孙小康 秦萌 史丹

摘   要：针对职业教育多课程交叉实训教学实施过程中硬件不足、投入成本高、危险系数大等难题，结合《电机拖动》、《PLC编程及应用技术》、《自动生产线装调》等课程的教学特点，利用Automation Studio虚拟仿真平台，进行多课程联合实训项目的教学探究。本文以送料小车自动往返循环控制为例，阐述了基于Automation Studio 虚拟仿真平台的项目模型搭建、梯形图设计及电气传动仿真演示。实践证明，虚拟仿真教学使学生多门课程综合应用能力得以提高，既提升教学效果，又切实降低实操的危险性。

关键词：多课程交叉  Automation Studio虚拟仿真  PLC控制  自动往返

《维修电工综合技能实训（中级）》以《电机拖动》、《PLC编程与应用技术》、《自动生产线装调》等课程内容为先验知识，具有实践性强、多课程交叉等特点。在职业教育1+X证书制度背景下，对教师和学生在多门课程高度交叉情况下如何高效的教和学提出新的挑战。由于这类实训教学所需的一体化硬件设施成本高、建设周期长、实训危险系数高，且学校往往经费紧张，导致不少教师迫于现实只能将实践教学依旧停留在“投影-粉笔-黑板”模式的原始教学手段上[1]。这严重限制了多课程交叉实训课程的有效教学，使得学生对于此类课程的学习仍存在一定的认知困难，实训案例剖析的广度和深度不够[2]。

本文通过Automation Studio搭建虚拟仿真平台，针对《维修电工综合技能实训（中级）》课程中的“小车自动往返循环控制”任务进行整体的设计与演示，在不需要投入高昂的一体化硬件设备的情况下，有效融合其他课程内容，使跨课程的实践教学变得简单且高效。

1  Automation Studio在实训教学中的具体应用

Automation Studio是加拿大贝加莱公司推出的一种集机电一体化、液压与气动、电气自动化的综合性仿真软件，更加面向工程实践，在课程教学中的应用却有待探究。采用项目化形式进行“小车自动循环往返控制”的教学，Automation Studio 完全可以满足该实践任务的仿真需要。

1.1 项目概述

小车自动往返循环工作示意图如图1所示。电动机通过丝杠驱动小车的前进与后退。项目需同时满足以下控制要求：（1）自动循环工作（两端5s延时）;（2）点动工作（供调试用）;（3）循环计数控制（循环5次）。小车前进、后退一次为一个循环，循环5次后自动停始发点。

1.2 项目分析

小车的前进与后退是通过电动机正、反转来控制的，所以，完成这一套动作只要在电动机正反转控制程序的基础上修改即可。为了便于手动调试，小车工作的控制方式设有点动和自动连续两种，采用控制开关SA1来切换（SA1闭合，点动;SA1关断时，自动连續）。小车循环次数设定为5次，可利用计数器设定。

1.3 项目模型搭建

本文在项目实操前利用Automation Studio虚拟实训平台针对小车自动往返进行建模，在建模中充分发挥学生的主观能动性，将项目涉及的多课程知识有效融合，打通知识脉络。

根据任务分析，模型的主电路与传统电机正反转电路完全相同，但控制电路的功能则要通过PLC具体实现。本文选用西门子S7-300系列PLC，依据 I/O分配表和控制要求，从软件元件库里选出所需的电气元件，调好位置，并搭建仿真模型如图2所示。

1.4 项目程序设计

根据被控要求，首先引导学生在平台上设计出电机正反转控制的梯形图程序，然后参照下述思路完成整体设计如图3所示。

（1）分析小车往返一次的工作过程可知，当小车前进过程中底门开关压合行程开关SQ2后，X5常闭触点应先断开Y0线圈，使小车停止前进。然后X5常开触点再接通Y1线圈，使小车后退，完成小车由前进向后退的动作转变。同理，撞块压合SQ1后，工作台完成由后退转为前进的动作。

（2）小车在两端停留5s后再返回，可由两个定时器常开触点分别并联到正、反转触点（X2和X3）两侧代替行程开关X4和X5的常开触点。

（3）根据点动控制的原理，当电机连续控制环节不加自锁时就能实现点动控制，设转换开关SA1闭合后，实现小车点动控制，在梯形图中，利用X0常闭触点分别与常开触点Y0、Y1串联，实现点动与连续控制的切换。

（4）小车由前进变为后退并使底门开关压合SQ1后，为1次工作循环。要使小车循环5次后停在始发点，可由减计数器设定工作台循环次数。上升沿有效的计数脉冲由X5 （SQ1）提供。设定X2信号为启动信号，X2闭合时系统正转启动，同时计数器给定预设值，为计数准备。SQ1被压合5次后，X5便通断5次，则有5个计数脉冲输入，减计数器S_CD输出低电平。S_CD常开触点断开，使Y0线圈失电，小车停在始发点。

（5）考虑到安全因素，同时贴近生产实际，设置SQ3与SQ4分别为后退和前进的极限位保护装置。

1.5 仿真调试

通过Automation Studio平台内部数据交换，将梯形图上传至平台电路中，实现两者的联合动态仿真。仿真时，顺次拨动各行程开关即可模拟小车自动循环往返动作。在程序运行过程中，平台能够模拟出各个器件的动作，如小车的前进和后退。还可以通过PLC端子显示灯查看各信号的通断。通过梯形图高亮显示，可实时定位程序运行，方便验证项目设计的正确性和合理性。

点击菜单栏“显示故障组件”选项，在仿真过程中，系统会实时显示发生故障的位置或器件，结合软件中的示波器、绘图仪等测量工具实时跟踪元件的性能指标，从而帮助学生对系统进行优化改进[3]。

2  实施效果

在利用Automation Studio虚拟实训平台进行的教学中，教师应引导学生正确理解PLC、电气拖动等多课程交叉在实践操作中的关键性，培养学生多维度综合思考的能力。并借助信息化云平台和石墨文档等手段对学习过程进行动态性记录，为后续实操分组提供数据和技术支持。在多元化评价体系下，对较为突出的学生作品进行网络云展示，激发学生的学习热情。最后，学生撰写项目报告并对教师进行教学评价。

3  结语

本文采用Automation Studio辅助教学能够启发学生的创新思维和多课程综合运用能力，从项目的分析设计、模型的搭建到最后的仿真调试，其充分发挥灵活多变的设计方式并体现生动逼真的仿真效果。同时降低了实践教学的成本和危险性，为今后多课程的实践教学提供了创新手段。

参考文献

[1] 许有熊，刘娣，王建红.多课程联合的虚拟项目教学应用研究[J].中国现代教育装备，2018（1）：38-39.

[2] 田玉兰，潘亚娣，翁锦萍.基于双项目式教学的多课程综合训练探索与研究[J].黑龙江教育，2016（11）：52-54.

[3] 单侠芹.基于Automation Studio软件自动供料系统的改进[J].宁波职业技术学院学报，2019（2）：93-96.