电气控制设计论文范文

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课程设计是综合一门或多门课程知识的实践性环节，是学校实践教学环节的重要组成部也是培养学生综合素质的重要环节。对于电气控制类专业，比如自动化和电气工程及其自动化等专业，常见的课程设计有计算机程序课程设计、电子技术课程设计、嵌入式系统课程设计、电气工程综合课程设计、可编程逻辑控制课程设计和工业控制系统综合课程设计等，大部分课程设计都具有“硬件和软件相结合”的特点，实践性和实用性很强，与企业需求结合非常紧密，契合度较高。基于该类课程设计的特点，在课程设计教学中，笔者打破原有的课程设计教学思路，采用与企业深度合作，将企业需求职位的专业和技能要求融入课程设计教学过程中，对学生进行有针对性的训练，在培养学生的创新精神和实践能力的同时，注重培养其良好的职业素养和综合能力。课程设计的内容结合相关企业的某个工程项目，教学过程尽可能与工程项目的运作过程接近，使学生熟悉工程项目的运作流程和不同职位的工作内容和专业技能要求。学生以团队合作的形式，由3～5人组成一个工作小组，根据企业需求，每位成员都有相对独立的任务分工。通过这种方式的课程设计，学生可以对企业的需求有深入的了解，对自己的能力有进一步的认识。在此基础上结合自己的专长和爱好，学生可以尽早明确自己的工作方向，完善个人的职业规划，最大可能成为企业需求的综合性人才。

1．2基于企业需求的电气控制类专业的职位

在课程设计创新教学模式中，课程设计的过程尽可能与企业中工程项目的运作过程接近。根据对企业职位设置的调研，笔者将该教学模式中团队中各成员的职位和任务说明如下:

(1)项目管理工程师是一个团队的核心人物，负责制定和管理项目进程，组织必要的讨论和会议。对于项目管理工程师而言，如何调动团队内每个成员的工作积极性，最大程度地发挥成员的专长是其主要任务。可见，良好的沟通能力和个人魅力最为重要。这个职位为学生毕业后的个人创业或某些管理职位提供了基本的训练。

(2)硬件工程师和软件工程师完成整个项目的核心技术工作，包括系统的方案设计、绘制图纸等。在国内外倡导工程教育的背景下，工程师的工作尤其要与企业需求和行业规范相结合，指导教师对软硬件工程师的具体工作提出严格的要求。

(3)外观或结构设计师需要机械类专业的知识，不是电气控制类专业的主要学习范畴，在教学实施过程中将机械类与电气控制类专业的学生进行混合，组成一个更加专业的团队，不仅有利于更好地完成任务，而且扩大了团队成员的知识面。而且，一般情况下电气控制类专业的学生也会学习机械制图(或AutoCAD)，若设计要求不是很高，他们也能完成任务。

(4)销售工程师在企业人员的职位中也是比较重要的角色。在我校电气控制类专业的毕业生中，有不少同学都从事市场或销售方面的工作。一方面企业需要有该类专业背景的毕业生，另一方面电气控制类专业某些学生善于言谈，亲和力强，更喜欢做与人沟通的工作。销售工程师需要掌握一定的销售理论，做全面的市场调研，提炼产品特色和产品卖点，制定完整的销售计划。

(5)秘书的主要任务是会议记录，制作项目陈述PPT，撰写论文等文字性工作。从方案设计开始，秘书就开始构思并撰写论文。秘书的工作是整理和总结资料，大部分的文档原始资料都需要其它成员提供。秘书需要经常和每一个成员沟通，尽量按照毕业设计论文的标准完成课程设计论文的撰写。

2课程设计创新教学模式的实施

2．1对课程设计团队的要求

团队人数要适宜，若人数过多，任务分配不均，必然有成员的工作较轻松，易偷懒，造成不团结;若人数过少，每个人承担任务较多，不能起到成员间交流合作，培养良好职业素养的目的。经过实践，根据任务复杂程度，一个课程设计团队的组成人数以3～5人为宜。团队中每个成员根据需要可以承担多项工作，比如项目管理工程师可以兼任其他任何职位，外观设计工程师兼任销售工程师，采购人员兼任秘书;而软件和硬件工程师一般独立设置，而且在项目软件编程任务较多时，可以采用模块化设计，由多个人共同承担。团队内每位成员按照分工都有自己明确的工作任务，具有强烈的责任感和使命感。而且，由于是团队工作的性质，团队之间的竞争更为激烈，在工作过程中每位成员也会强烈地感受到集体的凝聚力和荣誉感。在这种情况下，个体能力强并不意味着集体的成功，只有大家团结合作、互帮互助才能取得最终的成功。因此，在做好课程设计的同时培养了成员的工作主动性、积极性和团队协作意识。

2．2选题要求

多数应用型大学的电气控制类课程设计都是诸如电子钟、交通灯的控制之类的小题目，设计题目单一，与专业技术的当前应用脱节［4］，而且容易查找到现成的资料，不利于培养学生的实践能力和创新精神。由于以团队形式工作，人数增加，可以适当地增加课程设计题目的难度。课程设计选题可以结合教师科研项目，与企业进行深度合作并能为其解决实际问题的综合性选题最好。比如在单片机系统课程设计中，与某企业合作，设计题目为“多功能电压力锅”;在工业控制系统综合课程设计中，与某自动化公司合作，设计题目为“恒压供水系统的PLC控制与远程监控”［5］。在课程设计过程中不满足于只考虑软硬件是否能实现任务要求的基本功能，还可以在图纸的完整性和规范性、系统的安全性和可靠性等方面提出更高的工程要求。

