防震减灾的重点

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防震减灾的重点范文第1篇

关键词：电子仿真技术，课程群，课程建设

中图分类号：TP399文献标识码：A

一、概述

1.电子仿真技术

目前，应用于应用电子技术专业课程方面的仿真软件比较多，如Pspice、Multisim（EWB）、EDA、MATLAB等。利用计算机和多媒体技术来搭建虚拟的操作平台，可以达到非常真实的效果，因此，其在现代信息化的课程教学过程中得到了广泛应用。

Multisim是Interactive Image Technologies（IIT）公司在20世纪末推出的一种电路仿真软件，其软件界面形象直观，操作方便，易学易用，学生可以在较短时间内掌握方法。

Multisim广泛应用于电子类相关课程的理论和实验教学中，其最早的版本为EWB5.12，该版本对一般的电工学实验可以通过仿真来实现；其最新版本为Multisim 12，目前普遍使用的是Multisim V8，它的功能更加强大，不仅能够在最基础的课程如电工学、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术等这些职业基础课程中进行仿真分析，而且也能在很多其他职业能力课程如电子设计自动化、电子产品设计与开发、电气设备原理与检修、毕业设计等多门课程中进行仿真分析，为学生的学习和老师的教学带来非常直观的视觉效果。

另外，相对于其他EDA 软件， Multisim V8更加形象和直观，而且，它能进行模数混合电路的仿真，几乎能够百分之百地仿真出真实电路的效果，给广大电子电路学习者提供了方便。

2.应用电子技术课程群

根据应用电子技术专业的人才培养目标，即面向电子行业生产、建设、管理、服务一线，培养拥护党的基本路线，德、智、体、美等方面全面发展的，能胜任电子及信息工程领域的安装、调试、维修、管理、营销及一般电子产品设计与开发等岗位的高素质技术技能型专门人才。

我们将专业基础课中的电工应用技术、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术和专业能力课中的电子设计自动化、单片机原理与设计、电子产品设计与开发、电气设备原理与检修、毕业设计这九门课程归纳为一个应用电子技术课程群。在建设应用电子技术课程群的过程中，将现代化的电子设计自动化技术引入到传统的课堂理论教学和实践教学环节，再辅以教学方法模式的革新，提高学生的电子技术综合设计与实践工程应用能力。

在教学过程中引入Multisim等仿真软件，使学生在学习硬件的同时，学会用仿真软件验证相关原理及电路，从而丰富教学内容，更新课程的教学思路，提高课程的实践性与应用性。将学生置身于一个“提出问题―解决问题―实践验证”的情境之中，使教学方式由“知识传授”向“发现知识和知识创造型”转变，大大提高了学生的兴趣和学习的积极性。

二、电子仿真技术在专业基础课数字电子技术中的应用

在数字电子技术的课程教学过程中，数字电路最常用的三种表达方式分别是真值表、逻辑电路图、逻辑函数表达式，这三种表达方式也是这门课程中的重点内容，要求学生必须掌握它们之间的相互转换。对初学者来说，这也是一个难点。如果将Multisim仿真软件应用其中，可以起到很好的学习效果。

首先，Multisim仿真软件的仪表栏中就提供了一种虚拟的仪器仪表――逻辑转换器，它能够实现一个数字电路的逻辑电路图、对应的真值表、逻辑函数表达式三者的相互转换，这给初学者提供了一个非常直观、形象的演示效果。如下图1所示，用逻辑转换器分析电路的真值表、逻辑表达式（最小项表达式及最简表达式）。

双击逻辑转换器并选择好，输入变量A，B，C，再按下第一个转换按钮，就可以得到如图2所示的对应电路的真值表；再按下第二个转换按钮，就可以得到如下图3（a）所示的最小项表达式；再按下第三个转换按钮，就可以得到如下图3（b）所示的最简表达式，表达式都位于最底下的一行。

