夏春風(fēng) ， 邵金發(fā) ， 許乃霞

（蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215008）

0 引言

隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變，電氣控制在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛，如育苗播種機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)和果樹(shù)嫁接機(jī)等。電氣控制系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)裝備中非常重要的組成部分，電氣控制的質(zhì)量直接影響農(nóng)業(yè)裝備運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性[1]。特別是隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人等智能裝備的興起[2]，許多農(nóng)業(yè)裝備均被要求按照事先設(shè)定的先后順序來(lái)完成智能控制。因此，農(nóng)業(yè)裝備的順序控制是智能控制的關(guān)鍵，由于農(nóng)業(yè)裝備的大多數(shù)動(dòng)力設(shè)備是電動(dòng)機(jī)[3]，所以，正確掌握電動(dòng)機(jī)順序控制的設(shè)計(jì)才能保證所設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)裝備更科學(xué)、更合理、更有效。

在多年的“電機(jī)與電氣控制”課程教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生不會(huì)應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去設(shè)計(jì)順序控制線(xiàn)路或設(shè)計(jì)能力欠佳。經(jīng)調(diào)查，造成此現(xiàn)象的主要原因是學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的思維沒(méi)有被開(kāi)拓出來(lái)，且學(xué)生不會(huì)根據(jù)一種順序控制線(xiàn)路舉一反三地設(shè)計(jì)其他順序控制線(xiàn)路，從而造成設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)頭緒或設(shè)計(jì)思維混亂等。筆者經(jīng)過(guò)不斷探索，積極與同行研討后，總結(jié)出了電動(dòng)機(jī)順序控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)的新教學(xué)方法——啟發(fā)式增加法和求同求異比較法。

1 啟發(fā)式增加法

啟發(fā)式增加法主要是利用學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)引出新知識(shí)，等學(xué)生將新知識(shí)消化后，再開(kāi)拓學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)增加某些知識(shí)導(dǎo)出復(fù)雜的知識(shí)，從而把學(xué)生所學(xué)的具體知識(shí)轉(zhuǎn)化為分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[4]。為了保證農(nóng)業(yè)裝備的安全運(yùn)行，經(jīng)常需要控制農(nóng)業(yè)裝備各個(gè)部件的電動(dòng)機(jī)按一定的順序工作，即對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行順序控制。電動(dòng)機(jī)順序控制線(xiàn)路主要有順序起動(dòng)順序停止、順序起動(dòng)逆序停止和順序起動(dòng)同時(shí)停止控制線(xiàn)路[5]。連續(xù)運(yùn)行控制線(xiàn)路是最基本的電氣控制線(xiàn)路[6-7]，任何一個(gè)電氣設(shè)計(jì)人員都需將其熟記于心。

本研究主要從連續(xù)運(yùn)行控制線(xiàn)路著手，闡述如何采用啟發(fā)式增加法引出兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制線(xiàn)路包括主電路和控制電路，因篇幅關(guān)系，只闡述順序起動(dòng)順序停止主電路設(shè)計(jì)過(guò)程。

案例一：加工農(nóng)業(yè)裝備的車(chē)床有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)控制主軸運(yùn)動(dòng)，一臺(tái)控制冷卻液運(yùn)動(dòng)。要求主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，冷卻液電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)；停止時(shí)先停主軸電動(dòng)機(jī)，再停冷卻液電動(dòng)機(jī)。如何設(shè)計(jì)其電氣控制電路？

1）先給學(xué)生觀看車(chē)床工作視頻，了解兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制過(guò)程。然后師生共同分析車(chē)床控制要求：主軸電動(dòng)機(jī)（第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1）起動(dòng)后，冷卻液電動(dòng)機(jī)（第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2）才能起動(dòng)，此屬于順序起動(dòng)；先停主軸電動(dòng)機(jī)，再停冷卻液電動(dòng)機(jī)，此屬于順序停止；即案例一要設(shè)計(jì)一個(gè)順序起動(dòng)順序停止的控制線(xiàn)路。