2．3工作流程

在课程设计实施过程中，教师引导团队的工作过程尽可能与实际项目的运作过程接近［6］，在任务量、时间节点等方面制定详细的计划，使成员在具有一定压力下，既紧张又有条理地完成任务。课程设计基本工作流程如图1所示。小组会议是一个较为正式的环节，由项目管理工程师主持，秘书做会议记录，指导教师或企业工程师以及组内成员参加，目的是引导学生明晰工作目标和工作内容，合理安排时间，顺利完成任务。在第一次会议上，项目管理工程师陈述系统总体设计方案，各成员分别总结前期研究内容和明确后期的工作步骤和内容，并制定详细的工作计划。在团队成员分工后，项目管理工程师也可以根据需要多次组织会议，秘书做好会议记录，为最终的论文提供素材。指导教师在以学生主导的会议中，有目的、有意识地引导，培养学生在设计过程中有计划地学习、研究问题，综合运用自己的理论、专业和实践知识进行解决问题，从而提高实践创新能力［7］。指导教师通过提问掌握每个学生的工作进展情况，并对存在的问题做出正确的启发，鼓励学生进行互动讨论。各成员总结自己的阶段性成果，提出工作中遇到的困难，成员之间充分沟通。项目陈述和答辩环节是课程设计创新模式中重要的一个环节，培养学生总结能力、表达能力和PPT的制作和展示能力，使其学生在公众下能够不怯场，敢于表现自己。

2．4考核与评分

在课程设计创新教学思路和创新模式的引导下，考核也要更新观念，要与人才培养目标相一致。借鉴荷兰高校对学生实践能力的考核方法，不仅注重基于任务分工表现出的实践应用能力，而且还要兼顾学生在课程设计过程中展现的思路创新、表达沟通和团队协作能力［8］。由于课程设计的教学时间一般为一至两周，所以考核与评分不能过于繁琐，笔者在两轮课程设计实践基础上总结了一套与培养目标一致、相对公平和便于实施的考核评分方案，如表1所示。个人的最终成绩是由小组成绩和个人成绩两部分组成［9］，各占50%，其中小组成绩由指导教师根据不同分项及其权重给出，个人成绩由指导教师和组内成员共同给出。组内成员互评均分权重为0．2，这个独创的考核细节大大激发了学生的工作热情并营造了工作团队内互帮互助的和谐氛围，培养了学生的团队合作精神。

3课程设计创新教学模式的支撑体系

(1)加强师资队伍的培养。对于应用型大学而言，高水平的师资队伍是应用型创新人才培养的关键。要培养出企业需要的应用型人才，必须建立一支综合素质强的“双师型”教师队伍。而大多数教师从学校毕业又进入学校授课，本身没有在企业工作过，教师的工程素质和实践经验不足，具有丰厚工程背景又有学术水平的“双师”型教师尤其缺乏［10-12］。一方面，可以建立教师有计划分批次轮流到企业锻炼的常规制度;另一方面，吸引企业的优秀工程师兼职或全职到教师岗位，充分发挥其多年来的企业工作经验。

(2)重视校企合作。校企合作是解决实践教育缺失的根本途径［13-14］。一方面大力吸引企业参与到高校实践教学过程中来，在教学计划和教学内容上广泛征询和适当采纳相关业内专家的意见;另一方面，增加学生在企业进行专业技能训练和专业拓展课程的学习机会，理论联系实际，开拓视野，拓宽思路，促进学生的创新意识与创新灵感，为课程设计创新教学模式提供强有力的实践平台支撑。与相关企业建立长期合作关系，良性循环，最大可能实现更多学生毕业和就业上岗的零过渡，校企共同培养“适销对路”的应用型人才。

(3)开设公共选修课。公共选修课是高校面向全体学生开设的综合素质培养课程，对学生知识结构完善，知识面扩大，兴趣和个性发展和综合素质提高有重要意义。对于工科专业来说，根据企业对人才的需求，高校开设如市场营销、会计、社交技巧等人文类和经济类选修课，不仅有利于培养学生的综合能力，而且学生也可以结合自身职业生涯规划科学地进行选课，为将来的职业储备和积累知识［15］。

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1.1电气控制线路设计法的重要性

电气控制线路的设计直接决定和影响了控制系统的的性能。在电气控制线路的设计中应当谨遵要求对电气控制系统的制造和使用，及维护资料进行编制和设计，确保其设备的安装、操作具有可靠性和安全性，这是保证电网正常运行的首要前提。

1.2电气控制线路设计法的基本特点

现代电气控制系统的三个特点：(1)功能强且体积小，灵活性较强，同时具有很强的通用功能，便于使用和维护。(2)采用了无触点式开关代替部分电器元件，执行程序的时间较短。(3)能够用软件实现电气控制，改变控制参数和要求时只需改动程序的对应部分，节省资源。

2电气控制线路设计法的优化策略

2.1了解生产机械和工艺

对电气控制线路的要求在进行电气控制线路的设计前应当对其生产工艺的要求有一定的掌握，同时要了解各程序的工作情况、保护措施及运动变化规律。设计人员在设计过程中要对同类产品进行调查和分析，将此结果作为设计的重要依据。

