机电一体化的理解大全11篇

机电一体化的理解篇（1）

机电一体化技术系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成。而电梯可以分为系统即曳引系统、导向系统、轿厢系统、门系统、平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统。两者的相关技术基础是相同的，有机械技术、传感技术、接口技术、伺服驱动技术及信息处理技术和自动控制技术。因此，电梯作为《机电一体化技术》一体化教学项目有着共同的技术基础。

二、教学侧重的不同点

《机电一体化技术》课程作为机电类专业学生的专业课程在各大本专科院校均有开设。是本科机械设计制造及其自动化、高职机电一体化专业的必修课程，开设范围广。课程旨在让学生了解相关技术的基础上学习系统论、信息论和控制论三大理论体系，掌握机电一体化产品的系统设计能力和系统分析的能力。然而，从解决电梯人才缺口而对电梯的学习的教学计划来看，我们需要让学生了解电梯的结构与各大功能系统的同时，还要掌握电梯日常运行的维护和管理的相关知识。为此，在侧重点上有所不同，为此对于课程的设置上带来了一定的困难，所以要有所取舍。

三、解决方案的探讨

首先，技术对应。现行的专业教材上多用CNC机床（计算机数控机床）作为教学的案例，其优点在于CNC机床是典型的机电一体化产品。满足《机电一体化技术》中所提及的技术基础及功能要素。从技术基础来看，《机电一体化技术》所讨论的技术基础在电梯这个典型的机电一体化设备上都能找到。在这一点上为电梯作为机电一体化技术的教学内容提供了可能。对此，可以将电梯的各大系统和机电一体化技术的组成系统根据技术基础的一致性做一一对应的融合。此外，完整课程体系。介于课程重点在于机电一体化技术，所以课程上必定有一个关于《机电一体化技术》的完整课程体系。课程定位为让学生掌握电梯这种典型的机电一体化产品的系统设计能力和系统分析的能力，通过理论的学习和电梯的动手拆装，让学生通过本课程的学习后达到举一反三的效果。同时尽量加入电梯日常运行的维护和管理的相关知识。

四、课程优点

该种课程的优点有三方面。首先，让更多机电类专业的学生通过学习《机电一体化技术》课程的时候了解电梯，吸引更多优秀的人才继续学习进入电梯这个行业，解决电梯行业人员缺口的问题。其次，将学生熟悉的电梯设备作为教学案例给学生讲述机电一体化技术，能更好地增强学生的学习兴趣。最后，通过电梯各大系统理论知识的拆分和系统技术的学习，学生可以将理论的知识通过对电梯动手的组装和维修得到强化。让学生在学中做、做中学，两门课程最后融合成一门课程，增加了知识的内容，却减少了学习的时间和难度。

五、推广难点

从技术理论上看，电梯和机电一体化技术的技术基础是相通的，但是电梯作为《机电一体化技术》的教学项目在各大高校开展起来还有一定的难度。主要有师资和教学设备两个方面的问题。一方面高校专业教师大多没有电梯行业工作的经验，缺乏专业的团队针对性的进行课程的开发，完整课程开发的难度较大。另外一方面，鉴于电梯行业属于高危行业，普通电梯不太适合教学的使用。为了适应教学的需要，需要建设专业的电梯教学设备，这些技术上和经济上的困难是电梯作为机电一体化教学项目推广困难的关键因素。

机电一体化的理解篇（2）

（①贵州遵义师范学院，遵义563002；②云南省交通运输厅工程造价管理局，昆明 650031）

（①Zunyi Normal College，Zunyi 563002，China；②Yunnan Communication Department Project Cost Management Bureau，Kunming 650031，China）

摘要：高级氧化技术是有机污染物处理的重要技术，而电化学氧化法是有机物降解中最理想的方法之一。本文研究了氯离子的存在环境下，苯酚在不同氧化物涂层的阳极上所发生电化学降解过程的分析，深入探讨氧化法降解有机物质中氯离子的作用。

Abstract: Advanced oxidation treatment is an important technology of organic pollutants, and electrochemical oxidation method is one of the best in organic matter degradation. In this paper, under the presence of chloridion, the electrochemical degradation process of phenol in different anodic oxide coating is analyzed to investigate the discuss the role of chloridion in degradation of organic matter.

关键词：氯离子 苯酚电化学氧化 降解 影响

Key words: chloridion；phenol electrochemical oxidation；degradation；infulence

中图分类号：O6文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）27-0294-02

1电化学法降解概述

当前，处理生物降解有机污染物的重要方法是高级氧化技术，这其中电化学氧化法是最有效的有机物降解的方法之一，电化学氧化法具有操作简单和高效率的降解的特点，这使得电化学氧化降解在有机废水处理方面有着极为广阔的前景。在电化学氧化过程中，通过直接电氧化或间接电氧化降解污染物。其中，直接电氧化是指吸附在阳极表面的污染物通过电子转移发生氧化降解反应。而间接电解氧化则是指通过电生成活性氯等强氧化物质，使污染物在阳极表面或溶液中被氧化降解。

最近几年，间接电化学氧化法已经被成功的应用于多种废水处理过程中，但是，对于一些成分复杂的有机废水，特别是难生物降解的有机废水还是缺乏具体的了解。很多情况下，水中有机污染物的电化学降解的过程是很复杂的娥，通常是直接和间接电氧化同时发生，其处理的效果与电极材料、溶液组成以及电流的大小有着直接的关联。例如，金属氧化物电极的过电位通常是比金属电极高，尤其是一些半导体材料，它们具备良好的光电催化性能，十分有利于・OH自由基的产生。处理含酚废水时产生的大量的・OH自由基快速的攻击苯环，使得酚类通过间接氧化降解。基于此，目前在电化学处理含酚废水时一般采用PbO2，TiO2，RuO2和SbO2等电极。在酸性条件下，复合金属氧化物电极（如TiO2一RuO2一IrO2）为阳极电解工业含酚废水，以NaCl作为电解质时的处理效果很好，但在处理后期仍有部分有机氯化物残留。使用PbO2和Bi―PbO2电极处理高浓度含酚废水时，在高电流密度（100mA／cm2）、高NaCl浓度和碱性条件下，酚去除率基本接近100％，而且化学需氧量（COD）转化率业高达90％多。大多数工业废水中含有高浓度的氯离子，氯离子的存在对有机污染物氧化降解的影响越来越受到重视，然而当前却没有大规模的对其进行深入的研究，而主要是针对一些处理结果进行讨论。实际上，氯离子的影响与所存在的环境有关，包括电极材料、氯离子浓度和有机污染物种类等。下面通过研究氯离子存在条件下苯酚在Ti/SnO2-Sb2O5 /PbO2和Ti/Ru-Ti～Sn氧化物涂层阳极上的电化学降解过程，进一步了解氯离子对于氧化法降解有机物的作用。

2实验

2.1 仪器与试剂恒电流仪，光谱仪，化学需氧量分析仪。所用的试剂全都是分析纯，水为二次去离子水。

2.2 实验过程

2.2.1 涂液及电解液的配置

Sn―Sb氧化物涂液的配制：将SnCl2・2H2O和SbCl3按摩尔比9：1溶于正丁醇中，为防止水解在其中加入几滴浓盐酸。按10mg/cm2SnO2-Sb2O5进行涂液。

Ti/PbO2电极电镀液为0.5mol/LPb（NO3）2+0.05mol/LNaF+0.1mol/LHNO3的水溶液。

Ti/Ru-Ti-Sn氧化物涂液的配制：将RuCI3，・5H2O，Ti（OH）4和SnCI4・5H2O按摩尔比2：7：l加入正丁醇中，然后加入几滴浓盐酸。按3mg/cm2RuO2-TiO2-SnO2进行涂液。其中电解液为100mg/L苯酚+0．5mol/LNa2SO4的水溶液。

2.2.2 电极制备钛基体为TA2钛网，其规格为3.013/11×3.0cm/1×1.0mm。第一步用洗涤剂进行脱脂，第二步放在质量分数为20％盐酸水溶液中，煮沸2h，第三步用去离子水冲洗干净，备用。在已涂好的sn-sb氧化物中间的钛网上恒电位电沉积制得Ti/SnO2一Sb2O5/PbO2阳极（简称Ti/PbO2阳极）。

2.2.3 电化学氧化降解实验在250mL的无隔膜电解槽中进行实验。氧化物涂层电极是阳极，3.0cm×3.0cm×1.0mm的Ti网是阴极，溶液pH值为6～7之间，电极间距5mm，用恒压电流电解，电流密度为10mA/cm2。在电解一定时间（0．5，1，2，3和4h）后，取样，测定和分析COD、有机物、中间产物、电压、电量和pH值等各项参数值。要注意电解实验必须在室温下进行。

