FluidSIM仿真软件在“机电设备安装与调试”课程教学中的应用

    许璐

    摘 要：文章对“机电设备安装与调试”课程现状及FluidSIM仿真软件进行了介绍，并提出将FluidSIM仿真软件应用于“机电设备安装与调试”，该方法取得了较好的教学效果，极大地缓解了高校中机电一体化实训设备不足的现状。

    关键词：教学；机电设备安装与调试；FX2N

    “机电设备安装与调试”是高职院校机电一体化技术专业普遍开设的一门综合性和实践性都很强的专业课程，该课程的内容涵盖了液压与气压传动、电气控制与PLC、触摸屏技术、变频技术等内容。

    目前，在我国职业教育大力提倡学生创新能力和技能培养的背景下，该门课程采用任务驱动的理实一体的教学方式，使学生在做中学，极大地提高了学生的技能水平。

    但是，课程的教学效果对于实验室条件有着极高的要求。一般院校实验设备有限，学生需要多人共同使用同一台设备，在调试过程中遇到困难，会花费大量时间来调试。

    文章旨在通过引入FluidSIM软件来缓解设备不足的问题。学生利用课余时间，通过软件仿真的方法来确保所制订的控制方案和程序编写的正确性，从而把更多的时间用来做系统调试。

    1 “机电设备安装与调试”课程概况

    目前，南京机电职业技术学院“机电设备安装与调试”采用任务驱动的教学模式，以天煌教仪生产的THJDME-1型光机电一体化实训考核装置为主要实训载体来实施教学过程。根据实验装置的结构组成，教学内容整合与优化后分为4个大任务，分别是：送料单元系统安装与调试；搬运单元安装与调试；输送与分拣单元安装与调试；自动控制系统安装与调试。

    2 教学实施及存在的问题

    2.1 教学实施

    教学实施过程概况为：（1）教师发放任务单，使学生明确任务要求；（2）整体方案的制定。学生根据任务单的要求完成整体方案设计，包括气动原理图的绘制、PLC接线图及PLC程序的编写；（3）任务实施。学生根据气动原理图完成气路的连接和调试，根据PLC接线图完成控制回路硬件接线，完成PLC编写程序并下载，最后进行系统联调，实现任务要求；（4）任务考核与评价。学生完成任务后，教师根据任务考核表，对学生任务完成的质量进行打分和评价。对于完成拓展任务的同学，额外加分，以激励学生学习的积极性；（5）总结与交流。以小组为单位，学生对于在任务实施过程中遇到的问题以及解决方法进行论述，小组之间共享问题及解决方法，以此来提高学生的口头表达和理论技能水平。学生在下一个任务中可以减少犯同样错误的概率。

    2.2 存在的问题

    本课程教学实施过程中存在的问题有如下几点：（1）学生在任务实施过程中的具体硬件接线及下载所使用的程序，与整体方案不一致。（2）在任务实施过程中会遇到各种故障，无法判定是软件的原因还是硬件的原因。（3）学生对设备不熟悉，会造成大量的元器件损坏，给教师带来大量的维护工作。（4）学生既要完成方案的制定，又要动手需要大量时间，课程时间较为紧张。（5）受到设备数量的限制，老师无法进行拓展任务的考核。

    3 引入FluidSIM的课程实施

    3.1 FluidSIM简介

    目前，市面上存在多种液压与气压传动仿真软件，例如：FluidSIM，automation studio，AMESIM等。其中FluidSIM较为适合在高职院校的教学过程中使用。

    FluidSIM是由德国著名公司Festo开发的一款集机电液一体化的综合仿真软件。该软件包含FluidSIM-H液压仿真和FluidSIM-P气动仿真两部分。在“机电设备安装与调试”课程中采用的是FluidSIM-P软件。

    该软件几乎囊括了所有常用的气动元件，可以直接将元件拖拽至工作界面然后进行回路的搭建。回路搭建完成后可以通过仿真初步检测气路的正确性。仿真过程中能够清晰形象地看到气动执行元件的动作过程，且软件能够自动检查气路连接中存在的问题，提醒使用者进行修改。