2.2线路设计法简单

在满足生产工艺的前提要求下，争取控制线路的设计简单、经济环保。（1）选用经过检验符合标准的线路环节。（2）贱导线连接的长度数量降到最低。在电器元件设计中合理安排触头位置，减少导线的连接数量和长度。（如图1）将启动、停止按钮都放在操作台上，接触器则放置在电器柜内。而由于按钮盒接触器之间距离较长，因此要将启动按钮盒停止按钮连接在一起，以简化导线连接。（3）采用标准件，同时注意将电气原件数量降到最少，尽量选择同一型号。（4）通过减少锄头来简化线路，增强可靠性。

2.3保障控制线路的安全可靠性

选用的电器机械使用寿命较长动作较为可靠、结构坚实同时抗干扰较强能够有效保障控制线路的安全可靠。在设计中注意以下几点：（1）选择正确的电气连接线圈进行线路设计法。在控制线路的设计时应当将线圈的一段统一接电源的同一端，使得电器触头在电源另一端。避免因为电器触头引发电源短路现象，也便于安装。（2）交流控制电路不能串联两个电器线圈。如果两个线圈串联，其中某一原件就只能得到一半电源电压。由于电压和线圈的阻抗成正比，不能同时进行动作。使交流接触器KM吸合，此时KM的磁路处于闭合状态，线圈的电感明显增大，使另一个接触器线圈的电压达不到工作电压。应当将两个电器线圈并联且保持同时动作才能保证运行。（3）避免因意外而在线路中接通的寄生电路。会造成误动影响线路的工作。（4）应当避免设计多个电器依次动作后接通另一个电器的控制线路。（5）线路的设计应当适应电网的情况，根据电网容量、电压和频率波动范围以及冲击电流的数值决定启动方式是直接或是减压启动。（6）以小容量继电器的锄头控制大容量接触器线圈来进行线路设计法，通过计算继电器触头断开和接通容量判断是否应当增加中间继电器和小容量控制器，增强可靠性。（7）将必要保护环节考虑在内，避免操作失误带来的线路事故。

2.4应具有必要的保护环节

（1）短路保护电气控制线路中通常采用熔断器、断路器来进行短路保护。在电动机容量较小时可以讲主电路的熔断器作为在控制线路中的短路保护，不需要再设熔断器进行保护。而当电动机容量大时就需要另设熔断器作短路保护。断路器在线路中既能做短路保护又可以当过载保护，而电气线路发生故障造成断路器跳闸时，排除故障后可直接合上断路器继续工作。（2）过流保护启动方法错误或是负载转矩过大都会熬制电动机的过电流故障。由于过电流较小，常用于直流电动机和绕线转子电动机控制线路。通过继电器、接触器相互配合将继电器的线圈和主电路串联，常闭触头和接触器控制电路串联。在电流达到整定值后断开常闭触头同时使继电器继续工作，同时切断控制电源和电动机电源进行线路保护。（3）过载保护三相鼠笼电动机会因为负载增加、断相动作或电网电压降低时引起过载，而电动机长期过载运行会造成过热导致的绝缘损坏。因此通常采用热继电器作为鼠笼型电动机的过载保护。（4）零电源保护通常将并联在启动按钮两侧的接触器自锁触头作为零电源保护。而主令控制器SA控制电动机则通过零电压继电器实现。

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USB2.0设备连接到主机后，主机给设备供电并发送复位信号复位设备，之后设备进入全速模式工作，由图2所示在fullspeed状态检测到SE0(linestate[1:0]=00)持续2.5μs后,高速握手开始，设备控制器进入sendchirp状态，设备向主机发送一个持续时间大于1ms的K(linestate[1:0]=01)信号以检测主机是否支持高速模式。设备进入recvchirp状态并准备接收来自主机的JK序列。主机支持高速并检测到K之后，向设备发送JKJKJK序列以检测设备是否支持高速模式。设备控制器在recvchirp状态成功检测到3对JK序列后高速握手成功，进入到highspeed模式工作；否则，设备以全速模式工作。

2设备挂起

根据USB2.0协议，为了减小功耗，当总线3ms没有动作时，设备需进入挂起（suspend）状态，设备在挂起状态只能消耗小于500μA的电流，并且进入挂起后设备需要保留原来的状态。(1)全速模式挂起:检测到总线状态为SE0达到3ms，设备从fullspeed状态进入suspend状态。(2)高速模式挂起：设备工作在高速模式时，由于高速复位和高速挂起都是发送一个大于3ms的总线空闲信号，因此设备需要区分这两个事件。如图2，处于highspeed状态时，设备检测到总线空闲(SE0)3ms，进入hsrevert状态。之后检测总线状态不为SE0，此后设备挂起。假如在hsrevert状态后还检测到SE0持续100μs,则判断为高速复位，clrtimer2=1。设备状态转换到sendchirp状态，开始设备的高速握手。

3挂起恢复

设备处于挂起状态时，在它的上行口接收到任何非空闲信号时可以使设备恢复工作[5]。(1)全速挂起恢复：设备从挂起状态起检测到的不是持续的J，则恢复到fullspeed状态，以全速模式工作。(2)高速挂起恢复：挂起时保留着高速连接状态，highspeed=1且hssupport=1,挂起恢复需要判断是由总线动作引起还是系统复位引起。设备中测到总线状态为SE0，说明是由复位引起的挂起恢复，设备状态进入sus-preset，然后检测到SE0持续2.5μs后，进入高速握手过程sendchirp状态；反之，检测到挂起恢复信号K，则设备从挂起恢复到高速模式。