2.2.4 检测方法用光谱仪分析反应物和中间产物；COD根据重铬酸钾标准方法，用化学需氧量分析仪测定。

3结果

根据实验所测的结果如下：图1是氯离子对Ti/PbO2和Ti/Ru―Ti-Sn阳极电化学氧化降解苯酚溶液的影响。图2和图3分别为Ti/PbO2阳极和Ti/Ru-Ti-Sn阳极在有无氯离子存在条件下苯酚降解过程的光谱图。

4讨论

4.1 氯离子存在时苯酚在Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极上的电化学氧化

从图1中可知，当降解150min时，氯离子不存在的体系中COD去除率达66.1％，而有氯离子存在的溶液中COD去除率达98.1％。这说明氯离子的存在能够加速溶液COD的去除速度，因为氯离子在阳极被氧化，变成了活性氯，而活性氯是一种强氧化剂，能够有效氧化溶液中的有机物，使得在一样的时间内有机物在有氯离子存在的溶液中受到活性氯氧化和电化学氧化的双重作用，极大的加快了COD去除的速度[图1（A）]。对于Ti/Ru-Ti-Sn阳极体系，在没有氯离子存在时，COD去除效果很不理想，150min时去除率才是11.4％；然而当溶液中加人氯离子后，COD去除效果就得到了极大的改善，150min时达到65.6％。

在没有氯离子存在的情况下，150min时Ti/PbO2阳极的COD从237.12mg/L下降到了80.48mg/L，而Ti/Ru-Ti-Sn阳极的COD仅仅下降至210.08mg/L，说明Ti/PbO2阳极能够更好的降解该有机物。当加入氯离子后，一样的时间内Ti/PbO2阳极体系的COD去除效率加快了31.9％，而Ti/Ru-Ti-sn阳极体系的COD去除效率加快了了54.2％，表明对于电生成的活性氯，使用Ti/Ru-Ti-Sn阳极比Ti/PbO2阳极具有更好的作用。

4.2 在Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极上苯酚电化学氧化过程的光谱分析对于Ti/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn电极体系，氯离子不存在时，图2（A）和图3（A）电解过程中苯酚的2个特征吸收峰（210，269nim）都是慢慢减弱的，但在210～225，230～263和280～310nim 3个波段又分别出现3个新的吸收峰，不一样的是，在Ti/Ru-Ti-Sn电极中，苯酚的2个特征吸收峰随着电解时间的增加变化很小，而其余的波段的吸收却是很弱。在有氯离子存在时，图2（B）和图3（B）也出现了类似的现象，吸收主要集中在280～330nm之间，这表明在不同的电极中，对于相同的电解液，生成的中间产物基本相同。但2种电极的电解过程中的成分随着电解时间的变化而不同，Ti/PbO2阳极中苯酚逐渐开始降解，其它的中间产物也伴随着电解时间变化而逐渐矿化，这其中氯离子的作用是加快降解速度；对于Ti/Ru-Ti-Sn电极，在没有氯离子存在的情况下，苯酚的降解较慢，当存在氯离子时，苯酚快速降解，但是其它中间产物降解仍较慢，苯酚在这其中发生了转化反应。对于相同的电极体系，不同的电解液的氧化降解过程中产生不同的中间产物。

参考文献：

[1]王璇，黄卫民，刘小波，陆海彦，林海波.氯离子对苯酚电化学氧化降解过程的影响[J].高等学校化学学报，2011,（2）：361.

机电一体化的理解篇（3）

中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0103-01

我国的铝电解技术始于上世纪50年代，铝电解技术发展到现在已经有了相当大的进步。我国的铝电解行业逐步完善企业，许多铝电解企业也纷纷发展壮大。而铝电解技术并非可以轻而易举的掌握，一旦在电解过程中，技术出现失误那么就会引起很多的问题，轻则影响生产工序，重则降低了产品质量，甚至还有可能给企业信誉和口碑造成严重影响，可见掌握铝电解技术并合理使用对企业有着至关重要的作用。

1 铝电解生产基本情况

目前，我国许多工业产品制造涉及到铝产品的电解技术。而电解铝的主要来源是由一些氧化铝制造公司的氧化铝贮运系统通过转运的方式运至5000 t中间贮槽的，这些电解铝的原材料首先是要通过计量的，计量后才能由带式输送机直接输送电解车间三个日用新鲜氧化铝贮槽内以便使用，二系列电解生产过程中所使用的氧化铝都是由一系列新鲜氧化铝贮槽下部浓相输送系统输送至二系列日用新鲜氧化铝贮槽。新鲜氧化铝经电解烟气净化系统后成为载氟氧化铝，由气力提升机送入载氟氧化铝贮槽，再由超浓相输送系统送至每台电解槽的料箱内。

2 铝电解生产各技术选择

在现代铝电解工业领域，一般所使用的阳极组，许多都是供给都是来自于阳极组装车间。生产过程中不可避免的会出现残极，也就是从电解槽换下的残极，这些残极往往需要送到阳极组装及残极处理车间进行相应的处理。相应的处理通常包括对残极组进行电解质清理同时还有残极压脱机及磷铁环压脱机处理。处理后的残极炭块还可以做为原材料进行使用，这种原材料通常是返回到阳极生产车间重复使用；首先对铝导杆按工艺要求进行处理后，然后与新阳极重新组装成阳极组使用。生产过程中从残极上清理下来的电解质也是可以重复利用的，其工序如下：首先经残极处理车间的电解质破碎工段对其进行破碎，紧接着由汽车槽车送至两个电解厂房间的电解质贮槽，通过风动溜槽送到电解多功能机组工具小车料箱内，这样处理后的材料由多功能机组加入到电解槽壳面上作为换极时的覆盖料。在铝电解加工过程中所使用的直流电能，均是来自距离比较近的整流所，这种直流电也要通过相应的连接母线才能导入串联的电解槽。在电解车间生产出来的液态原铝产品，并不能随便处理，需要通过相应的措施才行，主要是由压缩空气造成的负压吸入真空出铝抬包，这之后就可以送往铸造车间进行加工。在铝电解技术产生到至今，技术通常采用以下形式：电解质体系未变但分子比有所调整，尝试添加添加剂；槽型有自焙和预焙两种。电流（或单槽生产率）逐步加大，目前最大至500 ka；槽电压下行（曾上行），最低低至3.75 V（阳极开槽、阴极异形、三场控制等）；电流密度逐步升高，正向1 A/cm2逼近；电流密度逐步升高，最高达到12000 kWh/TAI，阳极效应系数逐步降低，最低低于0.01，当量CO2排放显著降低；槽寿命、磁场控制水平、机械化、自动化程度大幅度改进

2.1 电解槽的选择

电解车间的铝电解槽可以说是电解铝厂生产中的核心设备，因为铝电解槽的技术水平在很大程度上就可以代表铝厂的技术水平。近年来伴随着电解槽容量的不断增大，电流所产生的磁场会对槽内熔体的流动及波动产生较为剧烈的影响，这样就造成了槽内电热状况变的较为复杂。因此，采用科学、合理、得到的数学模型来研究热、电、流体力学，进而分析电解槽的稳定性能，如果电解槽采取得当，那么就能够很好的保障电解的技术指标。

电解多功能机组在电解车间诸多设备中的地位和不可忽视。原因在于电解生产的基本操作除电解槽打壳加料、效应加工等外，剩下的工艺操作均需要电解多功能机协助。所以，选取质量可靠数量合理及功能完备的电解多功能机组非常关键。因为它可以保证电解铝生产的正常进行，进而提高工作效率，降低工人劳动强度，改善工作环境，减少工程投资。

另外，工作人员要经常检查电解槽衬里的情况，发现衬里有起鼓渗漏等情况时，应及时修补，以防电解槽被腐蚀，突然发生电解液流失事故。在正常生产情况下，每天电解液蒸发和带出的量基本上是一致的。若发现电解液损失较多时，就应该检查是否电解槽泄漏，应及时修理。平时，还应经常注意观察电解槽侧和电解槽焊口处有有无溶液析出。当发现有结晶时，即表明此处衬里或电解槽处有针孔，应进行修理。

