机电控制仿真软件平台介绍-1

目 录

一、开发目的 2

二、开发平台介绍 2

1. 元器件库 3

2. 控制系统搭建平台 5

3. 控制对象库 6

三、机电一体化积件系统 7

1. 微软PPT——多媒体积件组合平台 7

2. 机电控制仿真软件——机电一体化专业的积件系统 8

四、配套应用程序 8

1. 教学资源管理器 9

2. 试题库管理系统 9

3. 练习程序和考核程序 10

4. 校园数字化教学资源网建设 10

五、项目成果案例展示 10

1、精品课程建设（立体化教材开发） 10

2、合作开发机电教学仿真实训软件 12

3、合作开发学校机电专业题库管理系统 13

六、开发需求 13

七、方案设计 13

八、合作切入点及知识产权 17

一、开发目的

为配合《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》关于加强职业教育基础能力建设的要求，按照《教育部 人力资源社会保障部 财政部关于实施国家中等职业教育改革发展示范学校建设计划的意见》（教职成[2010]9号）精神 ，实现机电自动化专业建设。

1，针对机电设备系统装调的实训装置基础上，定制开发仿真教学实训软件，以下暂命名为“学校专业教学仿真实训软件”，以仿真和实训相结合的手段，开展专业的教学活动，提高该课程的教学效果。

2，有效地提升学生对设备的认识和理解，利用仿真系统可以将设备按各功能模块逐个给学生讲解。对于学生要掌握的难的、疑点，可以通过仿真演示进行详细剖析。通过仿真系统可以给学生演示破坏性实验，加深学生对正确操作的认识。

3，利用仿真软件开展系统学习和仿真实操，可以更快地让学生熟悉硬件设备的操作，同时大大降低硬件设备的损耗，减少硬件设备的重复投入。

4，通过仿真软件的建设，可以提升学校信息化资源库的内容，给老师编写配套教材和教学课件提供丰富素材资源。

二、开发平台介绍

《机电控制仿真软件》是用于机电一体化及相关专业仿真实训软件，也是一个可以进行二次开发的工具平台，更是一个机电一体化专业的积件系统。《机电控制仿真软件》本体由一个元器件库、一个控制对象库和一个仿真工作区构成。

1. 元器件库

元器件库包含了大量的电路元器件、液压元器件和气动元器件。每个元器件都带有其参数特性。元器件库是一个开放性的库，用户可以使用本软件的工具添加同类不同参数特性、不同外形的元器件。

 电路元器件

电路元器件库中包含了一下各种类型的元器件：通用继电器、中间继电器、电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器、接触器、按钮开关、万能转换开关、熔断器、液位传感器、电磁阀、限位开关、固态继电器、刀开关、PLC、各种电源、控制变压器、桥式整流器、电磁吸盘、交通灯及各种灯具、数码管、各种电动机等。

PLC是其中一类重要电路元器件。目前，已经涵盖了欧姆龙、西门子和三菱系列PLC。本系统中提供了以上三种系列PLC部件的仿真程序编辑器。

PLC仿真编辑器

 液压元器件

液压元器件包含了各种动力元器件、控制元器件、执行元器件和各种接头。比如：动力元器件有各种液压泵；控制元器件有各种电磁式换向阀、液控式换向阀、手动换向阀、单向阀、调速阀、减压阀、压力继电器、溢流阀、节流阀、液压缸、行程阀等；执行元器件有各种液压缸和液压马达。

液压元器件图

 气动元器件

气动元器件与液压元器件类似。

2. 控制系统搭建平台

《机电控制仿真软件》的仿真工作区是一个控制系统的搭建平台。用户可以从元器件库中选择各种合适的元器件放入仿真工作区。然后，选择合适的导线或者管路将这些元器件搭建成一个控制系统。搭建完的控制可以在仿真工作区实现仿真运行。控制系统搭建平台有以下四项特点：

