电气控制在《液压与气动技术》课程教学的运用

《液压与气动技术》课程是技工学校机械类、电气类高级技工层次学生的一门必修课程，笔者自2008 年起开始从事《液压与气动技术》课程的教学工作，授课时所用的教材有很多，既有劳动出版社出版的《液压技术》，也有高等教育出版社出版的《液压与气压传动》。但不管是哪种教材，课本所涉及的仅仅是液压与气压的相关知识，对于液压及气压回路的控制原理都没有讲述。而学生在学习过程中经常会询问液压与气压回路的相应电气控制是如何实现的，他们虽然学习《电工学》《电力拖动控制线路》等相关的电气课程，但对于将液压与气动回路与电气控制原理结合起来并不了解。在生产实际中，液压与气动系统也都是和电气控制部分密切联系在一起的。因此，在传授液压与气动相关知识的同时结合相关的电气控制知识进行跨学科教学是非常必要的。
1 温故知新，复习相关电气知识
《液压与气动技术》课程依据我校教学计划安排在学生在校学习的最后一个学期，大部分电气课程学生已在前几个学期完成学习，所以在讲授液压与气压回路相关的电气知识时，还应该先复习相关内容，特别是电气元件的国家标准符号及其功能、作用。
在液压回路中运用最广泛的就是中间继电器及其辅助触点、按钮等，因此笔者让学生分析并比较图1a、1b 两图的功能及作用，最后笔者进行总结并分别对中间继电器及其辅助触点、按钮的功能以及它们在回路中的作用进行讲解。

图1a                图1b

图2
2 由浅入手，运用电气控制回路
因学生是第一次接触液压回路及相关的电气回路设计，所以笔者一开始利用图1a 将灯换成了换向阀的电磁铁，此回路是一个非常简单的回路（如图2 所示），它能实现的功能是：采用手动按钮控制液压缸的往返运动，通过1SB 按钮的分合控制，电磁铁1YA 失电得电，从而使电磁操纵机构的换向阀进行位置的切换，最终控制了液压油的流向让液压缸活塞进行前进或后退运动。
通过这个最简单的液压回路的设计及制作，学生开始初步接触液压回路与电气回路相结合的模式，让学生了解其实通过电气来控制液压回路的动作并不困难，从而激发学生的学习积极性。
在整个的回路设计过程中，笔者并不是让学生进行手动绘图，而是利用液压软件进行设计，实现了回路动作的仿真，仿真时电气回路动作带动了液压回路的相应动作，学生能直观地看到自己设计出来的回路能否实现所需功能。在电脑上设计成功之后，再让学生到液压实训台上进行液压回路及电气回路的组装，锻炼他们的看图、识图及动手能力，将液压及电气原理图与实物一一对应起来。
3 逐步深入，增加电气控制难度
在图2 完成的基础上，笔者增加难度，让学生设计自动控制液压缸往返运动回路（如图3 所示），它能实现的功能是：采用按钮、中间继电器、行程开关实现液压缸的自动往返运动，通过1SB 按钮的分合控制及行程开关1S、2S 的条件限定，从而控制了电磁操纵机构换向阀电磁铁1YA 的得电与失电，最终同样控制了液压油的流向让液压缸活塞进行前进或后退运动。该回路液压部分基本没有改动，仅增加了2 个行程开关，但电气部分作了较大改动。
通过该回路的设计让学生了解到液压回路与电气控制是密不可分的，电气控制才是实现液压回路功能的关键，改动了电气控制回路就可相应改动液压回路的相应功能。
当然液压及电气回路是多种多样的，不仅仅是图3 所示的原理图能够实现液压缸的自动往返功能，还有很多回路也能够实现该功能。所以在布置任务时，笔者仅告知学生回路需要实现的功能及所需的液压及电气元件，他们可在老师给出要求及条件的前提下进行自由发挥，发挥学生的创造性及主观能动性。

图3
4 深化设计，完善液压回路功能
上面所设计液压缸自动往返回路不能实现停机后液压缸活塞自动返回原位，但在生产实际当中自动复位功能在大部分机器当中是必要的，所以为了与生产实际相结合，笔者让学生在图3 的基础上进行进一步深化，完善液压回路的功能（如图4所示）。
在图3 的基础上，将液压回路当中的两位四通液压换向阀（1 个电磁铁控制）改为三位四通换向阀（2 个电磁铁控制），并增加中间继电器进行扩展，增加液压回路动作条件的进一步限定，从而实现了液压回路的自动往返及停机功能。通过该回路的设计及制作，让学生了解到其实电气控制就是根据液压回路的功能给出一定的限定条件，让液压回路在满足条件时进行动作，而条件的给出就是通过行程开关1S、2S 来实现的，但在1S、2S 的触点不够时就需要通过中间继电器进行扩展。

图4
5 优化回路，运用可编程控制器
图4 虽然可实现液压缸自动往返及停机复位功能，但电气回路复杂，线路较多，容易出现接错线的情况。笔者在学生接线时时刻注意，密切观察，在学生出现错误时及时指出，让学生在实现电气回路的组装同时意识到仅通过中间继电器的电气回路来实现液压回路的较复杂功能是烦琐的，检修维护及更改液压回路是困难的。
那么该如何避免这个问题呢？笔者组装一个PLC 可编程控制器的电气回路，通过PLC 可编程控制器的程序改变实现了上述两种液压回路的功能，虽然PLC 可编程控制器的电气回路的成本会有所增加，但通过它可非常灵活地对液压及气动回路的功能进行更改，仅需要改动PLC 可编程控制器中的程序就能实现回路功能的转变，而实际的电气线路的接线不需做任何调整和改动，让学生意识到在复杂电气回路中引入PLC 可编程控制器的优越性。
在当今社会，技校毕业生所从事的工作大部分是操作工、检修及维护人员，他们的工作不仅仅只是涉及单纯的机械或电气方面的知识，而是机械和电气知识的结合。虽然机械和电气的相关课程他们都有所学习，但他们还不懂得将这些课程互相联系起来，对于今后的工作也只有片面的了解。在教学当中将机械和电气方面的知识结合起来，将生产实际引入教学，有利于学生快速吸收知识、快速掌握技能、快速成才，他们就业时就容易上手。
在今后的教学过程中，笔者仍将不断摸索并改进教学方法，调整已有的教学内容，让学生在课堂上体会到学习的乐趣，在练习中掌握操作技能。