在数字电子技术的课程教学过程中引入Multisim等仿真软件，不仅让学生学会了某种仿真软件，丰富了教学内容，更重要的是提高了学生的学习兴趣，简化了学习任务的难度，让学生更容易接受和理解；而且，也可以帮助学生检验课后的练习和作业题是否正确，大大提高了课程的实践性与应用性。

三、电子仿真技术在专业能力课电子产品设计与开发中的应用

电子产品设计与开发是一门综合性和实践性很强的课程，对学生以前所学知识有更高的要求。但是，这门课程对于学生进行毕业设计、顶岗实习以及将来出去工作都有着非常重要的作用，所以，这门课程采取虚拟和实践相结合的方式，非常实用。

在小型电子产品设计的初期，先用Multisim仿真软件进行分析和设计，设计好合适的思路，选取好合适的元件和参数，并且在仿真软件上调试出较好的实验现象以后再进行实物制作，这样不仅大大节约了实训耗材，更重要的是可以让学生大胆地尝试电路设计，不用担心安全事故的发生，学生进行设计和探索的积极性也会大大提高。

例如，如果设计一个如图4所示的流水灯电路，学生在设计电路的过程中，会碰到各种各样的问题。比如有的学生设计的电路发光二极管不亮，有的学生设计的发光二极管间隔等待的时间过长，等等。学生碰到这些问题时，肯定就会着力想找出自己电路的故障原因。通过仿真软件来查找原因会比较安全，而且也比较方便，不需要拆掉实物，这对电路学习者来说，提供了很大的方便。例如，如果将图4中的RP1调为90%，流水灯很快就亮了。当看到这些不同现象的时候，学生自然就会思考原因了，这种变被动为主动的教学方法，大大提高了教学效果。

通过这种学生自主尝试的学习方式，不仅可以帮助学生提高学习的积极性和主动性，更重要的是学生能够非常安全、快捷地进行电路的分析和设计，大大提高了学习的效果，也避免了大量的实训耗材的浪费。

四、结语

从应用电子技术课程群中选取其中几门课程的应用实例可以看出 ，将电子仿真技术应用于课程群的教学过程中，通过电子仪器仪表进行虚拟实验是非常方便、直观和形象的，对课程群各门课程的教学很有用。同时，老师们也可以应用如电子仿真技术这些先进的信息技术进行科学研究，这对提高老师们的科研能力和科研水平起着非常重要的作用。总之，将现代化的信息技术和手段应用于现代职业教育的教学和科研工作中，是顺应时展的需求，能够达到教学相长的教学目的。

参考文献：

[1]石松泉，沈红卫，梁 伟，等.虚实结合的电工电子实验教学体系的设计[J].实验技术与管理，2008，25（8）：184-186.

[2]朱运利.EDA技术应用（第2版）（新编21世纪高等职业教育电子信息类规划教材）[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]刘 颖，侯建军，黄 亮.“电子技术课程设计”精品课程建设与改革实践[J].电气电子教学学报，2008，30（2）：3-4.

[4]张志伟.电子技术基础课程群的建设与实践[J].中国科教创新导刊，2011，（29）：184.

[5]叶 群，邓优林. EDA仿真技术在高职安全类电工学教学中的应用[J].江西电力职业技术学院学报，2014，27（1）：72-75.

[6]郝 骞，李晓明，杨 风，等.EDA技术融入电工学课程的探索[J].电气电子教学学报，2010，32（S2）.

[7]陈 虹.EDA在电工学教学中的应用[J].电气电子教学学报，2010，32（S2）.

