融電氣控制技術(shù)于“氣壓傳動”課程教學的實踐＊

何善印

融電氣控制技術(shù)于“氣壓傳動”課程教學的實踐＊

何善印

（深圳技師學院 中德智造學院，廣東 深圳 518116）

“氣壓傳動”是機電類專業(yè)一門核心的專業(yè)課程，分析了氣壓傳動控制與電氣控制的相似之處，嘗試將電氣控制的知識應(yīng)用于“氣壓傳動”課程的教學，降低了學生學習的難度，促進了學生綜合應(yīng)用知識能力的提升，為“氣壓傳動”課程的教學提供了一種思路和解決方案。

“氣壓傳動”課程；電氣控制；機電類專業(yè)；教學過程

“氣壓傳動”是技工院校機電類專業(yè)的一門核心課程，它是以壓縮空氣為動力源來驅(qū)動和控制各種機械設(shè)備以實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化和自動化的一種技術(shù)。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，氣動技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。它是一門融電、氣、機械及控制為一體的綜合性學科，在教學的過程集理論與實操并重，學與做并重。技工院校的學生由于學習主動性差，缺乏探索精神，對氣壓傳動及氣壓元件的認知停留在感性階段，如果在教學過程中，教師還是采用單一學科的教學方式，往往使學生覺得這門課很枯燥，不容易理解，教學效果差。鑒于學生已學習過“電工基礎(chǔ)”“電力拖動”“PLC技術(shù)與應(yīng)用”等相關(guān)的電氣課程，而氣壓傳動與電氣控制在本質(zhì)上有一定的相似性，并且在生產(chǎn)實際中，氣壓傳動系統(tǒng)也是與電氣控制密不可分的，因此嘗試將電氣控制技術(shù)融合在“氣壓傳動”課程的教學中，利用知識的遷移與轉(zhuǎn)化降低學生學習的難度。

1 理論基礎(chǔ)

氣壓傳動系統(tǒng)主要分為4個組成部分，即氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件以及輔助元件。將氣壓傳動系統(tǒng)與電氣控制進行如下對比。

1.1 氣源裝置

在工廠自動化中氣壓傳動一般采用集中供氣，在實驗教學中一般采用小型壓縮機供氣。氣源與電源相似，都是為整個傳動系統(tǒng)提供能量。

1.2 執(zhí)行元件

電動機與氣馬達、直線電機與氣缸分別是電力拖動與氣壓傳動中的執(zhí)行元件，電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能，氣壓馬達將壓力能轉(zhuǎn)換為機械能。電力拖動系統(tǒng)中常用電動機，氣壓傳動系統(tǒng)中常用氣缸，電動機能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，氣缸能實現(xiàn)活塞桿的伸出和縮回，兩者在控制結(jié)果上是一致的。

1.3 控制元件

繼電器是電氣控制的基本元件，由線圈、常開觸點和常閉觸點組成，觸點狀態(tài)的改變由線圈控制。各種電磁換向閥是氣控系統(tǒng)的基本元件，它跟繼電器的原理是一致的。無論是電動機正反轉(zhuǎn)，還是氣缸活塞桿的伸出與縮回最終都會轉(zhuǎn)化到繼電器與電磁換向閥的通斷上。

1.4 輔助元件

氣壓傳動與電力拖動想要正常運行必不可少一些輔助元件和功能元件。比如氣管接頭、接線端子以及各種傳感器，兩者在這方面也是一致的。

通過以上對比發(fā)現(xiàn)，氣壓傳動與電力拖動從某種意義上講存在高度一致的地方，因此，嘗試將電氣控制知識融于氣壓傳動的教學是合理且可行的。

2 課堂實踐

“氣壓傳動控制”一般安排在第四或第五學期，學生已經(jīng)學過電氣控制的基本知識，基本上掌握了典型控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。在學習“氣壓傳動”課程時教師可引導(dǎo)學生將氣控系統(tǒng)與電控系統(tǒng)類比學習。通過比較，使氣壓傳動的概念和內(nèi)容變得容易理解和掌握，學生能很快擺脫新知識的陌生感和距離感，輕松邁過該課程的學習門檻。在技工院校中，“氣壓傳動”課程普遍采用一體化或項目式教學，為此可學習氣壓傳動課程設(shè)置的項目類比電力拖動中的項目，促進知識的融匯與貫通。

