模擬仿真機在《礦山機械設備電氣控制》中的應用

楊金芳

（寧夏工業職業學院,寧夏銀川,753000）

模擬仿真機在《礦山機械設備電氣控制》中的應用

楊金芳

（寧夏工業職業學院,寧夏銀川,753000）

以仿真的工作環境為平臺進行各種相關的實踐教學，從而可以面向崗位、銜接專業、突出能力、強調實效，也體現了先進的教學理念。在實踐教學中，利用傳統教學與模擬仿真機相結合，降低學習難度，激發學生的學習興趣。將《礦山機械設備電氣控制》課程內容與模擬仿真機融為一體，采用“教-學-做”一體的教學模式，注重能力的訓練，為企業培養出高技能專業人才奠定了良好的基礎。

實踐教學;模擬仿真機;教學做一體

《礦山機械設備電氣控制》是礦山機電專業的一門必修的專業核心課程。是培養面向礦山機械等設備的電氣操作、運行、維修維護等機電崗位的專業課程，具有很強的知識性、技能性和實踐性。學生通過對本課程的學習，可以掌握煤礦大型生產設備電氣控制部分的運行管理、維護檢修的管理、維護檢修的理論知識和專業技能，成為煤礦礦山機械等設備的電氣操作、運行、維修維護崗位（群）所需要的高技能應用型人才。

《礦山機械設備電氣控制》總課時為184,分兩個學期完成．理論課時為92,實踐課時為92,理論與實踐的比例為1:1, 符合教育部高職高專人才培養目標。

該課程主要是針對煤礦井下大型機電設備如提升機、采煤機、掘進機電氣控制部分的安裝、調試、故障診斷、檢修維護而設置的，對于這些大型機電設備在實際工作現場由于不能拆裝、基于安全、工位的限制，實訓效果較差。為了實現對煤礦井下主要大型機電設備電氣控制部分教學內容的安裝、調試、故障診斷、檢修維護技能的教與學，模擬仿真機就起了比較突出的作用。

它能夠以仿真的工作環境為平臺進行各種相關的實踐教學，從而可以面向崗位、銜接專業、突出能力、強調實效，也體現了先進的教學理念。在實踐教學中，安排有課內實訓、集中實訓、仿真實訓、車間實訓和定崗實習，課程體現了能力的遞進。模擬仿真機就是利用傳統教學與模擬仿真機相結合，降低學習難度，激發學生的學習興趣。將《礦山機械設備電氣控制》課程內容與模擬仿真機融為一體，采用“教-學-做”一體的教學模式，注重能力的訓練，為企業培養出高技能專業人才奠定了良好的基礎，同時為學生定崗實習打下堅實的基礎。通過改革前后教學效果對比，論證了教學改革的必要性和有效性。

虛擬的仿真實訓模式，是虛擬仿真技術更高層次的應用，是對多媒體技術應用的全新詮釋，這種先進的、安全的、經濟的、低碳節能的教學模式將成為未來煤礦從業人員實操訓練的主流模式。

為了提高教學水平，我們學院組建了一體化仿真機實訓室——采掘模擬實訓室。采掘模擬實訓室現有模擬設備如HLTSJ-AD型模擬提升機、HLCM-001型模擬采煤機和HLJJJ-A型模擬掘進機各五臺。每一種模擬設備都包括硬件系統和軟件系統。硬件系統包括教學儀器機體、控制系統、顯示系統及電腦主機設備等；軟件系統包括機械拆解、基礎知識、入門教學、視頻教學、場景互動教學、機械構造以及理論考試等功能模塊，入門教學包括基礎知識、視頻教學，場景教學包括手動操作、自動操作、實操考核、常見故障處理，機械構造主要是構造演示。學生在實驗室的模擬機上，通過自己操作，可以進入到基礎知識頁面學習提升機、采煤機、掘進機的理論知識，進到常見故障場景頁面練習，還可以進到考核操作場景進行實際操作演練。在這里既有理論知識的學習和考核，又有實操的訓練和豐富的多媒體知識，使學生的學習既有深度、又有廣度。對適應高危行業的煤礦生產工作，特別是高技能復合型的人才培養的教學，在一定很大程度上滿足了課程實踐內容要求。下面就幾個主要方面具體談談：

