基于雞舍項目的電氣實踐教學(xué)“課程融合”初探*

劉靜 吳多

（武昌工學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北武漢430065）

基于雞舍項目的電氣實踐教學(xué)“課程融合”初探*

劉靜 吳多

（武昌工學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北武漢430065）

本研究要在以本身專業(yè)課的課程知識為基礎(chǔ)，根據(jù)以前的相關(guān)基礎(chǔ)課程與學(xué)校的實驗環(huán)境為依托，形成多個相關(guān)課程相互融合、綜合性強(qiáng)的實驗項目。文章正是通過雞舍恒溫控制的實踐項目將多門基礎(chǔ)課程融合在一起，探討電氣專業(yè)的多課程融合在實訓(xùn)中的體現(xiàn)。

電氣實踐教學(xué)；課程融合；雞舍項目

一、課程融合項目背景

如何將電路、電機(jī)學(xué)、傳感器技術(shù)、電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)等課程在實踐項目中進(jìn)行融合是文章要解決的重點，經(jīng)過對多個項目的篩選，我們選擇通過對雞舍室內(nèi)的恒溫控制來實現(xiàn)，因為此實踐項目是根據(jù)室溫來調(diào)節(jié)五組風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)的恒溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中各類電器的接線都運用了電路理論知識，在采集現(xiàn)場溫度信號的時候又在此基礎(chǔ)上增加了傳感器技術(shù)的應(yīng)用，其負(fù)載控制的是電機(jī)，所以又有部分電機(jī)學(xué)及電氣控制的應(yīng)用，最后，其恒溫控制的核心是使用PLC進(jìn)行控制運算，這些課程在此項目中都得到了很好的融合。

二、課程融合的實施步驟

（一）PLC技術(shù)融合

要完成對雞舍的恒溫自動控制，除了采集現(xiàn)場溫度信號之外，更加重要的是對采集到的信號進(jìn)行處理并控制風(fēng)機(jī)與濕簾調(diào)節(jié)室溫，這些工作可以采用PLC控制完成，PLC是此項目實現(xiàn)自動控制的核心，是“課程融合”的重點內(nèi)容，此項目使用的是實驗室現(xiàn)有的西門子PLCS7-200CPU226和西門子EM235模擬量輸入輸出模塊，同樣在實踐中需要相關(guān)問題，以完成更好的融合效果，從而令學(xué)生了解實踐目的。

1.利用獨立主機(jī)設(shè)置接線障礙，體現(xiàn)PLC自身知識融合

完成核心控制一定離不開梯形圖，所以這里對編程的考察是毋庸置疑的此處不再贅述，除了對PLC編程的考察之外，本項目還融合了實物的選用與接線問題，在理論課中往往只有梯形圖而忽略了實物接線，例如，如何對PLC的主機(jī)模塊、擴(kuò)展模塊接線？如何將傳感器模塊與主機(jī)模塊接線等等問題，我們往往利用24VDC輸出電源直接給EM235模塊供電，并將接地端共地，然后將傳感器的兩根引線分別接入模塊的模擬量輸入其中一組端口的正負(fù)極，這些理論知識在實踐中又變換了新面貌成為學(xué)生學(xué)習(xí)的新障礙。

2.利用模數(shù)轉(zhuǎn)換障礙，在主機(jī)基礎(chǔ)上融合擴(kuò)展模塊使用技能

（1）擴(kuò)展模塊的特性

由于226系列是沒有輸入輸出模塊的，因此需要使用EM235擴(kuò)展模塊，它是配合傳感器完成溫度模擬量數(shù)字化的重要元件。根據(jù)傳感器采集的溫度模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)過EM235模塊進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，對比程序的條件預(yù)設(shè)值，完成預(yù)設(shè)的自動動作，實現(xiàn)自動控制。

本項目中可以選用PLC擴(kuò)展模塊EM235有4個模擬量輸入端口A/B/C/D，分別對應(yīng)PLC編程儲存區(qū)的AIW0/AIW2/ AIW4/AIW6，如何選用，如何與PLC指令相匹配是實踐動手中遇到的新問題，例如，遇到PLC無法讀取輸入端口的數(shù)據(jù)的情況時，檢查PLC的外部接線或者更改程序中分配的地址都是可行的，因此，在這個項目中無疑將擴(kuò)展模塊與PLC進(jìn)行了有益的融合。

