V—ELEQ仿真軟件在電氣控制技術(shù)與PLC教學(xué)改革中的應(yīng)用

汪先兵

摘 要： 本文從《電氣控制技術(shù)與PLC》課程的性質(zhì)和內(nèi)容出發(fā)，以V-ELEQ仿真軟件為基礎(chǔ)，以提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力為宗旨，探討了采用理論深透和動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)改革方法。

關(guān)鍵詞： 《電氣控制技術(shù)與PLC》課程 教學(xué)改革 教學(xué)應(yīng)用

《電氣控制技術(shù)與PLC》是自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)課程，綜合了電器原理、控制線路和PLC控制理論知識與技術(shù)的相結(jié)合學(xué)科[1]。常用的低壓電器、繼電—接觸器控制電路等內(nèi)容是本門課程的重點(diǎn)，但在傳統(tǒng)的課程PPT教學(xué)中存在理論知識的講解，低壓電器和電動(dòng)機(jī)控制方面無直觀的運(yùn)行界面，讓學(xué)生理解起來比較抽象，實(shí)際使用方面模糊，加大了該部分內(nèi)容的講解難度。然而，將V-ELEQ仿真軟件引入到電氣控制技術(shù)與PLC的電氣控制線路的講授中，可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量，加深學(xué)生對控制線路部分的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)電路的能力。

1.V-ELEQ軟件介紹

V-ELEQ（Virtual-Electric Equipment）軟件是韓國人設(shè)計(jì)的一種電氣、液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)的仿真軟件，為電路的設(shè)計(jì)、檢測及儀器的零配件、配線實(shí)習(xí)提供支持的模擬軟件，具有圖形化的系統(tǒng)建模能力，能夠通過用戶輸入信息模型進(jìn)行仿真，通過硬件界面實(shí)現(xiàn)控制的集成環(huán)境，各元件要素可以建立兩維和三維模型，為自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)提供良好的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)平臺。它具有如下功能[2][3]：

1.1簡單方便的設(shè)計(jì)功能

采用了Drag&Drop方式，設(shè)計(jì)方式非常簡單提供了直流/交流原理圖的機(jī)構(gòu)及實(shí)際配線原理，以Tree View形式提供直流/交流等200多個(gè)元件，包括電源、開關(guān)、燈泡、馬達(dá)、蜂鳴器、繼電器、接觸器、計(jì)時(shí)器、斷路器等。

1.2易用的電氣電路與PLC設(shè)計(jì)操作界面

支持KS和IEC標(biāo)準(zhǔn)，提供單相和三相元件及交流、直流元件，具有對電源、馬達(dá)、LED、Relay等容量設(shè)定功能和電氣符號接線和配線接線的顏色和粗細(xì)設(shè)定功能；提供強(qiáng)大的PLC程序功能，如GLOFA、MASTER-K及LD、SFC、FB和FBD程序語言功能。

1.3多窗口、多接線形式的切換功能

V-ELEQ具有二維和三維視圖的強(qiáng)大切換功能，電氣控制線路部分具有符號和配線兩種形式的電氣接線方式，可實(shí)現(xiàn)電氣控制線路的多窗口切換、并行工程和硬/軟件的并行設(shè)計(jì)。

1.4強(qiáng)大的模擬/檢測功能

具有顯示電路運(yùn)作狀態(tài)、各要素的時(shí)間變位及功能圖、查看電流流程與各電氣電路元件狀態(tài)、顯示隨顏色而變化的電氣回路；可確認(rèn)電氣電路配件的內(nèi)部接點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、過電流、過電壓檢測和顯示短路現(xiàn)象。

2.V-ELEQ軟件在電氣控制技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)教學(xué)方法的缺陷

電氣控制技術(shù)與PLC是一門工程應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，在傳統(tǒng)教學(xué)中主要是理論性的講解教學(xué)，針對常用低壓電器的工作原理、運(yùn)行狀態(tài)和電機(jī)的控制線路工作狀態(tài)只能抽象敘述，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難理解控制線路和電器狀態(tài)的切換，對電氣控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用一片空白，因而忽略了電氣控制技術(shù)這門學(xué)科應(yīng)用型的重要性[4]。

