面向应用型人才培养的毕业设计课程创新实践

罗艳蕾

摘要：在指导学生毕业设计过程中，充分利用实验室的实验设备和软件，使学生熟练掌握系统设计、编程、仿真、控制、绘图等技能，通过毕业设计这一实践环节，不仅培养了学生综合运用四年所学理论知识的能力，而且培养了学生的实际动手能力和创新能力。

关键词：应用型人才;毕业设计;培养;创新;实践

中图分类号：G642     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）19-0123-02

一、引言

贵州大学机械工程学院机电传动与控制实验室拥有一套综合实验设备，包括液压实验台、气动实验台以及相关配套的外围仪器、电子元件和仿真软件。基于此实验台可以完成机电传动与控制专业的本科生相关课程的实验教学、课程设计和毕业设计等实验与实践教学环节。实验和实践内容涉及许多基础理论知识和专业知识，课程包括电工与电子技术、液压传动、气压传动、机电一体化原理与控制、液压传动系统、液压控制系统、传感器原理及应用、机电传动与控制、PLC原理及应用以及计算机相关语言及操作系统等。机电传动与控制专业的学生可利用该实验台完成毕业设计：设计液压控制系统或气压控制系统;设计电气控制回路并编制控制程序;设计控制系统动作仿真;动手搭建实际控制系统等，在此过程中，借助计算机辅助设计的功能，利用FluidSIM、AutoCAD、SolidWorks等软件完成控制程序编制、回路动作仿真以及系统图、装配图和非标零件图的绘制等设计内容。

二、毕业设计指导实例分析

以毕业设计题目“液压自动顺序控制系统的设计”为例，叙述如何对毕业设计进行创新性指导。

1.明确设计对象。液压顺序控制回路是实现多个执行元件依次动作的液压控制回路，是液压回路中较为典型的一种控制回路，是液压系统的一个重要的应用领域。液压顺序控制回路在工业生产中应用相当广泛，如在自动化生产线中的分拣装置、传送装置、提升装置、进给装置、加工装置和装配装置中均可采用不同形式的液压顺序控制;在薄板压力机、拉床、注塑成型机、自动机床刀架等机械中也采用各种形式的液压顺序控制系统。

液压自动顺序控制是在顺序控制液压回路的基础上，采用液压元件、电器控制元件及PLC控制器等实现系统的自动控制。按执行元件液压缸的数量不同，液压自动顺序控制分为双缸控制、三缸控制及多缸控制。按采用控制元件的不同分为液压元件控制、电器元件控制、PLC控制及计算机控制等形式。按控制方法不同，分为压力控制、行程控制和时间控制。在压力控制顺序动作回路中，可分为用负载压力自动控制液压缸顺序动作的回路、用顺序阀的顺序动作回路及用压力继电器的顺序动作回路等，用压力控制的顺序回路，由于管路中的压力冲击，会使后一行程的液压缸产生先动现象，特别是对多缸的顺序动作，有时无法安排各个压力顺序的调定压力，所以对顺序要求严格或多缸的液压系统，用压力控制方式效果不理想，一般宜采用行程控制方式。在行程控制顺序动作回路中，可分为用行程阀的顺序动作回路、用行程开关的顺序动作回路、用顺序缸的顺序动作回路及用位置传感器检测实现的顺序动作回路等，采用顺序缸控制的顺序回路，一旦设计完成，其动作顺序和行程位置均无法改变。在时间控制顺序动作回路中，可分为用延时阀的顺序动作的回路、用时间继电器实现的顺序动作回路及PLC编程实现时间延时的顺序动作回路等，用延时阀实现的顺序动作回路，调节不准，一般用得较少。在液压自动顺序控制系统中，双液压缸顺序控制是最为典型的顺序控制，在双液压缸作用下可以实现多个位置控制，每个液压缸可以有一个位置量，也可以有多个位置量。本毕业设计题目要求设计双液压缸液压顺序控制回路，控制方式为行程控制和时间控制相结合的方式，设计两个位置量的情况，用位置传感器进行位置信号的采集，并进行继电器控制回路的设计和PLC控制回路的设计。设计出的顺序动作回路，不仅可以实现自动控制，而且在液压系统不变的情况下，只需修改设计的控制程序，可以对控制的行程、控制时间进行调整和修改。

2.明确顺序动作要求。对双液压缸顺序控制，回路有以下三种方式。

（1）A缸推出→A缸停留→B缸推出→B缸停留→A缸返回→A缸停留→B缸返回→B缸停留

（2）A缸推出→A缸停留→B缸推出→B缸停留→B缸返回→B缸停留→A缸返回→A缸停留

（3）B缸停留→A缸推出→A缸停留→A缸返回→A缸停留→B缸推出→B缸停留→B缸返回

3.明确控制方式和要求。采用行程和时间控制相结合的自动控制方式，分别设计继电器控制系统和PLC控制系统。

三、设计过程

1.液压控制回路的设计。首先，要求学生自行设计液压双缸自动顺序控制的液压控制回路，包括选择所有的液压元件和电器元件。让学生根据毕业设计任务书的要求，认真做好液压系统回路的计算，根据计算的结果，选择元器件。最后完成完整的顺序动作液压系统回路图的绘制，液压回路方案不是唯一的。