4复位检测

集线器通过在端口驱动一个SE0状态向所连接的USB设备发出复位信号。复位操作可以通过USB系统软件驱动集线器端口发出复位信号,也可以在设备端RE-SET信号置1，进行硬件复位。(1)设备是从挂起状态复位：在suspend状态检测到SE0时，设备跳转到suspreset状态，检测总线状态为超过2.5μs的SE0后设备启动高速握手检测，即进入sendchirp状态。(2)设备从非挂起的全速状态复位：设备在检测到2.5μs<T<3.0ms的SE0状态后启动高速握手检测。硬件纵横HardwareTechnique(3)设备从非挂起的高速状态复位：设备在high-speed状态检测到总线上持续时间3.0ms的SE0后，设备状态转换到hsrevert，以移除高速终端并重连D+的上拉电阻，此时为全速连接状态；之后设备需要在100μs<T<875μs的时间内采样总线状态,检测到SE0持续2.5μs后，进入sendchirp状态，开始高速握手过程。

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二、系统控制设计

2.1温度与加热功率

传感器芯体温度与加载在芯体上的正热能与负热能大小有关。若传感器芯体温度维持在环境温度以上，则传感器芯体加载的正热能来自电能，由焦耳定律可以知道若给定电阻R上加热电流为I，加热时间为T，那么有I2RT的电能转换成热能；而传感器芯体加载的负热能可以是传感器芯体与周围环境的温度差而产生的热对流及热传导带来的热能转移。这种正热能与负热能对温度的影响体现为传感器芯体的加热功率与制冷功率，它们共同决定了传感器芯体的稳定温度。假设传感器芯体工作环境温度为25℃，传感器芯体气体浓度响应最佳温度为80℃，因热传导和热对流损失的负热能为某个可测量值且保持恒定，那么该点环境下芯体温度只与加热功率有关。如上所述，给芯体合适电流，那芯体就可以维持设定点温度，若环境温度上下波动，芯体加热与制冷的功率随温度发生变化，要使芯体继续维持在设定点温度，只需要调节芯体上电流的大小。在25℃环境下，实际测得加热功率与芯体温度的关系，加热功率为0．45W时芯体即可稳定工作在设定温度80℃。

2.2温度测量

为了更加准确地测量敏感芯体温度场的温度，在氢敏芯体上集成了一个测温电阻与一个加热电阻。测温电阻、加热电阻和氢敏电阻版图设计经过温度场仿真实现最佳耦合。因而测温电阻能真实反映氢敏电阻当前工作温度。测温电阻材料采用高纯铂电阻镀膜而成，实际测试的测温电阻温度特性，从图中可以看出测温电阻具有良好的温度线性关系。该测温电阻的温度系数因为采用薄膜沉积工艺制备，温度系数没有标准PT100大，但并不影响使用。电阻经过测温电桥检测，输出反映温度的电压信号。这个信号在控制区域非常微弱，为了提高温度测量精度，采用四线制检测电路，减少测温铂电阻引线长度与铂电阻通电电流对温度测量的影响。

2.3温度控制环路

通常温度系统是大惯性系统，具有较大的滞后性，往往需要具有超前调节的微分环节。气体传感器芯体体积很小，无论是加热还是制冷，芯体对温度都有快速响应，采用比例积分［3］控制就可以获得不错的效果。

2.3.1比例环节

比例环节具有快速调节能力，比例系数越大静差越小，过大容易震荡。电路如图4所示，其增益为－RP1／RP2，试验测试比例系数为－4时控制效果较好。

2.3.2积分环节

积分环节可以消除系统静差，当系统有稳态误差时，积分环节的输出会持续增大使得控制作用加强，从而减小稳态误差。积分系数越小，积分作用越明显，控制精度越高。积分电路如图5所示，其增益为－1／RI1CI1S，其中S为拉式算子。经调整时间常数RI1CI1为4．7s比较合适。采用PWM通断控制模式，能最大化利用加热功率。在导通瞬间，加热电压完全加载在加热电阻上，电流峰值会比较大，因此需要控制加热电阻合适的阻值。另外PWM控制存在完全导通的情况，虽然在本电路应用中不会带来坏的影响，但是为了调整最大加热功率以达到控制最大加热温度的目的，在PID输出环节采用稳压二极管，控制PID输出电压的幅度，保证PWM能够输出一定宽度的死区。

2.3.3微分电路

微分环境对输入快速变化的情况具有较大的反应输出，能提高控温系统对环境温度波动的快速响应能力。

2.3.4PWM产生电路

PWM电路［4］采用简单分立器件搭建，具体电路如图7所示，主要构成有比较器产生限阈值翻转波形，然后经过积分电路充放电产生标准锯齿波，锯齿波在与PID环节输出电压比较，产生脉宽随温度误差调整的波形，该波形输出给驱动加热电路。

三、实验结果

样机进行了稳定动态过程的短时间测试和稳定点长时间测试。短时间测试样机温度曲线，其中可以看出样机到达温度设定点90％的时间非常短，大概为120s，整体控温精度在0．15℃以内。当环境温度波动时控温点会随着扰动，很快就能回到设定的温度值，动态响应非常快。样机控温效果稳定点长时间监测曲线如图9所示，从该图可知整体控温精度在0．15℃以内更加明显，说明样机电路控温点不会随时间飘移，也不随环境缓慢变化的温度波动漂移。