 随意搭建控制系统

控制系统可以随意搭建，不论元器件选型是否正确、不论链路是否正确，控制系统都会实现运行结果。对有对的结果、错有错的结果。

 实时检测

对于所搭建的控制系统，可以实时运行，并且可以使用各种仿真仪器仪表进行实时检测。这是由于本软件对所搭建的控制系统根据各元器件参数特性、导线参数特性和管路连接关系进行实时计算。并且，根据计算结果实现可视化结果。

实时检测

 PLC自由编程

本软件中提供了PLC元器件仿真程序编辑器。在这些编辑器中，用户可以自由进行PLC程序的编制。PLC灌入用户所编制的PLC程序后，PLC将对这些PLC程序进行指令解析并且运行。根据用户设计搭建的链路和编制的PLC程序以可视化形式真实直观地表现对应用对象的控制。

 机电混合搭建

所搭建的控制系统可以同时包含各种电路元器件、各种液压元器件和各种气动元器件，在同一个控制系统中既包含多个电路链路、液压链路和气动链路，是一个机电一体化的控制系统。

3. 控制对象库

我们将控制对象分为一般控制对象、普通机床和柔性生产线三大类。这些控制对象都是由一个平面或三维立体的图形所描述。所有控制对象都可以由用户自己搭建的控制系统进行控制运行。因此，控制对象使得所搭建的控制系统可视化了。

 一般控制对象

一般控制对象由一些教学过程中常用的控制对象组成。比如：小车、全自动洗衣机、输送带、交通信号灯、物料混合搅拌机、水塔、煤装卸设备、混凝土泵车、机械手等等。

交通信号灯

 普通机床

普通机床库包含了CA6150车床、X62W万能铣床、T68镗床、M7130平面磨床、Z3040摇臂钻床等。每台机床面板和手柄都可以操作，机床运动由机床操作手柄和机床电气电路控制。可以在机床电气电路上任意设置故障，故障可以是一个元器件某个故障引起，也可以是多个故障造成的。

万能铣床

 柔性生产线

柔性生产线包含亚龙235、亚龙335、天皇柔性生产线等。

三、机电一体化积件系统

积件系统由积件库和积件组合平台构成，近二十年来在教育技术领域愈来愈多地受到大家的关注。我们不对一般的、通用的积件系统进行理论上的探讨，只是希望通过十年时间打造一个相对实用的机电一体化专业的积件系统。并且，通过大量的示范校建设项目和精品课程建设逐步完善该积件系统。我们首先对微软PPT做个简单分析，然后提出一个机电一体化专业的积件系统设想。

1. 微软PPT——多媒体积件组合平台

众所周知，近二十年来，微软PPT在教学课件制作方面取得了广泛应用。在中青年教师中有了坚实的用户基础。由于PPT能够非常灵活地组合文字、图片、视频、音频、Flash动画等多媒体素材，微软PPT无疑是一个很好多媒体积件组合平台。

但是，微软并没有为我们去创建一个多媒体积件库，因为，这样的积件库使用对象范围太大了。微软更没有为我们去创建一个机电一体化专业积件系统，只是因为这样的积件系统过于专业化了。

2. 机电控制仿真软件——机电一体化专业的积件系统

如在机电控制仿真软件构成中叙述的，《机电控制仿真软件》实质上就是一个机电一体化专业的积件系统，元器件库就是一个积件库、仿真工作区就是一个积件组合平台。控制对象使得所搭建的控制系统可视化了，从而也成为积件组合平台的一部分。

微软PPT是一个开放系统，《机电控制仿真软件》包含了一个与PPT的接口程序。该接口程序可以方便地将机电控制仿真软件中的仿真工作区嵌入PPT。这样，在微软PPT基础上，我们进一步拓展这个多媒体积件组合平台使其成为我们所要的机电一体化专业的积件组合平台。

 理实一体化教材开发

《机电控制仿真软件》是一个机电一体化专业的积件系统，其不带有教学方法和教学思想，并且可以非常方便搭建所需要的控制系统。有了这样的机电一体化专业的积件系统，开发机电一体化专业的理实一体化教材就只是专业教师的事情了。