電氣控制常見的工作任務(wù)有電動機的點動控制、電動機的起保停控制、電動機的正反轉(zhuǎn)控制、電動機的順序控制、電動機的位置控制與自動往返控制。對于氣壓傳動常見的工作任務(wù)有單作用氣缸的控制、雙作用氣缸的控制、雙作用氣缸的往復(fù)控制、雙氣缸的順序控制等。

知識點的類比如表1所示。

表1 氣壓傳動知識與電氣控制知識對照表

工作任務(wù)氣動控制的知識對應(yīng)的電氣控制知識 自動按鍵回路的安裝與調(diào)試單作用氣缸動作的控制電動機點動控制 機用平口鉗氣動回路的安裝與調(diào)試雙作用氣缸動作的控制電動機的起保停控制 客車車門氣動回路的安裝與調(diào)試帶有保持功能的雙作用氣缸的控制電動機的正反轉(zhuǎn)控制 自動送料機構(gòu)氣動回路的安裝與調(diào)試雙作用氣缸的往復(fù)控制電動機的位置與自動往返控制 氣動機械手控制回路的安裝與調(diào)試多氣缸的順序控制電動機的順序控制

雙作用氣缸控制回路如圖1所示。

圖1 雙作用氣缸控制回路

電氣控制包含主回路與控制回路，與電氣控制一樣氣壓傳動也包含主回路與控制回路。電氣控制中控制的對象是電動機而氣壓傳動中控制的是氣缸，因此可將電氣控制的分析與設(shè)計方法應(yīng)用于氣壓傳動中。如圖1所示，圖1（a）是氣動系統(tǒng)的主回路，氣缸活塞桿的伸出和縮回由圖中二位五通單電控換向閥的得失電控制；圖1（b）為控制回路，除去虛線框中的部分為電氣控制中典型的電機“起保停”控制，當按下啟動按鈕SB1，中間繼電器KA通電，KA觸點閉合，形成自鎖，同時虛線框中的KA觸電閉合，電磁換向閥通電，氣缸活塞桿伸出。從分析中可以看出，對于氣壓傳動的控制回路與電氣控制回路的分析是一致的，因此將電氣控制的知識應(yīng)用于氣壓傳動控制回路的分析與設(shè)計，能降低學生們學習的難度，提高教學的效率，促進知識的融匯貫通。

3 結(jié)論

實踐證明，將電氣控制技術(shù)引入“氣壓傳動”課程的教學中可取得良好的教學效果。通過學科融合，學生不僅很好地理解與掌握了氣壓傳動的知識與技能，同時進一步提升了對電氣控制技術(shù)的掌握，促進了知識的融合，為該課程的教學提供了有益嘗試，為學生們適應(yīng)工作崗位打下了基礎(chǔ)。

［1］薛梅，杜鈞，趙堂春.基于電氣原理設(shè)計多缸全氣控系統(tǒng)［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2017，30（4）：121-123.

［2］倪君輝，詹白勺，余偉平.基于項目教學的液壓與氣壓傳動課程綜合改革［J］.實驗室研究與探索，2017，36（11）：182-185.

TH138

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.048

2095－6835（2020）09－0116－02

深圳技師學院校級教研項目“《氣壓傳動及其控制》課程教學視頻開發(fā)及應(yīng)用研究”（編號：1912035）

何善印（1982—），男，研究方向為機電一體化技術(shù)與應(yīng)用。

〔編輯：張思楠〕