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1 引言

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。

本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。

2 数控机床的电气化改造概述

2.1 数控机床的主要功能

数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：

（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；

（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；

（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；

（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。

2.2 电气化改造的总体方案

结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：

（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。

（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。

（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：

3.1.1 底层设备

底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。

3.1.3 远程控制终端

远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。

基于PLC的数控车床电气自动化改造框图

3.2 PLC电气控制系统的设计实现

本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。

4 结语

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一、电工技师论文的作用及分类

电工技师(高级技师)论文是其在总结研究本职业(工种)领域中的有关技术或业务问题时，表达其工作或研究过程及其成果的综合实用性文章，是维修电工技师从事本职业(工种)的学识、技术能力的基本反映，是科学研究成果和工作经验总结的文字体现，也是个人劳动成果、经验和智慧的升华。技师专业论文是社会实践活动的产物，是撰写者在长期的社会生产实践中不断总结经验，努力学习理论知识，不断追求和探索所取得的研究成果的文字存在形式，撰写技师专业论文是培养人才、选拔人才和保证人才质量的重要途径之一。

按电类技师本身的内容和性质不同，一般电类技师论文分为：专题型、论辩型、综述型和综合型。按电类技师论文具体涉及内容的主要有：维修电气经验总结类、技术革新类、新产品开发类和四新技术推广类。

二、电工技师论文撰写的要求

撰写电工技师专业论文，既是一个艰苦的思考、探究和再学习的过程，又是一种复杂的创造性劳动，需要对工作实践、技术革新和技术改造等做出客观的评价。

1.注意论文的科学性。科学性是指电工技师专业论文的基本观点和内容能够反映事物内在的基本规律。电工技师专业论文的科学性来自对客观事物周密而详实的调查研究，掌握大量丰富而切合实际的材料，使之成为研究论述的基础。

2.注意论文的翔实性。电工技师专业论文要求作者所提出的观点、见解确实是属于自己的。那么，要使自己的观点能够得到普遍的承认，就一定要拿出有说服力的论据来证明自己的观点是正确的。这样，就应该在已掌握的大量材料中选择具有典型性、代表性的关键证据来证明。

3.内容正确、语言简明。撰写技师专业论文应当力求言简意赅，无多余的字句。对论文的内容不要进行艺术性渲染和夸张；切忌不适当地夸大个人在技术革新和技术改造中的贡献；更不能将技术问题的争论引入政治观点。同时，在撰写技师论文时，要注意按照撰写格式进行撰写，并熟练应用。

三、电工技师毕业设计论文的选题

论文的选题必须立足于总结工作成果与实践紧密联系上。在对已获得的大量素材进行分析、归纳和研究的基础上，提出问题，确定写作的基本方向。

1.论文的选题原则：准确恰当、提高创新和可行实用。

(1)准确恰当。论文的选题要提得准确恰当，面向实际，着眼于社会的需要，确实是生产实践中亟需解决的问题。选题一定要与生产实践相结合，与自己的工作领域相结合。

(2)提高创新。创新性原则是指选题要有新颖性、先进性，有所发明，有所发现，以推动本职业(工种)的发展。遵循这一原则，选题时必须注意选择位居本职业(工种)较前沿的并具有普遍意义的课题；选择填补空白的课题；选择补充前人学说的课题；选择突破禁区的课题；选择借他山之石可以攻玉的课题，即借用其他学科的新理论、新技术、新工艺和新材料，从新的角度进行研究、验证或论证来解决本职业(工种)中的老问题或疑难问题的课题。

(3)可行实用。可行实用性原则是指要选择有利于发挥个人的聪明才智，有完成的把握，同时也符合自己的志趣、适合个人能力的论题。

2.论文的选题方法

(1)选择能发挥本人特长的论题。申报电工技师(高级技师)的人员，都具有相当长的本职业(工种)专业工作的经历，在理论与实践的结合上有自己的独到之处和技术特长；而预备技师在学校学习4～5年，理论知识特别是新技术的知识非常充实，但实践经验欠缺。

(2)选择具有突破性的论题。申报电工技师(高级技师)的人员长期工作在第一线，对于生产实践中出现的问题最有发言权。如果敏锐地抓住问题的关键处，加以研究，就能形成应用性极强的专业论文。

(3)选择具有普遍性的论题。所谓具有普遍性的论题是指在生产实践中有广泛的用武之地的课题。例如，用现代电气技术改造机床的电气控制问题、变频技术在中央空调系统的应用问题及电梯的技术改造和维修技术问题等。有些问题看似简单，但实际上有很多需要进一步研究总结的内容，这些都属于具有普遍意义的论题。

3.论文的推荐选题

(1)典型PLC控制系统的设计、安装与调试。机械手的PLC控制系统设计、安装与调试；组合机床PLC控制系统设计、安装与调试；立体车库控制系统设计、安装与调试；材料分拣装置的PLC控制系统设计、安装与调试。(2)典型低压电气柜的设计。两台三相异步电动机动力控制电气柜的设计、安装与调试；变频调速控制柜的设计、安装与调试；总计量配电箱设计、安装与调试。(3)供配电系统的设计。某通用机械厂供配电系统的电气设计、安装与调试；某学校生活区配电系统设计、安装与调试。(4)电子技术应用设计。三相正弦波变频电源的设计、安装与调试；晶闸管串级调速系统的设计、安装与调试。(5)典型单片机控制系统的设计。基于单片机和LCD的电子钟的设计；数字钟的设计与制作等。(6)机床电气控制系统改造。Z3050型摇臂钻床PLC改造；M1432A型万能外圆磨床PLC改造；T68型卧式镗床PLC改造；B2012A型龙门刨床PLC、变频器改造等。(7)楼宇自动化技术及维修。电梯控制线路的安装与维修；无塔供水系统控制线路的安装与维修等。

总之，加强对电工技师毕业论文的指导，可使他们通过论文的写作，在以后的工作岗位上更好地发挥技术带头人的作用，为高层次实践经验和科研成果转化成现实生产力打下坚实的基础。

参考文献: 

[1]王建.国家职业资格证书取证问答[M].机械工业出版社,2006,3. 