2）多媒體先展示學(xué)生已學(xué)的連續(xù)運(yùn)行控制主電路圖1a。然后老師啟發(fā)學(xué)生：圖1a只能控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在案例一要控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，則需要用到幾條連續(xù)運(yùn)行控制主電路？學(xué)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(shè)計(jì)法原則之一：電氣控制設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少電氣元器件的數(shù)量，以減少成本和降低故障率?；貞浐髥l(fā)學(xué)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(mǎn)足要求？學(xué)生思考后認(rèn)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(shí)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(gè)同類(lèi)器件出現(xiàn)在同一原理圖中，要在其文字符號(hào)后加數(shù)字序號(hào)來(lái)進(jìn)行區(qū)別?；貞浐髥l(fā)學(xué)生：因案例一要用到2只交流接器KM1、2只熔斷器FR1和2臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1，怎么辦? 馬上有學(xué)生說(shuō)，對(duì)同類(lèi)器件進(jìn)行數(shù)字編號(hào)。故將圖1b中②處的KM1和FR1變?yōu)閳D1c中②處的KM2和FR2；圖1b中③處的M1變?yōu)閳D1c中③處的M2，同時(shí)多媒體展示圖1c中的②和③處，即形成順序起動(dòng)順序停止控制主電路，其圖如圖1c所示。

圖1 順序起動(dòng)順序停止控制主電路設(shè)計(jì)演變過(guò)程圖

通過(guò)連續(xù)運(yùn)行控制主電路，采用啟發(fā)式增加法逐步引出電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制主電路。此教學(xué)方法可使學(xué)生看到主電路設(shè)計(jì)的演變過(guò)程，且知道主電路為什么要這么畫(huà)，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的參與度，激勵(lì)學(xué)生去思考和討論，從而使學(xué)生更容易理解和掌握電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制主電路的設(shè)計(jì)。

2 求同求異比較法

比較研究法是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上有聯(lián)系的事物進(jìn)行考察，尋找其異同，探求一定規(guī)律的方法。比較研究法按目標(biāo)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(diǎn)以尋求事物發(fā)展的共同規(guī)律；求異比較是比較兩個(gè)事物的不同屬性以發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的特殊性[8]。

教學(xué)之余，筆者把教學(xué)涉及的順序控制線(xiàn)路匯總并進(jìn)行“求同”和“求異”分析比較后，發(fā)現(xiàn)它們之間既有相同點(diǎn)又有不同點(diǎn)，且存在一定的規(guī)律，這個(gè)規(guī)律可以使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)順序控制線(xiàn)路的多樣性與統(tǒng)一性。因篇幅關(guān)系，只闡述采用求同求異比較法引出順序起動(dòng)逆序停止控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。

案例二：修改案例一的控制要求。車(chē)床中的主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，冷卻液電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)；停止時(shí)先停冷卻液電動(dòng)機(jī)，再停主軸電動(dòng)機(jī)。問(wèn)控制線(xiàn)路的主電路要不要改變？其控制電路又如何設(shè)計(jì)？

1）學(xué)生分析案例二要求并思考后，認(rèn)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(shè)計(jì)。

2）師生共同分析案例二控制要求：主軸電機(jī)起動(dòng)后，冷卻液電機(jī)才能起動(dòng)，此是順序起動(dòng)且與案例一相同；先停冷卻液電動(dòng)機(jī)，再停主軸電動(dòng)機(jī)，此是逆序停止，即案例二是要設(shè)計(jì)一個(gè)順序起動(dòng)逆序停止的控制電路。

3）采用求同比較法開(kāi)發(fā)學(xué)生思路：案例二的順序起動(dòng)設(shè)計(jì)能否借用案例一的順序起動(dòng)設(shè)計(jì)？學(xué)生思考后一致認(rèn)為可以借用，于是多媒體展示學(xué)生剛學(xué)的順序起動(dòng)順序停止控制電路圖2a。

