電氣控制在《液壓與氣動技術》課程教學的運用

《液壓與氣動技術》課程是技工學校機械類、電氣類技工層次學生的一門必修課程，筆者自2008 年起開始從事《液壓與氣動技術》課程的教學工作，授課時所用的教材有很多，既有勞動出版社出版的《液壓技術》，也有高等教育出版社出版的《液壓與氣壓傳動》。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知識，對于液壓及氣壓回路的控制原理都沒有講述。而學生在學習過程中經常會詢問液壓與氣壓回路的相應電氣控制是如何實現的，他們雖然學習《電工學》《電力拖動控制線路》等相關的電氣課程，但對于將液壓與氣動回路與電氣控制原理結合起來并不了解。在生產實際中，液壓與氣動系統也都是和電氣控制部分密切在一起的。因此，在傳授液壓與氣動相關知識的同時結合相關的電氣控制知識進行跨學科教學是非常必要的。
1 溫故知新，復習相關電氣知識
《液壓與氣動技術》課程依據我校教學計劃安排在學生在校學習的后一個學期，大部分電氣課程學生已在前幾個學期完成學習，所以在講授液壓與氣壓回路相關的電氣知識時，還應該先復習相關內容，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、按鈕等，因此筆者讓學生分析并比較圖1a、1b 兩圖的功能及作用，后筆者進行總結并分別對中間繼電器及其輔助觸點、按鈕的功能以及它們在回路中的作用進行講解。

圖1a                圖1b

圖2
2 由淺入手，運用電氣控制回路
因學生是次接觸液壓回路及相關的電氣回路設計，所以筆者一開始利用圖1a 將燈換成了換向閥的電磁鐵，此回路是一個非常簡單的回路（如圖2 所示），它能實現的功能是：采用手動按鈕控制液壓缸的往返運動，通過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行位置的切換，終控制了液壓油的流向讓液壓缸活塞進行前進或后退運動。
通過這個簡單的液壓回路的設計及制作，學生開始初步接觸液壓回路與電氣回路相結合的模式，讓學生了解其實通過電氣來控制液壓回路的動作并不困難，從而激發學生的學習積極性。
在整個的回路設計過程中，筆者并不是讓學生進行手動繪圖，而是利用液壓軟件進行設計，實現了回路動作的仿真，仿真時電氣回路動作帶動了液壓回路的相應動作，學生能直觀地看到自己設計出來的回路能否實現所需功能。在電腦上設計成功之后，再讓學生到液壓實訓臺上進行液壓回路及電氣回路的組裝，鍛煉他們的看圖、識圖及動手能力，將液壓及電氣原理圖與實物一一對應起來。
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，讓學生設計自動控制液壓缸往返運動回路（如圖3 所示），它能實現的功能是：采用按鈕、中間繼電器、行程開關實現液壓缸的自動往返運動，通過1SB 按鈕的分合控制及行程開關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行前進或后退運動。該回路液壓部分基本沒有改動，僅增加了2 個行程開關，但電氣部分作了較大改動。
通過該回路的設計讓學生了解到液壓回路與電氣控制是密不可分的，電氣控制才是實現液壓回路功能的關鍵，改動了電氣控制回路就可相應改動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現液壓缸的自動往返功能，還有很多回路也能夠實現該功能。所以在布置任務時，筆者僅告知學生回路需要實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行自由發揮，發揮學生的創造性及主觀能動性。

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往返回路不能實現停機后液壓缸活塞自動返回原位，但在生產實際當中自動復位功能在大部分機器當中是必要的，所以為了與生產實際相結合，筆者讓學生在圖3 的基礎上進行進一步深化，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 個電磁鐵控制）改為三位四通換向閥（2 個電磁鐵控制），并增加中間繼電器進行擴展，增加液壓回路動作條件的進一步限定，從而實現了液壓回路的自動往返及停機功能。通過該回路的設計及制作，讓學生了解到其實電氣控制就是根據液壓回路的功能給出一定的限定條件，讓液壓回路在滿足條件時進行動作，而條件的給出就是通過行程開關1S、2S 來實現的，但在1S、2S 的觸點不夠時就需要通過中間繼電器進行擴展。

圖4
5 優化回路，運用可編程控制器
圖4 雖然可實現液壓缸自動往返及停機復位功能，但電氣回路復雜，線路較多，容易出現接錯線的情況。筆者在學生接線時時刻注意，密切觀察，在學生出現錯誤時及時指出，讓學生在實現電氣回路的組裝同時意識到僅通過中間繼電器的電氣回路來實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問題呢？筆者組裝一個PLC 可編程控制器的電氣回路，通過PLC 可編程控制器的程序改變實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有所增加，但通過它可非常靈活地對液壓及氣動回路的功能進行更改，僅需要改動PLC 可編程控制器中的程序就能實現回路功能的轉變，而實際的電氣線路的接線不需做任何調整和改動，讓學生意識到在復雜電氣回路中引入PLC 可編程控制器的優越性。
在當今社會，技校畢業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課程他們都有所學習，但他們還不懂得將這些課程互相起來，對于今后的工作也只有片面的了解。在教學當中將機械和電氣方面的知識結合起來，將生產實際引入教學，有利于學生快速吸收知識、快速掌握技能、快速成才，他們就業時就容易上手。
在今后的教學過程中，筆者仍將不斷摸索并改進教學方法，調整已有的教學內容，讓學生在課堂上體會到學習的樂趣，在練習中掌握操作技能。