“電器控制”課程理論聯(lián)系實際的教學思考

◆邱聯(lián)奎 黃景濤 史敬灼

“電器控制”課程理論聯(lián)系實際的教學思考

◆邱聯(lián)奎 黃景濤 史敬灼

“電器控制”是電氣工程等相關專業(yè)的一門工程實踐性很強的專業(yè)基礎課程，涵蓋傳統(tǒng)的繼電器-接觸器電機控制系統(tǒng)和以可編程控制器（PLC）為核心的電氣控制系統(tǒng)。針對理論與具體工程實踐相互脫節(jié)的問題，在教學過程中，教師加強理論聯(lián)系實際，采用實際工程應用中的具體案例，與課堂教學內容進行對比，互相補充，提高了教學質量和學生培養(yǎng)質量。

電器控制；PLC；繼電器—接觸器

“電器控制”是自動化、電氣工程及其自動化等相關專業(yè)的一門工程實踐性很強的專業(yè)基礎課程，涵蓋傳統(tǒng)的繼電器—接觸器電機控制系統(tǒng)和以可編程控制器 （PLC)為核心的電氣控制系統(tǒng)，主要討論了電器控制系統(tǒng)的組成、原理、特點和應用。PLC、計算機輔助工程 （CAE)和機器人技術是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱，其中PLC技術具有適應性強、穩(wěn)定性好、組網(wǎng)方便等優(yōu)點，廣泛應用于單體機器、機床與生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中；另一方面，在電機的控制中，接觸器—繼電器控制也是必不可少的環(huán)節(jié)，特別是典型的應用環(huán)節(jié)，如：星—三角啟動、正反轉、能耗制動等，因此，學習和掌握電器控制技術，對于電氣工程及其自動化等相關專業(yè)的學生來說，是必須完成的學習任務之一。電器控制課程的教師對于如何教好這門課，進行了廣泛而深入的研究和探討。從教學模式改革的角度出發(fā)，討論了教材建設、教學手段改革、實踐操作改革方面的方法、手段和成果，具有一定的先進性和借鑒意義。針對電器控制課程傳統(tǒng)教學中存在的各種不足，從理論和實踐兩個教學環(huán)節(jié)進行了剖析，提出了采用案例式與移動式實驗教學方式組織教學，提高了學生學習的主動性和創(chuàng)造性。在分析本課程的特點和培養(yǎng)目標的基礎上，針對現(xiàn)階段存在的問題，從課程體系和教學內容優(yōu)化、教學手段方面入手，對課程進行教學改革，促進了學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和實踐能力的提高。

一、課程內容、教學目標和現(xiàn)狀

河南科技大學電氣工程學院開設的“電器控制”課程是自動化、電氣工程及其自動化等相關專業(yè)的一門工程實踐性很強的專業(yè)基礎課程，包括電器設備的開關、起動控制以及可編程控制器 (PLC)的原理與應用，通過本課程的學習，學生了解常用電器的基礎知識，并與儀表與計算機控制技術相集成，從而進一步掌握PLC控制系統(tǒng)基本的設計方法。該課程共有50學時，其中理論課時為32學時，實驗占18學時，另外還有2周的課程設計，根據(jù)課程設計任務書，學生自己完成整個控制程序的編寫和調試。

從理論教學方面來看，目前的課堂教學存在著教材與工程實際脫離的問題，換句話來說就是：教材上講的內容，在實際工程中已經(jīng)不使用或很少使用。盡管如此，這些內容仍然是實際工程應用的基礎，并不能加以摒棄。因此，很有必要進行“理論聯(lián)系實際”的教學改革，以傳統(tǒng)的理論教學為基礎，結合工程實際加以拓展，提升學生們的適應能力和實際應用能力。

從實驗教學角度而言，教學內容多為單體機器或機床的控制系統(tǒng)實驗，缺少組網(wǎng)和生產(chǎn)線類型的實踐對象，必須從真實的工程實際中提煉實驗系統(tǒng)，并與現(xiàn)場總線、計算機控制技術等課程相結合，開展豐富多樣的大型實驗，鍛煉和培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，提高就業(yè)競爭力。

鑒于理論教學和實踐環(huán)節(jié)中存在的上述問題，課題組從電器控制課程的理論教學改革為出發(fā)點，加強理論聯(lián)系實際，采用“案例式”教學對課程教學進行改革，針對一個理論知識點，構建完善的實際應用案例庫，以實際應用案例最大限度地激發(fā)學生的學習熱情和應用熱情，培養(yǎng)和提高學生的綜合應用能力，以滿足各個類型企業(yè)對工程技術人次的需求。課題組以河南科技大學羅克韋爾電氣自動化實驗室為依托，構建復雜的生產(chǎn)線系統(tǒng)，鍛煉學生們的組網(wǎng)能力和大型PLC控制系統(tǒng)的設計能力。