2.继电器控制回路设计及元器件的选择。根据任务书的控制要求、控制形式和控制方式，设计出电气回路的程序控制。在设计过程中，让学生学习实验台配套的液压仿真软件FluidSIM，并会利用该软件进行控制回路和电气控制系统的设计。基于FluidSIM界面，根据气动回路和控制要求，绘制出液压控制回路和电气控制回路。设计控制回路时，该软件还可以检查回路图结构的正确性。由于该软件中的元件参数的调节范围与工业生产实际设备完全一致，所以可对设计的回路进行准确的系统模拟，同时可不断对电气回路进行优化，使电气回路最简单、最合理地实现控制要求，达到最佳控制。在这个过程中，涉及到基础理论和专业知识，包括液压传动与控制、电气技术、机电传动与控制以及计算机仿真等，通过不断反复修改和设计，使学生把所学的知识联系在一起，每个同学的设计方案、程序及其结果均可以不同。endprint

3.继电器控制实验回路的搭建。在液压仿真软件FluidSIM中完成液压回路和电气回路后，就可在Festo实验台上进行液压回路和继电器电气控制回路的搭建。这个过程使学生认识具体的液压元件、电气控制元件等，并选择所需的部件，完成毕业设计的实际接线工作和动作的检验，学生在实践中完善自己的知识结构。这个过程较复杂，可以根据以下两个步骤完成控制回路的搭建。（1）认识实验台和实验设备的工作原理和使用，认识实验台液压元件、电气元件的使用规则。如红线用于+24V，蓝线用于接地线，而黑线用于控制信号线。当学生充分地认识这些规则后，在后面进行复杂的电气回路接线时，就能方便地检查可能出现的故障。（2）让学生由简单到复杂地完成毕业设计的电气实验回路的搭建，由单缸到双缸或多缸，由半自动控制到全自动控制、由液压控制到液压电气控制等，让学生逐步完成电气控制回路的设计。

4.PLC控制回路的设计及元器件的选择。（1）PLC控制回路的设计。学生完成液压回路和电气回路设计，并按控制要求实现PLC的控制。实验室有西门子公司的S7-300型号的PLC，首先让学生基于可编程控制原理及应用课程中所学到的知识，学习S7-300PLC的编程环境、编程语言，了解PLC控制的特点，并学会将其下载到PLC中进行运行。在学习过程中，让学生了解PLC与继电器控制的不同，并将两者作一个对比，细心体会它们的优缺点，更有利于学生对这两个知识点的掌握。根据设计的功能和考虑问题的全面与否，每个同学可设计出不同的PLC控制的LAD图，最终实现设计任务书的要求。（2）PLC元器件的选择。实验时的PLC控制电气元件以及传感器等是实验室提供的，在实际生产中，可以根据实际生产情况通过网络、联系生产厂家、设计手册等途经进行控制电气元件和传感器的选择，在选择具体元气件时，注意其功能、型号、应用范围以及成本等方面的要求。

5.PLC控制实验回路的搭建。PLC控制实验回路的搭建与继电器控制回路的搭建有共同相似的部分，区分它们的不同点，主要注意PLC控制的地址分配应与设计的程序相对应，位置传感器采集信号转换为电信号后输入电气控制元件的接线部分不要错。

四、计算机辅助设计功能的利用

在上述设计过程中的许多方面，都需要借助计算机才能完成。如控制程序的编制、动作的仿真、系统图的绘制等。同时毕业设计的最后一项，需要学生完成非标件的设计，非标件包括液压缸、溢流阀、换向阀、节流阀、油箱等，考虑设计的工作量，每个学生可任意分配一个非标液压元件进行设计，设计内容包括结构设计和计算，绘制装配图和对应的所有零件图，在这方面，训练学生利用AutoCAD、SolidWorks等软件进行辅助设计，充分锻炼学生应用计算机进行绘图、计算的能力。

五、结论

通过上面的几个步骤，学生就可以掌握利用先进实验设备和计算机辅助设计功能，完成相应的毕业设计任务。学生通过四年的系统学习，在掌握本专业的基础知识和专业知识的基础上，利用实验设备和相关软件为学生提供的综合实验和设计场所，通过综合性的毕业设计实践环节的教学，把所学的各门基础理论知识和专业知识结合起来，建立起综合性知识结构，使学生对所学的知识达到灵活掌握和融会贯通。同时，通过实际实验控制回路的设计、计算、仿真、搭建，不仅锻炼了学生的实际动手能力，而且还培养了学生的创新能力，使学生能够把实际学到的知识得心应手地进行综合运用，培养学生成为高素质应用型人才。

参考文献：

[1]吴振顺.气压传动与控制[M].哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]官忠范.液压传动系统[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]吴建平.传感器原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2012.

[4]冯清秀，邓星钟.机电传动与控制[M].第五版.湖北：华中科技大学出版社，2011.endprint