電氣控制在《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)的運用

《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程是技工學(xué)校機械類(lèi)、電氣類(lèi)技工層次學(xué)生的一門(mén)必修課程，筆者自2008 年起開(kāi)始從事《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程的教學(xué)工作，授課時(shí)所用的教材有很多，既有勞動(dòng)出版社出版的《液壓技術(shù)》，也有高等教育出版社出版的《液壓與氣壓傳動(dòng)》。但不管是哪種教材，課本所涉及的僅僅是液壓與氣壓的相關(guān)知識，對于液壓及氣壓回路的控制原理都沒(méi)有講述。而學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中經(jīng)常會(huì )詢(xún)問(wèn)液壓與氣壓回路的相應電氣控制是如何實(shí)現的，他們雖然學(xué)習《電工學(xué)》《電力拖動(dòng)控制線(xiàn)路》等相關(guān)的電氣課程，但對于將液壓與氣動(dòng)回路與電氣控制原理結合起來(lái)并不了解。在生產(chǎn)實(shí)際中，液壓與氣動(dòng)系統也都是和電氣控制部分密切在一起的。因此，在傳授液壓與氣動(dòng)相關(guān)知識的同時(shí)結合相關(guān)的電氣控制知識進(jìn)行跨學(xué)科教學(xué)是非常必要的。
1 溫故知新，復習相關(guān)電氣知識
《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程依據我校教學(xué)計劃安排在學(xué)生在校學(xué)習的后一個(gè)學(xué)期，大部分電氣課程學(xué)生已在前幾個(gè)學(xué)期完成學(xué)習，所以在講授液壓與氣壓回路相關(guān)的電氣知識時(shí)，還應該先復習相關(guān)內容，特別是電氣元件的國家標準符號及其功能、作用。
在液壓回路中運用廣泛的就是中間繼電器及其輔助觸點(diǎn)、按鈕等，因此筆者讓學(xué)生分析并比較圖1a、1b 兩圖的功能及作用，后筆者進(jìn)行總結并分別對中間繼電器及其輔助觸點(diǎn)、按鈕的功能以及它們在回路中的作用進(jìn)行講解。

圖1a                圖1b

圖2
2 由淺入手，運用電氣控制回路
因學(xué)生是次接觸液壓回路及相關(guān)的電氣回路設計，所以筆者一開(kāi)始利用圖1a 將燈換成了換向閥的電磁鐵，此回路是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的回路（如圖2 所示），它能實(shí)現的功能是：采用手動(dòng)按鈕控制液壓缸的往返運動(dòng)，通過(guò)1SB 按鈕的分合控制，電磁鐵1YA 失電得電，從而使電磁操縱機構的換向閥進(jìn)行位置的切換，終控制了液壓油的流向讓液壓缸活塞進(jìn)行前進(jìn)或后退運動(dòng)。
通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的液壓回路的設計及制作，學(xué)生開(kāi)始初步接觸液壓回路與電氣回路相結合的模式，讓學(xué)生了解其實(shí)通過(guò)電氣來(lái)控制液壓回路的動(dòng)作并不困難，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性。
在整個(gè)的回路設計過(guò)程中，筆者并不是讓學(xué)生進(jìn)行手動(dòng)繪圖，而是利用液壓軟件進(jìn)行設計，實(shí)現了回路動(dòng)作的仿真，仿真時(shí)電氣回路動(dòng)作帶動(dòng)了液壓回路的相應動(dòng)作，學(xué)生能直觀(guān)地看到自己設計出來(lái)的回路能否實(shí)現所需功能。在電腦上設計成功之后，再讓學(xué)生到液壓實(shí)訓臺上進(jìn)行液壓回路及電氣回路的組裝，鍛煉他們的看圖、識圖及動(dòng)手能力，將液壓及電氣原理圖與實(shí)物一一對應起來(lái)。
3 逐步深入，增加電氣控制難度
在圖2 完成的基礎上，筆者增加難度，讓學(xué)生設計自動(dòng)控制液壓缸往返運動(dòng)回路（如圖3 所示），它能實(shí)現的功能是：采用按鈕、中間繼電器、行程開(kāi)關(guān)實(shí)現液壓缸的自動(dòng)往返運動(dòng)，通過(guò)1SB 按鈕的分合控制及行程開(kāi)關(guān)1S、2S 的條件限定，從而控制了電磁操縱機構換向閥電磁鐵1YA 的得電與失電，終同樣控制了液壓油的流向讓液壓缸活塞進(jìn)行前進(jìn)或后退運動(dòng)。該回路液壓部分基本沒(méi)有改動(dòng)，僅增加了2 個(gè)行程開(kāi)關(guān)，但電氣部分作了較大改動(dòng)。
通過(guò)該回路的設計讓學(xué)生了解到液壓回路與電氣控制是密不可分的，電氣控制才是實(shí)現液壓回路功能的關(guān)鍵，改動(dòng)了電氣控制回路就可相應改動(dòng)液壓回路的相應功能。
當然液壓及電氣回路是多種多樣的，不僅僅是圖3 所示的原理圖能夠實(shí)現液壓缸的自動(dòng)往返功能，還有很多回路也能夠實(shí)現該功能。所以在布置任務(wù)時(shí)，筆者僅告知學(xué)生回路需要實(shí)現的功能及所需的液壓及電氣元件，他們可在老師給出要求及條件的前提下進(jìn)行自由發(fā)揮，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng )造性及主觀(guān)能動(dòng)性。

