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)中的運用也越來越廣泛，如育苗播種機、聯(lián)合收割機和果樹嫁接機等。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)裝備運行的安全性及穩(wěn)定性[1]。特別是隨著農(nóng)業(yè)機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)動力設(shè)備是電動機[3]，所以，正確掌握電動機順序控制的設(shè)計才能保證所設(shè)計的農(nóng)業(yè)裝備更科學(xué)、更合理、更有效。

在多年的“電機與電氣控制”課程教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生不會應(yīng)用所學(xué)的知識去設(shè)計順序控制線路或設(shè)計能力欠佳。經(jīng)調(diào)查，造成此現(xiàn)象的主要原因是學(xué)生靈活運用知識的思維沒有被開拓出來，且學(xué)生不會根據(jù)一種順序控制線路舉一反三地設(shè)計其他順序控制線路，從而造成設(shè)計時無頭緒或設(shè)計思維混亂等。筆者經(jīng)過不斷探索，積極與同行研討后，總結(jié)出了電動機順序控制線路設(shè)計的新教學(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)有的知識引出新知識，等學(xué)生將新知識消化后，再開拓學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生通過增加某些知識導(dǎo)出復(fù)雜的知識，從而把學(xué)生所學(xué)的具體知識轉(zhuǎn)化為分析問題和解決問題的能力[4]。為了保證農(nóng)業(yè)裝備的安全運行，經(jīng)常需要控制農(nóng)業(yè)裝備各個部件的電動機按一定的順序工作，即對電動機進行順序控制。電動機順序控制線路主要有順序起動順序停止、順序起動逆序停止和順序起動同時停止控制線路[5]。連續(xù)運行控制線路是最基本的電氣控制線路[6-7]，任何一個電氣設(shè)計人員都需將其熟記于心。

本研究主要從連續(xù)運行控制線路著手，闡述如何采用啟發(fā)式增加法引出兩臺電動機順序起動順序停止控制線路的設(shè)計。電動機順序起動順序停止控制線路包括主電路和控制電路，因篇幅關(guān)系，只闡述順序起動順序停止主電路設(shè)計過程。

案例一：加工農(nóng)業(yè)裝備的車床有兩臺電動機，一臺控制主軸運動，一臺控制冷卻液運動。要求主軸電動機啟動后，冷卻液電動機才能起動；停止時先停主軸電動機，再停冷卻液電動機。如何設(shè)計其電氣控制電路？

1）先給學(xué)生觀看車床工作視頻，了解兩臺電動機的控制過程。然后師生共同分析車床控制要求：主軸電動機（第一臺電動機M1）起動后，冷卻液電動機（第二臺電動機M2）才能起動，此屬于順序起動；先停主軸電動機，再停冷卻液電動機，此屬于順序停止；即案例一要設(shè)計一個順序起動順序停止的控制線路。

2）多媒體先展示學(xué)生已學(xué)的連續(xù)運行控制主電路圖1a。然后老師啟發(fā)學(xué)生：圖1a只能控制一臺電動機，現(xiàn)在案例一要控制兩臺電動機，則需要用到幾條連續(xù)運行控制主電路？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)計法原則之一：電氣控制設(shè)計時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：多個同類器件出現(xiàn)在同一原理圖中，要在其文字符號后加數(shù)字序號來進行區(qū)別。回憶后啟發(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臺電動機M1，怎么辦? 馬上有學(xué)生說，對同類器件進行數(shù)字編號。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，同時多媒體展示圖1c中的②和③處，即形成順序起動順序停止控制主電路，其圖如圖1c所示。

圖1 順序起動順序停止控制主電路設(shè)計演變過程圖

通過連續(xù)運行控制主電路，采用啟發(fā)式增加法逐步引出電動機順序起動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)計的演變過程，且知道主電路為什么要這么畫，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的參與度，激勵學(xué)生去思考和討論，從而使學(xué)生更容易理解和掌握電動機順序起動順序停止控制主電路的設(shè)計。

2 求同求異比較法

比較研究法是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對兩個或兩個以上有聯(lián)系的事物進行考察，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以尋求事物發(fā)展的共同規(guī)律；求異比較是比較兩個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)涉及的順序控制線路匯總并進行“求同”和“求異”分析比較后，發(fā)現(xiàn)它們之間既有相同點又有不同點，且存在一定的規(guī)律，這個規(guī)律可以使學(xué)生更好地認(rèn)識順序控制線路的多樣性與統(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逆序停止控制電路的設(shè)計過程。

案例二：修改案例一的控制要求。車床中的主軸電動機啟動后，冷卻液電動機才能起動；停止時先停冷卻液電動機，再停主軸電動機。問控制線路的主電路要不要改變？其控制電路又如何設(shè)計？

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。

2）師生共同分析案例二控制要求：主軸電機起動后，冷卻液電機才能起動，此是順序起動且與案例一相同；先停冷卻液電動機，再停主軸電動機，此是逆序停止，即案例二是要設(shè)計一個順序起動逆序停止的控制電路。

3）采用求同比較法開發(fā)學(xué)生思路：案例二的順序起動設(shè)計能否借用案例一的順序起動設(shè)計？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中與案例二無關(guān)的可不可以先刪掉？有位學(xué)生說圖2a中①處的常開觸點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：順序起動是在后起動的電路中串聯(lián)了一個KM1常開觸點，逆序停止能不能也采用串聯(lián)或并聯(lián)KM1或KM2的常開觸點？學(xué)生進行各種可行性比較討論后，認(rèn)為可以增加一個KM2常開觸點去控制電動機M1的停止。經(jīng)過兩次KM2常開觸點位置的試放，一致認(rèn)為在圖2b的②處并聯(lián)一個KM2常開觸點即可達到目的，同時用多媒體展示圖2b的②處 。

6）老師再次啟發(fā)學(xué)生：若電動機M2過載，對其起過載保護的FR2斷開，使電動機M2停止，此時正在運轉(zhuǎn)的電動機M1能不能停下來？學(xué)生思考后認(rèn)為電動機M1停不下來。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)，使電動機M2過載后電動機M1仍可運轉(zhuǎn)，若把FR1和FR2串聯(lián)后情況會如何？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，使電動機M2過載后，電動機M1也能停止，從而形成完整的順序起動逆序停止控制電路，如圖2b所示。

圖2 順序起動逆序停止控制電路演變過程圖

圖2b中由于KM2線圈與KM1常開觸點相串聯(lián)，與案例一相同，可以實現(xiàn)電動機M1起動后、電動機M2方可起動的順序起動。由于圖中②處KM2的常開觸點與停止按鈕SB1相并聯(lián)，所以停止時必須先按下電動機M2的停止按鈕SB3，使KM2線圈斷電，電動機M2停止，②處的KM2常開觸點斷開后，再按下電動機M1的停止按鈕SB1，才能使KM1線圈失電，電動機M1停止。也就是說，按下停止按鈕SB3之前，先停止按鈕SB1，由于②處的KM2常開觸點仍吸合，KM1線圈仍得電，電動機M1仍無法停止。

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

3 結(jié)論

通過具體的案例，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，達到集思廣益、同心解決問題的目的。啟發(fā)式增加法可使學(xué)生看到由連續(xù)運行控制線路演變?yōu)殡妱訖C順序起動順序停止控制線路的過程，且知道這些控制線路為什么要這樣畫，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激勵學(xué)生去思考與討論；求同求異比較法是將順序起動順序停止控制線路采用求同和求異方法進行比較后，找出順序控制線路中的相同點和不同點，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路的設(shè)計，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)計順序控制的農(nóng)業(yè)裝備。