2.2 母线设计方案

电解车间的电解槽周围，由于母线及内部的电流会在熔体中产生磁感应，这种磁感应强度不稳定，它会与熔体中的电流会相互作用以产生电磁力，也就是这种电磁力才能导致了熔体的流动、铝液隆起以及铝液、电解质界面的波动等诸多问题。过快的熔体流动会严重冲刷炉帮甚至危害侧部炭块。而界面的变形以及波动都可以加剧电解质中溶解铝与阳极底部二氧化碳的反应，降低了电流的利用效率，同时，又导致了电解槽极距的不稳定，即电解槽生产的不稳定。当前很多企业普遍把满足磁流体稳定性的要求作为评判电解槽母线设计优劣的最重要的标准；也就是我们通常所说的母线的设计，这不仅仅是计算磁感应强度的问题，而是要进一步研究在电磁力作用下熔体的稳定性，从而保证电解槽的稳定生产。依据磁流体稳定性来分析和优化设计母线配置，除了能提供良好的生产稳定性之外，还必须满足以下相应的经济学和安全性的要求。

2.3 铸造、阳极组装及残极处理技术

铸造车间通常情况下具备桥式起重机、铝保持炉、铸造机组等铝电解设备。因为我国国产铝锭连续铸造机组技术水平有限，因此在产能上较低，同时也影响着铸锭质量，所以我国国外铝锭连续铸造机组如果作为微型企业的生产设备还尚可，基本可以满足其工作性质的需要，但是如果应用到大型铝厂，那么就可能因为产能、质量、机械故障等问题无法满足企业的需要。因此，我国的大型铝厂主要进口国外的铝锭连续铸造机组。铝锭连续铸造机组作为一个组合式设备，如果一台机械发生故障，那么就会导致整个铝锭连续铸造机组无法进行生产使用，即所谓的“牵一发而动全身”。所以我国必须要从国外引进先进的铝锭连续铸造机组，同时生产车间要有备用的铝锭连续铸造机，作为应急设备。

机电一体化的理解篇（4）

关键词:

simulink;仿真建模;机电一体化系统;教学研究

“工业4．0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法，其包涵了智能工厂、智能生产、智能物流这三大主题。中国制造2025是国家实施制造强国战略的行动纲领，而智能制造又是引领中国制造走向高端的切入点。因此，这对与“智能制造”相关的高校课程教学改革既是一个机遇和方向，也是一个挑战，其中对机电一体化系统设计课程教学改革是不可忽视的。机电一体化系统是一门综合性、应用型很强的课程，它涉及的知识面广泛，包括了机械部分、电气部分、系统控制部分等，是智能制造中不可或缺的部分，对培养机电专业人才具有重要作用。目前，购买庞大的机电实验设备是一种不错的理论联系实践的教学方法，但资金投入较大，这对大多数高校是一个不小的负担。而仿真的引入能够弥补这方面的缺陷，又能提高学生对理论知识的理解。目前国际上科学运算与计算机仿真领域首选的计算机语言是matlab，与之配套的simulink仿真技术，并且它涵盖了数值计算与分析、信号处理、图像处理、通信、控制系统设计、测试测量等众多领域，为不同的物理系统混合仿真提供了新的有效的解决方案。因此，把matlab/simulink引入机电一体化系统设计教学改革，并选取合适的案例进行教学，是一种非常不错的解决方法。

1案例选取

机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称，是一门面向应用的技术，代表了机械产品的柔性化和智能化发展方向，因此，案例的选取也体现这一点。机电一体化系统设计为机械制造及自动化、机械电子工程等机械专业方向的必修专业主干课程，并且要求学生在学习本门课程之前需要进行《机械原理》《机械设计》《电路》《电力电子技术》《电机传动控制》《测试技术》《控制工程基础》《微机原理》《电气控制技术》等先修课程的学习。所以，把matlab/simulink仿真引入多学科融合的、理论与实践相结合的机电一体化系统是教学课程改革中的一个关键点，需要从课程中合理地选取案例，使之既能反映各部分知识点又能反映它们之间的系统联系。从不同的角度进行选取，在机电一体化系统设计这门课程中满足条件的案例是有很多的，其中电机控制作为机电一体化系统设计一直以来是一个重要的知识点。本文选取直流电机闭环调速控制作为案例进行分析，涉及《电路》《电力电子技术》《电机传动控制》《测试技术》《控制工程基础》《电气控制技术》等基础课程，包含有单相交流电、三相交流电、AC－DC整流、电桥、晶闸管特性、直流电机机械特性、开环控制、闭环控制等知识点。并且，用matlab/simulink仿真技术把这些知识点从简单到难串联起来，开放建模系统，这将有助于学生从系统的角度学习掌握机电一体化知识。

2案例仿真研究过程

在引入matlab/simulink的机电一体化系统设计课程仿真教学设计中，仿真思路是先从元器件的性能开始，然后简单开环控制，最后到闭环控制。这样使学生不仅能弄清楚各个元器件，还能分析整个系统。下面就是机电一体化系统设计课程中典型案例的matlab/simulink仿真建模设计的关键步骤。

2．1元器件选取在机电一体化系统设计的直流电机控制仿真典型案例中，所涉及的元器件模块有ACVoltageSource、Scope、Sum、Step、Constant、ParallelRLCBranch、DCMachine、CurrentMeasure-ment、VoltageMeasurement、MeanValue、Powergui、PIDControl-ler、Display、Synchronization6－PulseGenerator、Thyristor、Univer-salBridge、PulseGenerator、Terminator等主要模块。

2．2主要部件测试分析为了使学生不仅能学到系统知识，还需要让学生知道各个元器件的知识点，因此有必要设计元器件主要模块的分析模型。下面设计三相交流电、单相交流电整流、三相交流电整流、晶闸管原理模块、桥式整流模块，并进行必要说明，起到从元器件到简单系统的过渡作用。首先，是使用matlab/simulink搭建的三相交流电电源波形仿真模型及其Scope输出的仿真波形图。当电源参数调整、负载电阻调整的时候，波形图是符合欧姆定律发生变化的。如电源的频率设置为50Hz时，根据公式T=1/f，得出周期为0．02s。让学生充分理解这点，对后面对晶闸管触发角改变得到不同输出电压的理解，显得非常的重要。而且，这些参数均能让学生调整并显示出来，便于学生发现问题思考问题。其次，在了解三相交流电的电源波形及其负载特性之后，应该为案例中AC-DC整流关键部件搭建一个性能仿真平台，即晶闸管性能仿真模型。模型中AC峰值设置为220V，调整晶闸管的触发方波，可以从Scope示波中观测形图。从波形图来看，正好说明了晶闸管正常工作时的4个特性，即①当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。②当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。③晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。④若要使已经导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流下降接近于零的某一数值一下。让学生了解这点，是至关重要的，它为后续的电桥整流、调压等提供基础。最后一个较关键的部件就是直流电机模型仿真，建立直流电机的性能仿真模型。从输出的Scope波形图来看，仿真输出与直流电机转速、电流、电磁转矩以及励磁电流的理论公式推导输出是相符合的，这就加深了学生对直流电机公式的理解和熟悉。认识和理解直流电机的机械特性，为后续的直流电机调速控制起到至关重要的作用。

2．3开环控制测试分析在对直流电机闭环调速控制分析前，应该让学生了解直流电机的开环调速控制，搭建三相交流的simulink的DCMachine开环仿真模型。在这个simulink中有几个关键点需要学生弄清楚，如三相交流的自然换相点、晶闸管门极控制的触发顺序、脉冲触发时间的改变如何影响电压电路的输出量、直流电机负载的改变是如何影响电机输出速度和输出力矩、逐一修改每个参数对输出波形图影响的定性和定量分析等关键点，只有当学生在仿真学习中带着问题把它弄清楚后，才能很好地对DCMachine进行闭环控制。

2．4闭环控制测试分析在对DCMachine进行了开环控制分析后，就可以搭建闭环控制模型了，如图1所示。这里的关键点是对系统传递函数的理解、控制策略的分析。为了简单、调试方便，图1只是使用了比例控制，在实际的控制学习中，还可以增加控制策略，如PI、PD、PID等等，这些在仿真模型中都可以让学生自行简单修改模型和设置参数，思考修改参数后Scope输出波形的变化情况，反复修改直到输出满足控制要求。在这个过程中，让学生学会思考问题解决问题，学会思考如何把理想的数学模型。应用到控制中解决问题;让学生学会如何把控制器的输出数值线性变化进行控制具体的物理变量，如图1中的晶闸管触发角α的变化。学生在应用simulink调试的过程中，遇到某个物理量、某个环节的数据等不太清楚时，可以方便建立Scope示波器观测其变化规律和具体数值，如图1中的Scope、Scope2、Scope3都起到这个作用。图2是给定值为100、比例P为15、以及使用饱和截断saturation等，得出波形图。