4）圖2a出現(xiàn)后，老師先啟發(fā)學(xué)生：圖2a中與案例二無(wú)關(guān)的可不可以先刪掉？有位學(xué)生說(shuō)圖2a中①處的常開(kāi)觸點(diǎn)KM1是為順序停止加上的，現(xiàn)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(shè)問(wèn)學(xué)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(fā)學(xué)生：順序起動(dòng)是在后起動(dòng)的電路中串聯(lián)了一個(gè)KM1常開(kāi)觸點(diǎn)，逆序停止能不能也采用串聯(lián)或并聯(lián)KM1或KM2的常開(kāi)觸點(diǎn)？學(xué)生進(jìn)行各種可行性比較討論后，認(rèn)為可以增加一個(gè)KM2常開(kāi)觸點(diǎn)去控制電動(dòng)機(jī)M1的停止。經(jīng)過(guò)兩次KM2常開(kāi)觸點(diǎn)位置的試放，一致認(rèn)為在圖2b的②處并聯(lián)一個(gè)KM2常開(kāi)觸點(diǎn)即可達(dá)到目的，同時(shí)用多媒體展示圖2b的②處 。

6）老師再次啟發(fā)學(xué)生：若電動(dòng)機(jī)M2過(guò)載，對(duì)其起過(guò)載保護(hù)的FR2斷開(kāi)，使電動(dòng)機(jī)M2停止，此時(shí)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)M1能不能停下來(lái)？學(xué)生思考后認(rèn)為電動(dòng)機(jī)M1停不下來(lái)。老師采用求異比較法啟發(fā)學(xué)生：由于圖2a中的FR1和FR2并聯(lián)，使電動(dòng)機(jī)M2過(guò)載后電動(dòng)機(jī)M1仍可運(yùn)轉(zhuǎn)，若把FR1和FR2串聯(lián)后情況會(huì)如何？學(xué)生思考后，認(rèn)為可以把FR1和FR2串聯(lián)，即把圖2a中③處修改成圖2b中的③處，使電動(dòng)機(jī)M2過(guò)載后，電動(dòng)機(jī)M1也能停止，從而形成完整的順序起動(dòng)逆序停止控制電路，如圖2b所示。

圖2 順序起動(dòng)逆序停止控制電路演變過(guò)程圖

圖2b中由于KM2線(xiàn)圈與KM1常開(kāi)觸點(diǎn)相串聯(lián)，與案例一相同，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)后、電動(dòng)機(jī)M2方可起動(dòng)的順序起動(dòng)。由于圖中②處KM2的常開(kāi)觸點(diǎn)與停止按鈕SB1相并聯(lián)，所以停止時(shí)必須先按下電動(dòng)機(jī)M2的停止按鈕SB3，使KM2線(xiàn)圈斷電，電動(dòng)機(jī)M2停止，②處的KM2常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)后，再按下電動(dòng)機(jī)M1的停止按鈕SB1，才能使KM1線(xiàn)圈失電，電動(dòng)機(jī)M1停止。也就是說(shuō)，按下停止按鈕SB3之前，先停止按鈕SB1，由于②處的KM2常開(kāi)觸點(diǎn)仍吸合，KM1線(xiàn)圈仍得電，電動(dòng)機(jī)M1仍無(wú)法停止。

通過(guò)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制線(xiàn)路，采用求同求異比較法逐步引出電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)逆序停止控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)，此教學(xué)方法可使學(xué)生看到控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)的演變過(guò)程，知道這些控制線(xiàn)路的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而理清思路，找出規(guī)律，并很容易地理解和掌握電動(dòng)機(jī)順序控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)裝備的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

通過(guò)具體的案例，采用啟發(fā)式增加法和求同求異比較法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的參與熱情，達(dá)到集思廣益、同心解決問(wèn)題的目的。啟發(fā)式增加法可使學(xué)生看到由連續(xù)運(yùn)行控制線(xiàn)路演變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)順序起動(dòng)順序停止控制線(xiàn)路的過(guò)程，且知道這些控制線(xiàn)路為什么要這樣畫(huà)，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生去思考與討論；求同求異比較法是將順序起動(dòng)順序停止控制線(xiàn)路采用求同和求異方法進(jìn)行比較后，找出順序控制線(xiàn)路中的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而理清思路，找出規(guī)律，在理解記憶后快速掌握順序控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能根據(jù)控制要求嫻熟地應(yīng)用或舉一反三地去設(shè)計(jì)順序控制的農(nóng)業(yè)裝備。