仿真技術在電氣控制技術課程中的應用探索

陳海輪 張倩 祁瑒娟 包頭鐵道職業技術學院

一、引言

《電氣控制技術》是一門理論性與實踐性都很強的課程，學生在課堂上學習抽象的控制電路，在實訓室進行典型控制線路的安裝調試，通過校企合作工廠進行維修實踐，這樣才會有較滿意的學習效果。同時這門課程也是專業基礎課程，在我校的機電設備維修與管理、鐵道供電技術、鐵道機車、車輛等專業開設，具有一定的廣泛性，是現代鐵路各技術工種的技術基礎，因此開設好這門課程意義重大。但在課程教學實踐中，我們發現有以下三個問題。一是電氣控制電路分析相對抽象，學生需要通過控制電路具體操作實踐來把抽象問題具體化，但學校的實訓條件有限，工廠的維修任務并不能與學習需求完成匹配，不能實現“教學做”的融合一體，教學效果難以保證。二是《電氣控制技術》課程的實訓中要使用大量低壓電器與線纜進線訓練，這樣會產生較大的花費，隨著班級的增多，學校難以承受。三是電氣控制技術的實訓與維修實踐中本來就存在高壓、短路電弧等危險，對于初步學習的學生危險性更大，怎樣杜絕這樣的危險傷害學生也是課程中的一個關鍵問題，需要高度重視。

針對上述教學過程中存在的問題， 筆者使用電氣控制技術仿真軟件進行實踐探索。經過6 個學期的實踐與探索，筆者在電氣控制原理圖學習中使用了CADe_SIMU 仿真軟件，該軟件在原理圖仿真中全面的展示了原理圖電路運行中的各個狀態，學生能夠清晰的看到低壓電器線圈得電、觸頭動作的全過程，從而能快速理解電路工作原理。在電氣控制接線圖的學習中，使用了V-ELEQ 軟件。這個軟件的應用把抽象的電氣控制接線分析轉化為可視的器件動作，極大的提高了學生的學習興趣，使得教學效果有了明顯提升。同時，由于電路原理圖分析、接線圖的操作都在計算機上完成，不存在器件、耗材、工具等損耗，也無安全觸電問題，較好的解決了常規電氣控制技術課程教學中的突出問題。

二、電氣控制技術仿真軟件概況

仿真技術的發展在電氣控制領域也產生巨大推動，電氣控制技術領域有眾多的仿真工具，發現并使用好這些工具將極大提升教學效果，解決課程改革中難題。其中CADe_SIMU 和V-ELEQ 是兩款易用好用的仿真軟件。

《電氣控制技術》課程教學的核心內容是對各類典型控制電路的原理分析。而原理圖分析時涉及到電路中各器件的動態變化過程，需要學生能夠根據原理圖想到器件動作的過程，剛學習電氣控制技術的學生很難理解接觸器輔助觸頭對線圈的供電控制過程，是教學過程中的難點，使用CADe_SIMU 仿真軟件可以解決這個難點。

V-ELEQ 軟件仿真功能強大，不但能夠仿真電氣原理圖、接線圖，還可以進行氣壓原理圖、油壓原理圖、PLC 等自動化控制仿真。V-ELEQ軟件內部設計了豐富的器件庫，在課程實踐中，使用V-ELEQ 軟件進行接線圖仿真。V-ELEQ 軟件器件控制聯動效果好，動作逼真，能極大調動學生的學習興趣。

三、三項異步電動機連續運行控制仿真實例

下面以三項異步電動機連續運行控制的原理圖和接線圖仿真來介紹兩款軟件的使用方法。

打開CADe_SIMU 仿真軟件，進行連續運行控制的原理圖仿真。第一步器件的選擇與布局。點擊電源工具，選擇三項電源+接地，按照原理圖位置放置；點擊熔斷器和斷路器工具，選擇斷路器、熔斷器，分別放置到電源下端；點擊接觸器主觸頭及線圈工具，放置觸頭與觸器線圈，熱繼電器主觸頭；點擊繼電器輔助觸頭工具，放置熱繼電器常閉輔助觸頭，點擊電機工具，選擇三項異步電動機放置到接觸器下；最后選擇起動與停止按鈕進行放置，并按照電氣控制原理圖修改器件名稱。完成的器件布局圖如圖1 所示。

第二步進行器件的連接。選擇導線工具，點擊導線選項，按照電氣原理圖完成線路連接。第三步進行電路仿真與調試。點擊仿真按鈕，這時電路進入仿真狀態，按下控制按鈕，我們觀察到，軟件中通過箭頭標識電機運行，松開按鈕，電機保持運行，按下停止按鈕，電機停止運行。

打開V-ELEQ 仿真軟件進行接線圖仿真。第一步進行器件的選擇與布局，依次點擊左側列表欄電氣-配線-電源選項，選擇交流電源RST AC-3P4L 電源、熔斷器；點擊接點選項，選擇低壓斷路器；點擊輸出-電感線圈選項，選擇接觸器、熱繼電器，點擊電機選項，選擇三項異步電動機，并按照接線圖進行器件布局。第二步電路的連接。點擊導線工具，進行主電路的線路連接。電源的出線進入斷路器，連接斷路器到熔斷器，再連接熔斷器到接觸器主觸頭，最后完成熱繼電器到電動機的接線。在進行控制線路的連接，根據電氣控制原理圖，把熔斷器、停止按鈕、起動按鈕、接觸器線圈串聯起來，把接觸器輔助常開觸頭與起動按鈕并聯，完成控制電路連接。第三步進行接線圖仿真與調試。點擊仿真按鈕，按下控制按鈕，電機運行，松開控制按鈕，電機保持運行，按下停止按鈕，電動機停止運行這樣，通過V-ELEQ 仿真軟件實現了三項異步電動機連續運行控制接線圖仿真。

四、仿真技術在電氣控制技術教學中的不足與應對策略

雖然該仿真軟件在教學中的應用效果良好， 但同時也存在如下兩點不足之處：

一是使用仿真軟件完成電路連接時，只是使用鼠標接線，而電氣電路接線工藝也是電氣控制技術的課程的學習內容，只做仿真會導致教學接線工藝教學內容缺失。

二是由于仿真軟件的應用，雖規避了用電安全的問題，從而不能很好培養學生安全用電意識與職業素養，而這也是課程的教學內容。

針對以上問題，在教學實踐中我們提出以下對策。在教學中采用仿真與實做相結合。課程教學設計上先進行仿真學習，讓學生在仿真操作中理解低壓電器結構、動作過程、電氣控制電路的原理，能夠明確電路的接線操作過程。然后再去實訓室按照電氣控制電路安裝工藝要求進行實操訓練，并在實操過程中培養安全用電知識與職業素養。 這樣采用“教學做”模式，結合不同的教學手段，取長補短虛實結合， 解決了上述問題。

總之要清楚的意識到電氣控制仿真技術在課程教學中的輔助作用以及與實際控制電路實操之間的差距， 要虛實結合相輔相成，千萬不能用仿真軟件來代替實踐操作，這將與仿真技術的使用初衷背道相馳。