二、理論知識點與實際工程應用案例相結合

在“接觸器—繼電器—電機控制系統(tǒng)”的教學中，電機的星—三角啟動方式是在工業(yè)上常用的減壓啟動方式之一，除此之外，還有定子串電阻減壓啟動和自耦變壓器減壓啟動。在傳統(tǒng)教學中，星—三角啟動是以時間為原則的啟動方案，用單獨的時間繼電器，在延時一段時間后，完成電機從星形接法和三角形接法的變換。其工業(yè)應用案例的思路是采用帶有延時觸頭的接觸器控制方案。這是一種工業(yè)上常用的控制方案，是一種能夠以DCS或PLC進行遠程控制的星—三角啟動，其主電路與控制電路的具體接法如圖1所示。

圖1 工程應用實例：星—三角啟動主電路（a)與控制電路（b)

該工程應用案例的講解，受到了學生的一致好評，因為這些案例來源于工程實際，與實際工程應用中的電路接法是一致的。學生學到了真正有用的本領，從而提高了學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，學習效果提高明顯。類似的工程案例還有電動機的正反轉控制、能耗制動等電路，在此不再贅述。

三、虛實結合的實驗模塊

“電器控制”課程共開設9個實驗，前3個實驗是接觸器—繼電器控制方面的實驗，主要涵蓋基本電器元件的認識和使用、電機正反轉控制、電機星三角啟動控制，在前3個實驗中，用實際元器件在實驗臺上搭建實際電路，對電機進行控制。后6個實驗是可編程控制器 （PLC)的教學實驗，主要有：基本編程指令、生產(chǎn)線模擬、數(shù)碼管顯示、交通燈控制、機械手控制、MCGS組態(tài)軟件使用等實驗，突出了各個基本指令在程序設計中的重要作用，主要涵蓋了以下幾部分基本程序模塊：①啟—停—保模塊，即啟動—停止—保持程序模塊；②方波模塊，用于需要閃亮的環(huán)節(jié)；③秒脈沖模塊。

實驗教學和課程設計也使用MCGS組態(tài)軟件，構筑虛擬的PLC仿真實驗平臺，例如售貨機、除塵生產(chǎn)線系統(tǒng)等，這些環(huán)節(jié)和模塊的加入，既有實際的工程意義，能夠體現(xiàn)學以致用的目的，又進一步激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，在教學過程中，取得良好的教學效果。

在實驗室開放活動中，我們依托河南科技大學羅克韋爾電氣自動化實驗室，對一些學有余力，而且對PLC控制系統(tǒng)非常感興趣的同學，提出控制系統(tǒng)要求，先后設計開發(fā)了電梯控制系統(tǒng)模型、電機伺服控制平臺、多水箱控制系統(tǒng)平臺，為學生提供了施展才能的平臺和機會，為老師豐富了教學案例，為其他同學提供了額外的實驗平臺，并且選拔了一批優(yōu)秀的科技創(chuàng)新人才，代表學校參加了全國羅克韋爾自動化競賽，取得了優(yōu)異的成績。

在電器控制的課程教學過程中，從課堂的理論教學到實踐環(huán)節(jié)的實驗、課程設計等環(huán)節(jié)，加強理論聯(lián)系實際，采用工程實際中的具體案例、具體生產(chǎn)線和系統(tǒng)，并與MCGS組態(tài)軟件相結合，極大地提高了學習質量和學習效果，提高了學生的就業(yè)競爭力，為學生走向將來的工作崗位奠定了堅實的基礎。

[1]原菊梅.電器與PLC控制技術教學模式改革與實踐[J].中國教育技術裝備,2015,（6)：95-97.

[2]王艷芳，孫麗君，任勝杰.電氣控制技術與PLC課程教學改革研究[J].中國電力教育,2014,（30)：33-34.

[3]趙濤,張永號,劉啟新,沈亞斌.“電氣控制與PLC”精品課程建設的實踐研究[J].中國電力教育,2013,（36)：101-102.

（編輯：王春蘭）

本文系河南省高等教育教學改革研究項目（編號：2014SJGLX200）；河南科技大學重大教育教學改革研究項目（編號：2014ZD-012，2013Z-020）的研究成果。

邱聯(lián)奎，男，河南科技大學電氣工程學院副教授，工學博士。研究方向：機器人控制；黃景濤，男，河南科技大學電氣工程學院副教授，工學博士。研究方向：數(shù)據(jù)融合和故障診斷；史敬灼，男，河南科技大學電氣工程學教授，工學博士，博士生導師。研究方向：電力電子與電力傳動。

G642

A

1671-0568（2015）35-0062-02