防震减灾的重点范文第2篇

关键词： EWB仿真软件 电工电子教学模拟电路 应用

电工电子是一门非电类专业的技术基础课程，具有综合性高、实践性强的特点，其主要目的是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打下良好的电工电子技术的理论基础，并使他们受到必要的基础技能训练。作为现代教育，理论教学、实践教学和岗位教学三元一体是其基本办学理念，实验教学是学校培养学生的重要途径。基于电工电子这门课程的自身特征，仅仅靠教师在课堂上讲授理论知识无法让学生感受到电路的实际应用，而且理论分析中一些繁琐的公式推导出的特性曲线缺乏直观性，导致学生听课时难以较好地理解理论，以至于产生难学、厌学的情绪。另外，由于现有实验室的条件限制，不可能做到每个学生都有充分的时间去通过实验来理解课堂中所教学的内容，实验内容和理论内容难以同步，导致理论教学效果受到严重影响。因此，在教学过程中引入电子仿真软件EWB，可以使得每个学生能亲自动手连接设计电路、设置参数及分析电路，理解理论难点，可消除理论的抽象感，激发学生对该课程的学习兴趣，实现了以教师为主导，学生为主体的教学模式，使得教学互动的效果更加完善。［1］

1.EWB软件介绍

EWB软件是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的专用于电子线路仿真的软件工具，能满足中小规模模拟、数字逻辑及混合电路的仿真分析需要。该软件具有以下几个特点。

（1）界面友好。EWB软件在Windows平台上使用，其界面与其他Windows应用软件相似，因此学生学习非常容易上手。另外，该软件采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作台，简单直观。

（2）元器件库强大，功能丰富。EWB软件绘制电路图需要的元器件，电路仿真需要的测试仪器均可从软件屏幕直接获得。而且仪器的操作开关、按键与实际仪器仪表极为相似，可以实时显示测量结果。

（3）测试仪器齐全。EWB软件提供了示波器、信号发生器、扫描仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器、万用表等仪器、仪表。

（4）分析手段齐全、实用。EWB软件不仅可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析，器件的线性和非线性分析、电路的噪音分析和失真分析等常规电路分析，而且提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等14种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

2.电路的设计、调试步骤

（1）元器件的调用与布局。打开相应电子元器件库，将所需要的元器件拖拽到电路工作区即可完成元器件的调用。通过移动和旋转元器件进行布局调整。

（2）线路连接。元器件布局结束以后就可以进行线路连接。注意在必要的位置放置连接点。

（3）设置元器件标识和数值。双击所需设置参数的元器件，在对话框中设置好标识和数值。

（4）连接仪器、电路存盘。电路图设计完毕就可将仪器接入，以供实验使用。为了便于仪器的波形识别与读数，通常将仪器的输入连接和输出连线设置为不同的颜色。选择好路径，输入电路图的文件名并存盘。

（5）运行EWB仿真。打开文件，用鼠标左键单击主窗口右上角的开关按钮，系统自动开始运行EWB仿真软件，系统将自动把分析结果显示在各个仪器仪表和分析图（DisplayGraphs）上。如果要暂停仿真操作，就用鼠标单节主窗口右上角的暂停按钮，实现暂停/恢复操作。如果电路中有错误，屏幕将出现错误提示信息。

3. EWB软件在模拟电路中的应用

4.结语

利用EWB软件进行电子电工教学，有助于理解电路理论知识和分析复杂的电路模型，将抽象的理论形象化、复杂电路实际化，与传统理论实验教学相比有明显优势。但是，仿真软件不可能代替实际的理论实验教学，它在培养学生动手能力和积累实际操作设备的经验方面，远不如硬件设备的效果好。由于它的仿真分析精确度及准确性，一般只要连接正确就能够得到结果。而实际试验中往往需要调试，而且试验结果也会受到现实中人为或者客观条件的影响。因此，只有将EWB仿真教学与传统教学有机结合起来，才会达到理想的教学效果，提高学生的整体素质。

防震减灾的重点范文第3篇

关键字： 数字电路； Proteus； 仿真软件； 课程教学

中图分类号： TN919?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）20?0045?02

0 引 言

《数字电子技术》课程作为一门传统的专业基础课程，对提高学生深刻认识数字电子技术基本理论、基本方法，加深对数字电子技术在工程实践中重要性的感性认识具有重要的作用，并为学习专业课程打下基础。该课程的理论性和实践性均很强，传统的教学方法：先讲基础理论，然后做实验验证。这种形式的教学方法培养的学生不会运用所学知识解决实际问题，更谈不上创造性思维的培养，而且抽象的理论、验证性的实验根本无法激起学生的学习兴趣[1]。

