仿真技術(shù)在電氣控制技術(shù)課程中的應(yīng)用探索

陳海輪 張倩 祁瑒娟 包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、引言

《電氣控制技術(shù)》是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)抽象的控制電路，在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行典型控制線路的安裝調(diào)試，通過校企合作工廠進(jìn)行維修實(shí)踐，這樣才會(huì)有較滿意的學(xué)習(xí)效果。同時(shí)這門課程也是專業(yè)基礎(chǔ)課程，在我校的機(jī)電設(shè)備維修與管理、鐵道供電技術(shù)、鐵道機(jī)車、車輛等專業(yè)開設(shè)，具有一定的廣泛性，是現(xiàn)代鐵路各技術(shù)工種的技術(shù)基礎(chǔ)，因此開設(shè)好這門課程意義重大。但在課程教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)有以下三個(gè)問題。一是電氣控制電路分析相對抽象，學(xué)生需要通過控制電路具體操作實(shí)踐來把抽象問題具體化，但學(xué)校的實(shí)訓(xùn)條件有限，工廠的維修任務(wù)并不能與學(xué)習(xí)需求完成匹配，不能實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做”的融合一體，教學(xué)效果難以保證。二是《電氣控制技術(shù)》課程的實(shí)訓(xùn)中要使用大量低壓電器與線纜進(jìn)線訓(xùn)練，這樣會(huì)產(chǎn)生較大的花費(fèi)，隨著班級的增多，學(xué)校難以承受。三是電氣控制技術(shù)的實(shí)訓(xùn)與維修實(shí)踐中本來就存在高壓、短路電弧等危險(xiǎn)，對于初步學(xué)習(xí)的學(xué)生危險(xiǎn)性更大，怎樣杜絕這樣的危險(xiǎn)傷害學(xué)生也是課程中的一個(gè)關(guān)鍵問題，需要高度重視。

針對上述教學(xué)過程中存在的問題， 筆者使用電氣控制技術(shù)仿真軟件進(jìn)行實(shí)踐探索。經(jīng)過6 個(gè)學(xué)期的實(shí)踐與探索，筆者在電氣控制原理圖學(xué)習(xí)中使用了CADe_SIMU 仿真軟件，該軟件在原理圖仿真中全面的展示了原理圖電路運(yùn)行中的各個(gè)狀態(tài)，學(xué)生能夠清晰的看到低壓電器線圈得電、觸頭動(dòng)作的全過程，從而能快速理解電路工作原理。在電氣控制接線圖的學(xué)習(xí)中，使用了V-ELEQ 軟件。這個(gè)軟件的應(yīng)用把抽象的電氣控制接線分析轉(zhuǎn)化為可視的器件動(dòng)作，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得教學(xué)效果有了明顯提升。同時(shí)，由于電路原理圖分析、接線圖的操作都在計(jì)算機(jī)上完成，不存在器件、耗材、工具等損耗，也無安全觸電問題，較好的解決了常規(guī)電氣控制技術(shù)課程教學(xué)中的突出問題。

二、電氣控制技術(shù)仿真軟件概況

仿真技術(shù)的發(fā)展在電氣控制領(lǐng)域也產(chǎn)生巨大推動(dòng)，電氣控制技術(shù)領(lǐng)域有眾多的仿真工具，發(fā)現(xiàn)并使用好這些工具將極大提升教學(xué)效果，解決課程改革中難題。其中CADe_SIMU 和V-ELEQ 是兩款易用好用的仿真軟件。

《電氣控制技術(shù)》課程教學(xué)的核心內(nèi)容是對各類典型控制電路的原理分析。而原理圖分析時(shí)涉及到電路中各器件的動(dòng)態(tài)變化過程，需要學(xué)生能夠根據(jù)原理圖想到器件動(dòng)作的過程，剛學(xué)習(xí)電氣控制技術(shù)的學(xué)生很難理解接觸器輔助觸頭對線圈的供電控制過程，是教學(xué)過程中的難點(diǎn)，使用CADe_SIMU 仿真軟件可以解決這個(gè)難點(diǎn)。

V-ELEQ 軟件仿真功能強(qiáng)大，不但能夠仿真電氣原理圖、接線圖，還可以進(jìn)行氣壓原理圖、油壓原理圖、PLC 等自動(dòng)化控制仿真。V-ELEQ軟件內(nèi)部設(shè)計(jì)了豐富的器件庫，在課程實(shí)踐中，使用V-ELEQ 軟件進(jìn)行接線圖仿真。V-ELEQ 軟件器件控制聯(lián)動(dòng)效果好，動(dòng)作逼真，能極大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制仿真實(shí)例

下面以三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制的原理圖和接線圖仿真來介紹兩款軟件的使用方法。

