基于液压实验装置的快速可重组多功能实验教学研究

实验教学是高校教学环节的重要组成部分,实验教学质量历来是评价高校教学质量的重要方面。因而,高校为了提高教学质量都不惜花重金购置了相应的教学设备,来满足学校的实验教学,我国大部分高校的教学实验设备是按课程来配备的,在多年的实验教学过程中,这种以课程为依据来配备教学设备方法存在着许多不足。

由于教学计划的安排,一门课通常只在每学年的一个学期开设,如液压传动实验装置就是如此,造成了实验设备使用率低下。高校按课程组建实验室时,每一实验设备是用于某一课程的相应实验的,特别是验证性实验,有的实验设备每年只使用1～2个月甚至更少,造成设备利用率低下。

综合性实验开发难度大,因为实验室大都是以课程设置为依据,用于相应课程的验证性实验和设计型实验。而综合性实验综合了多个学科,要使用的仪器设备相对变数大且复杂,市场上很难买到适合的综合的实验系统,而对于从事综合实验的学生来说,他们已基本学完了大学的专业课程,所用到的实验设备大都同课程实验设备有关,由于管理上的不方便以及传统的实验设备都是各个厂家做好的,不具备集成性,使得综合性实验设备开发困难,投资过大。从而严重地影响了综合性实验教学。

如何能够在专业调整、课程调整的时候,尽量少购置新的实验仪器设备,充分利用现有的实验仪器设备,减少资金和人力的投入,而能够满足教学实验要求。采用快速可重组实验教学仪器设备的方法能够有效地解决这一问题。

所谓快速可重组是指改变以住以课程来设置实验和组建实验的方法为按功能划分实验模块,根据实验项目的要求,利用模块之间的组合,快速组建实验仪器或实验台来满足课程教学的需要,可以大大地提高设备利用率,增大的实验仪器的灵活性。减少因为专业课程调整而带来的实验仪器设备人力物力的投入,并且方便综合性实验和设计性实验设备的组建。是一种多快好省的好方法。如我校的液压传动实验台,是液压传动实验室的主要实验设备,主要用于本科生“液压元件及液压传动”课程的实验教学,主要是液压元件和液压回路的实验教学,每年只在一个学期有实验课,而每学期也只有一半时间有实验,设备使用率不足25%。就液压实验台本身,它是用于液压元件和回路实验。但实验台开发过程中使用了PLC技术的元件,传感器及虚拟仪器等技术,如果将本液压实验台进行科学的模块划分,并为各个模块设计制造相应的接口,就可以快速可组合成许多实验来,特别适合开发综合性实验,用于本科生的综合实验。

1 模块化实验系统的分析与设计研究

基于液压实验装置的快速可重组多功能实验台设计其关键是科学的划分模块。正确的划分模块的方法是按照最小独立功能来划分,划分太细不便于集成,划分得太粗,集成度下降。按最小独立功能划分模块,接口容易设计,也不会破坏设备的主要结构。对我校液压实验模块并扩充划分如下。

动力模块:电源模块(交流电:380V、220V;直流电:24V、5V、12V);液压泵站。

元件模块:各类缸;马达;方向控制阀;流量控制阀;压力控制阀;连接管等辅助元件;其它元件了。

PLC控制模块:各类型的PLC控制器;I/O及电源连接口等。

传感器模块:含常用的各类传感器及相应的连接装置。

M C S-5 1单片机控制模块:含数据采集、数字/模拟量输入和输出口。

变频调速模块:含有变频器和编码器。

智能板卡模块:含有数字/模拟输入输出的智能PCI卡和USB卡。

在对各类模块设计时,将相关元器件集成在模块板中,将模块的所有输入输出及电源/液压输入输出口设计成快插式接口/接子。实验装置构建时只需按照实验模块的功能原理图和实验系统原理,能快速重组所需的实验台。每个模块需要独立的精心设计,以方便使用便于集成为原则。如在对S7-200型PLC可编程控制器模块设计时,可将PLC放在一个固定的板上,将PLC的各个接线端子引接线柱的相应插孔。在对MCS-51单片机模块设计时,将相关蕊片和电路封装在电路板中,该模块所实现功能的输入/输出(多个模拟量输入输出口、多个数字量输入输出口)的接线端子做成标准插孔,可以很方便地集成成各式各样的实验系统。

除了对硬件进行模块设计制造,基于液压实验装置的快速的可重组多功能实验台还需要提供常用实验的软件系统及软硬件之间相应的通讯线等,实验台需要配置PC机和打印机用于编制和调试用户程序,打印机用来打印实验结果和实验报告。在PC机上安装上常用的系统软件工具,主要有:常用PLC可编程控制器的编程软件(如西门子s7-200、300、400;三菱FX系列的PLC编程式工具等);单片机MCS-51相关的编程调试的软硬件;实验台所用的各种板卡智能元器的驱动程序;虚拟仪器Labview等实验台所要使用的软件,并含office办公自动化软件等。

2 结语

通过对我院液压传动实验装置进行模块化分析与重新设计,并利用快速可重组思想,根据机械类和测控类人才的培养方案,增加设计了其它相应的模块,可以重组成各式各样实验装置,特别适合于机电综合实验和测控综合实验的开发,可以为这两门实验课提供良好的环境,有助于培养教育学生主动实验、创造性实验的能力。将原来用于单一课程实验的设备,用于多个课程实验;用于综合性实验;用于研究性实验,为研究生的培养提供环境。利用快速可重组实验装置的思想,可以最大限度地重用实验装置,大大地缩短实验开发时间和降低实验设备的投入,是一项投入少,见效快的实验教学好方法。

摘要：高校为了适应社会发展和市场对人才需求的变化,可能会调整专业设置和课程设置,每次调整,实验室及实验室设备都需要作相应的调整,可能还需要购置一批新的实验仪器设备,同样还可能要有一批实验仪器设备暂时用不上。增大了实验教学经费的投入,同时也闲置了部分实验设备,造成了浪费和增大设备占用费的开支,该文就液压实验装置的快速可重组多功能实验教学研究进行了阐述,具有一定借鉴意义。

关键词：液压实验装置,实验教学研究

参考文献

[1] 黄志辉.机电综合实验系统的建设与实践[J].实验室研究与探索,2000,1.

[2] 孙文彬.开放性创新实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2006,25.