Proteus软件是由英国Lab Center Electronic公司开发的运行于Windows操作系统上的电子设计与仿真开发平台，可以仿真、分析各种器件和电路，配备了示波器、逻辑分析仪、信号发生器等各种虚拟仪器，并提供了大量的应用实例，是一个功能十分强大的仿真软件[2]。将Proteus仿真软件引入《数字电子技术》课程教学，不仅可以使抽象的理论形象化，同时在理论讲解的过程中引入现实生活的实例，不仅激发了学生的学习兴趣，也能提高教学效率。

1 软件介绍

Proteus软件从1989年问世至今已有20多年的历史，在全球得到广泛的应用。它是由英国Lab Center Electronic公司开发的EDA工具软件，除具有和其他EDA工具软件一样的原理编辑、印制电路板制作外，还具有交互式的仿真功能。它不仅是模拟电路、数字电路、模/数混合电路的设计与仿真平台，更是目前世界上最先进、最完整的多种型号微处理器系统的设计与仿真平台，真正实现了在计算机中完成电路原理图设计、电路分析与仿真、微处理器程序设计与仿真、系统测试与功能验证到形成印制电路板的完整电子设计、研发过程[3]。

Proteus软件是由ISIS（Intelligent Schematic Input System）和ARES（Advanced Routing and Editing Software）两个软件构成，其中ISIS是一款智能电路原理图输入系统软件，可作为电子系统仿真平台；ARES是一款高级布线编辑软件，用于制作印制电路板（PCB）[4]。

2 应用实例

2.1 现实生活实例

2.1.1 交通信号灯监测系统

十字路通信号灯对于维护交通秩序起的至关重要的作用。利用所学门电路可以设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿三盏灯组成，正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。其他情况出现，电路发生故障，这时要求发出故障信号，提醒维护人员修理。仿真结果如图1所示[5]。

2.1.2 抢答器

利用触发器的记忆功能，可以设计一个3人抢答电路。3人A，B，C各控制一个按键开关KA，KB，KC和一个发光二极管DA，DB，DC。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。仿真结果如图2所示[6]。

2.2 教学重、难点内容

2.2.1 触发器

在《数字电子技术》课程中，最难理解的内容莫过于触发器。触发器电路是在基本门电路的基础上增加了反馈回路，从而使得电路的分析、理解变得困难。利用Proteus软件能够将输入信号的变化对于输出的影响都直观的显示出来，从而使得触发器电路的分析不再复杂、难于理解。仿真结果如图3所示[7]。

2.2.2 集成计数器构成任意进制计数器

集成计数器构成任意进制计数器是《数字电子技术》课程的重点也是难点。集成计数器构成任意进制计数器有两种方法：反馈清零法和反馈置数法。而这两种方法的关键是看集成芯片的清零或者置数方式是同步还是异步[8]。传统的教学方式让学生很难理解同步方式和异步方式有何区别。有了Proteus仿真软件，就可直观地将同步方式和异步方式构成任意进制计数器显示到屏幕上，既易于学生理解，又能调动学生自主学习的积极性，激发学生的学习兴趣，使得课程教学不再那么呆板。图4所示用74161和74163两个芯片采用反馈清零法分别构成计数器，其中74161是异步清零，74163是同步清零，采用相同的反馈数。通过Proteus仿真软件可以观察出，74161构成的是6进制计数器，而74163构成的是7进制计数器。利用Proteus仿真软件将两种清零方式所构成的计数器进行对比，便于学生理解掌握。

3 结 语

Proteus仿真软件在《数字电子技术》教学过程中的应用，解决了该课程抽象、单调、与实际脱节的问题，增强了教学的直观性、生动性，不仅提高学生的学习兴趣，也有利于培养学生的创造性思维。只要将软件安装到电脑上，即可充分发挥自己的想象力，研究出不同的电路设计方案。同时也有利于增加师生交流机会，使得教学氛围更加生动活泼，更好地落实因材施教，提高课堂教学的效率和质量[9]。

参考文献

[1] 江晓安.数字电子技术[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[2] 陈海宴.51单片机原理及应用：基于Keil C与Proteus[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[3] 周灵彬.Proteus在电子技术教学中的应用[J].中北大学学报：社会科学版，2007（23）：42?45.