篇7

电气自动化设备安装与维修专业根据《一体化课程教学资源包开发指导手册》开发出本专业三个层级（中、高、技师）的一体化课程。其中，有三门电控系统维修类课程：高级课程，即简单电子线路维修，课程中学习任务包括DS--2042型数码电子钟无法显示故障维修、DSC-32型直流调速柜开环控制系统无法调速故障维修；高级课程，即继电控制线路维修，课程中学习任务包括20/5t桥式起重机继电控制线路维修、B2012A龙门刨床继电控制线路维修；技师课程，即《复杂设备电气控制系统维修》，课程中学习任务包括DSC-32卷扬设备停止运转电气控制系统维修（直流调速）、TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）、企业课题（XX型地面设备电控系统故障维修）、课程拓展（撰写TVT-LMB-01型龙门刨床电气控制系统维修技术手册）。

本文以电气专业技师层级电控系统维修类学习任务――TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）为例，研究以下两个问题：为什么绘制故障树，绘制故障树的教学设计。

一、为什么绘制故障树

绘制故障树是电气专业电控系统维修类一体化课程的专业核心技能。学生学会了绘制故障树，就学会了电控系统维修类工作的核心技能（维修工作方法），为能够胜任企业中电气自动化设备的电控系统维修类工作奠定了基础。

1.绘制故障树是后续维修工作的前提

利用鱼骨图技术，分析TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）案例，得出以下各个工作环节的技能点。

（1）工作环节1：明确任务。工作目标：明确案例任务的工作内容、验收标准。输出结果：故障树。技能点：绘制电气原理框图，绘制故障树。

（2）工作环节2：制定维修方案。工作目标：制定案例任务的维修流程及元器件、工具、仪表清单。输出结果：维修方案。技能点：依照故障树制定维修流程，依照故障树制定工具、仪表清单。

（3）工作环节3：维修。工作目标：确定故障点，排除故障，自检试车。输出结果：维修记录。技能点：依照维修流程，利用诊断工具（万用表、上位机监控软件、变频器OP、示波器等），采用检查方法（电压法、替换法、调整参数法等），确定故障点；采用维修工具（热风枪、电工通用工具等）修复故障元件或替换故障元件。

（4）工作环节4：验收交付。工作目标：验收设备，完成产品的交付。输出结果：验收单。技能点：核算维修成本。

（5）工作环节5：总结与拓展。工作目标：总结经验、提高效率，强化技能。输出结果：技术论文，T101恒压供水压力波动电气控制系统维修方案。技能点：撰写技术论文，绘制故障树。

通过上述5个工作环节技能点的分析得出，只有绘制完成故障树，才能确定维修流程及所需的工具、仪表，制定维修方案，实施维修等。

2.绘制故障树是电控系统维修类工作的核心内涵

利用鱼骨图技术，分析电控系统维修类课程所有学习任务，梳理每个学习任务的技能点，可提炼出电控系统维修类工作的以下内涵。

（1）工作环节1：明确任务。内涵：复杂问题简单化。

（2）工作环节2：制定维修方案。内涵：经验法，即查询维修记录，对同类故障，利用经验直接排除；缩小故障范围法，即绘制故障树。

（3）工作环节3：维修。内涵：依照维修方案，利用诊断工具（验电器、万用表、上位机监控软件、变频器OP、示波器等），采用检查方法（电阻法、电压法、电流法、短接法、逐步排除法、替换法、调整参数法等），确定故障点。

（4）工作环节4：验收交付。内涵：采用维修工具（电工通用工具、电烙铁、热风枪等）修复故障元件或替换故障元件，自检试车。

（5）工作环节5：总结与拓展。内涵：核算维修成本、总结经验、提高效率。

通过对上述5个工作环节内涵的分析得出，绘制故障树能够缩小故障维修范围、简化维修步骤、确定维修流程、提高维修效率，对诊断故障点、排除故障起到了指导作用，是电控系统维修类工作的核心内涵。

二、绘制故障树的教学设计

本文以绘制TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）故障树为例，介绍利用鱼骨图技术分析“明确工作任务”工作环节中，绘制故障树所对应的知识与技能。

1.需要具备或学习的技能点、知识点

（1）技能点。包括：会分析电控系统的控制电路（梳理输入、输出信号）；会分析电控系统的主电路（梳理驱动器、执行器）；会绘制电控系统电气原理框图（梳理电控系统的单元模块）；会确定故障范围（依据正向运行无法调速故障现象对照电气原理框图，在电控系统原理图上圈出故障所涉及的元件及接线）；会绘制故障树。

（2）知识点。包括：P1C数字量、模拟量输入接口DI＼AI、P1C模拟量输出接151AI＼AQ，变频器模拟量控制信号输入端，创台主拖电机电气控制方式、横梁电机电气控制方式，侧刀架电机电气控制方式、垂直刀架电机控制方式、三类电机四种控制方法的特点，PLC输入侧单元模块、PLC输出侧单元模块，主电路执行单元模块（创台主拖电机模块、横梁升降电机模块、侧刀架电机模块、垂直刀架电机模块、抬刀电磁铁模块）。

通过针对案例的分析，在梳理完成绘制故障树所需要具备或学习的知识和技能点后，可以得出绘制故障树教学的重点和难点是“学会绘制故障树的方法”。

2.绘制故障树的六步法

绘制故障树教学设计思路是学生通过自主学习，归纳提炼出绘制故障树的六步法，具体教学设计如下所示：

（1）工步1

教学目标：梳理电控系统的控制电路――s7-200PLC输入信号。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出S7-200PLC输入端子及外接元器件。