3仿真结果与教学效果分析

本教学设计的案例是在使用比例控制、负载为轻载等条件下得到仿真波形，如图2所示，从输出的结果来看，符合控制要求。当然，这是可以让学生修改simulink模型，使用其他控制策略、使用不同电机、修改不同负载如重载荷或者交变载荷等情况，也就是说利用simulink的开放性多物理平台建模仿真技术，能让学生思考问题解决问题中理解和掌握知识。本案例已经在我校机电专业两个班的教学中作了一下尝试，学生反映效果不错，能够起到串联以前基础课的重要知识点，能从系统的角度分析问题和解决问题。

4结语

这个典型的案例是由元器件及关键部件仿真—开环仿真—闭环仿真这条路线进行组织分析的，串联了机电一体化系统设计的电力电子器件、AC－DC整流、电机机械特性及拖动性能、机械工程控制基础中的控制策略等知识点，涉及到电气方程、机械方程、控制函数等应用，属于机电一体化系统设计课程中一个重要的案例。该案例在使用simulink的建模中是开放性的设计，可以让学生自行修改参数和模型，也可以让学生很方便地搭建Scope，测试任何他想要观测的环节参数，反复修改及观测，直到控制满足设定要求。既使学生把基础课程中学到的知识点加强理解和系统巩固起来，同时又锻炼学生在遇到问题时，思考问题解决问题的能力。本案例是机电一体化系统设计课程教学改革中一个小小的尝试和探索，降低课程仿真教学成本，对matlab/simulink开放性、混合型的建模思想引入课程仿真教学起到一个抛砖引玉的作用。

参考文献:

［1］潘海鸿．机电一体化方向课程设计教学改革［J］．广西大学学报，2008(9):24－25．

［2］仁远．基于ADAMS与Simulink的机电一体化系统联合仿真［J］．机电一体化，2009(6):31－34．

［3］张新星．基于仿真技术的机电一体化技术课程教学应用研究［J］．时代农机，2015(2):151－152．

［4］王纪坤．机电一体化系统设计［M］．北京:国防工业出版社，2013．

［5］林飞．电力电子应用技术的MATLAB仿真［M］．北京:中国电力出版社，2013．

机电一体化的理解篇（5）

中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0046-04

Abstract：The de-COD rules of landfill leachate were investigated from discharge time， discharge voltage， total power input and flocculant adding order respectively by using needle-plate DBD non-thermal plasma reactor. The results showed that the degradation rate of COD increases with the increasing of discharge time， discharge voltage and total power input. The degradation rate increased rapidly at the beginning of treating process. However， when the critical value 14 kV， 6 h and 32.5 W， reached， the increasing speed of de-COD rate became slow. The degradation effect of cooperative treatment process， i.e. non-thermal plasma with flocculants， is better than single treatment process. Further more， using the treatment process of flocculation - non-thermal plasma - flocculation obtained the best de-COD effect. The maximum degradation rate of COD is 62.06% in the investigation.

Key words：non-thermal plasma；landfill leachate；flocculants；COD

垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水淋溶、 冲刷， 以及地表水和地下水浸泡过滤产生的污水[1-2]。 垃圾渗滤液一般具有成分复杂、 种类繁多等特点[3]，其中有机污染物含有各类芳烃化合物，并且取代基团繁多，无机污染物主要是氨氮和重金属污染[4]；污染物浓度高、变化范围大，垃圾填埋场根据其场龄不同，COD变化范围一般在2 000～62 000 mg/L，BOD5范围60～45 000 mg/L[5]，填埋初期渗滤液的可生化性较好，随着场龄增加BOD5/COD下降，氨氮浓度和重金属浓度上升，可生化性降低[5-6]，某一场龄的垃圾填埋场其渗滤液中污染物浓度还会受降雨量变化影响[7]。

低温等离子体技术是一种高级氧化技术[8]，在环境保护领域有广泛应用[9-10]。等离子体被称为物质的第四态，由电子、正负离子、激发态的原子、分子和自由基等离子组成。低温等离子体技术运用于废水净化，主要是利用体系空间中产生的・OH、臭氧、电子、光子、正负离子、活性基团等，氧化废水中的污染物质[9-10]。絮凝沉降是通过降低或破坏污水中胶体ζ电位，通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程，将难沉淀降解物质聚并沉淀的过程。

根据垃圾渗滤液的水质特点，单纯采用低温等离子体处理垃圾渗滤液，要达到出水水质标准需要较长放电时间。为减少电能消耗，在低温等离子体处理过程中引入絮凝沉淀工艺，利用絮凝剂沉淀和吸附作用，快速将有机污染物捕捉分离，提高能量利用率[11]。本实验利用低温等离子体协同絮凝剂，通过改变放电电压、放电时间、输入总功率和絮凝剂添加顺序，探寻低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液的基本规律。

1实验方法

11实验试剂及装置

实验水样取自安徽省淮南市东部垃圾填埋场垃圾渗滤液，水样取回后用玻璃瓶放置在4℃恒温箱中保存，原水样呈黑色，散发难闻恶臭，COD初始浓度6 880 mg/L。本实验使用重铬酸钾法测定垃圾渗滤液COD。涉及的主要试剂有硫酸银、浓硫酸、重铬酸钾、邻菲呤、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、碱式氯化铝（PAC）、去离子水等。

本实验涉及的主要仪器有HCA-100标准COD消解器、79-3型磁力恒温搅拌器、TDGC2接触调压器、P096652C功率放大器、滴定管等玻璃仪器若干。等离子体反应器为自制的针板式介质阻挡放电低温等离子体反应器。反应器为筒状，内径450 mm、 高度100 mm。 上部盖板开有两孔：中心孔用于插入阳极电极铜针， 铜针直径1 mm，下端打磨成针状； 另一孔用于插入冷凝回流管， 避免因放电水温升高而造成水分流失。 反应器底部放置10 mm厚有机玻璃板作为阻挡介质，有机板下面设置铝网作为放电阴极。

12实验过程及方法

220 V交流电经接触调压器、功率放大器后，分别连接至针板式反应器的中心铜针和底部铝网上。水样置于反应器中，反应器上端接冷凝回流管，下部放置磁力搅拌器。整个放电体系的电功率用接触调压器之前的功率表测量，放电电压由高压探头和示波器测量，实验装置如图1所示。

实验前调节铜针针尖与液面距离约8 mm，以保证良好的放电效果。调节磁力搅拌器转速确保搅拌时不会在液面形成明显的漩涡凹面。在放电过程中，阴极和阳极之间的放电空间产生高能电子，同时在放电过程中还会向水体中辐射紫外光与其他活性基团协同降解渗滤液中的有机污染物[12]。COD降解率计算公式为COD降解率=（COD0-CODi）/COD0，其中COD0 和CODi分别为未经处理的原水样和实验测试COD值。

2结果及讨论

21放电时间对COD降解率的影响

取垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中，放电电压135 kV，连续放电10 h。垃圾渗滤液COD降解率随放电时间变化如图2所示。

放电时间/h

放电30 min后，渗滤液的COD浓度上升了247%；继续放电COD浓度开始下降，1～6 hCOD降解速率最快，COD降解率从131%上升至5523%；6 h之后继续放电，COD降解速率变缓，从5523%上升至6206%。反应初期渗滤液中的大分子有机污染物（例如多环芳烃）在等离子体活性基团作用下开环断键，形成新的可化学氧化的小分子有机污染物，表现为COD上升[13]，所以在初始阶段COD降解率为负值。随后小分子有机物在等离子体作用下不断被氧化分解，COD降解率不断上升。继续放电COD降解率上升速度减弱，放电6h之后曲线趋于平稳，说明渗滤液中可被等离子体降解的有机物含量逐渐减少。

22放电电压对COD降解率的影响

取50 mL垃圾渗滤液于等离子体反应器中，放电电压变化范围99～153 kV，放电时间4h。COD降解率随放电电压变化规律如图3所示。

放电电压/kV

放电电压从99 kV升至153 kV对应的COD降解率从2718%升至4608%。

在相同的处理时间内，COD的降解率随放电电压升高而升高。放电电压较低时，在单位空间内产生等离子体活性基团密度较低，所以单位时间内被活性基团氧化的有机污染物的量较少。随着放电电压升高，单位空间内等离子体密度上升，相同时间内被氧化的有机污染物总量上升，表现为COD降解率升高。从图3中可以发现，放电电压在135 kV之后，COD降解率曲线斜率逐渐下降，说明放电空间的等离子体密度已趋于饱和，继续增大电压COD的降解率上升并不明显，在本实验中13～14 kV是较为理想的放电电压。

