電動機順序控制線路設計教學研究＊

夏春風 ， 邵金發 ， 許乃霞

（蘇州農業職業技術學院，江蘇 蘇州 215008）

0 引言

隨著傳統農業向現代農業的轉變，電氣控制在現代農業中的運用也越來越廣泛，如育苗播種機、聯合收割機和果樹嫁接機等。電氣控制系統是農業裝備中非常重要的組成部分，電氣控制的質量直接影響農業裝備運行的安全性及穩定性[1]。特別是隨著農業機器人等智能裝備的興起[2]，許多農業裝備均被要求按照事先設定的先后順序來完成智能控制。因此，農業裝備的順序控制是智能控制的關鍵，由于農業裝備的大多數動力設備是電動機[3]，所以，正確掌握電動機順序控制的設計才能保證所設計的農業裝備更科學、更合理、更有效。

在多年的“電機與電氣控制”課程教學中，筆者發現學生不會應用所學的知識去設計順序控制線路或設計能力欠佳。經調查，造成此現象的主要原因是學生靈活運用知識的思維沒有被開拓出來，且學生不會根據一種順序控制線路舉一反三地設計其他順序控制線路，從而造成設計時無頭緒或設計思維混亂等。筆者經過不斷探索，積極與同行研討后，總結出了電動機順序控制線路設計的新教學方法——啟發式增加法和求同求異比較法。

1 啟發式增加法

啟發式增加法主要是利用學生現有的知識引出新知識，等學生將新知識消化后，再開拓學生的思維，引導學生通過增加某些知識導出復雜的知識，從而把學生所學的具體知識轉化為分析問題和解決問題的能力[4]。為了保證農業裝備的安全運行，經常需要控制農業裝備各個部件的電動機按一定的順序工作，即對電動機進行順序控制。電動機順序控制線路主要有順序起動順序停止、順序起動逆序停止和順序起動同時停止控制線路[5]。連續運行控制線路是最基本的電氣控制線路[6-7]，任何一個電氣設計人員都需將其熟記于心。

本研究主要從連續運行控制線路著手，闡述如何采用啟發式增加法引出兩臺電動機順序起動順序停止控制線路的設計。電動機順序起動順序停止控制線路包括主電路和控制電路，因篇幅關系，只闡述順序起動順序停止主電路設計過程。

案例一：加工農業裝備的車床有兩臺電動機，一臺控制主軸運動，一臺控制冷卻液運動。要求主軸電動機啟動后，冷卻液電動機才能起動；停止時先停主軸電動機，再停冷卻液電動機。如何設計其電氣控制電路？

1）先給學生觀看車床工作視頻，了解兩臺電動機的控制過程。然后師生共同分析車床控制要求：主軸電動機（第一臺電動機M1）起動后，冷卻液電動機（第二臺電動機M2）才能起動，此屬于順序起動；先停主軸電動機，再停冷卻液電動機，此屬于順序停止；即案例一要設計一個順序起動順序停止的控制線路。

2）多媒體先展示學生已學的連續運行控制主電路圖1a。然后老師啟發學生：圖1a只能控制一臺電動機，現在案例一要控制兩臺電動機，則需要用到幾條連續運行控制主電路？學生思考后回答要用兩條，接著多媒體展示圖1b。

3）師生共同回憶一般設計法原則之一：電氣控制設計時要盡量減少電氣元器件的數量，以減少成本和降低故障率。回憶后啟發學生：圖1b中①處的兩組QS和FU1功能相同，是否只需采用一組即可滿足要求？學生思考后認為只需一組即可，故將圖1b中①處合并為圖1c中的①處，同時用多媒體展示圖1c的①處。

4）師生共同回憶電氣原理圖繪制原則：多個同類器件出現在同一原理圖中，要在其文字符號后加數字序號來進行區別。回憶后啟發學生：因案例一要用到2只交流接器KM1、2只熔斷器FR1和2臺電動機M1，怎么辦? 馬上有學生說，對同類器件進行數字編號。故將圖1b中②處的KM1和FR1變為圖1c中②處的KM2和FR2；圖1b中③處的M1變為圖1c中③處的M2，同時多媒體展示圖1c中的②和③處，即形成順序起動順序停止控制主電路，其圖如圖1c所示。

圖1 順序起動順序停止控制主電路設計演變過程圖

通過連續運行控制主電路，采用啟發式增加法逐步引出電動機順序起動順序停止控制主電路。此教學方法可使學生看到主電路設計的演變過程，且知道主電路為什么要這么畫，引起學生的學習興趣，提高學生的參與度，激勵學生去思考和討論，從而使學生更容易理解和掌握電動機順序起動順序停止控制主電路的設計。

