都麗杰+張新華+劉志明+周素霞

摘要：為完善軌道車輛專業(yè)《卓越工程師》培訓(xùn)體系，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生具有工程師的研究能力與動(dòng)手能力，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)適用的軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐課程，以任務(wù)為導(dǎo)向，以工作組的方式，要求學(xué)生完成從方案設(shè)計(jì)到硬件系統(tǒng)搭建到軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試的全過(guò)程任務(wù)，充分發(fā)掘?qū)W生的自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造能力，真正具備卓越工程師的潛質(zhì)。

關(guān)鍵詞：軌道車輛裝備；控制系統(tǒng)；綜合實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0122-03

2012年國(guó)家基于提高工程技術(shù)人才競(jìng)爭(zhēng)力的需求，提出了《卓越工程師》培養(yǎng)體系，本校軌道車輛專業(yè)由于之前的悠久歷史、行業(yè)領(lǐng)先的業(yè)績(jī)有幸首批入選該體系中。

綜合實(shí)踐課程是培養(yǎng)卓越工程師的非常重要的環(huán)節(jié)與手段，故此軌道車輛專業(yè)在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃上增加了軌道車輛裝備綜合實(shí)踐、軌道車輛控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐、軌道車輛測(cè)試技術(shù)綜合實(shí)踐、軌道車輛設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐、軌道車輛制造與修理綜合實(shí)踐等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。軌道車輛技術(shù)的發(fā)展在近些年突飛猛進(jìn)，技術(shù)更新非?？欤郧暗膶?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)規(guī)程均不能很好地滿足綜合實(shí)踐的要求，因此開(kāi)發(fā)適用的綜合實(shí)踐課程內(nèi)容、研發(fā)適用的綜合實(shí)踐設(shè)備是擺在軌道車輛實(shí)驗(yàn)室面前的非常重要而緊迫的任務(wù)[1]。2015年學(xué)院自行開(kāi)發(fā)的一套完整的、在最大程度上保證實(shí)驗(yàn)原理高度一致的基于網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的現(xiàn)代軌道車輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，并已經(jīng)完成了2012級(jí)軌道車輛專業(yè)學(xué)生《軌道車輛裝備綜合實(shí)踐》（16學(xué)時(shí)）、《軌道車輛控制綜合實(shí)踐》（16學(xué)時(shí)）的教學(xué)任務(wù)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的動(dòng)手能力、編程能力、對(duì)元器件及設(shè)備的認(rèn)知都有了很大的提高[2]。

一、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐的目的

在此實(shí)踐訓(xùn)練中需要綜合應(yīng)用課堂所學(xué)基本理論和技術(shù)，應(yīng)用平時(shí)實(shí)驗(yàn)已掌握的軟硬件的基本設(shè)計(jì)、調(diào)試的方法，完成一個(gè)綜合了多種設(shè)計(jì)技術(shù)、具有一定實(shí)用背景的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)這一設(shè)計(jì)過(guò)程，使學(xué)生熟悉和掌握軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，加深對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

二、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐的要求

1.基本要求。學(xué)生應(yīng)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中完成一個(gè)軌道車輛裝備應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作，系統(tǒng)功能綜合調(diào)試，提交設(shè)計(jì)報(bào)告并完成系統(tǒng)功能演示。

2.階段任務(wù)與要求。（1）選題。學(xué)生自由組合成設(shè)計(jì)小組，選擇本實(shí)踐環(huán)節(jié)中給出的基本題目作為小組設(shè)計(jì)題目。（2）方案設(shè)計(jì)。學(xué)生圍繞小組的題目檢索收集資料，進(jìn)行調(diào)研，提出系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)方案。（3）軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。總體方案確定后，設(shè)計(jì)完成硬件電路原理圖，設(shè)計(jì)并連接好硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)完成軟件程序流程，并編寫出相應(yīng)的程序。完成軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)選題的設(shè)計(jì)功能。（4）設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫。學(xué)生根據(jù)本小組的題目及設(shè)計(jì)過(guò)程撰寫綜合實(shí)踐報(bào)告，陳述設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)工作原理，剖析解決問(wèn)題的方案、方法，畫出系統(tǒng)電路原理圖、程序流程圖；寫出調(diào)試結(jié)果及分析；附參考文獻(xiàn)。（5）答辯及演示。答辯內(nèi)容應(yīng)包括所設(shè)計(jì)題目的基本任務(wù)要求，系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，軟硬件系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試，系統(tǒng)功能演示、總結(jié)。

三、備選的工作任務(wù)

根據(jù)軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)的基本組成模塊，設(shè)計(jì)了五項(xiàng)任務(wù)，并制作綜合試驗(yàn)箱，準(zhǔn)備了相關(guān)的元器件、PC機(jī)及開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)采集卡等，學(xué)生可以自行選擇任一任務(wù)來(lái)完成。