23输入功率对COD降解率的影响

反应器放电电压不同系统的电能消耗不同。放电电压变化范围99～153 kV，连续放电4 h，对应的系统总功率与COD降解率变化曲线如图4所示。

总功率/W

由图4可知，在放电时间相同条件下，COD降解率随放电系统总功率增大而上升，但是总功率大于325 W，曲线斜率降低， COD降解率上升幅度不明显。增大功率可提高单位体积内的等离子体密度，但当等离子体密度达到饱和时即使再继续增加功率COD降解变化也基本趋于稳定。

24絮凝剂协同作用对COD降解率的影响

取垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中，放电电压135 kV，放电时间4h。选取碱式氯化铝（PAC）为絮凝剂，单位体积渗滤液中PAC的投加量为60 mg/L，絮凝剂不同的添加顺序对COD降解率影响如表1和图5所示。

将低温等离子体和絮凝沉淀这两种单一处理方式进行比较，直接添加PAC的去除效果优于低温等离子体放电4h的COD去除效果，并且处理时间更短。在絮凝沉淀过程中，通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程，将渗滤液中的有机污染物从液相转移至固相，实现了污染物相间转移，但是并没有将污染物净化。将低温等离子体和PAC进行组合，利用絮凝沉淀和吸附作用，快速将有机污染物捕捉分离，提高体系的净化效率，其处理效果优于单一处理方式。放电前投加絮凝剂，可有效降低等离子体的净化负荷，提高净化效率，对COD的降解效果与单独使用等离子体技术在相同电压下处理5～6 h的效果相当。在放电后投加絮凝剂的效果优于放电前投加絮凝剂的效果，渗滤液中大分子有机污染物被等离子体打碎成小分子有机污染物，更易于被絮凝剂吸附去除[11]。采用絮凝沉淀+低温等离子体+絮凝沉淀的处理方式，其处理效果优于上述单一或组合的处理方式，其处理效果与单独采用等离子体技术在相同电压下处理7～8 h的处理效果相当。

3结论

1） 低温等离子体可以有效降解垃圾渗滤液中的COD。放电初期COD浓度短暂升高，继续放电COD浓度降低。本实验放电电压135 kV条件下，放电6 h后COD降解变缓。

2） 在反应器结构不变情况下，提高放电电压可提高有机污染物降解率。但当等离子体密度饱和后，继续提高放电电压COD降解率变化不明显。

3） COD降解率初始阶段随输入总功率增加而上升，当COD降解率达到最大值后（本实验对应总功率325 W），继续增大总功率COD降解率上升不明显。

4） 低温等离子体协同絮凝作用降解效果优于单一处理方式，可提高净化效率和系统输入电能能量利用率。

机电一体化的理解篇（6）

中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）13-0284-02

现代职业教育新的教学模式：专业基础理论与技能实践一体化，这种新的教学模式正在实践与探索中。这种教学模式，是将理论学习和技能训练紧密结合在一起，以技能训练为主线，以突出培养学生的操作技能为重点，能较好地解决理论教学与实习教学的脱节问题，减少理论课之间及理论课与实习课之间知识的重复，增强教学的直观性，充分体现学生的主体参与作用，有助于教学质量的提高和高素质人才的培养，更适合机电专业领域科学技术的发展和社会用人单位的需要。

1.机电专业一体化教学的意义

1.1 学生的素质适合一体化教学。目前技工学校学生基础差，用传统的教学方式讲授抽象的专业理论课，导致学习兴趣不高，容易产生厌学情绪。理论课上真正系统理解掌握的学生不多，而实训课，由于受到理论学习程度的限制，无法深入，其教学效果可想而知。机电一体化教学，可克服单门专业课教学弊端。由于在一体化的教学实习场地以一体化的师资对学生进行一体化的教学安排，因此能使每一课题都能讲授、示范、训练同步进行，突出了现场示范，增强了直观性，使学生能够用理论指导实践、在实践中消化理论，让他们对知识产生亲切感，对机电设备产生熟悉感，从而提高了学生的学习兴趣，调动了学生学习的主动性和积极性，增强了学生学习的灵活性和创造性，使教学收到事半功倍的良好效果。

1.2 能提高机电教师的业务能力和教学水平。机电一体化教学对教师提出了新的更高的要求，要求机电教师不仅有丰富的专业知识讲授专业理论课，而且有熟练的操作技能指导生产实习，成为能"文"能"武"的"双师型"教师。既要了解机电专业的发展趋势，又要具有运用机电新知识、新技术、新工艺、新方法开展有效教学及教研能力。教师根据各自的具体情况，取长补短，找到"相结合"的最佳结合点、结合方法，使自身的业务能力、教学水平和教学质量都得到提高。

1.3 实现"教学做合一"的教育理念。 "教学做合一"的思想适合于机电专业课的教学。使机电专业的学生对本专业能产生兴趣，只有理论联系实际，教育联系生活实践，学以致用，才能激发学生的学习兴趣，才能真正培养出社会需要的既懂理论又会技能的技术工人。

1.4 促进机电专业教育模式的改革和发展。传统的机电课程教学模式是理论教学和实习分别进行，理论教学的内容与实习课题往往不符，出现了理论是这样讲的，而实习又练的是其它的，不利于充分发挥理论指导实践的作用。机电一体化教学可促进理论知识与实践教学融合，让学生在学中干、干中学，在学练中理解理论知识、掌握技能，增强学生学习兴趣，学生边学边练，收到良好的教学效果，可明显改善教学质量，提高学生素质，最终得到的是社会和企业的认可，提高毕业生就业率，为学校赢得了良好的社会声誉和办学效益。

2.机电专业一体化教学的方法

机电专业一体化教学是复合型的教学型式，教师引导学生掌握专业知识和操作技能，教学中除了运用讲授法外，还应结合运用其他教学方法，例如：演示法，参观法，练习法（巡回指导），提问法及多媒体电化教学法，以加强学生对讲授内容的掌握和理解。机电专业一体化教学的方案，一般包括教学计划与大纲，教学组织与机构、教学设施与设备、教学评价等。

3.机电专业一体化教学的途径

机电专业一体化教学要有过硬的师资队伍。要实施机电专业一体化教学，不仅要求机电教师具有较扎实的专业理论功底，也要具有较熟练的实训技能，更要具有理实结合的教材分析及过程组合的能力，教师不仅是传统意义上的双师型人才，更要具有创新综合能力。

3.1 传、帮、带。传、帮、带是快速培养年轻教师的一条最有效的方法。学校应根据实际情况，认真选择好专业理论和实践经验都较丰富的机电教师担任一体化教学工作，让年轻教师或只有单方面教学经验的教师以学徒的形式跟着学习，拜师学艺，时间（一般为1-2学期），掌握一体化教学的方法、要求和步骤，为以后的独立教学工作打下基础，积累教学经验。在经过老教师的传、帮、带和培训学习后，年青教师对专业的理论与实训的结合有了一定的掌握，对一体化教学也有了一定的认识。学校要大胆地磨练、任用年青教师，让这些教师担任机电专业课程的一体化教学工作。当然，在具体的教学安排过程中，为了确保教学的顺利开展，在教学过程中可安排一名有丰富教学经验的老师作为指导教师，协助、辅导第一次担任机电一体化教学工作的教师上好这一门课程，这样既确保了教学的效果，也锻炼了任课老师，使任课老师能真正地将理论与实践有机地结合起来，使任课老师逐步趋向成熟。

3.2 加强校外培训。首先，组织机电教师到师资培训机构进行学习，强化实践性学习，使他们能更好更系统地将理论与实践相结合起来。要让机电专业教师多到职业培训机构、企业，多接触生产实际，培养他们的动手能力，培养他们的专业实践能力，他们才能有效指导学生的实训。其次，机电教师在实际教育教学过程中遇到的实际问题，通过教师的自我探究与反思，寻求解决方案的方法，唤醒机电教师专业发展的自觉意识，缩短理论与实践的距离，强化研究结果对教育教学实践的指导，提高机电专业发展的能力。

3.3 组织年青教师进入工厂。年青的机电教师利用课余时间，节假日进入工厂的生产一线单位，进行机电专业实践的锻炼学习，使理论与实践能够有机结合深入到机电行业生产第一线，参加具体岗位技能培训，以弥补其操作技能的不足，到企业去向有丰富实践经验的工程技术人员请教，在他们的实践角度来提升教师对机电专业理论的认识。重点了解机电新技术应用以及进行产学研实践探索。

3.4 从企业中引进相关师资。大力引进"能工巧匠"和各类机电专家，建立专兼职相结合的"双师型"机电教师队伍。一是引进具有"双师"素质的机电专业技术人员；二是聘请企业和社会上的机电行业专家，积极引进从企业退休的机电专业技术人员、特殊技能人才到学校做实习指导教师，并协助机电教师开展技能辅导。他们到学校任教，把自己多年的实践经验、操作技能和机电新技术带入学校，传授给学生，也与本校教师相互促进，形成互补。