打開CADe_SIMU 仿真軟件，進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行控制的原理圖仿真。第一步器件的選擇與布局。點(diǎn)擊電源工具，選擇三項(xiàng)電源+接地，按照原理圖位置放置；點(diǎn)擊熔斷器和斷路器工具，選擇斷路器、熔斷器，分別放置到電源下端；點(diǎn)擊接觸器主觸頭及線圈工具，放置觸頭與觸器線圈，熱繼電器主觸頭；點(diǎn)擊繼電器輔助觸頭工具，放置熱繼電器常閉輔助觸頭，點(diǎn)擊電機(jī)工具，選擇三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)放置到接觸器下；最后選擇起動(dòng)與停止按鈕進(jìn)行放置，并按照電氣控制原理圖修改器件名稱。完成的器件布局圖如圖1 所示。

第二步進(jìn)行器件的連接。選擇導(dǎo)線工具，點(diǎn)擊導(dǎo)線選項(xiàng)，按照電氣原理圖完成線路連接。第三步進(jìn)行電路仿真與調(diào)試。點(diǎn)擊仿真按鈕，這時(shí)電路進(jìn)入仿真狀態(tài)，按下控制按鈕，我們觀察到，軟件中通過箭頭標(biāo)識(shí)電機(jī)運(yùn)行，松開按鈕，電機(jī)保持運(yùn)行，按下停止按鈕，電機(jī)停止運(yùn)行。

打開V-ELEQ 仿真軟件進(jìn)行接線圖仿真。第一步進(jìn)行器件的選擇與布局，依次點(diǎn)擊左側(cè)列表欄電氣-配線-電源選項(xiàng)，選擇交流電源RST AC-3P4L 電源、熔斷器；點(diǎn)擊接點(diǎn)選項(xiàng)，選擇低壓斷路器；點(diǎn)擊輸出-電感線圈選項(xiàng)，選擇接觸器、熱繼電器，點(diǎn)擊電機(jī)選項(xiàng)，選擇三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，并按照接線圖進(jìn)行器件布局。第二步電路的連接。點(diǎn)擊導(dǎo)線工具，進(jìn)行主電路的線路連接。電源的出線進(jìn)入斷路器，連接斷路器到熔斷器，再連接熔斷器到接觸器主觸頭，最后完成熱繼電器到電動(dòng)機(jī)的接線。在進(jìn)行控制線路的連接，根據(jù)電氣控制原理圖，把熔斷器、停止按鈕、起動(dòng)按鈕、接觸器線圈串聯(lián)起來，把接觸器輔助常開觸頭與起動(dòng)按鈕并聯(lián)，完成控制電路連接。第三步進(jìn)行接線圖仿真與調(diào)試。點(diǎn)擊仿真按鈕，按下控制按鈕，電機(jī)運(yùn)行，松開控制按鈕，電機(jī)保持運(yùn)行，按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行這樣，通過V-ELEQ 仿真軟件實(shí)現(xiàn)了三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制接線圖仿真。

四、仿真技術(shù)在電氣控制技術(shù)教學(xué)中的不足與應(yīng)對策略

雖然該仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用效果良好， 但同時(shí)也存在如下兩點(diǎn)不足之處：

一是使用仿真軟件完成電路連接時(shí)，只是使用鼠標(biāo)接線，而電氣電路接線工藝也是電氣控制技術(shù)的課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，只做仿真會(huì)導(dǎo)致教學(xué)接線工藝教學(xué)內(nèi)容缺失。

二是由于仿真軟件的應(yīng)用，雖規(guī)避了用電安全的問題，從而不能很好培養(yǎng)學(xué)生安全用電意識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)，而這也是課程的教學(xué)內(nèi)容。

針對以上問題，在教學(xué)實(shí)踐中我們提出以下對策。在教學(xué)中采用仿真與實(shí)做相結(jié)合。課程教學(xué)設(shè)計(jì)上先進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在仿真操作中理解低壓電器結(jié)構(gòu)、動(dòng)作過程、電氣控制電路的原理，能夠明確電路的接線操作過程。然后再去實(shí)訓(xùn)室按照電氣控制電路安裝工藝要求進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，并在實(shí)操過程中培養(yǎng)安全用電知識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)。 這樣采用“教學(xué)做”模式，結(jié)合不同的教學(xué)手段，取長補(bǔ)短虛實(shí)結(jié)合， 解決了上述問題。

總之要清楚的意識(shí)到電氣控制仿真技術(shù)在課程教學(xué)中的輔助作用以及與實(shí)際控制電路實(shí)操之間的差距， 要虛實(shí)結(jié)合相輔相成，千萬不能用仿真軟件來代替實(shí)踐操作，這將與仿真技術(shù)的使用初衷背道相馳。