2 求同求異比較法

比較研究法是根據一定的標準，對兩個或兩個以上有聯系的事物進行考察，尋找其異同，探求一定規律的方法。比較研究法按目標指向可分為求同比較和求異比較。求同比較是尋求不同事物的共同點以尋求事物發展的共同規律；求異比較是比較兩個事物的不同屬性以發現事物發展的特殊性[8]。

教學之余，筆者把教學涉及的順序控制線路匯總并進行“求同”和“求異”分析比較后，發現它們之間既有相同點又有不同點，且存在一定的規律，這個規律可以使學生更好地認識順序控制線路的多樣性與統一性。因篇幅關系，只闡述采用求同求異比較法引出順序起動逆序停止控制電路的設計過程。

案例二：修改案例一的控制要求。車床中的主軸電動機啟動后，冷卻液電動機才能起動；停止時先停冷卻液電動機，再停主軸電動機。問控制線路的主電路要不要改變？其控制電路又如何設計？

1）學生分析案例二要求并思考后，認為案例二的主電路和案例一的主電路一樣，可以不用改變，但控制電路不一樣，需要重新設計。

2）師生共同分析案例二控制要求：主軸電機起動后，冷卻液電機才能起動，此是順序起動且與案例一相同；先停冷卻液電動機，再停主軸電動機，此是逆序停止，即案例二是要設計一個順序起動逆序停止的控制電路。

3）采用求同比較法開發學生思路：案例二的順序起動設計能否借用案例一的順序起動設計？學生思考后一致認為可以借用，于是多媒體展示學生剛學的順序起動順序停止控制電路圖2a。

4）圖2a出現后，老師先啟發學生：圖2a中與案例二無關的可不可以先刪掉？有位學生說圖2a中①處的常開觸點KM1是為順序停止加上的，現在要求逆序停止，可以刪除圖2a中①處。

5）刪除圖2a①處后，老師先設問學生：圖2a電路是順序停止，怎樣讓其逆序停止呢？然后老師采用求同和求異比較法啟發學生：順序起動是在后起動的電路中串聯了一個KM1常開觸點，逆序停止能不能也采用串聯或并聯KM1或KM2的常開觸點？學生進行各種可行性比較討論后，認為可以增加一個KM2常開觸點去控制電動機M1的停止。經過兩次KM2常開觸點位置的試放，一致認為在圖2b的②處并聯一個KM2常開觸點即可達到目的，同時用多媒體展示圖2b的②處 。

6）老師再次啟發學生：若電動機M2過載，對其起過載保護的FR2斷開，使電動機M2停止，此時正在運轉的電動機M1能不能停下來？學生思考后認為電動機M1停不下來。老師采用求異比較法啟發學生：由于圖2a中的FR1和FR2并聯，使電動機M2過載后電動機M1仍可運轉，若把FR1和FR2串聯后情況會如何？學生思考后，認為可以把FR1和FR2串聯，即把圖2a中③處修改成圖2b中的③處，使電動機M2過載后，電動機M1也能停止，從而形成完整的順序起動逆序停止控制電路，如圖2b所示。

圖2 順序起動逆序停止控制電路演變過程圖

圖2b中由于KM2線圈與KM1常開觸點相串聯，與案例一相同，可以實現電動機M1起動后、電動機M2方可起動的順序起動。由于圖中②處KM2的常開觸點與停止按鈕SB1相并聯，所以停止時必須先按下電動機M2的停止按鈕SB3，使KM2線圈斷電，電動機M2停止，②處的KM2常開觸點斷開后，再按下電動機M1的停止按鈕SB1，才能使KM1線圈失電，電動機M1停止。也就是說，按下停止按鈕SB3之前，先停止按鈕SB1，由于②處的KM2常開觸點仍吸合，KM1線圈仍得電，電動機M1仍無法停止。

通過電動機順序起動順序停止控制線路，采用求同求異比較法逐步引出電動機順序起動逆序停止控制線路設計，此教學方法可使學生看到控制線路設計的演變過程，知道這些控制線路的相同點和不同點，從而理清思路，找出規律，并很容易地理解和掌握電動機順序控制線路的設計，為農業裝備的設計打下良好的基礎。

3 結論

通過具體的案例，采用啟發式增加法和求同求異比較法，培養學生的創新思維，提高學生的參與熱情，達到集思廣益、同心解決問題的目的。啟發式增加法可使學生看到由連續運行控制線路演變為電動機順序起動順序停止控制線路的過程，且知道這些控制線路為什么要這樣畫，引起學生學習興趣，激勵學生去思考與討論；求同求異比較法是將順序起動順序停止控制線路采用求同和求異方法進行比較后，找出順序控制線路中的相同點和不同點，從而理清思路，找出規律，在理解記憶后快速掌握順序控制線路的設計，使學生能根據控制要求嫻熟地應用或舉一反三地去設計順序控制的農業裝備。