容设置

1.理论教学内容。自导引小车是工业生产中得到广泛应用的典型车间自动设备，此系统从单片机控制系统硬件及运动轨迹算法、软件编程等方面锻炼学生的实际应用能力。自导引小车理论教学内容包括：介绍自导引小车简介及应用场合；自导引小车的工作原理；导引方式分类；路径规划；单片机控制系统；直流电机脉宽调速知识及实现方法；轨迹识别传感器原理及应用；双电机驱动行驶系统策略分析；Keil C单片机软件编程及调试。讲授时与案例相关的内容重点讲解，将已经学过的分散知识融合到一个案例，让学生体会到所学知识之间联系，对机电一体化的五大组成部分有更加明确的认识，掌握该实际工程应用中所涉及的内容和设计方法，实现系统地运用所学知识指导实际工程的目的。

2.工程实训内容。自导引小车案例实际操作环节为4周时间。在这4周中，首先完成机械结构设计；利用Proteus进行自导引小车控制系统硬件原理图设计和软件仿真；进行自导引小车运动轨迹设计；在采购来的电子元件和自制的一些零部件的基础上，组装自制自导引小车模型和搭建电路板实物；利用Keil C编程软件进行控制系统软件程序开发；自导引小车设备循迹、调试、运行等主要环节。（1）自导引小车机械系统设计，包括传动系统、转向系统。要求：自导引小车模型载重50kg。（2）自导引小车控制系统设计。主要电气元件包括：AT89C系列单片机、直流电机、直流电机驱动器、循迹元件、避障元件等芯片。（3）控制系统软件程序开发。要求实现按照预设轨迹运动并能实现调速。（4）自导引小车系统调试。上述四部分内容基本控制在每周完成一项内容，各项任务完成之后，总结并整理相关资料。

三、案例实施过程中注意事项

案例教学的目标是否实现，主要依赖两方面：（1）教师指导作用的实现；（2）学生自身重视程度。鉴于上述两点，笔者认为在进行自导引小车案例教学过程中，需要注意以下几方面的内容。

1.充分了解学生的动向。这个案例学生积极性比较高，但是忽略控制知识要求较高，机械结构也要兼顾的特点。教师要了解并根据这情况，从内容设置上要强调机械部分的重要性，在控制电路原理上要多提高，不能只满足小车能跑起来的外在现象，对于深层次的理论知识也要掌握，这样才算真正学懂单片机控制的机电一体化系统。

2.充分发挥学生之间的带动作用。在案例实施过程中，教师每天到场进行指导。但是大部分时间学生之间的交流更方便，学生在遇到各种各样的问题，学生之间互相切磋问询更能提高学习的效率和兴趣。出现共性问题时，教师要进行指导。学生还自发建立了QQ群，有问题都可以在群里商量讨论，教师也可以参与到其中。学生在整个案例实施过程中，教师和学生、学生和学生的互动交流，把主动权交给学生。

3.严格把关考核环节。这一案例教学是在本科生教育中应用的，学生人数较多，鉴于案例实训资源有限，学生分组进行，一组学生共用一套实训设备，共同完成整个设计任务。因此，教师要严把考核环节，在案例实施过程中，通过平时考勤、观察，最后，了解每个学生学习动手情况，根据学生承担的任务内容进行答辩提问，以杜绝学生没有认真参与现象的出现。最终目的是要让选择这一案例的每个学生都能有所收获。

四、自导引小车案例考核方法

由于教学分理论与实践两个部分内容，因此考核方式将分为笔试试卷和工程实训两个部分。其中，笔试考核部分，本案例理论知识考核占《机电一体化系统设计》试卷总分数的20%；工程实训部分分组完成，每组需要完成以下内容：（1）案例设计说明书1份；（2）机械结构三维模型图1张（电子版），二维设计装配图1张及主要零件图；（3）电气系统原理图1张；（4）程序框图及程序清单；（5）演示视频。每项内容占20分，工程实训总分数为100分。最后以小组为单位进行答辩，以设备能够调试运行为通过主要指标，同时对每个人对设备的总体方案和主要内容进行陈述，对其负责的部分内容进行答辩询问，回答问题完整且正确才算通过。这个可以督促每个人认真训练，达到培养其工程实践能力的目的。