1.空調(diào)器致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實(shí)踐[3]。（1）實(shí)踐目的。①掌握半導(dǎo)體致冷器、電磁繼電器、固態(tài)繼電器的工作原理及應(yīng)用方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸出程序設(shè)計(jì)原理及半導(dǎo)體致冷器的致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②實(shí)驗(yàn)用到的半導(dǎo)體致冷器、散熱片、散熱風(fēng)扇、電磁繼電器、固態(tài)繼電器、接線端子、面包板、導(dǎo)線。③PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個(gè)。（3）綜合實(shí)踐要求。本綜合實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一能夠根據(jù)用戶操作進(jìn)行空調(diào)器致冷/致熱功能轉(zhuǎn)換的控制裝置。該控制裝置要求如下[4]：①打開(kāi)空調(diào)器的同時(shí)，必須打開(kāi)通風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)，如通風(fēng)機(jī)未打開(kāi)，則空調(diào)器不能運(yùn)行。②打開(kāi)通風(fēng)機(jī)時(shí)可以不必使空調(diào)器投入運(yùn)行。③設(shè)置一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可由用戶進(jìn)行操作進(jìn)行空調(diào)器致冷/致熱/通風(fēng)功能轉(zhuǎn)換，根據(jù)空調(diào)器性能的要求，在從致冷工況向致熱工況或致熱工況向致冷工況轉(zhuǎn)換時(shí)在兩個(gè)工況之間必須自動(dòng)加入若干時(shí)間的延時(shí)，以保護(hù)設(shè)備。④根據(jù)空調(diào)致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）步驟。①仔細(xì)閱讀實(shí)踐要求，并依照要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。②按照已經(jīng)完成的電路圖對(duì)電路板進(jìn)行聯(lián)接。③編寫程序，按照實(shí)驗(yàn)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。（5）實(shí)踐報(bào)告。①寫出實(shí)踐內(nèi)容及要求；②畫出程序流程圖；③寫出程序清單，并加以注釋；④寫出程序執(zhí)行結(jié)果及調(diào)試過(guò)程。（6）系統(tǒng)電路圖（參考）。

2.供電網(wǎng)缺相故障檢測(cè)斷電控制實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握三相供電網(wǎng)缺相檢測(cè)工作原理及對(duì)應(yīng)處理方法；②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計(jì)原理及缺相檢測(cè)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個(gè)、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路板一塊。③三相變壓器（無(wú)中性線）、整流模塊、濾波電容、手動(dòng)開(kāi)關(guān)等。（3）實(shí)踐要求。本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相掉電時(shí)辨識(shí)缺失的相位信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：①在三相供電系統(tǒng)中無(wú)中性線，任意相掉電，檢測(cè)裝置應(yīng)能夠檢測(cè)出掉電的相位信息并同步斷電。②根據(jù)缺相檢測(cè)控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

3.設(shè)備供電線路接地故障檢測(cè)實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握設(shè)備供電線路接地故障檢測(cè)工作原理及對(duì)應(yīng)處理方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計(jì)原理及電路電流平衡檢測(cè)控制實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③三相變壓器（無(wú)中性線）、整流模塊、濾波電容、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、直流漏電流傳感器。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相供電線路故障接地時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：能夠在無(wú)漏電的情況下，無(wú)論電流多大，漏電指示裝置無(wú)動(dòng)作，用電設(shè)備的供電線路出現(xiàn)大于10mA漏電的情況下，迅速給出漏電信息并切斷供電線路的裝置。②根據(jù)供電線路故障接地檢測(cè)控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

4.直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器模擬輸出程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③直流電源與PWM調(diào)壓電源模塊/變頻器、直流電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、繼電器。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一個(gè)能夠通過(guò)控制軟件與相關(guān)硬件組成的調(diào)速控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)環(huán)調(diào)速控制[5]。該裝置要求如下：通過(guò)軟/硬操作面板上的控制開(kāi)關(guān)可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起停進(jìn)行控制，通過(guò)軟/硬操作面板上的調(diào)速旋鈕可對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。②根據(jù)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。

5.軌道車輛溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)綜合實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握溫度測(cè)試系統(tǒng)工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器采集模擬輸入程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③24V穩(wěn)壓電源、PT-100溫度傳感器、溫度變送器（4—20mA恒流輸出）、終端電阻，控制器（PLC或通用數(shù)據(jù)采集器）、半導(dǎo)體變溫系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)溫度表。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一以PT-100溫度傳感器為基礎(chǔ)的自動(dòng)溫度測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)要求如下：軸承的溫度測(cè)量范圍設(shè)定在0℃—100℃之間，車內(nèi)溫度的測(cè)量范圍設(shè)定在0℃—50℃之間，車外溫度測(cè)量范圍設(shè)定在-50℃—50℃之間，在顯示界面上顯示當(dāng)前測(cè)量溫度，測(cè)量數(shù)據(jù)以每5秒鐘的間隔存入硬盤，數(shù)據(jù)格式包括通道號(hào)（位置）、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)格式為電子報(bào)表格式，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修正）。②根據(jù)溫度測(cè)試系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試電路圖。

2014、2015年完成的綜合實(shí)踐課程已取得了良好的效果，學(xué)生對(duì)于系統(tǒng)的構(gòu)建、軟硬件知識(shí)和應(yīng)用都有了很大的提高，一部分學(xué)生對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了濃厚的興趣，綜合實(shí)踐課程取得了良好的效果。

在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2016年對(duì)綜合實(shí)踐的硬件準(zhǔn)備又進(jìn)行了系統(tǒng)化的改進(jìn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并制作了更為完善的綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)備作為實(shí)踐課程的基礎(chǔ)，學(xué)生可根據(jù)自己所選任務(wù)方向、小組所確定的方案設(shè)計(jì)自行選擇硬件模塊和備選元器件，來(lái)搭建自己的硬件環(huán)境。2016年14級(jí)軌道車輛在校生將會(huì)使用更為完善的教學(xué)設(shè)備完成綜合實(shí)踐課程，綜合實(shí)踐會(huì)成為培養(yǎng)卓越工程師的有效而有趣的課程。

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