教学组织：组织学生在工作页的原理图上圈出s7-200PLC输入端子及外接元器件；组织学生轮流说出一个s7-200PLC输入端子及外接元器件，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，并研讨AT为何种信号输入。

（2）工步2

教学目标：梳理电控系统的控制电路――s7-200PLC输出信号。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出S7-200PLC输出端子及外接元器件。

教学组织：组织学生在工作页的原理图上圈出画出s7-200PLC输出端子及外接元器件；组织学生轮流说出一个s7-200PLC输入端子及外接元器件，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，并研讨AQ为何种信号输入及变频器模拟量控制信号输入端。

（3）工步3

教学目标：梳理电控系统的主电路――驱动器、执行器。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出驱动器、执行器。

教学组织：组织小组学生研讨，该刨床采用了几类电机，分别采用哪些控制方式，分别驱动哪些负载；组织学生展示，研讨成果，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，教师点评三类电机四种控制方法的特点。

（4）工步4

教学目标：梳理电控系统――单元模块。

设置引导问题：在TVT-LMB-01型龙门刨床电气控制系统框图上，填空补画完整。

教学组织：组织学生查找变频器手册，展示M430变频器3、4、5、6、9接线端子的含义，教师小总结；组织学生以小组为单位在网上查找类似龙门刨床的电气原理框图，在工作页上补写完整电气原理框图；组织利用实物投影小组展示成果，后续小组点评；师生进行头脑风暴，探讨是否有误导项，如有在工作页上打“×”符号。

（5）工步5

教学目标：确定正向运行无法调速故障的范围。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图中，圈出故障在电控系统中所涉及的元件及接线。

教学组织：利用实物投影展示电气控制系统框图，组织全体学生风暴PLC输入侧单元模块，确定创台调速电位器模块，研讨所涉及的元件及接线；组织全体学生风暴PLC输出侧单元模块，确定变频器启停、运行方向控制模块，研讨所涉及的元件及接线；提问电控系统主电路是否需要绘制故障树；总结排故的宗旨及缩小故障范围的方法。

（6）工步6

教学目标：绘制故障树。

设置引导问题：绘制故障树。

篇8

一、结合毕业论文课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

摘要：本课题主要研究的是成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题[1]。案为成都国际金融中心项目，成都国金中心净用土地面积82亩[2]。为香港九龙仓投资的西部地标性建筑整个项目设计由4座塔楼及裙楼组成，包括超五星级酒店、高端写楼、高档酒店式公寓及高品位住宅等，其中主楼双塔最高达248米[3]。2007年9月香港九龙仓集团在成都以8800万元/亩[4]。总价72.4亿元拍下了位于成都市最繁华的商业中心春熙路片区82亩土地建成后，将成为中国西部地区最高档次、最具规模和影响力的地标性建筑物，将引进数百个中西部最具代表性的商铺，其中包括世界上最出名的国际名牌、港澳名牌，再加上其九龙仓本身之马哥孛罗酒店等，有望成为中国西部今后最具影响力的国际商贸金融中心[5]。

关键词：电气设计；配电系统；智能化系统；电气控制；电机；制冷机房；水泵

1.前言

建筑电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住或工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学[6]。它是强电和弱电与具体建筑的有机结合[7]。随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、消防、防雷接地、通信、网络等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展[8]。建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理[9]。

2.设计内容

成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题。通过到成都国际金融中心负5层制冷机房实地实习，了解制冷机房电机启动类型，启动方式，启动速率。研究其中各个电机与电气控制装置之间是如何协调工作的[10]。了解系统的电气设备及其主回路工作原理[11]。探究其中存在的节能环保效应。计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用[12]。

3.设计依据

1)中户人民共和国工程建设标准强制性条文(房屋建筑部分)(2002年版)

2)民用建筑供暖通风与空气调节设计规范CB50736-2012

3)高层民用建筑设计防火规范CB50045-95(2005年版)

4)建筑设计防火规范CB50016-2006

5)汽车库、修车库、停车场设计防火规范CB50067-97

6)公共建筑节能设计标准CB50189-2005

7)《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调.动力》(2009年版)

8)《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇-暖通空调.动力》(2007年版)

9)通风与空调工程施工质量验收规范CB50243-2002

4.总结

本次的文献综述内容主要是对成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分的一个概述，简要说明了毕业设计(论文)文献综述应该做些什么系统的设计，在查阅了大量的资料后的一个总结，也是对这段时间的工作的一个汇报[13]。并对一些规范和国标有了初步的了解，对以后的毕设做一个铺设[14]。小区的建筑电气设计主要是对变配电系统、冷却系统、电话系统、消防系统等的一个设计[15]。对这些系统的初步了解可以确定以后电气设计的方向，对之后的毕设起一个带头作用[16]。从对电气设计的迷茫到初步的认知，有老师的指导同学的帮助，更重要的还是自己的解收获的是实践知识，本次的文献综述对之后的毕设奠定了良好的基础[17]。

参考文献

[1]刘思亮.建筑供配电.第一版.北京.中国建筑工业出版社.1998.164～176

[2]孙建民.电气照明技术.北京：中国建筑工业出版社，1998年：56页

[3]唐志平.供配电技术[M].电子工业出版社，2008

[4]谢浩.住宅照明的处理和选择方法[J].住宅科技，2009，(02)