2.2V-ELEQ在電氣控制技術(shù)教學(xué)方法中的改革

為了讓學(xué)生對電氣控制技術(shù)形成全面的了解，提高學(xué)生對電氣控制技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)過程中使用了V-ELEQ軟件實(shí)現(xiàn)對常用低壓電器的工作原理和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)仿真和展示。常用的低壓電器，如接觸器作為主回路電動(dòng)機(jī)的控制電器，繼電器作為控制回路的控制電器，熱繼電器作為電動(dòng)機(jī)的長期過載保護(hù)電器，時(shí)間繼電器的在控制回路中的延時(shí)作用，斷路器的配電作用，以及按鈕的控制作用，尤其是復(fù)合按鈕的常閉先斷開，常開再閉合的工作原理。電動(dòng)的控制回路中的轉(zhuǎn)換，如點(diǎn)動(dòng)、自鎖控制，正反轉(zhuǎn)控制中的正轉(zhuǎn)—反轉(zhuǎn)—停止，正轉(zhuǎn)—停止—反轉(zhuǎn)的工作原理，以及電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)切換控制電路，等等，在教學(xué)過程中理論的講解，學(xué)生聽起來非常空洞且不易理解，而在上課的過程中嵌入V-ELEQ軟件仿真的低壓電器和控制線路動(dòng)態(tài)仿真模型，充分地展示它們的動(dòng)作現(xiàn)象和工作原理，使學(xué)生聽起來更易懂和直觀。

3.V-ELEQ在電氣控制技術(shù)實(shí)踐舉例及教學(xué)中的效果

如下圖1為基于V-ELEQ的三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理仿真圖，如圖2所示為對應(yīng)的仿真配線圖。按下按鈕SB1，接觸器線圈KM1通電，主觸頭和輔助常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)。此時(shí)按下按鈕SB2，接觸器線圈KM1斷電，KM1常閉輔助觸頭恢復(fù)常閉，接觸器線圈KM2通電，主觸頭和常開輔助觸點(diǎn)閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)。SB1和SB2為復(fù)合按鈕，均有常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在對方支路中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械互鎖。接觸器線圈KM1和KM2的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在對方支路中，實(shí)現(xiàn)電氣互鎖。電路中關(guān)鍵點(diǎn)在于復(fù)合按鈕的常閉先斷開，常開再閉合的工作原理，可達(dá)到電動(dòng)機(jī)的正—反—停和反—正—停的效果。在V-ELEQ引入電氣控制技術(shù)后的實(shí)際教學(xué)中，符號圖可以直觀地讓學(xué)生理解其工作原理，配線圖可讓學(xué)生更深刻地理解低壓電器的實(shí)物效果和動(dòng)作過程。同時(shí)學(xué)生可自己動(dòng)手完成整個(gè)符號圖和配線圖的控制電路的搭建，形象地動(dòng)態(tài)仿真整個(gè)控制電路的運(yùn)行效果，從而讓學(xué)生對電氣控制技術(shù)線路符號及配線線路有更深入的了解，其強(qiáng)大的控件功能和動(dòng)態(tài)效果更能提高學(xué)生對電氣控制技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。

《電氣控制技術(shù)與PLC》的教學(xué)實(shí)踐證明，V-ELEQ引入課程教學(xué)中，有助于課堂教學(xué)中理論和實(shí)踐的有效結(jié)合，理論的深透，實(shí)踐的形象化更有利于學(xué)生理解本課程的重點(diǎn)知識，可提高學(xué)生對電氣控制技術(shù)與PLC學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。隨著應(yīng)用型本科高校的培養(yǎng)計(jì)劃的不斷調(diào)整，V-ELEQ引入電氣控制技術(shù)與PLC的教學(xué)越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建明，巫付專，朱曉東，等.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2]湯仁彪.V-ELEQ在電氣控制線路中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2010，39（11）：56-58，103.

[3]茆曉榮.電氣控制及PLC的仿真應(yīng)用實(shí)踐研究[J].信息技術(shù)，2001，（8）：224.

[4]李鐵鋼.基于V-ELEQ的低壓電氣仿真[J].河南科技，2013，（1）：70.