圖3
4 深化設計，完善液壓回路功能
上面所設計液壓缸自動(dòng)往返回路不能實(shí)現停機后液壓缸活塞自動(dòng)返回原位，但在生產(chǎn)實(shí)際當中自動(dòng)復位功能在大部分機器當中是必要的，所以為了與生產(chǎn)實(shí)際相結合，筆者讓學(xué)生在圖3 的基礎上進(jìn)行進(jìn)一步深化，完善液壓回路的功能（如圖4所示）。
在圖3 的基礎上，將液壓回路當中的兩位四通液壓換向閥（1 個(gè)電磁鐵控制）改為三位四通換向閥（2 個(gè)電磁鐵控制），并增加中間繼電器進(jìn)行擴展，增加液壓回路動(dòng)作條件的進(jìn)一步限定，從而實(shí)現了液壓回路的自動(dòng)往返及停機功能。通過(guò)該回路的設計及制作，讓學(xué)生了解到其實(shí)電氣控制就是根據液壓回路的功能給出一定的限定條件，讓液壓回路在滿(mǎn)足條件時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，而條件的給出就是通過(guò)行程開(kāi)關(guān)1S、2S 來(lái)實(shí)現的，但在1S、2S 的觸點(diǎn)不夠時(shí)就需要通過(guò)中間繼電器進(jìn)行擴展。

圖4
5 優(yōu)化回路，運用可編程控制器
圖4 雖然可實(shí)現液壓缸自動(dòng)往返及停機復位功能，但電氣回路復雜，線(xiàn)路較多，容易出現接錯線(xiàn)的情況。筆者在學(xué)生接線(xiàn)時(shí)時(shí)刻注意，密切觀(guān)察，在學(xué)生出現錯誤時(shí)及時(shí)指出，讓學(xué)生在實(shí)現電氣回路的組裝同時(shí)意識到僅通過(guò)中間繼電器的電氣回路來(lái)實(shí)現液壓回路的較復雜功能是煩瑣的，檢修維護及更改液壓回路是困難的。
那么該如何避免這個(gè)問(wèn)題呢？筆者組裝一個(gè)PLC 可編程控制器的電氣回路，通過(guò)PLC 可編程控制器的程序改變實(shí)現了上述兩種液壓回路的功能，雖然PLC 可編程控制器的電氣回路的成本會(huì )有所增加，但通過(guò)它可非常靈活地對液壓及氣動(dòng)回路的功能進(jìn)行更改，僅需要改動(dòng)PLC 可編程控制器中的程序就能實(shí)現回路功能的轉變，而實(shí)際的電氣線(xiàn)路的接線(xiàn)不需做任何調整和改動(dòng)，讓學(xué)生意識到在復雜電氣回路中引入PLC 可編程控制器的*性。
在當今社會(huì )，技校畢業(yè)生所從事的工作大部分是操作工、檢修及維護人員，他們的工作不僅僅只是涉及單純的機械或電氣方面的知識，而是機械和電氣知識的結合。雖然機械和電氣的相關(guān)課程他們都有所學(xué)習，但他們還不懂得將這些課程互相起來(lái)，對于今后的工作也只有片面的了解。在教學(xué)當中將機械和電氣方面的知識結合起來(lái)，將生產(chǎn)實(shí)際引入教學(xué)，有利于學(xué)生快速吸收知識、快速掌握技能、快速成才，他們就業(yè)時(shí)就容易上手。
在今后的教學(xué)過(guò)程中，筆者仍將不斷摸索并改進(jìn)教學(xué)方法，調整已有的教學(xué)內容，讓學(xué)生在課堂上體會(huì )到學(xué)習的樂(lè )趣，在練習中掌握操作技能。