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基于Automation Studio的多課程聯合實訓教學探究
揚州高等職業(yè)技術學校 孫小康 秦萌 史丹 2020/6/6 14:52:12
摘要：針對職業(yè)教育多課程交叉實訓教學實施過程中硬件不足、投入成本高、危險系數大等難題，結合《電機拖動》、《PLC編程及應用技術》、《自動生產線裝調》等課程的教學特點，利用Automation Studio虛擬仿真平臺，進行多課程聯合實訓項目的教學探究。本文以送料小車自動往返循環(huán)控制為例，闡述了基于Automation Studio 虛擬仿真平臺的項目模型搭建、梯形圖設計及電氣傳動仿真演示。實踐證明，虛擬仿真教學使學生多門課程綜合應用能力得以提高，既提升教學效果，又切實降低實操的危險性。
關鍵詞：多課程交叉 Automation Studio虛擬仿真 PLC控制 自動往返
0 引言
《維修電工綜合技能實訓（中級）》以《電機拖動》、《PLC編程與應用技術》、《自動生產線裝調》等課程內容為先驗知識，具有實踐性強、多課程交叉等特點。在職業(yè)教育1+X證書制度背景下，對教師和學生在多門課程高度交叉情況下如何高效的教和學提出新的挑戰(zhàn)。由于進行多課程交叉實訓教學所需的一體化硬件設施成本高、建設周期長、實訓危險系數高，且學校往往因經費問題不能提供強有力的硬件支持，導致不少教師迫于現實只能將實踐教學依舊停留在“投影-粉筆-黑板”模式的原始教學手段上[1]。這嚴重限制了多課程交叉實訓課程的有效教學，使得學生對于此類課程的學習仍存在一定的認知困難，實訓案例剖析的廣度和深度不夠[2]。隨著信息化教學的不斷深入，虛擬仿真技術為提高多課程融合教學提供了有效的教學方式。
本文通過Automation Studio搭建虛擬仿真平臺，針對《維修電工綜合技能實訓（中級）》課程中的“小車自動往返循環(huán)控制”任務進行整體的設計與演示，在不需要投入高昂的一體化硬件設備的情況下，有效融合其他課程內容，使跨課程的實踐教學變得簡單且高效。
1 Automation Studio在實訓教學中的具體應用
Automation Studio是加拿大貝加萊公司推出的一種集機電一體化、液壓與氣動、電氣自動化的綜合性仿真軟件，更加面向工程實踐，在課程教學中的應用卻有待探究[3]。
任務“小車自動循環(huán)往返控制”采用項目化教學形式進行，涉及課程內容主要包括：電機拖動、PLC編程與應用技術、自動生產線裝調等。Automation Studio 軟件完全可以滿足該實踐任務的仿真需要。
1.1 項目概述
小車自動往返循環(huán)工作示意圖如圖1所示。電動機通過絲杠驅動小車的前進與后退。項目需同時滿足以下控制要求：
（1）自動循環(huán)工作（兩端5秒延時）。
（2）點動工作（供調試用）。
（3）循環(huán)計數控制（循環(huán)5次）。小車前進、后退一次為一個循環(huán)，循環(huán)5次后自動停始發(fā)點。
圖1 小車工作示意圖
1.2 項目分析
（1）小車的前進與后退是通過電動機正、反轉來控制的，所以，完成這一套動作只要在電動機正反轉控制程序的基礎上修改即可。
（2）為了便于手動調試，小車工作的控制方式設有點動和自動連續(xù)兩種，采用控制開關SA1來切換（SA1閉合，點動；SA1關斷時，自動連續(xù)）。
（3）小車循環(huán)次數設定為5次，可利用計數器設定。
1.3 項目模型搭建
為了解決傳統(tǒng)中級電工實訓項目教學中危險系數高、多課程交叉學生理解不深入等問題，本文在項目實操前利用Automation Studio虛擬實訓平臺針對小車自動往返進行建模，在建模中充分發(fā)揮學生的主觀能動性，將項目涉及的電機拖動、PLC控制和電氣控制等知識進行有效融合，打通知識脈絡。
根據任務分析，模型的主電路與傳統(tǒng)電機正反轉電路完全相同，無須更改。但控制電路的功能則要通過PLC來實現。本文選用西門子S7-300系列PLC，具體的I/O分配如表1所示。
依據 I/O分配表和控制要求，從軟件元件庫里選出所需的電氣元件，調好位置，并搭建仿真模型如圖2所示。
表 1 I/O分配
圖2 Automation Studio搭建的模型
1.4 項目程序設計
根據控制對象，首先引導學生在Automation Studio平臺（未完，下一頁）
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