（2）根據(jù)實際測量問題，融合DIP設(shè)置

由于本項目中模擬量輸出為0-10mV，為了提高數(shù)據(jù)的精確度，防止出現(xiàn)跳級現(xiàn)象，首先要根據(jù)EM235模塊的數(shù)據(jù)輸入類型撥碼開關(guān)表相對應(yīng)，這里用到的是0-50mV等級電壓型模擬量輸入，對照相關(guān)圖表將撥碼開關(guān)撥為“100010”檔，本項目中根據(jù)實際模擬量情況選用檔位，體現(xiàn)了融合的特性，當(dāng)然根據(jù)不同的控制要求DIP的設(shè)置也不一樣。

（二）傳感器技術(shù)融合

自動恒溫控制需要用溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度信號，本項目使用的是實驗室中現(xiàn)有的K型熱電偶來采集現(xiàn)場溫度變化模擬量，同時配合E型熱電偶、溫度傳感器模塊、恒溫控制實驗臺共同完成模擬溫度變化。實踐中設(shè)置幾個問題以幫助學(xué)生掌握傳感器的應(yīng)用與接線。

1.利用分度表設(shè)置當(dāng)前參考溫度，體現(xiàn)傳感器自身知識融合

當(dāng)傳感器的電壓輸出出現(xiàn)與理想情況差距太大時，需要重新將K型熱電偶與E型熱電偶插入溫控箱中，利用實驗臺和溫度傳感器實驗?zāi)K，并對照分度表將K型熱電偶的輸出電壓調(diào)整的相關(guān)線性曲線上，這里需要運用已有的傳感器知識進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。

2.設(shè)置傳感器應(yīng)用障礙，增強(qiáng)傳感器與PLC的融合

傳感器與PLC是兩門獨立課程，但是在這個項目中兩者需要有機(jī)結(jié)合，理論上，實驗室K型熱電偶接線時將熱電偶輸出導(dǎo)線的正負(fù)兩端直接接在EM235模塊的一組模擬量輸入端口即可，但是實際當(dāng)中又存在很多問題，值得注意的是，擴(kuò)展模塊EM235的4個模擬量輸入端口都有正負(fù)兩極，如何選用，具體如何接線，成為傳感器實際應(yīng)用中遇到的新問題，往往因為傳感器本身輸入數(shù)據(jù)時并不是很理想的平滑曲線，所以將模擬量輸入信號的負(fù)極共地，使信號曲線變化相對平穩(wěn)，即在與模擬量輸入/輸出模塊供電后，將熱電偶的兩根線分別接在A+、A-端口，并將A-接地，因此，這個項目無疑將傳感器與PLC進(jìn)行了有益的融合。

（三）電氣控制技術(shù)融合

電氣控制技術(shù)是本項目的根本，不僅需要使用熔斷器、熱繼電器、空氣開關(guān)等器件保護(hù)線路，同時要通過使用各類電磁式低壓電器實現(xiàn)對負(fù)載電動機(jī)的控制。

1.設(shè)置低壓電器選型障礙，體現(xiàn)電氣控制自身知識融合

此項目中使用一個雙線空開和一個三線空開做控制電路和主電路的過載、欠壓、過流和短路保護(hù)；在空開后面的每根線下各串聯(lián)一組熔斷器；每組電機(jī)前添加一組熱繼電器對電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)；選擇兩個按鈕分別為開機(jī)、關(guān)機(jī)；使用24VDC直流接觸器和220VAC（或380VAC）交流接觸器實施對負(fù)載電機(jī)的控制。

2.設(shè)置主機(jī)與接觸器不匹配障礙，考察電氣控制實踐融合能力

由于CPU選用的是DC版本，因此輸出的24VDC直流電壓，如何用這樣的CPU驅(qū)動交流接觸器是該實踐中設(shè)置的障礙，以此考察學(xué)生融會貫通的能力。