[4] 侯玉宝.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真[M].北京：电子工业出版社，2008.

[5] 张克农，宁改娣.数字电子技术基础[M].2版.北京：高等教育出版社，2010.

[6] 范爱平，周常森.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2008.

[7] 陶洪，钱驰波.仿真软件Proteus在《数子电路应用》课程教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报，2009，8（1）：12?14.

防震减灾的重点范文第4篇

[关键词]Multisim；教学；电路；仿真

[中图分类号]G642

[文献标识码]A

[文章编号]2095-3712 2015 13-0075-03

[作者简介]陈少航 1981― ，男，广西桂林人，研究生，桂林航天工业学院自动化系讲师，研究方向：信号分析及处理。

“电路分析基础”课程是自动化、测控技术与仪器、电子信息工程技术等电类本科专业十分重要的基础课，该门课程理论性和抽象性都比较强，学习难度比较大，又由于课程教学条件的限制，学生的学习积极性及教学效果不是很理想，需进一步提升。因此，因系制宜改革教学方法及方式是一项重要的研究课题。近年来，随着软件技术特别是仿真软件技术的飞速发展，越来越多的高校将仿真技术引入到电类课程教学过程。下面结合我校相关专业特点及教学现状，详细介绍Multisim在“电路分析基础”课堂教学和实验教学中的应用。

一、Multisim简介

Multisim是美国国家仪器公司开发的以Windows为平台的仿真工具，是一款专业的电子仿真软件，可以模拟单片机应用系统、模拟电子线路、数字电子线路及混合电路的工作过程及结果，仿真界面人性化强，元器件模型、虚拟仪器仪表及MCU非常丰富，能够实时仿真“电路分析基础”课程的各种电路，并能实时观察不同元件参数对电路造成的影响。

二、Multisim在课堂教学中的实践

目前，“电路分析基础”课堂教学主要是PPT静态演示为主，也就是课程的讲授是以PPT为主，这样的讲授方式持续了很多年，但教学效果并没有获得质的突破，究其原因，主要是没有对本课程抽象的理论知识建立相应的教学模型，因此，学生对教师讲解的内容理解得不够深刻，有一种似懂非懂、知其然而不知所以然的感觉。

Multisim是一款很强的实物模型仿真软件，课堂PPT教学过程穿插对应的Multisim仿真电路模型，能建立起一种交互式、讨论式的教学模式，提升学生对空间实物电路的理解能力，下面介绍一下Multisim仿真技术在课堂教学中的具体应用：

一 一阶电路状态、响应的仿真

一阶电路的状态及响应分析是“电路分析基础”课程的重点内容，同时也是学生比较难掌握的内容，它主要是分析电路中的零状态、零输入以及全响应，图2是用于仿真一阶电路的RC电路，激励是一个幅值为1伏，频率为1000赫兹，占空比为50%的方波。设计电路的时间常数，当方波值为1伏时，用来模拟电容的充电过程；当方波值为0时，用来模拟电容的放电过程。电容充、放电过程的电路响应实际就是图1的零状态和零输入响应过程。

采用Multisim10.0里的Simulite/Analyses/Transient Analysis 瞬态分析 对图2进行仿真分析，利用软件自带的虚拟示波器，得到如图3所示的响应结果。图2中的粗线是方波信号，细线上升阶段是电容充电过程，细线下降阶段是电容放电过程，在图2中利用Multisim的坐标定位功能，可以得到电容的充、放电过程是符合一阶电路零状态储能和零输入衰减过程，在一个时间周期内，图1的响应结果也是电路全响应的结果。