首先，我们在《机电控制仿真软件》元器件库中寻找PPT课件、PPT教案中所涉及的元器件，并且，在仿真工作区搭建控制系统。然后，将这些控制系统象在PPT中插入图片那样插入PPT。在这样制作的PPT中我们可以进行交互操作、可以进行系统搭建或者修改、可以进行检测和排故等等。因而，我们可以非常容易地将原有的PPT课件、PPT教案提升为理实一体化课件或教案。也可以利用《机电控制仿真软件》的元器件、控制对象搭建一个可视化的控制系统，并且利用PPT组建一个系列化的理实一体化教材。

 仿真实训项目开发

在《机电控制仿真软件》元器件库中选择合适的元器件，放入仿真工作区，用导线或者管路连接元器件就可以搭建各种机电控制系统。并且，在仿真工作区可以根据所选择的元器件的参数属性和导线或管路参数属性及构成的链路，实时计算控制系统的运行状况。因此，我们可以让学生在机电控制仿真软件中进行仿真实训。可以进行元器件的选型仿真实训，可以进行连线仿真实训，也可以进行控制设计及搭建仿真实训。我们可以通过对已经搭建的控制系统中的元器件参数属性进行修改，以制造出各种不同的系统故障。学生可以通过观察控制对象的运行结果，使用各种虚拟的仪器仪表进行检测，根据检测结果分析诊断出故障原因，并且修复。因此，我们可以非常容易开发制作大量仿真实训项目。

四、配套应用程序

《机电控制仿真软件》既是用于机电一体化及相关专业仿真实训软件，也是一个可以进行二次开发的工具平台，更是一个机电一体化专业的积件系统。该软件在机电一体化专业的示范校建设项目和精品课程建设项目中发挥着重要作用。为配合示范校建设项目和精品课程建设项目，我们配套了一下应用程序：

1. 教学资源管理器

教学资源管理器是一个B/S结构的Windows应用程序。该应用程序可以实现对在机电控制仿真软件的积件系统上开发出来的大量教学资源进行有效管理。其主要功能是对于大量教学资源进行分类、保存、修改、查阅、删除、备份、发布等服务。该应用程序可以对全校机电一体化专业教学资源使用权限进行有效管理。

机电教学资源管理器

2. 试题库管理系统

使用《机电控制仿真软件》开发的实训试题的量是巨大的，比如：一台普通机床的电气控制电路上设定几千个故障诊断试题是易如反掌的事，因为，只要对每个电气元器件上的故障点进行选定或对各根导线设定是否开路就可以了。因此，我们配套了一个试题库管理系统，其是按照国家题库建设规范开发的。即先设定考核知识点，按照考核知识点进行命题，然后对不同群体设定不同组卷模版，按照组卷模版进行计算机自动组卷。最后，对不同的群体配发该群体对应的组卷模版生成的试卷。

3. 练习程序和考核程序

每个学生可以通过练习程序和考核程序，完成试题库管理程序配发的练习卷和考核试卷。练习程序和考核程序将根据设定好的评判标准进行自动评判和打分。

4. 校园数字化教学资源网建设

《机电控制仿真软件》通过ActiveX插件可以将所搭建的控制系统可以方便地插入IE浏览器。从而使用《机电控制仿真软件》开发的教学资源天生就可以实现数字化教学的上网计划。

五、项目成果案例展示

1、精品课程建设（立体化教材开发）

1) 根据学校机电专业课程建设的要求和主干课程安排，在《机电控制仿真软件》平台上通过PPT接口程序编制各种以任务引领式的多样化的电子教案，打包成独立产品，可申请独立的产品版权。