五、案例教学实施效果分析

案例教学在机械2012级、2013级机电方向本科生中进行，《机电一体化系统设计》课程共40学时理论教学，共讲述5个案例，该案例占6个学时。教师通过积极备课，完善自导引小车案例教学内容。理论教学多以图片和视频形式展示给学生，让学生有更直观的感性认识，提高学生的兴趣和注意力。从实践效果看，效果比以往单纯文字讲述要好很多。自导引小车案例工程实训共有20名学生选择该案例。20名W生分成4组，每一组都动手装配调试一套自导引小车设计和工程实训过程，每一组的设计方案要求和参数不一样，小车所行走的轨迹不一样，最后提交要求的全部资料。通过对本次工程实训教学实施过程的观察和思考，结合学生的实际实施情况和最后答辩考核情况，效果分析如下。

1.对于自导引小车机械系统设计任务，实训装置是小车模型，机械结构较简单，要求学生根据工厂使用的自导引小车，增加机械结构的强度进行结构设计计算，进行三维图、二维图、零件图的绘制。该环节主要训练学生机械结构设计、计算校核关键部件以及C械制图能力。由于学生进行过机械设计课程设计，对于机械图具有较好的基础，比较容易完成。主要是要学习三维软件的使用。同学们根据未来各自希望从事的专业，选取了不同的三维软件来进行制图。

2.对于电气控制系统设计任务。学生们对实际电气控制系统和电气元件了解有限，前续课程缺乏电气控制系统的课程设计，学生通过自学所用开发软件Proteus和编程软件Keil C，掌握了实际工程中电路原理图设计，增强了学生自主学习的意识和能力。通过硬件电路图的实物实现环节训练了学生线路板的印刷、实物连线及硬件系统检测能力。从效果来看，学生们在实训过程中掌握了控制系统硬件原理图及其电气元件，了解了实际工程中的接线方法，加深了对机电一体化控制系统的认识，培养了他们运用已学知识理论与实际的结合解决工程实际问题的实践能力。

3.对于程序开发和调试这两项任务是本案例的重点，也是难点。Proteus和Keil C软件以前只是简单提到过，但没有具体实际系统让学生去编写程序。这次实训给学生提供了实际工程训练的机会。编程、调试运行过程是个反复的过程。软件的开发和调试过程中，任何一点小的问题，都会导致结果的不正确。该过程总培养学生认真严谨的工作态度。从效果来看，学生们的自我学习意识和能力都有所提高，也充分意识到了“实际工程中无小事”这句话的含义。

自导引小车案例作为案例教学法中一个典型案例，以系统设计的思路作为主线，阐释有关的基本概念、原理和方法，将各个知识点用此案例有机统一结合起来。教学过程先了解该案例，然后了解和熟悉对系统总体的性能要求是如何转化为对各组成部分的选型和设计要求的，是一个从总体到局部的逐步细化的过程。工程实训部分能充分激发学生的学习兴趣，培养其动手能力，并进一步优化教学效果。鼓励学生尽量参与到这一过程中来，通过亲身的体会可以加深学生对基础知识的理解程度。通过上述自导引小车案例可以说明，将案例教学法引入《机电一体化系统设计》这门课程是十分成功的。

参考文献：

[1]许进杰.实践案例教学与应用型人才培养模式探析[J].大学教育，2013，（06）：59-61.

电机控制实训总结篇8

关键词:模块化生产线; 资源共享; rs-232c总线

1 引言

在工业控制领域,传统的现场控制方式已经越来越不能满足工业自动化的要求,这种控制方式不但耗时、费力而且很不完善。工业自动化控制系统发展到今天,随着通讯技术的不断提高,摆脱了以传统的现场控制方式为主体的控制方式,出现了利用上位机通过现场总线通信来控制生产线的全新模式。本设计中的控制系统是针对festo公司生产的模块化加工生产系统设计的现场总线网络控制系统。

德国festo公司的mps(modular production system)模块化生产加工教学与培训系统,是一个完整的面向自动化控制技术的培训系统,它由多个模块组成,是一个完全开放型的操作系统,操作人员可根据不同的需要进行各种模块的组合、扩展和控制。mps系统很接近实际工业生产系统,因此基于mps系统的培训在大学工科教学中是很有实际意义的。

