电动机顺序控制线路设计教学研究＊

夏春风 ， 邵金发 ， 许乃霞

（苏州农业职业技术学院，江苏 苏州 215008）

0 引言

随着传统农业向现代农业的转变，电气控制在现代农业中的运用也越来越广泛，如育苗播种机、联合收割机和果树嫁接机等。电气控制系统是农业装备中非常重要的组成部分，电气控制的质量直接影响农业装备运行的安全性及稳定性[1]。特别是随着农业机器人等智能装备的兴起[2]，许多农业装备均被要求按照事先设定的先后顺序来完成智能控制。因此，农业装备的顺序控制是智能控制的关键，由于农业装备的大多数动力设备是电动机[3]，所以，正确掌握电动机顺序控制的设计才能保证所设计的农业装备更科学、更合理、更有效。

在多年的“电机与电气控制”课程教学中，笔者发现学生不会应用所学的知识去设计顺序控制线路或设计能力欠佳。经调查，造成此现象的主要原因是学生灵活运用知识的思维没有被开拓出来，且学生不会根据一种顺序控制线路举一反三地设计其他顺序控制线路，从而造成设计时无头绪或设计思维混乱等。笔者经过不断探索，积极与同行研讨后，总结出了电动机顺序控制线路设计的新教学方法——启发式增加法和求同求异比较法。

1 启发式增加法

启发式增加法主要是利用学生现有的知识引出新知识，等学生将新知识消化后，再开拓学生的思维，引导学生通过增加某些知识导出复杂的知识，从而把学生所学的具体知识转化为分析问题和解决问题的能力[4]。为了保证农业装备的安全运行，经常需要控制农业装备各个部件的电动机按一定的顺序工作，即对电动机进行顺序控制。电动机顺序控制线路主要有顺序起动顺序停止、顺序起动逆序停止和顺序起动同时停止控制线路[5]。连续运行控制线路是最基本的电气控制线路[6-7]，任何一个电气设计人员都需将其熟记于心。

本研究主要从连续运行控制线路着手，阐述如何采用启发式增加法引出两台电动机顺序起动顺序停止控制线路的设计。电动机顺序起动顺序停止控制线路包括主电路和控制电路，因篇幅关系，只阐述顺序起动顺序停止主电路设计过程。

案例一：加工农业装备的车床有两台电动机，一台控制主轴运动，一台控制冷却液运动。要求主轴电动机启动后，冷却液电动机才能起动；停止时先停主轴电动机，再停冷却液电动机。如何设计其电气控制电路？

1）先给学生观看车床工作视频，了解两台电动机的控制过程。然后师生共同分析车床控制要求：主轴电动机（第一台电动机M1）起动后，冷却液电动机（第二台电动机M2）才能起动，此属于顺序起动；先停主轴电动机，再停冷却液电动机，此属于顺序停止；即案例一要设计一个顺序起动顺序停止的控制线路。

2）多媒体先展示学生已学的连续运行控制主电路图1a。然后老师启发学生：图1a只能控制一台电动机，现在案例一要控制两台电动机，则需要用到几条连续运行控制主电路？学生思考后回答要用两条，接着多媒体展示图1b。

3）师生共同回忆一般设计法原则之一：电气控制设计时要尽量减少电气元器件的数量，以减少成本和降低故障率。回忆后启发学生：图1b中①处的两组QS和FU1功能相同，是否只需采用一组即可满足要求？学生思考后认为只需一组即可，故将图1b中①处合并为图1c中的①处，同时用多媒体展示图1c的①处。

4）师生共同回忆电气原理图绘制原则：多个同类器件出现在同一原理图中，要在其文字符号后加数字序号来进行区别。回忆后启发学生：因案例一要用到2只交流接器KM1、2只熔断器FR1和2台电动机M1，怎么办? 马上有学生说，对同类器件进行数字编号。故将图1b中②处的KM1和FR1变为图1c中②处的KM2和FR2；图1b中③处的M1变为图1c中③处的M2，同时多媒体展示图1c中的②和③处，即形成顺序起动顺序停止控制主电路，其图如图1c所示。

图1 顺序起动顺序停止控制主电路设计演变过程图

通过连续运行控制主电路，采用启发式增加法逐步引出电动机顺序起动顺序停止控制主电路。此教学方法可使学生看到主电路设计的演变过程，且知道主电路为什么要这么画，引起学生的学习兴趣，提高学生的参与度，激励学生去思考和讨论，从而使学生更容易理解和掌握电动机顺序起动顺序停止控制主电路的设计。