机电专业一体化教学有助于改善目前单调的教学方法，能激发学生的学习兴趣、提高机电专业课程的教学质量，从而大大提高学生的专业技能，拓宽学生的就业面，促进学校的建设和发展。

机电一体化的理解篇（7）

作者简介：杨洪（1976-），男，江苏苏州人，苏州市职业大学机电工程系，讲师。（江苏　苏州　215104）

中图分类号：G712?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0100-02

机电一体化技术是机械技术与电子技术的有机结合。近年来，随着微电子技术、计算机技术及其工业通信技术的发展，机与电的联系更加紧密，机电一体化技术有了长足的进步。高职院校的机电一体化专业，应从实际就业岗位需求出发，着重于培养具有较强实践技术的应用型人才。苏州市职业大学（以下简称“我校”）机电一体化专业目前的专业培养方案中，课程设置侧重于PLC，单片机所占比重不高。在教学计划的安排上，先导课程与后续课程间的衔接也存在不足，学生对于机电一体化技术的理解就是机与电的简单结合。本文以机电一体化项目开发为起点，提出了以单片机为核心的专业主干课程改革思路，对原来的课程设置作了调整，并加入了一些尚未开设的课程，合理安排进度，使学生在有效掌握专业知识的基础上，加强其实践应用能力的培养，进一步提高其专业技能和职业素养，在提高就业竞争力的同时，也能在就业层次上有所提升。

一、明确培养目标，调整课程体系

地方高职院校首先要为地方的经济建设培养人才，因此，课程体系的确立也应从地方经济发展的角度出发，以便合理设置。苏州地区经济的支柱产业是制造业，而机电一体化技术是制造业的支柱，因此机电一体化专业的人才应当为地区制造业的发展服务。但是随着近年来产业的升级，苏州地区的制造业向着高端、精密的方向发展，这就要求高职院校机电一体化专业的学生，在掌握机电一体化专业理论和技术的基础上，能够使用、调试、诊断和维护高端精密制造设备。因此高职院校的机电一体化专业应随之对课程体系进行调整，以适应当前人才市场的需求。

我校机电一体化专业目前的课程体系与实际岗位知识能力需求之间出现了一定的偏差，因此有必要对课程体系进行调整：以单片机控制系统的设计开发为主线，构建以电为主、以机为辅的课程体系。以电为主，是指合理选择和安排机电一体化专业所需的电子类课程，通过合理安排相应的实践环节，强化学生对电子类课程知识的理解能力，着重培养学生分析问题、动手解决问题的能力；以机为辅，是指机电一体化专业的学生，在掌握电子类课程的基础上，能够对其操作控制的对象——机械部分有所了解，既要能理解其基本的动作原理，又要能够对其基本的结构进行剖析，这样才能更有利于实现对机械装置的控制，真正做到机与电的有机结合。同时，运用单片机技术实现机电一体化设备的操作控制，还必须掌握基本的、能够在单片机中有效运行的控制方法，以进一步提升学生的综合职业素养。

二、以项目开发为目标，合理选择主干课程

机电一体化专业的主干课程是根据机电一体化专业的人才培养目标而确立的。以单片机为核心的机电一体化设备，主要由机械受控模块、测量模块、驱动模块、单片机模块、通信模块、接口模块和上位机模块组成，如图1所示。因此，机电一体化专业主干课程应围绕项目开发的每个环节所应具备的知识能力进行选择。[1]

1.第一环节：机械受控模块的分析

机电一体化专业的课程体系主张以机为辅，因此机械结构的设计，不作为机电一体化专业的主体教学内容。但对于机电一体化项目的开发来讲，机械模块是整个系统的受控对象，因此，要实现对机械模块的控制，必须对其结构和动作原理能够充分理解，才能有助于下一步设计工作的展开。这就对相关课程的设置提出了相应的要求。在这一阶段，应开设“机械制图与AUTOCAD”、“机械设计基础”，辅以“机械产品精度设计与测量”等课程。“机械制图与AUTOCAD”使学生认识基本的机械零件，并在此基础上掌握基本的AUTOCAD的应用能力；而“机械设计基础”则可使学生了解机械系统基本的结构、动作原理和设计方法。

2.第二环节：驱动模块和测量模块的设计

（1）驱动模块。驱动模块的作用是为机械受控模块提供驱动力。在机电设备中，液压和气压驱动、电机驱动是常用的驱动方式。机电一体化设备的开发中，在对机械受控模块进行分析的基础上，要为其选择合适的驱动方式。这一部分的支持课程有“液压与气动传动”、“电机与拖动”，并选择“电气控制与PLC”作为辅助课程，该课程以讲授电气控制技术为主，附带讲授PLC的相关应用知识。

（2）测量模块。测量模块是用来测量机电设备中的相关物理量，以实现对机械受控模块的监测或控制。相关的课程主要是“测试技术”，要求学生掌握传感器的基本原理及选择应用、信号调理电路的设计和信号的变换。

机电一体化的理解篇（8）

电工作业是维修电工安全上岗培训的重要内容，知识与操作技能涵盖电工基础知识、安全用电技术、常用电工仪表与测量、配电线路及变配电设备、常用电器设备及控制线路、防雷防火防静电、触电急救等，知识范围广、技能要求规范、安全要求高。培训的对象主要是农民工、下岗工人、失地农民等，他们文化水平低、年龄跨度大、课堂自控能力差；还有少数是忘记复审电工作业证而再次参加培训的老电工。所以学员水平参差不齐，总体水平偏低，教学难度相当大。为此笔者根据维修电工专业特点，进行理实一体化教学，收到了良好的效果。

一、电工作业实施理实一体化教学的条件

1.梳理培训教材，找出理实一体化项目

理实一体化教学是以操作项目为载体，通过学员动手实际操作，让学员掌握操作要领；再配以理论讲解和学习，让学员理解操作原理。因此我们将电工作业教材进行了仔细梳理，形成一系列理实一体化项目：如以电流表、电压表、功率表、电能表的测量和使用来理解电工基础知识和仪表工作原理，以常用低压电器的拆装来学习控制电器，以常用低压控制线路的安装来学习电气控制，参观配电房来学习变配电设备，以模拟人的胸外挤压和人工呼吸来学习触电急救等。将培训内容梳理成理实一体化项目体系，学员做完这一系列项目体系，也就完成了电工作业培训。

2.购买与自制相结合，创建电工作业实训室

理实一体化教学的重点是实操，所以教学设备数量需求较大。培训中心通过购买成套设备建立了电工基本操作实训室、电力拖动实训室；通过自己制作，组建了电器控制设备示教室、触电急救与防火防爆示教室等，实训设备可达到3～5人一组，为理实一体化教学的开展创造了条件。

3.努力提升教师理实一体化水平

理实一体化教学的关键因素是教师，要求教师既能上理论课又能指导学员实际操作，要善于结合实践进行理论讲解。教师要熟悉实训设备，所有实训项目自己要会做，甚至会修理实训设备；根据实操过程来讲理论，更需要把理论讲解透彻；善于课堂管理，特别是要关注安全，因为有些项目是用到三相电源，必须严格按照规程操作。教师成为学员学习中的引导者、指导者和监督者。

二、电工作业实施理实一体化教学的具体做法

在培训组班同时，调查清楚学员的工作经历、学历层次，以便理实一体化教学时将学员进行合理搭配，一般文化层次不同的3～5人组合，好的学员引领其他学员共同学习。

1.简单项目实操引领理论

电工作业培训大多数项目都是基本操作，可以直接先进行实操，然后将理论讲解清楚，学员对理论和实操掌握更加深刻。如在讲交流接触器时，可以用投影仪直接打出交流接触器的组成图片，然后让学员拆装旧接触器。通过拆装，学员知道了接触器由电磁系统、触头系统、灭弧系统组成；也了解到触头有常开和常闭两种，在接控制线路时不能混淆，且主触头是用在主回路中通大电流、辅助触头是用在控制回路中通小于5A的控制电流；还了解到电磁线圈的工作电压常用的有380V/220V，使用时要特别注意电压是否正常。拆装一次接触器，掌握了它的原理、结构、选择、使用，可谓事半功倍。

2.复杂项目理论引领实操

有些复杂的理实一体化项目可以理论为主，如电动机项目我们就以理论讲解为主，这就要求将理论讲解的PPT做得直观形象，学员可以方便地从图片中看到电动机有两大部件组成――定子和转子，定子又由机座、铁心、绕组、端盖等组成，而转子也由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等组成，这样理解电动机的结构组成及装配原理就很方便。而电动机的实训可相对简单些，以电动机绕组首尾端判断、绕组绝缘电阻检测为主，学员掌握电动机使用和保养就可以了。