1 模擬仿真機能實現的教學內容

1.1 模擬仿真機的入門教學

為了了解提升機、采煤機和掘進機的基礎知識等，可以進入模擬仿真機的入門教學。模擬仿真機入門教學包括基礎知識、視頻教學。基礎知識內容主要是提升機、采煤機和掘進機的基礎教學資料，教師針對實際設備進行操作演示、原理講解，重點地方提醒學生注意。

通過模擬仿真機入門學習，學生可以掌握提升機、采煤機和掘進機的基礎知識，為之后的虛擬訓練奠定良好的基礎。而視頻教學詳細介紹了提升機、采煤機和掘進機操作過程中的細節部分，讓學生對提升機、采煤機和掘進機的整個操作過程有一個全面的認識。

1.2 模擬仿真機的機械構造

為了了解提升機、采煤機和掘進機的零部件，可以進入模擬仿真機的構造場景，通過對提升機、采煤機和掘進機零件進行拆解向學生展示提升機、采煤機和掘進機的具體構造以及各部分的功能，學生可以采用多個視角，定向查看每個操作情況，有利于實際操作時因視角缺陷而造成的操作失誤，使學生對提升機、采煤機和掘進機有一個全面的認識、對每個操作細節有更深層次的了解。而部件的拆解過程是在全自動化狀態下完成的。

1.3 模擬仿真機的場景教學：

場景教學模塊分為手動操作、半自動操作、常見故障處理、實操考核四個子場景模塊，讓學生可以在模擬真實的實際工作環境下進行學習。

1.3.1 手動操作和半自動操作：

為了進行提升機、采煤機和掘進機的操作，可以進入手動操作和半自動操作場景．在手動操作和半自動操作場景，首先執行的是設備檢查流程，接著執行開機流程，學習者按提示操作完畢后進入手動開車訓練，通過手動操作，可以體會真實設備的操作環境，通過操作實現對井下現場真實環境內設備的人機聯運控制作業，了解各種設備的電氣控制原理及操作方法，解決實機教學高昂的機器損耗費用，同時將顛覆常規缺乏實際操作的黑板口授、多媒體點播的教學手段，創新的將井下提升機、采煤機和掘進機等各種設備的實操訓練，搬到地面，系統虛擬再現生產環境，對煤礦安全生產、講授專業課程有十分重要的意義。

1.3.2 常見故障處理：

在生產實際中，由于井下電氣設備如提升機、采煤機和掘進機的特殊工作條件，煤礦井下的空氣中含有瓦斯和煤塵、空間狹小、冒頂和片幫事故、潮濕、產生雜散電流、電氣設備移動頻繁負荷變化較大容易過負荷、出現漏電和短路事故以及其他方面原因，因此電氣設備很容易發生電氣故障和機械故障，而故障的原因多種多樣，為了了解電氣設備的故障類型以及處理的辦法，進入常見故障場景。此場景模擬提升機、采煤機和掘進機運行過程中遇到的各種故障，使學生掌握故障的類型和處理的應對方法。通過軟件可人為設置電氣故障，如采煤機變頻器過熱保護，采煤機在運行中通過軟件設置參數，使得當變頻器內部溫度超過+85 ℃時，PLC 發出警告信號或斷開變頻器的電源，起到過熱保護的作用。又如提升機進入正常運行時，發生超速，通過軟件設備參數，可以在提升機等速運行過程中當速度超過規定速度的15%時自動斷開電路起到過速保護作用。通過反復練習，加深學生對電氣控制原理的理解，提高學生對各種電氣控制故障的處理方法。

1.3.3 實操考核：

學生綜合掌握了提升機、采煤機和掘進機的基礎知識、實際操作、故障的分析和處理后，就可以對學生進行實操考核。通過實操考核，使學生對提升機、采煤機和掘進機的操作有一個整體的認識，增強學生的動手能力和隨機應變的能力，由于可以對學生的操作進行考核與糾錯，加深了學生對操作的掌握。考核內容的流程依次為開機－設備檢查－操作－關機。

2 模擬仿真機在課程中訓練的實施過程

在模擬仿真訓練的實施過程中，教師根據教學內容和教學目標以任務單的形式將本次課的任務和要求下達給學生，學生以組為單位進行任務實施計劃和方案的制定。根據任務要求，學生先認識設備上的各個零部件的作用，然后自己去觀察、思考、記錄，根據各零部件的作用和使用方法，教師一邊演示、一邊講授；學生一邊學習、一邊模仿試做來獲取知識，提升自身能力，一步一步完成模擬任務。在模仿試做過程中各小組成員之間相互討論，相互協作，完成對設備的認識、操作、維護、檢測、拆卸、組裝和常見電氣故障處理。通過這些內容的模擬訓練，

