“电器控制”课程理论联系实际的教学思考

◆邱联奎 黄景涛 史敬灼

“电器控制”课程理论联系实际的教学思考

◆邱联奎 黄景涛 史敬灼

“电器控制”是电气工程等相关专业的一门工程实践性很强的专业基础课程，涵盖传统的继电器-接触器电机控制系统和以可编程控制器（PLC）为核心的电气控制系统。针对理论与具体工程实践相互脱节的问题，在教学过程中，教师加强理论联系实际，采用实际工程应用中的具体案例，与课堂教学内容进行对比，互相补充，提高了教学质量和学生培养质量。

电器控制；PLC；继电器—接触器

“电器控制”是自动化、电气工程及其自动化等相关专业的一门工程实践性很强的专业基础课程，涵盖传统的继电器—接触器电机控制系统和以可编程控制器 （PLC)为核心的电气控制系统，主要讨论了电器控制系统的组成、原理、特点和应用。PLC、计算机辅助工程 （CAE)和机器人技术是现代工业生产的三大支柱，其中PLC技术具有适应性强、稳定性好、组网方便等优点，广泛应用于单体机器、机床与生产线的控制系统中；另一方面，在电机的控制中，接触器—继电器控制也是必不可少的环节，特别是典型的应用环节，如：星—三角启动、正反转、能耗制动等，因此，学习和掌握电器控制技术，对于电气工程及其自动化等相关专业的学生来说，是必须完成的学习任务之一。电器控制课程的教师对于如何教好这门课，进行了广泛而深入的研究和探讨。从教学模式改革的角度出发，讨论了教材建设、教学手段改革、实践操作改革方面的方法、手段和成果，具有一定的先进性和借鉴意义。针对电器控制课程传统教学中存在的各种不足，从理论和实践两个教学环节进行了剖析，提出了采用案例式与移动式实验教学方式组织教学，提高了学生学习的主动性和创造性。在分析本课程的特点和培养目标的基础上，针对现阶段存在的问题，从课程体系和教学内容优化、教学手段方面入手，对课程进行教学改革，促进了学生创新意识的培养和实践能力的提高。

一、课程内容、教学目标和现状

河南科技大学电气工程学院开设的“电器控制”课程是自动化、电气工程及其自动化等相关专业的一门工程实践性很强的专业基础课程，包括电器设备的开关、起动控制以及可编程控制器 (PLC)的原理与应用，通过本课程的学习，学生了解常用电器的基础知识，并与仪表与计算机控制技术相集成，从而进一步掌握PLC控制系统基本的设计方法。该课程共有50学时，其中理论课时为32学时，实验占18学时，另外还有2周的课程设计，根据课程设计任务书，学生自己完成整个控制程序的编写和调试。

从理论教学方面来看，目前的课堂教学存在着教材与工程实际脱离的问题，换句话来说就是：教材上讲的内容，在实际工程中已经不使用或很少使用。尽管如此，这些内容仍然是实际工程应用的基础，并不能加以摒弃。因此，很有必要进行“理论联系实际”的教学改革，以传统的理论教学为基础，结合工程实际加以拓展，提升学生们的适应能力和实际应用能力。

从实验教学角度而言，教学内容多为单体机器或机床的控制系统实验，缺少组网和生产线类型的实践对象，必须从真实的工程实际中提炼实验系统，并与现场总线、计算机控制技术等课程相结合，开展丰富多样的大型实验，锻炼和培养学生分析和解决问题的能力，提高就业竞争力。

鉴于理论教学和实践环节中存在的上述问题，课题组从电器控制课程的理论教学改革为出发点，加强理论联系实际，采用“案例式”教学对课程教学进行改革，针对一个理论知识点，构建完善的实际应用案例库，以实际应用案例最大限度地激发学生的学习热情和应用热情，培养和提高学生的综合应用能力，以满足各个类型企业对工程技术人次的需求。课题组以河南科技大学罗克韦尔电气自动化实验室为依托，构建复杂的生产线系统，锻炼学生们的组网能力和大型PLC控制系统的设计能力。