2)根据编制的电子教案进行校本教材的开发以及实训指导书的编写，出版系列指导丛书。

这些教学手段改革正在打破理论教学和实训之间的界限，真正实现理实一体化教学目标。

●上海电子信息职业技术学院合作开发plc编程案例电子教案

●上海信息技术学校开发《机电电气控制线路接线与排故仿真软件》

2、合作开发机电教学仿真实训软件

结合学校的机电专业的特色，硬件设备的优势，根据学校的教学要求合作开发配套的教学仿真软件，实训教学理论和实践相结合。

●与湖南工业职业技术学院合作开发的《YLCS柔性自动化生产线实训仿真系统》

●与黄冈职业技术 学院合作开发《YLHG柔性自动化生产线实训仿真软件》

3、合作开发学校机电专业题库管理系统

利用《机电控制仿真软件》中的题材库，可以编制大量的仿真实训题目。将这些题目按照国家题库建设规范的要求存放到题库中，再按照各种要求组成各种练习卷或者考试卷，供学生在网上进行仿真实训操练和仿真考试。

六、开发需求

系统平台模拟真实实训中用到的实训器材和设备，提供与真实实训相似的实训环境，适用于远程教学轻松实现远程实训教学与管理，可支持多用户同时在线操作。

普通机床的维修（车床、铣床，磨床等）

电气及PLC技术（包括四层电梯控制）

模电数电

学校机电专业教学仿真软件

七、方案设计

整体软件形式：《电气自动化技术专业教学仿真实训软件》实际上也是一个资源库，它是以《机电控制仿真软件》为基础平台，该平台已经涵盖了本项目所需要的大量元器件。该平台上的PPT接口程序、题库管理程序、练习程序、考试程序完全符合本项目的使用要求。我们根据学校的具体需求进行以下几个方面的专项开发扩充，丰富《电气自动化技术专业教学仿真实训软件》以满足学校的需求。

1. 机床电气故障的排除，本项目将会对下列机床设备的仿真进行开发：CA6140车床、CA6150车床、T68卧式镗床、X62W万能铣床、Z3050钻床、M7130磨床、M1432A万能外圆磨床、3/15T桥式起重机。

机床电气故障排除开发方案：在机电平台建立各机床的三维模型及操作面板，后台可从元器件库内选择相应的电路元器件搭建机床的电气控制系统，通过将机床三维模型及控制面板上相关的输入及输出元器件与控制系统中的元器件做一对一的绑定，实现控制电路控制机床的运行；至于机床控制原理的体现，可在原理图接线模式选择电气控制符号搭建机床的电气控制原理图，通过原理图的运行学习机床的控制原理；在实物接线的控制系统中可对对元器件的属性任意的修改或是随机设置元器件及导线故障产生故障电路，学生可在故障电路中通过三维模型动作观察故障现象，在控制系统中通过观察分析，工具的测量等方法查找故障点并修复故障。

2. PLC技术：典型电动机控制实操，四节传送带控制，自动配料装车系统控制，十字路口交通灯控制，水塔水位控制，天塔之光控制，机械手控制，多种液体混合装置控制，数码管显示控制，音乐喷泉控制，抢答器控制，自动洗衣机控制，自动售机控制，四层电梯

比如：四层电梯开发方案：在机电平台内添加控制对象——四层电梯的场景，可在平台的元器件库内自由选择所需的电路元器件、PLC和传感器搭建电梯的PLC控制系统，编辑PLC控制程序，通过将场景中的相关元器件和控制系统中的元器件做一对一的绑定，实现对场景的动作的控制。