3.实际难题要讲透

有些做过电工的师傅在培训过程中往往会提出实际问题请老师解答，这个时候一定要把原因解释清楚，才能让学员信服老师。曾经有一位学员提出他们单位有一个线路，漏电保护器一推上去就跳闸，而测量线路的绝缘电阻是好的，线路工作也正常。笔者解释是经过漏电保护器的保护中性线（PEN线）只能作中性线（N线）用，不能作保护线（PE线）用，工厂里往往不注意将两者混用而自动跳闸，并搭建试验电路给学员看，学员实际测试后回工厂也解决了实际问题。还有一个学员提出一个更学术性的问题，他不理解晶闸管工作电路中的“同步”问题，为此笔者特意焊接了如下图所示的晶闸管调光控制实验线路，晶闸管SCR控制12V灯，检测点4的触发脉冲来得早，灯就亮；反之则灯暗；而触发脉冲的时间实际上由0.1微法电容C充电时间控制。图中检测点1是整流电源波形、检测点2的工作电源是用梯形电压，没有电源滤波电容，这样确保检测点3即0.1μF电容器可以每次从交流电源过零点开始充电，充电起始点与电源同步，确保控制的同步，利用示波器观察能很好地理解同步的意义。

图

三、实施一体化教学的效果

理实一体化教学可以边演示边讲解，帮助学员理解电路原理；通过开展贴近工厂实际的实践项目，增强学员的动手实操能力，学员用手做、用眼看、用耳听，将触觉、视觉、听觉等多个通道全都集中到课堂上，达到了“教、学、做”的统一，提高了教学效果。同时将多媒体辅助教学引入课堂，改变“粉笔+书本”的传统教学模式，使学生接受知识的速度更快。

1.学员考核通过率有较大提高

电工作业（上岗）证由市安监局采用教考分离、电脑随机抽题考试，题库量达5000多道考题，过去只是理论讲解，学员考试通过率只有50%左右；采用理实一体化教学以后，学员真正理解了基本原理、基本操作规程，答题的正确率大大提高，从而提升了学员考试的通过率，目前基本能做到85%。

2.激发了学员积极性

过去光讲理论，有些学员觉得可以回家自己看书，每次培训的到训率很低；采用理实一体化教学以后，绝大多数学员会留下来上课，有个别学员因为单位有事还会自觉请假，在他们看来学习不再是负担，而是一件快乐的事情。

3.便于营造一个良好的学习氛围

3～5人组成一个小组，让有基础的师傅做小组长，充分发挥小组长的作用，带领小组成员共同完成理实一体化项目，担任小组长的师傅觉得很有成就感，就会成为老师的好助手。小组之间相互竞争，学员在学习中处处感到有压力，时时感到有动力，形成了一个“比、学、赶、帮、超”的良好学习氛围。

4.有利于教师水平的提高

机电一体化的理解篇（9）

前言

随着我国现代经济的不断发展，应用机械控制的行业越来越多，社会对于机电一体化技术的要求也有明显提高。目前来看我国机电一体化的技术越来越完善.特别是近几年，机电制造业更是欣欣向荣。电机保护控制装置是机电一体化系统中最重要的装置，也是符合我国节约能源要求的重要装置。

1 对机电一体的概述

1.1 机电一体化概念

机电一体化是指引用电子技术，将其用于信息处理，控制等功能，并将机械动力装置与电子技术结合起来所构成的系统，该系统不仅具有电子技术先进的无人控制等方面的功能，也具有现代化机械装置的生产高效率等方面的优点，它的最大特点就是系统化。机电一体化设备并不是电子技术与机械装置的简单组合，而是一种新型的，融合和多学科知识的技术手段。它的出现，使得低消耗，宽阔用途的系统工程技术得到完善，在现代科学技术发展上有很大意义。

1.2 机电一体化的发展及应用

机电一体化的发展大致可分为三个阶段，即初始发展阶段，快速发展阶段，现代高智能阶段。它的发展可以说是依赖于电子科技的发展及学术研究的完善，现代人工智能技术的发展又在很大程度上对机电一体化的发展起很大促进作用。任何事物的发展都是如此，都是是在摸索着逐渐发展，进而达到一个顶峰。目前，机电一体化设备被广泛应用于数控机床，自动化生产线，传感技术等方面。它不仅被应用于国民经济生产上，也应用在日常生活中。它在我国的机电行业中占据着重要的地位，为其发展起到了基础性的作用。目前，我国的机电一体化的完善程度可以与很多科技大国相媲美，甚至超过一些发达国家。

2 机电一体化中电机保护存在的问题

2.1 井下电机设备应用及故障问题

虽然我国在机电一体化的进程中取得了一定的成就，但一些方面仍然存在问题，例如井下电机的故障问题。在矿井下工作，井下的安全状况令人堪忧，在电机设备中故障又频发，无线网络检测设备信号很差，井下设备的维修相对来说也不太方便，这是井下电机设备故障的一大难题。鼠笼式异步电机属于电机控制与保护中最容易出现问题的步骤所在，此环节应用不当所引起的电机运行故障很多，约占整个电机设备故障的一半以上[2]。所以井下电机设备故障的问题，是机电一体化电机保护中存在的一个亟待解决的大问题。

2.2 电机在机电一体化中的用电问题

一般的电机控制保护装置都是基于电热原理和电磁原理。现在，随着机电一体化的发展和普及，人工控制的机器越来越少，大多数工厂已全面实现机电一体化。所以电机工作量很大，电机经常启动，因此引起不少电路方面的问题。比如电机对于电能的损耗，电压不稳造成的短路，电机超负荷运作等问题。一些企业领导在选购电机时往往过于注重电机本身的工作情况，坏损情况，而忽略了电机对于电能的损耗，忽略了节约用电在电机使用中的具体实践。

3 完善电机在机电一体化应用中的保护

3.1 解决井下电机设备故障问题的措施

井下电机故障频发，对此有关工作单位应该加大重视程度，完善电机保护的相应理论。任用相应技术人才，定期对井下的电机设备进行检查，维修，安排专门检测人员。要时刻注意电动机各方面指标的变化情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。还要加大对电机设备的监控，故障预警方面的投入。例如采用现代化数字监控装置。我们就要分派专门负责人时刻密切关注电机的使用情况，及存在的一些隐患。在未出现问题时及时维护，企业相关负责人应该掌握相关知识，在选购时应全方位考虑。另外，要想从根本上解决电机故障问题，那么相关研发者在设计电机时就应该考虑到电机的养护维修等问题，从而研发出更为可靠的电机保护装置。

3.2 对电机用电问题解决方法的探讨

由于现在各大企业对于电机越来越依赖，电机在电能利用方面也显露出一些问题。所以，在使用机电一体化设备时，需要有针对性的对于其电路和电能损耗方面的指标进行监测。确保电流以及电压等参数等能稳定在一个相对正常的水平，有针对性的在这些方面进行检查有利于电力故障的判定。在这个过程中需要实施检测，但是常规的仪器并不能做到精准的测量，因此在对其进行应用的过程中，需要选择较为专业的设备如霍尔型电流互感器和IPM输出电压采用分压电路的方式对IPM输出三相电流和电压进行检测，在对故障做出快速判断的同时及时发出报警。另外要想减少电能的损耗，也应该增加用电情况的监控仪器。但要想从根本上解决问题，最重要的是，在电机的设计时我们应综合考虑多方面因素，将绿色创新的理念融入其中，使我国机电一体化技术的发展达到一个全新的水平。

3.3 新时代背景下对于电机保护设施的完善

随着电机保护理论知识的完善和新技术的发展，通过仿真计算机故障模拟并对其数据进行精确分析，一方面可以防止电机故障的发生和及时对电机故障做出判断与维护，另一方面，也可以用以完善相应的理论知识，让理论知识在实践中得以升华。另外，新技术的应用开发也是完善电机保护系统的重要方面。例如红外光，电磁波等技术的应用，采用科学有效的数据完善电机保护系统是新时代对于我们的要求。对于电机保护装置的研究，我们大多忽略了一个方面，那就是我们应大力倡导电机与其保护装置配套出厂，根据我国现在的需求，有针对性的生产电机及其配套的装置。对于一些其他国家来说电机和电机的保护装置配套出厂的现象早已不是陌生，而在我国，大多数情况下还是电机与其保护装置分别在不同厂家出厂。这种情况下，在设备维修时往往出现设备不匹配的现象，造成不必要的麻烦，而且对于生产的成本来说，也未免有些浪费。因此我们应不断学习进取，吸取好的经验，在我国大力建倡导电机与其保护设备匹配出厂。这样做的优点就是，用户在选择设备时减少了繁琐的对比，测量，更重要的是，大大减少了因设备不匹配而出现的坏损现象，在一定程度上减少能源的浪费，完善了绿色环保在电机保护及机电一体化中的应用。

4 结束语

虽然在机电一体化进程中，电机的保护方面仍然存在一些问题，例如井下设备的故障问题及电能的损耗问题，但只要采取合理化的解决方法，加之科学技术的飞速发展，新技术的不断出现，绿色创新意识的不断增强，机电一体化的发展趋势定将良好，它将继续担任我国现代化科技发展的主力军。

参考文献

[1]王晓辉.浅谈机电一体化应用中的电机控制与保护[J].机电信息，2012，5（3）：26-28.

