仿真技术在电气控制技术课程中的应用探索

陈海轮 张倩 祁瑒娟 包头铁道职业技术学院

一、引言

《电气控制技术》是一门理论性与实践性都很强的课程，学生在课堂上学习抽象的控制电路，在实训室进行典型控制线路的安装调试，通过校企合作工厂进行维修实践，这样才会有较满意的学习效果。同时这门课程也是专业基础课程，在我校的机电设备维修与管理、铁道供电技术、铁道机车、车辆等专业开设，具有一定的广泛性，是现代铁路各技术工种的技术基础，因此开设好这门课程意义重大。但在课程教学实践中，我们发现有以下三个问题。一是电气控制电路分析相对抽象，学生需要通过控制电路具体操作实践来把抽象问题具体化，但学校的实训条件有限，工厂的维修任务并不能与学习需求完成匹配，不能实现“教学做”的融合一体，教学效果难以保证。二是《电气控制技术》课程的实训中要使用大量低压电器与线缆进线训练，这样会产生较大的花费，随着班级的增多，学校难以承受。三是电气控制技术的实训与维修实践中本来就存在高压、短路电弧等危险，对于初步学习的学生危险性更大，怎样杜绝这样的危险伤害学生也是课程中的一个关键问题，需要高度重视。

针对上述教学过程中存在的问题， 笔者使用电气控制技术仿真软件进行实践探索。经过6 个学期的实践与探索，笔者在电气控制原理图学习中使用了CADe_SIMU 仿真软件，该软件在原理图仿真中全面的展示了原理图电路运行中的各个状态，学生能够清晰的看到低压电器线圈得电、触头动作的全过程，从而能快速理解电路工作原理。在电气控制接线图的学习中，使用了V-ELEQ 软件。这个软件的应用把抽象的电气控制接线分析转化为可视的器件动作，极大的提高了学生的学习兴趣，使得教学效果有了明显提升。同时，由于电路原理图分析、接线图的操作都在计算机上完成，不存在器件、耗材、工具等损耗，也无安全触电问题，较好的解决了常规电气控制技术课程教学中的突出问题。

二、电气控制技术仿真软件概况

仿真技术的发展在电气控制领域也产生巨大推动，电气控制技术领域有众多的仿真工具，发现并使用好这些工具将极大提升教学效果，解决课程改革中难题。其中CADe_SIMU 和V-ELEQ 是两款易用好用的仿真软件。

《电气控制技术》课程教学的核心内容是对各类典型控制电路的原理分析。而原理图分析时涉及到电路中各器件的动态变化过程，需要学生能够根据原理图想到器件动作的过程，刚学习电气控制技术的学生很难理解接触器辅助触头对线圈的供电控制过程，是教学过程中的难点，使用CADe_SIMU 仿真软件可以解决这个难点。

V-ELEQ 软件仿真功能强大，不但能够仿真电气原理图、接线图，还可以进行气压原理图、油压原理图、PLC 等自动化控制仿真。V-ELEQ软件内部设计了丰富的器件库，在课程实践中，使用V-ELEQ 软件进行接线图仿真。V-ELEQ 软件器件控制联动效果好，动作逼真，能极大调动学生的学习兴趣。

三、三项异步电动机连续运行控制仿真实例

下面以三项异步电动机连续运行控制的原理图和接线图仿真来介绍两款软件的使用方法。

打开CADe_SIMU 仿真软件，进行连续运行控制的原理图仿真。第一步器件的选择与布局。点击电源工具，选择三项电源+接地，按照原理图位置放置；点击熔断器和断路器工具，选择断路器、熔断器，分别放置到电源下端；点击接触器主触头及线圈工具，放置触头与触器线圈，热继电器主触头；点击继电器辅助触头工具，放置热继电器常闭辅助触头，点击电机工具，选择三项异步电动机放置到接触器下；最后选择起动与停止按钮进行放置，并按照电气控制原理图修改器件名称。完成的器件布局图如图1 所示。

第二步进行器件的连接。选择导线工具，点击导线选项，按照电气原理图完成线路连接。第三步进行电路仿真与调试。点击仿真按钮，这时电路进入仿真状态，按下控制按钮，我们观察到，软件中通过箭头标识电机运行，松开按钮，电机保持运行，按下停止按钮，电机停止运行。

打开V-ELEQ 仿真软件进行接线图仿真。第一步进行器件的选择与布局，依次点击左侧列表栏电气-配线-电源选项，选择交流电源RST AC-3P4L 电源、熔断器；点击接点选项，选择低压断路器；点击输出-电感线圈选项，选择接触器、热继电器，点击电机选项，选择三项异步电动机，并按照接线图进行器件布局。第二步电路的连接。点击导线工具，进行主电路的线路连接。电源的出线进入断路器，连接断路器到熔断器，再连接熔断器到接触器主触头，最后完成热继电器到电动机的接线。在进行控制线路的连接，根据电气控制原理图，把熔断器、停止按钮、起动按钮、接触器线圈串联起来，把接触器辅助常开触头与起动按钮并联，完成控制电路连接。第三步进行接线图仿真与调试。点击仿真按钮，按下控制按钮，电机运行，松开控制按钮，电机保持运行，按下停止按钮，电动机停止运行这样，通过V-ELEQ 仿真软件实现了三项异步电动机连续运行控制接线图仿真。

四、仿真技术在电气控制技术教学中的不足与应对策略

虽然该仿真软件在教学中的应用效果良好， 但同时也存在如下两点不足之处：

一是使用仿真软件完成电路连接时，只是使用鼠标接线，而电气电路接线工艺也是电气控制技术的课程的学习内容，只做仿真会导致教学接线工艺教学内容缺失。

二是由于仿真软件的应用，虽规避了用电安全的问题，从而不能很好培养学生安全用电意识与职业素养，而这也是课程的教学内容。

针对以上问题，在教学实践中我们提出以下对策。在教学中采用仿真与实做相结合。课程教学设计上先进行仿真学习，让学生在仿真操作中理解低压电器结构、动作过程、电气控制电路的原理，能够明确电路的接线操作过程。然后再去实训室按照电气控制电路安装工艺要求进行实操训练，并在实操过程中培养安全用电知识与职业素养。 这样采用“教学做”模式，结合不同的教学手段，取长补短虚实结合， 解决了上述问题。

总之要清楚的意识到电气控制仿真技术在课程教学中的辅助作用以及与实际控制电路实操之间的差距， 要虚实结合相辅相成，千万不能用仿真软件来代替实践操作，这将与仿真技术的使用初衷背道相驰。