“電器控制”課程理論聯系實際的教學思考

◆邱聯奎 黃景濤 史敬灼

“電器控制”課程理論聯系實際的教學思考

◆邱聯奎 黃景濤 史敬灼

“電器控制”是電氣工程等相關專業的一門工程實踐性很強的專業基礎課程，涵蓋傳統的繼電器-接觸器電機控制系統和以可編程控制器（PLC）為核心的電氣控制系統。針對理論與具體工程實踐相互脫節的問題，在教學過程中，教師加強理論聯系實際，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的一門工程實踐性很強的專業基礎課程，涵蓋傳統的繼電器—接觸器電機控制系統和以可編程控制器 （PLC)為核心的電氣控制系統，主要討論了電器控制系統的組成、原理、特點和應用。PLC、計算機輔助工程 （CAE)和機器人技術是現代工業生產的三大支柱，其中PLC技術具有適應性強、穩定性好、組網方便等優點，廣泛應用于單體機器、機床與生產線的控制系統中；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節，特別是典型的應用環節，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，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教學中存在的各種不足，從理論和實踐兩個教學環節進行了剖析，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造性。在分析本課程的特點和培養目標的基礎上，針對現階段存在的問題，從課程體系和教學內容優化、教學手段方面入手，對課程進行教學改革，促進了學生創新意識的培養和實踐能力的提高。

一、課程內容、教學目標和現狀

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的一門工程實踐性很強的專業基礎課程，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“理論聯系實際”的教學改革，以傳統的理論教學為基礎，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實驗，缺少組網和生產線類型的實踐對象，必須從真實的工程實際中提煉實驗系統，并與現場總線、計算機控制技術等課程相結合，開展豐富多樣的大型實驗，鍛煉和培養學生分析和解決問題的能力，提高就業競爭力。

鑒于理論教學和實踐環節中存在的上述問題，課題組從電器控制課程的理論教學改革為出發點，加強理論聯系實際，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學生的學習熱情和應用熱情，培養和提高學生的綜合應用能力，以滿足各個類型企業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，構建復雜的生產線系統，鍛煉學生們的組網能力和大型PLC控制系統的設計能力。

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”的教學中，電機的星—三角啟動方式是在工業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、生產線模擬、數碼管顯示、交通燈控制、機械手控制、MCGS組態軟件使用等實驗，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，用于需要閃亮的環節；③秒脈沖模塊。

實驗教學和課程設計也使用MCGS組態軟件，構筑虛擬的PLC仿真實驗平臺，例如售貨機、除塵生產線系統等，這些環節和模塊的加入，既有實際的工程意義，能夠體現學以致用的目的，又進一步激發學生的學習興趣，提高學生的積極性、主動性和創造性，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控制系統非常感興趣的同學，提出控制系統要求，先后設計開發了電梯控制系統模型、電機伺服控制平臺、多水箱控制系統平臺，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，并且選拔了一批優秀的科技創新人才，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節的實驗、課程設計等環節，加強理論聯系實際，采用工程實際中的具體案例、具體生產線和系統，并與MCGS組態軟件相結合，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：數據融合和故障診斷；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。

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1671-0568（2015）35-0062-02