    FluidSIM-P不仅可以进行气动回路搭建和仿真，还具有电气控制系统，可以对回路中的控制元件进行控制。该软件的气缸上设置有标尺，可以模拟磁性开关的位置检测功能，获得传感器信号。另外FluidSIM-P 4.2版提供了DDE/OPC接口，通过该接口可以与PLC控制系统进行联调，实现机电气的联合调试。

    3.2 FluidSIM与PLC联调

    FluidSIM与PLC之间不能直接进行通信，要借助于第三方。對于西门子PLC，可以采用FESTO公司开发的Vswitch软件为第三方。Vswitch软件所提供的协议转换模式中的一种就是Vswitch for FluidSIM andPLCSIM，利用该软件可以实现FluidSIM-H 与PLCSIM 的通信，但是DDE通信方式只适用于西门子PLC。

    THJDME-1型光机电一体化实训考核装置中选用三菱FX2N系列PLC为控制器，教学中采用对应的GX Works2为编程软件。GX Works2是三菱电机推出的三菱综合PLC编程软件，是专用于PLC设计、调试、维护的编程工具。该软件自带仿真器GX Simulator，与传统的GX Developer 软件相比，提高了功能及操作性能，变得更加容易使用。

    因此本系统的仿真，只能利用FluidSIM-P软件提供的DDE/OPC接口中的OPC通信方式来实现三菱编程软件GX Works2与气动仿真软件FluidSIM-P的联合调试。

    工业标准（OLE for Process Control，OPC）规范目前已得到工控领域硬件和软件制造商的承认和支持，包括OPC服务器和OPC客户端两部分。OPC服务器和客户端之间可以进行数据通信。

    目前市场上常用的OPC服务器有西门子PLC专用的PC Access，三菱PLC专业的MX OPC Server以及KEPware公司开发的几乎支持所有常见PLC设备的KEPServer软件等。以KEPServer为桥梁实现三菱PLC与FluidSIM-P的通信，必须具备实际的PLC装置，而MX OPC Server可以实现三菱仿真器GX Simulator与FluidSIM-P之间的通信，不需要PLC实物，能够真正地摆脱硬件的制约。因此在本课程中采用MX OPC Server作为OPC服务器。

    以MX OPCServer为OPC服务器，实现PLC与FluidSIM-P软件通信的过程为：MX OPCServer服务器读取FluidSIM-P软件中气动系统的按钮及传感器信号，然后将该信号写入GX Works2仿真器。GX Works2仿真器根据用户所编写的PLC程序决定输出状态，并将输出值写入MX OPCServer服务器以供FluidSIM-P软件读取。

    “机电设备安装与调试”课程中的4个任务均可以使用该方法进行仿真。

    4 结语

    将FluidSIM软件仿真引入“机电设备安装与调试”课程与GX Works2进行联合调试，仿真结果形象直观，可以确保方案的正确性。学生可以把有限的时间用在硬件的连接、调试及故障的排查上。教师可以通过检测仿真结果的方法来验证拓展任务方案的正确性。该措施极大地缩小了故障范围，减少了故障排查的时间，提高了教学效果。

    [参考文献]

    [1]朱红娟.项目化教学在“机电设安装与调试”课程中的应用研究[J].科技风，2015（10）：212.

    [2]林晨.结合FluidSIM软件与THPYC-1A型实训装置在液压与气压传动课程的教学[J].学术研究，2014（22）：284-286.

    [3]李现友.FluidSIM在液压与气动技术综合实训中的应用[J].包头职业技术学院学报，2013（4）：73-76.

    [4]卢志芳，於红梅.基于FluidSIM软件的液压传动系统仿真实训教学探讨[J].职业教育研究，2013（2）：168-171.

    [5]王晓辉.FluidSIM仿真技术及其在液压系统设计和性能分析中的应用[J].科技信息，2012（2）：143-145.

    [6]岳玉环.基于FluidSIM与PLCSIM液压控制系统的联合仿真[J].液压气动与密封，2012（6）：27-29.

    [7]霍览宇.一种基于OPC 技术的液压系统PLC 控制仿真方法[J].机床与液压，2012（7）：167-169.

    [8]郭联金，宋成艳.基于FluidSIM-H的剪板机液压系统设计及控制[J].机床与液压，2014 （20）：77-80.