但mps教学培训系统价格昂贵、数量有限,为了最大限度的利用mps教学培训系统的资源,充分提高实验设备的利用率,并在有限的时间内取得最佳的教学效果,因此需要设计一套完善的资源分配与管理系统,通过资源的优化配置实现资源共享、分时选用等要求。本文对实现资源共享的总线网络系统的结构、功能以及软硬件设计内容进行了描述。

2 总体方案设计

德国festo公司的mps模块化自动加工生产线是一套模拟加工生产线教学与培训设备,可以由西门子公司的s7-300型可编程控制器——plc作为控制系统,对整个自动加工生产线进行过程控制。

总线网络系统设计所要解决的核心问题是:对控制mps自动生产线的可编程控制器———plc实现资源共享。所谓资源共享用一句简单的话来描述就是“多选一”和“一选多”。“多选一”就是指多台pc机可以分时与同一台plc进行通讯,实现多台pc机对mps生产线的某一个工作站进行控制;而“一选多”就是指某一台pc机能够分别与多台plc进行通讯,实现一台pc机对mps生产线的多个工作站进行控制。

在进行总线网络系统设计时,首先要确定硬件设计方案,也就是把总线网络系统中的硬件环境设备——多台pc机和多台plc,通过硬件电路设计有序的连接在一起,再配合一些必要的其他设备实现资源共享和分配管理工作。为了实现多台pc机对plc资源共享,本设计提出了一种以一台单片机为控制站的总线网络设计方案。这一总线网络设计方案是由多台pc机,一台at89c51单片机,通过rs232总线和总线适配电路实现对plc的资源共享。

要通过总线网络实现资源共享,除了完善的硬件环境外,还必须开发相应的通讯程序与之匹配。通讯程序设计分为两个部分:一是单片机的通讯程序设计,二是pc机的通讯程序设计。单片机通讯程序是利用汇编语言编写的源程序,它的主要功能是轮询各pc机,以便接收pc机发出的联机申请,并根据申请内容发送联机许可信号。pc机通讯程序是应用现成的编程软件来设计的,它的主要功能是发送联机申请并接受联机许可信号。这些通讯程序不是独立的,它需要与总线网络的硬件适配电路相配合,两者只有共同作用才能够实现资源共享和优化管理。

3 总线网络的硬件设计

总线网络的硬件设计就是要设计能够实现资源共享和分配管理的总线适配电路。总线适配电路由两部分电路组成,一部分是单片机轮询电路,另一部分是资源共享电路。总线适配器电路所要完成的主要工作是:由作为控制站at89c51单片机采用轮询的方法,通过rs-232c总线接收各pc机发出的联机申请信号和联机机号等信息,单片机经程序分析后向该pc机发出允许联机信号,并发出指

令接通pc机所要连接的plc的控制信号线,接下来就可以把在pc机已编好的程序通过总线rs-232c下传到plc,实现plc的资源共享。

3.1 单片机轮询电路设计

单片机要轮询各pc机发出的联机申请,就是要实现pc机与单片机之间的通讯,在实现pc机与单片机之间的通讯时,通常采用标准串行总线通信接口rs-232c。rs-232c是在异步串行通讯中应用最广的标准总线。pc机与单片机最简单的连接是零调制三线经济型,这是进行全双工通信所必须的最少线路。pc机与单片机、plc通过9芯标准插座连接。本设计的单片机轮询电路由cd4052芯片和max232芯片组成。cd4052芯片是双路、四通道模拟多路转换器,一片cd4052芯片可实现对四台pc机进行轮询。max232是实现把rs-232c电平转换为ttl电平的电平转换专用集成芯片。单片机轮询电路原理如图1所示。

图1 单片机轮询电路原理图

3.2 资源共享电路设计

资源共享电路设计是要实现“多选一”和“一选多”的功能。即多台pc机可以分时与同一台plc进行通讯,而某一台pc机能够分别与多台plc进行通讯。本设计采用以rs-232c总线和多位数据选择器为核心的集成电路方案。该集成电路通过设计成行列结构形式的开关网络电路来实现资源共享。pc机与plc的通讯也采用标准串行总线通信接口rs-232c,用最简单的三线连接方式,因此本设计选用cd4053芯片作为数据选择开关。cd4053芯片是三路、双通道模拟多路转换器。以四台pc机共享五台plc为例,开关网络电路需要四乘五总共二十个数据选择开关,即要用二十个cd4053芯片排列成四行五列(或五行四列)的行列结构形式,构成资源共享电路,电路原理如图2所示。