可以采用CPU輸出控制24VDC直流中間繼電器動作后，再由直流接觸器的主觸點接通交流電源來驅(qū)動交流接觸器CJX2-2510-220VAC的線圈，然后利用交流接觸器線圈，控制其主觸頭完成對三相異步電機(jī)的得電控制。

實踐中應(yīng)當(dāng)注意，若接觸器型號與實際的使用型號不匹配時，需要及時更換并使用正確型號，否則會出現(xiàn)許多意想不到的問題甚至于影響用電安全，對初學(xué)者來說各類電器的功能對應(yīng)的型號不準(zhǔn)確的情況時有發(fā)生，導(dǎo)致無法完成預(yù)定動作的情況，該融合項目使得學(xué)生可以掌握靈活的解決辦法。

（四）電路理論知識融合

電路理論知識可以說是電氣相關(guān)專業(yè)的基本常識和準(zhǔn)則，沒有好的電路理論知識幾乎無法正確、安全的完成自動控制，項目中的電氣線路都需要使用電路理論知識，當(dāng)許多預(yù)定動作不正確時，需要檢查各個線路是否按規(guī)定布線。例如，實驗室供電為380VAC，同時提供多種接觸器型號，其中有驅(qū)動電壓為380VAC也有220VAC，接觸器的選用將直接決定電源的接線方式，如上文所講，若接觸器線圈為220VAC驅(qū)動電壓，則需要使用單相線電壓，若選用380VAC驅(qū)動電壓的接觸器，則需要使用相電壓，否則將出現(xiàn)線圈燒毀或者出現(xiàn)吸不緊、吸不上、無規(guī)律抖動等異常。

通過這樣的實踐設(shè)置將會大大提高學(xué)生對三相電源及電路的理解，在實踐教學(xué)中設(shè)置電源與用電器型號不匹配障礙，便于電路理論知識的快速融合。

（五）電機(jī)學(xué)融合

電機(jī)是許多電氣控制的執(zhí)行元件，此項目使用的三相異步電動機(jī)就是通過多組風(fēng)機(jī)的啟停實現(xiàn)降溫，設(shè)置多電機(jī)供選，考察電機(jī)學(xué)相關(guān)知識。實驗室為了能模擬降溫效果，使用的是小功率的三相異步電機(jī)軸流風(fēng)扇。

電機(jī)很多時候會出現(xiàn)不動作、反轉(zhuǎn)或撥一下才轉(zhuǎn)等故障，前者一般是電機(jī)電源線沒接好，實驗室的熱繼電器是插入到接觸器中的，很容易忽略接觸器下方的鎖緊螺釘，或者熱繼電器測試按鈕未復(fù)位。而后者則是三相電機(jī)的三相電源相序不正確，需要對輸入端口的電源進(jìn)行換相處理即可正常動作。

三、結(jié)束語

本項目旨在研究電氣專業(yè)在實踐項目中的多課程融合，可以在學(xué)完相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，通過多課程融合的實踐項目增加學(xué)生的實踐時間與學(xué)習(xí)興趣，并學(xué)會處理教科書上沒有的各類問題，在復(fù)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科的知識的同時建立專業(yè)知識互通橋梁，并運用到實踐中去，使學(xué)生所學(xué)的知識不再是很多獨立的個體，而是自己獨有的知識網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的知識理論體系，從而在橫向擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)知識廣度的同時，也加深了學(xué)生對專業(yè)知識解讀與理解的深度。

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This study is based on curriculum knowledge of professional courses and supported by relevant fundamental courses and school experimental environment to form a highly comprehensive experimental project that sees an integration among a number of relevant courses.This article integrates multiple fundamental courses through the practical project of henhouse thermostatic control，so as to discuss the role of multicourse integration in electrical engineering.

practical teaching of electrical engineering；course integration；henhouse project

G642

A

2096-000X（2016）19-0149-02

湖北省“十二五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“‘課程融合’視域下民辦高校電氣自動化專業(yè)實踐教學(xué)的轉(zhuǎn)型研究”（編號：2015GB210）

劉靜（1983-），女，山東威海人，研究生，副教授，研究方向：電氣控制與PLC研究。