另外，图1中的电阻的变化会引起时间常数的变化、引起电路响应的变化，利用Multisim的Simulite/Analyses/Parameter Sweep 参数扫描分析 功能，同时观察不同电阻值对电路引起的响应结果如图2所示，图2显示了R1分别为50Ω、100Ω、150Ω以及200Ω的电路响应。

图2、图3 在仿真过程中，融合了一阶电路的零输入、零状态、全响应对电路响应的影响，利用参数扫描功能同时观察不同电路参数对电路响应结果的影响，这有利于学生理解和掌握这一抽象的难点内容，同时，学生可以自行修改实验参数，进一步加深印象和理解。

二 谐振电路仿真

串、并联谐振是正弦稳态电路分析的重要内容，图4 由电感、电容以及电阻串联构成，用来仿真串联电路的谐振，图4阻抗为：

将电路元件参数代入①式，计算出①式中的虚部位为零，由串联谐振条件可知，图4发生谐振，并且信号源和电阻R1上的电压值相同，同时电容、电感的串联支路电压为零，通过仿真软件内嵌的虚拟交流电压表测量显示，仿真和理论分析结果相同。

三、Multisim在实验教学中的应用

“电路分析基础”课程实验内容较多、较难，而单次实验课时间又较短，以前，每次做电路实验都比较仓促，实验的效果也不是很好，需要进一步改进实验教学模式。Multisim的引入取得了传统实验教学模式达不到的效果。课外提前布置实验内容的仿真验证任务，要求学生提前用Multisim进行实验，而且学生可以在实验要求范围内自行修改Multisim仿真参数和仿真电路，仿真达到预定目标之后，再搭建具体的实物电路，经过一个学期的教学实践，证明这种实验模式能缩短实验时间、降低实验器材的损耗，学生反应更能适应这种新式的实验模式，而且实验效果获得显著提高。下面用图5验证戴维南定理为例，介绍Multisim仿真技术在实验教学中的具体应用，图中的A图有一个由流经R4电流控制的电流源， 断开RL1，计算 也可以用Multisim内嵌的虚拟仪器测量 得到A图的等效Uoc=1V；等效Req=5Ω；其戴维南定理等效电路如图B所示，同时相同改变A、B图负载参数，仿真结果显示A、B图的直流电流表读数始终保持相同。仿真结果表明对负载RL的戴维南等效电路是正确的。

四、结束语

经课堂和实验教学双重实践证明，将Multisim仿真技术引入“电路分析基础”教学过程，课堂教学中结合理论分析不断穿插仿真案例，实验教学前布置仿真任务，实验中加入电路的仿真环节，有利于提高学生的学习兴趣，利于激发、调动学生的学习积极性和主动性，有利于培养学生设计电路、分析电路、解决电路故障的能力，有利于培养学生探索和创新思维，有利于降低实验器材损耗，并能加强师生之间交流和合作，提高实验的安全性和可靠性，提升学生的学习效果和课程的教学质量，促进教学健康、快速、跨越式发展。

参考文献：

[1] 邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 张新喜，许军，王新忠，等.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3] 王庭才.Multisim11电子电路仿真分析与设计[M].北京：机械工业出版社，2012.

防震减灾的重点范文第5篇

关键词：计算机仿真；监测；故障诊断

作者简介：郑源（1964-），男，山东日照人，河海大学能源与电气学院副院长，教授；潘虹（1981-），女，江台人，河海大学能源与电气学院，讲师。（江苏南京210098）

基金项目：本文系2010年河海大学研究生精品课程建设项目（项目编号：26）的研究成果。

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0110-01

随着水电机组设备的复杂化程度和监测水平的日益提高，机组的稳定性越来越受到重视。故障诊断是保障机组安全可靠运行的重要措施，它能够预防故障、避免事故，提高电站经济效益。近年来，水电机组故障诊断技术发展十分迅速，已形成了集计算机技术、信号处理技术、传感测量技术、模式识别技术和水力机械等多个学科为一体的、多学科交叉融合的综合性新理论与新技术体系。水电机组的监测与故障诊断也成为了能源动力专业重要的基础课程。

