张苏新 谈佳豪 周仕伟 王若飞 杨泽

摘  要：通过SolidWorks机构和CAD电气控制软件对气动控制最小系统机构布局图和电气原理图进行设计，实现了气动控制最小系统的教学装置。按照实训器材工具准备、电气元器件固定、电气线路连接、实训装置通电调试排故和过程性工作评分的步骤进行教学，该实训装置能够满足气动控制内容的实训教学，有利于学生更好地掌握气动控制系统。

关键词：气动控制;教学装置;实训教学

中图分类号：TP273      文献标识码：A 文章编号：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

现各高职院校购买的智能控制技术专业课程实训装置的很多元器件都已集成好，不便于学生掌握具体的内部构造和原理，同时也不利于二次开发，教师、学生不能深层次地进行学习研究和实际操作。同时，这些实训装置价格较为昂贵，一套电气控制实训平台少则几万元，多则十几万元，加大了实训室的建设成本，给一些办学经费紧张的高职院校造成办学压力。因此，有必要进行智能控制技术实训装置研制，使教师更好地完成相关课程内容实训教学，同时又能使学生更好地掌握实训操作相关知识。

气动控制最小系统是结合学校教学特点和企业实际应用需要而设计的简单易学的气动实训装置。本实训装置结构简单，基本展现了一个较为完整的气动控制系统，重点突出气动控制系统的组成部分和各元件在系统中所起到的作用，能够让学生更好地理解气动系统的组成及其工作原理。

1  气动控制教学

传统智能控制技术气动控制知识点的教学课程偏重理论，实践教学部分相对薄弱，而高职院校的人才培养目标，除了让学生掌握一定的专业知识外，更重要的是让学生具备较强的动手操作能力、技术应用能力和职业素质能力，即培养高素质技能应用型人才，因此设计教学实训装置对学生掌握该课程是很有必要的。学生通过对设计的教学实训装置进行组装与调试，在这一过程中加强了学生的实践动手和技术应用能力，同时加深对理论知识的理解，实现实践与理论的结合，同时增强独立分析问题和解决问题的能力，能满足智能控制系统开发员和自动化工程师等岗位的职业能力结构基本素质要求。

2  气动实训装置设计

苏州市职业大学专业课程教师和校企合作单位工程师在凡赛斯自动化学院共同开发了气动实训装置，通过系统机构布局图和电气原理图完成了装置的设计，并进行了组装与调试，实现了气动运动的基本功能。

2.1  整个系统布局图的设计

利用SolidWorks机构设计软件对气动控制最小系统进行电气布置图设计，根据漏电断路器、端子排、開关电源、接地铜条、旋转开关、电磁阀、汇流板、消音器、气缸、磁性开关和调压阀的尺寸及电气线路走线，合理布置各器件的位置，设计的机构三维立体效果图如图1所示。

2.2  电气原理图的设计

气动最小控制系统主电路原理图如图2所示，主电路功能是将220 V交流电转换为24 V直流电。电路主要包含：QF漏电保护断路器和PS开关电源。其工作过程为：L、N连接到220 V交流电，合上漏电断路器，220 V交流电压经漏电断路器给开关电源供电，开关电管输出24 V直流电压，为电磁阀线圈和电磁开关供电。

该系统控制电路原理图如图3所示，开关电源输出24 V电压，电路主要包含：CS旋转开关、SV电磁阀、RS磁性开关和导线。其工作过程为：接通旋转开关，SV电磁阀得电动作，驱动气缸动作，RS磁性开关检测气缸的两个位置。

3  实训课程的实施

3.1  设备器材（清单）

在实训装置组装与调试前，先将相应的工具、仪表和器材等准备好。工具包含测试笔、螺钉旋具、斜口钳、尖嘴钳、剥线钳和电工刀等;仪器仪表主要是MF47万用表、测电笔;器材主要包含带继电保护的漏电断路器、按钮开关、调压阀、开关电源、气缸、电磁阀、端子排、调节阀、接地铜条和固定装置等辅助元件。该气动控制最小系统所需的元器件、设备和固定装置的规格型号和数量如表1所示。

3.2  电器元件安装固定

学生按照元器件清单进行元器件的清点，并对器材元件进行检查器件是否完好，例如利用万用表打到电阻档，用电阻法对断路器的通断进行检测。

根据用SolidWorks软件画好的电器布置图的尺寸图，使用手动电钻对铝板进行定位打孔，定位尺寸符合误差范围，保证元器件装置能按照要求安装到铝板上面。

接着利用螺丝刀、活动扳手，按照电器安装规范固定元器件，使得器件能够稳固在铝板上。

3.3  电气控制电路连接

学生按照气动最小系统的主电路和线路图进行套码管的打印，并剪好动力线和控制线，按照原理图和电气安装工艺规范实施电路布线连接。

安装完毕的控制线路板，必须按要求进行认真检查，确保接线无误后才允许通电运行。需要注意的是：

（1）对所要缠生胶带的气动辅助元器件与气源处理元件进行生胶带缠绕，对所组装好的气动最小系统进行通气，看一下有无漏气、接错、漏接现象等;

（2）控制板外部配线，必须按要求一律装在导线通道内，使导线有适当的机械保护，以防止液压、铁屑和灰尘侵入;

（3）用万用表进行检查，看一下有无漏接电路、有无接错电路，在确认无短路的情况下进行通电检查;

（4）把气压在0.1 MPa～0.7 MPa之间调节，每次调节0.1 MPa，通过旋转开关控制气缸运动，记录气缸运动状态，调节节流阀控制气缸运动，记录气缸运动状态。

3.4  电气控制电路通电实验、调试排故

学生自己检查后，由指导教师再检查一下，且有教师在场监护的情况下才可进行通电校验。如若在校验过程中出现故障，学生应独立进行调试、排故。如图4所示，初始状态如图4（a）所示，此时气缸推杆未伸出，右端磁性开关亮。当旋转按钮，电磁阀线圈通电，则气缸活塞杆推出，其左端位置的磁性开关亮，如图4（b）所示。

通电结束后，断开电源，等各器件都停止运行后，再拆除接线，然后整理训练场地，恢复原状。

3.4  评分标准

在完成气动控制最小系统组装与调试后，对学生中间工作过程和实训装置进行评价，其工作评价表如表2所示。

4  结  论

本文首先简要分析了目前市场上出现的实訓教学装置存在的问题，包含集成度高、不利于师生的二次开发、价格昂贵等，接着介绍了智能控制技术课程中气动控制知识点实践教学部分相对薄弱的现在，为此设计了一套气动控制最小系统的教学装置。通过电气布置图和电气原理图的设计，在实训教学中让学生组装调试该实训装置，并进行评价。通过实训教学，学生能够正确识读、分析气动最小系统电气原理图，能根据原理图绘制电气布置图和电气接线图，学会气动最小系统的安装调试，正确掌握其安装工艺，进一步理解气动系统的工作原理，具有良好的教学效果。

参考文献：

[1] 蒋林敏.气动夹紧装置的设计在实训课程中的应用 [J].才智，2014（22）：192.

[2] 黄云天.气动升降夹紧机构的设计与应用 [J].机电工程技术，2001，30（7）：39-40.

[3] 曾强.气动及传感技术多功能实训装置的设计及特点 [J].流体传动与控制，2007（2）：27-28.

[4] 李利军.基于PLC的光机电一体化实训系统设计 [D].郑州：郑州大学，2013.

作者简介：张苏新（1987.02-），男，汉族，江苏苏州人，就职于电子信息工程学院，教师，讲师，硕士研究生，研究方向：电气自动化、智能控制技术。