图2 资源共享电路原理图

控制信号线

rs-232c总线

当单片机轮询到某一台pc机要与某一台plc联机通讯时,由单片机给与之相连的相应的cd4053芯片控制信号线发出控制信号,使该芯片的开关通道接通,实现某一台pc机与某一台plc联机通讯。

4 总线网络的通讯软件设计

4.1 pc机通讯程序的设计

pc机通讯程序是要实现pc机发送联机申请信号,并可接收单片机发回的联机许可信号等。为此要设计一个如图3所示的控制面板。

图3 控制面板示意图

在总线网络系统通讯中,是采用询问与应答的方式进行通信联络。为保证通信的可靠性及信息传递的准确性,故为通信中主要的命令字制定了一个简单的通讯协议。pc机通信软件和单片机软件命令字约定如下:

该命令字有八位数据组成,其中最高两位为命令字,最低三位为plc机号,中间三位为pc机机号。

00xx xxxx 为pc机退出联机命令字;

01xx xxxx 为pc机申请联机命令字;

10xx xxxx 为单片机允许联机命令字;

11xx xxxx 为资源占用命令字。

pc机通讯程序完成的功能是当pc机要与某台plc的进行联机调试时,先在控制面板的对话框中输入由两位申请联机命令字、三位pc机机号和三位plc机号组成的字符串,点击确定按键,此时pc机通讯程序将这八位字符串通过rs-232c总线发送给单片机的串行口;当该台plc没有被占用时,接收单片机发回的联机允许信号,并点亮控制面板上的绿色指示灯;一旦该台plc已被占用,则接收单片机发回资源占用信号,并点亮控制面板上的黄色指示灯;当pc机与某台plc的联机调试完成,则在控制面板的对话框中输入由两位退出联机命令字、三位pc机机号和三位plc机号组成的字符串,点击确定按键,此时pc机通讯程序将这八位字符串通过rs-232c总线发送给单片机的串行口,并关断控制面板上的指示灯。点击退出按键,则退出通讯程序。

pc机通讯程序是应用v

b编程软件来设计的。控件mscomm可设置串行通讯的数据发送和接收,对串口状态及串口通讯的信息格式和协议进行设置。它是一个标准的十位串口通讯,包括八位标准数据位、一个起始位和一个停止位。

4.2 单片机通讯程序的设计

在单片机与pc机进行数据通信的过程中,每次通信是由相应的pc机发送命令数据帧,单片机通讯程序完成的功能是通过串行口轮询接收pc机发出的命令字符,并对此字符进行分析判断,以确定哪台pc机与哪台plc联机,当该台plc没有被占用时,再由软件发出联机控制信号给两者对应的开关芯片,使该芯片导通,则使该台pc机与所选定plc的进行联机调试,并给pc机发回允许联机信号。一旦该台plc已被占用,则给pc机发回资源占用信号,暂缓联机。当pc机结束与plc的通讯后,向单片机发送退出信号,单片机接到该信号后断开开关芯片,继续轮询。

at89c51单片机内部有一个可编程的全双工串行通信接口,可以同时进行数据的发送和接收。串行通信是采用工作方式1,波特率9600b/s,单片机接收数据和发送数据采用查询方式。定时器t1选用工作方式2,初值为fdh,晶振频率11.0592hz。

5 结束语

本文从最大限度地发挥mps生产线的价值的角度出发,本着优化资源管理与配置的思想,围绕mps生产线开展的大量、基础性的且有使用价值的设计工作。本设计不仅可以充分利用mps教学培训资源,使mps生产线的工作效率得到提高,还可以实现辅助教学,实现了实验室管理的智能化、网络化,并可以激发学生学习兴趣,对于学生认识了解现代工业自动化技术领域的知识,增强他们的实践能力都是非常有益的。

本文作者创新点:采用cd4053芯片作为数据选择开关,设计了行列结构形式的开关网络电路来实现资源共享。

参考文献

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[2] 刘增辉.模块化生产加工系统应用技术 [m].北京:电子工业出版,2005.

[3] 夏继强,孙进.基于现场总线的起重机监控系统[j].微计算机信息,2006,10-1:293-295。