机电一体化的理解篇（10）

目前，制造业的自动化水平越来越高，其中包括的机电一体化技术占有十分重要的地位。就机电一体化技术而言，其包括了计算机信息技术以及传感检测技术等多项技术。在目前高校机电一体化技术的实际教学中，普遍存在某些方面的问题，包括未注重理论与实践的结合以及理论知识缺乏实用性等。对此，有必要对现行的机电一体化技术教学模式进行改革，提高教学的针对性与实效性，更好地培养学生实践操作能力，输出更多、更优质的机电一体化技术应用型人才。

一、课程理论教学的改革

（1）对教学内容进行合理取舍。目前，高等院校的机电一体化技术教学过程中，学生学习的积极性不高，并且对有关基础课程缺乏有效的掌握，进而导致该课程的学习成绩不理想。因此，教师首先应根据学生的具体情况合理地选择教学内容，要求教学内容数量适当。例如在机械传动技术教学过程中，因为学生不具备系统建模所需的积分变换方面的数学知识，并且学生工作主要从事的工作为机械操作方面，所以可以忽略机械传动系统的数学建模，将机械传动系统的特性和常见机械传动的故障分析处理方法作为讲解的重点。其次，教师应确保选择的课程内容能让大多数学生所接受，从而兼顾成绩较好的学生以及成绩较差的学生。

（2）对先进教学手段进行利用，提升教学效果。机电一体化技术课程教学，可采用多媒体教学，向学生展示学生未曾见过的数控机床、机器人以及加工中心等，并且使其了解这些自动化设备和生产线的内部构造，从而明确机电一体化技术的工作原理。多媒体具有直观性、形象性的特点，可将自动化设备以图片、动画、文字以及视频等形式展现给学生，激发学生学习的兴趣，提升教学的实际效果。

（3）注重知识与能力的结合，促进学生能力的提升。在机电一体化课程教学中，教师不仅要进行基础知识的讲解，也要讲解各知识体系之间的关联，以及知识体系的应用与机电一体化系统的分析等，从而使学生能够运用所学知识解决问题。并且，理论水平的提高与能力水平的提高两者之间应当同步进行。

（4）理论教学结合实践教学，避免两者脱离。首先，采用启发式教学模式，在教师的引导下使学生掌握好理论，在理论的主导下，结合实际进行基本知识原理的深入讲解，在课程教学过程中充分体现理论知识传授的实用性以及针对性。例如在传感检测技术讲解过程中，联系工业机器人和数控机床这两种机电一体化系统的典型而进行。通常，这两种系统采用的传感器教材中均没有相关介绍，因此不需要进行无关传感器的深入讲解。其次，提倡行动导向教学法的运用，使学生能够更好地运用知识，凭借实验、实习以及参观等各种教学实践的开展，帮助学生掌握理论付诸实践的方法。最后，教学过程中开展一定的实践教学活动，例如引入电子电气技术、PLC技术、传动技术以及传感器技术等于一体的机电一体化综合教学培训系统。学生通过该系统一方面进行章节知识的学习与实践，另一方面可得到机电一体化系统的综合训练。对学生的实践意识、实践能力、创新意识以及创新能力进行培养与提高，促使学生可在实践中找出问题，并使问题得到有效解决。

二、课程实践教学的改革简析

实践教学关系到学生技术应用能力的形成，该环节同样十分重要，是机电一体化技术教学中不可忽视的教学内容。在实践教学过程中，教师应根据学校提供的实践教学环境，始终以机电一体化专业的教学大纲为中心，进行与本专业培养目标密切相关的综合性实验课的开设，从而使预期的目标得以达成。例如，进行实践教学体系的建立，该体系注重学生机电一体化设备维修能力的培养，也就是基本技能训练专项技能训练综合技术应用能力训练。主要在学校完成学生基本技能的训练以及专项技能的训练，并且以专项技能训练为重点，主要包括数控实训以及金工实习等。与此同时，学生需要接受钳工、电工以及机加工等基本技能的训练和铣、线切割的编程与操作、数控车等职业基本素质的训练。除此之外，在学校与企业的合作下进行学生综合技术应用能力的训练。

三、结语

总之，随着自动化制造的发展，企业对机电一体化专业学生的要求也更高。对此，高等院校需要注重机电一体化技术专业应用型人才的培养，提高其专业能力与素质，才能使学生在人才竞争中占据优势。本文对机电一体化技术教学改革进行研究，指出该课程教学应注重理论与实践的有机结合，对教学内容进行合理调整，提高实践教学的针对性。在实际教学过程中，设置与机电一体化实际应用相关的教学项目，促进学生综合技术应用能力的提高，使学生对机电一体化技术具有更好的掌握与应用，并在今后的工作岗位上能够满足工作的需要。

机电一体化的理解篇（11）

1试验内容

1.1 原水水样

试验原水主要取自胜利油田孤东污水处理厂隔油池出口处采油污水，对水样水质进行多次分析，取平均值如下表：

由表1可以看出，试验原水属于高温、高盐的含聚废水，具有粘度高、油滴与固体颗粒乳化稳定、界面膜强度高、分离困难、可生化性差等特点。

1.2 主要装置和参数

（1） 电化学氧化装置

装置容积：2.5m3，工艺流程如下：

进水氧化系统A氧化系统B出水

其中：氧化系统A为析氯电极，电极面积约0.73m2，钛基涂层，以间接氧化为主，氧化还原电位为2.58V；氧化系统B为析氧电极，电极面积约1.155 m2，钛基涂层，涂层主要成分包括氧化铅等，以直接氧化为主，氧化还原电位为 2.58V。

（2）光解装置

装置大小为：1.5*2*0.5m，主要含有7根紫外光管，单根功率为200w，原理是利用紫外光光解污水中的次氯酸，降低污水的生物毒性。

1.3 试验方案

主要试验方案如下：

2 结果与分析

2.1 电氧化后静置试验

对试验后数据进行整理，如下表：

通过表3可以看出，聚合物含量随着静置时间的增加而逐渐降低；COD去除率随着静置时间的增加先上升后逐渐降低。这是由于高氯环境下，电化学氧化产生的次氯酸的消解反应引起的，因为随着静置时间的延长，电化学氧化后产生次氯酸不断氧化分解PAM等大分子有机物使其逐渐断链成为小分子物质，并持续氧化小分子物质使其变成无机物和水，因而引起水体COD先逐渐升高后降低，聚合物含量不断下降的现象；同时可以看出静置后pH值逐渐升高，说明电化学氧化后产生的次氯酸不断氧化分解，并最终接近于进水pH值。

2.2 电氧化后曝气试验

对试验后数据进行整理，如下表：

由表4可以看出，由于次氯酸的消解反应，废水中大分子有机物不断被电氧化产生的次氯酸氧化成小分子有机物，从而引起水体的COD随着曝气时间的延长先升高后逐渐降低；

与静置实验不同，由于曝气的不断进行，水体被不断充氧，废水中的小分子有机物（如有机酸等）被逐渐氧化，从而导致pH值随着曝气时间的延长逐渐升高，并超过了电氧化原水的pH值，从另一个方面说明，电氧化后曝气有利于水体中大分子有机物的分解及水体可生化性的提高。

3 结论

（1）电化学氧化后出水会含有浓度较高的总余氯（其中主要是次氯酸），若直接外排极易通过产生有较大毒性的氯代中间产物而对水体造成二次污染，通过采用光解系统分解，可以有效的消除次氯酸，故建议污水经电化学氧化装置处理后外排需增加光解装置。

（2）电化学氧化后持续进行静置、曝气和光解，非常有利用水体中大分子污染物质进一步降解成小分子污染物，若能在后续处理上考虑絮凝沉降、压滤过滤等工艺将能够使水质净化效果进一步提高。