一、计算机仿真系统应用于水电机组监测与诊断教学的必要性

水电机组的监测与故障诊断课程是一门实践性极强的课程，要求学生具备清晰的工程概念。因此，要想达到理想的教学效果，仅凭课堂教学是不够的，还应为学生提供一个良好的实践教学环境。通常有两种方法帮助学生培养勘测、规划、设计、施工等方面的基本能力：一是在实习基地培训，但是电站出于安全生产的目的，往往不能满足学员的实习要求，即便在电站现场，也不能够参与现场运行管理，大多情况下以参观和听报告为主，教学的效果和质量不佳；二是建立教学实验室，通过模型试验进行实验教学，但是电站的模型试验台造价昂贵，而且由于水电机组监测与故障诊断课程的特殊性，许多故障试验不适合模拟。因此，如何改善和提高水电机组监测和故障诊断的实践教学环境，使学生能形成完整的工程概念，是该课程教学工作面临的一个重大的难题[1-2]。

综上所述，将计算机仿真技术引入到课程教学，创建水电机组的计算机仿真系统，打造机组运行、检修的全新仿真演练平台，不仅可以使学生对水电机组的结构和各组成部分有更直观和清晰的理解，而且通过对电站各种运行工况和故障异常的计算机模拟训练有效缩短了学生工作后的过渡周期，对提高工作适应能力具有重要作用。

二、水电机组计算机仿真系统

1.水电机组仿真系统的功能实现

计算机仿真技术是建立被仿真的系统的计算机模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统的重要工具。

水电机组仿真系统基于实时动态建模理论和计算机可视化技术对水轮发电机组系统、计算机监控系统、油水风辅助系统等进行动态模拟，实现全工况、全范围的仿真，可模拟水电厂的各种正常操作和故障及异常。

水电机组仿真系统可模仿自动开机过程中导叶摆动、调速器故障（机械）、机组振动、导叶剪断销剪断、机组运行中导叶开度与微机调节开度不匹配、主配压阀活塞（包括辅助接力器及引导阀）卡死、机械过速（调速器异常）、电气过速（调速器异常）、机组甩负荷等水机及调速器故障异常，同时可以模拟推力轴承温度高、上导轴承温度高、发电机冷风温度高、发电机热风温度高、推力轴承油槽油位低、上导油槽油位低、集油槽油位异常、压油槽油位异常、压油装置油压异常、压油槽自动补气装置故障、工作门全开后油泵未停、高油压保护动作、工作油泵不出油、漏油泵故障、工作阀门油系统油压低、水导水中断、空气冷却水中断、上导冷却水中断、推力轴承冷却水中断、顶盖水位过高等辅机系统故障异常。

2.水电机组仿真系统的开发

水电机组仿真系统的建模比较困难，由于转速、流量、导叶开度之间的关系为非线性关系，而且具体的实验数据也难以大量获取，为了取得好的模拟效果，可以采用实验曲线插值和公式计算相结合的方法，仿真各种启停操作、正常运行和故障运行工况，通过运行人员的操作结果（正确操作或误操作）与实际机组相一致，完全复现了实际机组的逻辑关系。辅机部分的仿真主要包括油、水、风三大系统的仿真。水系统包括供水系统和排水系统，供水系统分为技术供水系统、生活用水和消防供水系统，其中技术供水系统是重点，又分为冷却水系统和水系统；排水系统主要包括机组检修排水系统和厂房渗漏排水系统。油系统分为透平油系统和绝缘油系统，透平油系统包括调速器系统的操作油和机组各轴承的油；绝缘油系统主供主变压器和厂用变压器用油。风系统包括低压气系统和高压气系统。辅机部分的仿真在满足能量守衡和质量守衡定理的前提下，根据热力学的原理计算所需各点的温度，并通过管网计算理论得到各节点的压力和流量。