2 求同求异比较法

比较研究法是根据一定的标准，对两个或两个以上有联系的事物进行考察，寻找其异同，探求一定规律的方法。比较研究法按目标指向可分为求同比较和求异比较。求同比较是寻求不同事物的共同点以寻求事物发展的共同规律；求异比较是比较两个事物的不同属性以发现事物发展的特殊性[8]。

教学之余，笔者把教学涉及的顺序控制线路汇总并进行“求同”和“求异”分析比较后，发现它们之间既有相同点又有不同点，且存在一定的规律，这个规律可以使学生更好地认识顺序控制线路的多样性与统一性。因篇幅关系，只阐述采用求同求异比较法引出顺序起动逆序停止控制电路的设计过程。

案例二：修改案例一的控制要求。车床中的主轴电动机启动后，冷却液电动机才能起动；停止时先停冷却液电动机，再停主轴电动机。问控制线路的主电路要不要改变？其控制电路又如何设计？

1）学生分析案例二要求并思考后，认为案例二的主电路和案例一的主电路一样，可以不用改变，但控制电路不一样，需要重新设计。

2）师生共同分析案例二控制要求：主轴电机起动后，冷却液电机才能起动，此是顺序起动且与案例一相同；先停冷却液电动机，再停主轴电动机，此是逆序停止，即案例二是要设计一个顺序起动逆序停止的控制电路。

3）采用求同比较法开发学生思路：案例二的顺序起动设计能否借用案例一的顺序起动设计？学生思考后一致认为可以借用，于是多媒体展示学生刚学的顺序起动顺序停止控制电路图2a。

4）图2a出现后，老师先启发学生：图2a中与案例二无关的可不可以先删掉？有位学生说图2a中①处的常开触点KM1是为顺序停止加上的，现在要求逆序停止，可以删除图2a中①处。

5）删除图2a①处后，老师先设问学生：图2a电路是顺序停止，怎样让其逆序停止呢？然后老师采用求同和求异比较法启发学生：顺序起动是在后起动的电路中串联了一个KM1常开触点，逆序停止能不能也采用串联或并联KM1或KM2的常开触点？学生进行各种可行性比较讨论后，认为可以增加一个KM2常开触点去控制电动机M1的停止。经过两次KM2常开触点位置的试放，一致认为在图2b的②处并联一个KM2常开触点即可达到目的，同时用多媒体展示图2b的②处 。

6）老师再次启发学生：若电动机M2过载，对其起过载保护的FR2断开，使电动机M2停止，此时正在运转的电动机M1能不能停下来？学生思考后认为电动机M1停不下来。老师采用求异比较法启发学生：由于图2a中的FR1和FR2并联，使电动机M2过载后电动机M1仍可运转，若把FR1和FR2串联后情况会如何？学生思考后，认为可以把FR1和FR2串联，即把图2a中③处修改成图2b中的③处，使电动机M2过载后，电动机M1也能停止，从而形成完整的顺序起动逆序停止控制电路，如图2b所示。

图2 顺序起动逆序停止控制电路演变过程图

图2b中由于KM2线圈与KM1常开触点相串联，与案例一相同，可以实现电动机M1起动后、电动机M2方可起动的顺序起动。由于图中②处KM2的常开触点与停止按钮SB1相并联，所以停止时必须先按下电动机M2的停止按钮SB3，使KM2线圈断电，电动机M2停止，②处的KM2常开触点断开后，再按下电动机M1的停止按钮SB1，才能使KM1线圈失电，电动机M1停止。也就是说，按下停止按钮SB3之前，先停止按钮SB1，由于②处的KM2常开触点仍吸合，KM1线圈仍得电，电动机M1仍无法停止。

通过电动机顺序起动顺序停止控制线路，采用求同求异比较法逐步引出电动机顺序起动逆序停止控制线路设计，此教学方法可使学生看到控制线路设计的演变过程，知道这些控制线路的相同点和不同点，从而理清思路，找出规律，并很容易地理解和掌握电动机顺序控制线路的设计，为农业装备的设计打下良好的基础。

3 结论

通过具体的案例，采用启发式增加法和求同求异比较法，培养学生的创新思维，提高学生的参与热情，达到集思广益、同心解决问题的目的。启发式增加法可使学生看到由连续运行控制线路演变为电动机顺序起动顺序停止控制线路的过程，且知道这些控制线路为什么要这样画，引起学生学习兴趣，激励学生去思考与讨论；求同求异比较法是将顺序起动顺序停止控制线路采用求同和求异方法进行比较后，找出顺序控制线路中的相同点和不同点，从而理清思路，找出规律，在理解记忆后快速掌握顺序控制线路的设计，使学生能根据控制要求娴熟地应用或举一反三地去设计顺序控制的农业装备。