3、模电数电

（一）电路基础

项目一　认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律

项目二 合理设计电路中的电源

项目三 电流源损坏后的替代

项目四 设计小灯能获得最大功率

项目五 日光灯电路的安装

项目六 节能灯的制作

项目七 收音机中可变电容的选择

项目八 延时关灯电路

项目九 三相电源的连接

（二）模拟电子技术基础：

项目一：二极管限幅电路

知识要点：1．PN结（动画）P3

2．二极管单向导电性P4

知识应用：1．限幅（正、负、双向）

2．钳位（正、负、双向）

（动态演示输入输出的时序波形）

项目二：单级共射放大电路

知识要点：1．三极管的基本结构和类型

2．三极管的放大原理（动画）P8

3．放大电路三种组态

4．放大电路的静态分析

5．放大电路的动态分析P39

知识应用：单级共射放大电路

1．静态分析

动态表示Q点不同的位置会产生不同失真P40

2．动态分析

动态表示各点时序波形

项目三：两级共射RC耦合放大电路

知识要点： 1．阻容耦合和直接耦合

2．耦合电容、旁路电容

3．负反馈

知识应用：两级共射RC耦合电路

动态表示各点波形

项目四：两级阻容耦合放大电路

知识要点：射极输出器的特点

知识应用：两级阻容耦合放大电路

动态表示各点波形

项目五：OTL功率放大电路

知识要点：1．功放的特点

2．功放的工作状态

3．最大输出功率

知识应用：OTL互补对称功放

无V1、V2时动态表示各点波形

有V1、V2时动态表示各点波形

项目六：RC桥式正弦波振荡电路

知识要点： 1．理想运放的特点

2．电压比较器

3．正反馈

知识应用：正弦波振荡电路

项目七：晶体管稳压电路

知识要点： 1．整流（二极管）

2．滤波（电容）

3．稳压（稳压管）

知识应用： 晶体管稳压电路

调节RP动态表示各点波形

项目八：可调式正负稳压电源电路

知识要点：W系列可调集成稳压器特点

知识应用：可调式正负稳压电源电路

调节RP1和RP2动态表示各点波形

项目九：78/79系列正负稳压电源电路

知识要点：W系列固定式集成稳压器特点

知识应用：固定式正负稳压电源电路

W7800系列

W7900系列

动态表示各点波形

项目十：单结晶体管触发器电路

知识要点：1．单结晶体管的特点

（动态表示工作过程）

2．二极管的各种作用

知识应用：单结晶体管触发电路

调节RP动态表示各点波形，这里没有滤波

项目十一：晶闸管调光电路

知识要点：晶闸管的特点

（动态表示工作过程）

知识应用：晶闸管调光电路

调节RP动态表示各点波形

注意：这里没有滤波

项目十二：晶闸管延时电路

知识要点：中间继电器

知识应用：晶闸管延时电路

调节RP动态表示各点波形，

以及能够捕捉住小灯发生跳变的状态

（三）数字电路

案例一 三人表决电路

案例二 数码管的显示

案例三 集成计数器

案例四 555定时器

4、学校机电专业教学仿真软件

整体软件形式：《学校机电专业教学仿真软件》实际上也是一个资源库，它是以《机电控制仿真软件》为基础平台，该平台已经涵盖了本项目所需要的大量元器件。该平台上的PPT接口程序、题库管理程序、练习程序、考试程序完全符合本项目的使用要求。我们根据学校的具体需求进行专项开发扩充，丰富《学校机电专业教学仿真软件》以满足学校的需求，形成一个具有学校特色的教学仿真软件。

八、合作切入点及知识产权

学校在上海合作开发此软件建设过程中，教育者和受教育者无疑是教学方法、教学思想的唯一提供者，企业是不应该，也是完全不可能去替代的。工具平台的开发，则应是企业的任务。我们认为，在示范校建设项目或者精品课程建设项目的教学资源建设中，校企合作模式应该是由企业提供教学资源建设的工具平台，学校可以在该工具平台上非常方便地根据自己教育思想和教育方法编制各种教学资源。通俗地讲，企业应该提供一个“Office Word”，学校使用这个“Office Word”去写自己的文章。这个“Office Word”就是校企成功合作的切入点。

在这种合作模式下，合作双方的知识产权问题就迎刃而解了。工具平台由企业开发，并且提供给学校使用，工具平台版权理应归开发企业。在这工具平台上编制的带有教学思想和教学方法的教学资源版权理应归属于学校。开发完成后，学校可以以主要著作人名义向国家版权局申请版权，作为学校科研成果，或申报精品课程，上海应给予全面支持。

河南聚合科技有限公司

王路宽

E-MAIL:wanglukuan@126.com

电话：138********

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/b9b93d73647d27284b735188.html