第一：可以提高學生的思維能力、判斷能力。

第二：可以在教學中隨時控制教學過程和速度，并可進行反復訓練，是訓練學生的實踐能力和測試學生處理故障的有效途徑，并為學生較早接觸電氣設備提供機會和條件。

第三：可以提高學生的實踐操作能力、故障診斷處理能力，激發學生的學習熱情和潛力，使他們能夠運用實際理論知識較快地掌握生產實踐規律，并有利于學生職業道德和行為規范的養成。第四可以培養學生的學習興趣，強化了團隊合作精神。而學生在地面即可模擬操作井下工作，由于真實地模擬了生產環境，加深了學生對操作感覺的體會，實現了理論與實踐教學的統一。

第四：在課程教學中由于將職業資格考證融入該課程體系和教學計劃中，實現“課證互融、技證合一”。

3 傳統實訓與模擬仿真機實訓的對比

3.1 能力遞進的對比

傳統的實訓教學是通過圖片、音頻、視頻等的方式進行的，通過仿真的實訓可以將課程內碎片化的實訓內容通過模擬仿真系統達到了完整，而且模擬仿真機可以對車間和定崗實習的實體設備不能解決的重復拆卸起到了補充、模擬仿真機實訓遵循職業能力的培養是一個由淺入深、由簡單到復雜、由局部到整體、由生硬到熟練再到自如的遞進規律。模擬仿真實踐教學可以幫助學生盡快熟悉操作流程、操作方法以及各類電氣故障處理，同時可對工作中各種情況進行模擬，比真實的實習活動更加靈活，由于學生可以反復進行訓練，學生的能力得以提高。

3.2 教學效果的對比

傳統實訓項目存在著機電設備在實際工作現場不能拆裝、安全、工位的限制，實訓效果較差；傳統實訓項目也存在著技術、設備革新周期長，無法緊跟社會發展需求；直觀性差，特別是大型部件、設備；在一些設備原理教學上，分解困難低；學生只能直觀地進行學習，教學效果較差。但模擬仿真實踐教學雖然不能代替真實工作中的實際設備進行技能訓練，但可以縮短實際動手訓練的時間，提高訓練效率與效果，同時把課堂上難以理解的專業理論知識加以反復學習，通過可操作性的實訓完成課程教學任務，獲得相當好的教學效果。

3.3 實訓成本的對比

傳統實訓大多為“一對一”的教學模式，大大增加了培訓投資，且無法同時進行多人培訓，降低了培訓效率，而學生實際操作又容易出現失誤，出現安全隱患，造成人身傷亡，導致機器磨損，產生大量的維護維修費用，造成經濟損失。利用模擬仿真機進行實訓，可以節約成本，同時為學生盡快投入生產工作節約了培訓時間，間接的節省了經費和資金投入，增加效益。利用模擬仿真機進行電氣故障的排除和實際操作訓練，可以實現學生在理論與實踐之間的無縫鏈接，使學生學習周期明顯縮短，能很快適應工作環境，也顯著減少新員工的誤操作所導致的事故隱患。

模擬仿真機在《礦山機械設備電氣控制》課程中的應用，極大的提升了課程的實訓效果，對其它專業課程實訓內容的展開提供了教學思路，同時也為為提升機、采煤機和掘進機司機崗前培訓也提供了有效的途徑和方法，對課程的教學也提供了教學思路。模擬仿真機在專業課程實踐教學中的應用，是目前比較先進的教學手段和方法，在其他的領域也具有借鑒價值。

[1] 曾強,電工電子專業模塊式一體化教學的實踐J職業教育研究。

[2] 徐紅年,教師企業實踐對教學質量的改善33中國市場

楊金芳,寧夏工業職業學院教師,主攻:電機與電力拖動;礦山機械設備電氣控制

The analog simulators in the application of the mining machinery equipment electrical control

Yang Jinfang
(Ningxia industry vocational college Ningxia yinchuan,753000)

Based on the simulation of the working environment as a platform for practice teaching of various related to jobs and join professional and outstanding ability,emphasize the actual effect,also reflected the advanced teaching idea.In the practice teaching,the use of traditional teaching combined with the analog simulators,reduce the difficulty of learning,stimulate students'interest in learning.

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