二、理论知识点与实际工程应用案例相结合

在“接触器—继电器—电机控制系统”的教学中，电机的星—三角启动方式是在工业上常用的减压启动方式之一，除此之外，还有定子串电阻减压启动和自耦变压器减压启动。在传统教学中，星—三角启动是以时间为原则的启动方案，用单独的时间继电器，在延时一段时间后，完成电机从星形接法和三角形接法的变换。其工业应用案例的思路是采用带有延时触头的接触器控制方案。这是一种工业上常用的控制方案，是一种能够以DCS或PLC进行远程控制的星—三角启动，其主电路与控制电路的具体接法如图1所示。

图1 工程应用实例：星—三角启动主电路（a)与控制电路（b)

该工程应用案例的讲解，受到了学生的一致好评，因为这些案例来源于工程实际，与实际工程应用中的电路接法是一致的。学生学到了真正有用的本领，从而提高了学习的积极性、主动性和创造性，学习效果提高明显。类似的工程案例还有电动机的正反转控制、能耗制动等电路，在此不再赘述。

三、虚实结合的实验模块

“电器控制”课程共开设9个实验，前3个实验是接触器—继电器控制方面的实验，主要涵盖基本电器元件的认识和使用、电机正反转控制、电机星三角启动控制，在前3个实验中，用实际元器件在实验台上搭建实际电路，对电机进行控制。后6个实验是可编程控制器 （PLC)的教学实验，主要有：基本编程指令、生产线模拟、数码管显示、交通灯控制、机械手控制、MCGS组态软件使用等实验，突出了各个基本指令在程序设计中的重要作用，主要涵盖了以下几部分基本程序模块：①启—停—保模块，即启动—停止—保持程序模块；②方波模块，用于需要闪亮的环节；③秒脉冲模块。

实验教学和课程设计也使用MCGS组态软件，构筑虚拟的PLC仿真实验平台，例如售货机、除尘生产线系统等，这些环节和模块的加入，既有实际的工程意义，能够体现学以致用的目的，又进一步激发学生的学习兴趣，提高学生的积极性、主动性和创造性，在教学过程中，取得良好的教学效果。

在实验室开放活动中，我们依托河南科技大学罗克韦尔电气自动化实验室，对一些学有余力，而且对PLC控制系统非常感兴趣的同学，提出控制系统要求，先后设计开发了电梯控制系统模型、电机伺服控制平台、多水箱控制系统平台，为学生提供了施展才能的平台和机会，为老师丰富了教学案例，为其他同学提供了额外的实验平台，并且选拔了一批优秀的科技创新人才，代表学校参加了全国罗克韦尔自动化竞赛，取得了优异的成绩。

在电器控制的课程教学过程中，从课堂的理论教学到实践环节的实验、课程设计等环节，加强理论联系实际，采用工程实际中的具体案例、具体生产线和系统，并与MCGS组态软件相结合，极大地提高了学习质量和学习效果，提高了学生的就业竞争力，为学生走向将来的工作岗位奠定了坚实的基础。

[1]原菊梅.电器与PLC控制技术教学模式改革与实践[J].中国教育技术装备,2015,（6)：95-97.

[2]王艳芳，孙丽君，任胜杰.电气控制技术与PLC课程教学改革研究[J].中国电力教育,2014,（30)：33-34.

[3]赵涛,张永号,刘启新,沈亚斌.“电气控制与PLC”精品课程建设的实践研究[J].中国电力教育,2013,（36)：101-102.

（编辑：王春兰）

本文系河南省高等教育教学改革研究项目（编号：2014SJGLX200）；河南科技大学重大教育教学改革研究项目（编号：2014ZD-012，2013Z-020）的研究成果。

邱联奎，男，河南科技大学电气工程学院副教授，工学博士。研究方向：机器人控制；黄景涛，男，河南科技大学电气工程学院副教授，工学博士。研究方向：数据融合和故障诊断；史敬灼，男，河南科技大学电气工程学教授，工学博士，博士生导师。研究方向：电力电子与电力传动。

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1671-0568（2015）35-0062-02