水电机组仿真系统除了实时监测机组运行参数外，还可以实现正常操作训练以及故障异常操作训练。通过给定操作任务，学生在计算机上进行参数设置，可以进行开、停机，并网，增、减负荷，切换开关和倒闸等各种日常操作，操作过程与现场基本一致。此外，仿真系统可以复现现场的事故和异常，尤其是对于那些在现场很少发生而又必须正确判断、迅速准确无误进行处理的故障，也可以模拟。可以通过教师在教员机上定义或学生自行设置来改变系统运行状态进行故障模拟，并在仿真系统中灵活地、反复的进行训练，使学生积累处理事故的经验和培养心理承受能力，帮助学生增强现场应变能力，从不同角度来分析事故，提高学生对事故的判断、处理事故的能力，积累处理各种类型异常和事故的经验。

三、水电机组仿真系统在课程教学中的应用

1.教学中应用水电机组仿真系统的优势

水电机组仿真系统被应用于水电机组监测与故障诊断课程教学中，在实践教学中的优势日益明显，对提高教学效率和教学效果起到了很大程度的促进作用。

首先，水电机组仿真系统利用文字、图片、动画、视频等多种表现形式，构建集可视化、临场感、交互性于一体的电站现场环境，有利于学生更快捷、更深刻地熟悉水电机组内部结构特征和空间位置关系，对设备有更加直接和全面的认识，为其日后工作打下良好的基础。其次，模拟水轮发电机组各个部分及整体的运行和故障运行，提供友好的人机交互平台，方便学生可以依个人实际情况任意选择所需要设备进行自主学习和相互交流，打破了实践时间、场地和设备的限制。第三，允许学生大胆的在虚拟环境中尝试各种故障方案，避免了今后在工作运行过程中遇到突发事件不能及时处理带来的恶劣影响，提高了学生的实际工作能力[3-4]。

2.水电机组仿真系统事故模拟实例

以模拟压油槽低油压事故为例，计算机仿真系统通过人为设定以下现象：（1）油泵控制器故障报警；（2）压油槽油面异常报警；（3）压油槽油压表指示异常；（4）事故低油压报警；（5）低油压保护动作；（6）机组负荷甩至“0”；（7）机组转速逐渐降低；（8）导水叶全关。

一旦发生上述现象学员应该可以初步判断事故原因可能是油泵故障或者油泵阀门位置不正确，并做如下处理措施：

（1）若是单机运行时，发生压油槽油压降低则迅速起动备用机组；（2）若是两台机以上并列运行时，如机旁盘动力电源消失，则应倒换机旁盘电源；（3）检查压油泵是否起动，若不起动，应手动起动压油泵，若油泵仍不起动，应检查空气开关是否已跳开，若已跳开，应重新投入，起动油泵运行；（4）若油压过低不能停机，立即起动事故油泵停机。

四、结论

计算机仿真系统在水电机组监测与故障诊断的教学中发挥出积极的作用，一方面有利于学生工程概念的形成，帮助学生在学习的过程中能够对机组结构、状态监测、事故发生等有一个感性的认识，同时也提高了学生对事故的判断处理能力，积累了处理各种类型异常和事故的经验。但是，目前研发的水电机组仿真系统为二维的系统仿真，随着计算机硬件技术的不断发展和三维建模技术的不断成熟，三维的水电机组仿真系统将是未来发展的必然趋势，届时基于三维建模和虚拟现实技术的水电机组仿真系统在帮助学生了解实际工程知识，提高动手操作能力，培养综合素质方面将起到更大的促进作用。

参考文献：

[1]王海根,马剑.仿真软件在数控技术课程教学中的应用[J].实验室研究与探索,2007,(11).

[2]王松廷,崔海文,杨光宇.变电仿真系统中的3D技术及其在教学中的应用[J].中国电力教育,2008,(S3).