[5]刘宇.浅谈智能住宅小区弱电系统设计[J].硅谷，2008，(05)

[6]张言荣、高红、花铁森.智能建筑消防自动化技术[M].北京：机械工业出版社，2009

[7]郑洁、伍培.智能建筑概论[M].重庆：重庆大学出版社，2008

[8]唐志平.供配电技术[M].北京：电子工业出版社，2008

[9]俞丽华.电气照明[M].上海：同济大学出版社，2008

[10]戴瑜兴.民用建筑电气设计手册中国建筑工业出版社2010年：83页

[11]陈一才.智能建筑电气设计手册.北京：中国建材工业出版社，2002年：43页

[12]戴瑜兴.民用建筑电气设计数据手册.北京：中国建筑工业出版社，2003年：59页

[13]刘思亮.建筑供配电.北京：中国建筑工业出版社，2004年：24页

[14]杨光臣.建筑电气工程图识读与绘制.北京：中国建筑工业出版社，2002年：48页

[15]Frantz，J.m.Jdy.Intracanopylightingreduceselectricalenergycitilizationbyclosedcowpeastands.LifeSupportBiosphere，2001，7：283-290

[16]N.Shdbolt，Ambientintelligence.IEEEIntell.Syst，2003，18(4)：2-3

[17]NTayfunAmur.Cost，guestimpactdriveterrorism-securityplans[J].HotelandMotelManagement.Vol.220.No.20.Jun.2005.

二.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)：

1.研究的问题

本课题主要研究的是成都国际金融中心负5层制冷机房的电气部分研究问题。通过到成都国际金融中心负5层制冷机房实地实习，了解制冷机房电机启动类型，启动方式，启动速率。研究其中各个电机与电气控制装置之间是如何协调工作的。了解系统的电气设备及其主回路工作原理。探究其中存在的节能环保效应。计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用。最终了解现场施工的程序等。

2.研究的途径

1)收集相关资料，查阅中外文献。学习相关知识，了解国金中心项目的基本情况。做好前期准备。

2)请教校外导师学习、掌握国金中心负5层的解制冷机房的电机启动类型、启动方式、启动速率，系统的电气设备及其主回路工作原理，探究其中存在的节能环保效应。

3)通过计算电气设备的负荷、功率，了解相关电气设备的选用。

篇9

1电气控制系统设计

1.1电气控制系统原理简介

电气控制系统的实质就是它可以按照操作者所需要的方法是机器、内部结构和其它任意的可以改变的因素改变运作方式，从而实现操作者的运作需求。它的基本的工作原理就是通过检测出被输出量的实际数值，然后将它与输入数据进行比较获得之间的差值的过程。通过差值的比较然后进行具体的调控作用进而消除这种差值。从而实现输出值与输入值相对应。电气控制系统主要包括每个部分开关的合、分，开关状态和设备状态报告和报警设置，模拟系统的及时显示。我们可以运用电气的控制运行原理来进行简单的操作，有助于我们细致的分析电信线路，从而有助于准确的排除电路故障。PLC一般情况下由CPU、储存器、输入和输出接口、电源等几个部分构成。比较经典的是西门子的CUP为八路输入和六路输出，它可以实现定量的模拟量的调控，以及不同模块的扩展，尤其是在点位比较少的情况下应用及其广泛。

1.2新型电气控制设备的工作原理

因为采取了合理的系统电气控制系统，合理的解决了原始系统内部现有的各方面的不合理之处，新型的电气掌控装置的热度维持效果更好。精确控制温度的高低，精确掌握数字的精确度，利用智能化电气装置操作设置上位机接口和记录仪器的接口，使用热力感应的升温方式，保温性能比较强，温度控制稳定。一次性整体焊接，速度快，而且节约能源省电，操作简单易上手，受热均匀。新型原理的设备的电气控制设备节约能源程度更高，效率高。在条件相同的工作环境下，仅需要配置1台中频率电源和若干部通用型热感应增温器，达到在不同环境下升温的最终目的。

2炉前变压器

2.1炉前变压器的的功能和工作原理

前变压器不是传统概念下的标准工作设备，它的工作原理就是将输入前是四百伏的电压转化为24伏的电流的性能。以达到加热炉体可以调制为2300摄氏度高温的最终目的。通常被安装在电线杆或者店所内使用，一般情况下可以实现将六～一千伏的电压进行降低到四百伏左右。配电电力变压器是静态的电气控制设备，它可以实现将某个确定的准确地电压值的交流电压（电流）变成和它频率相等的另一种或几组任意的数值不同的电压（电流）的设备。

2.2炉前变压器的设置

非标炉前变设备规格明细如下：调控信号的输入以及输出：4-20mA、0-10mA、,0-5V、0-10V、1-5V、2-10V、PWM等相同信号输入，输入阻抗：120Ω（4-20mA输入方式时）负载额定电压范围：240V、360V、420V、640V、1180V。降温方法：10A~30A自动冷却，50-1200A风能冷却，1000A-3000A风吹冷却、自动冷却。掌控方法：调压移相和过零周波调功一体化技术，可实现平衡电流、平衡电压、平衡电功率等闭环调控以及双闭环三相整流直流电源。

3总结

随着研究的的不断发现和新的进展，石英拉管设备和其他大部分相同类型设备的不同之处在于对系统运行的稳定性提出了很高的要求。普通的石英拉管生产线假设出现了问题，就可以对系统提出暂停运行的工作要求。然后工作人员进行维修和护理，但是如果是属于高端的石英产品出现技术环节的故障和失衡，则有可能导致财产损失，然而石英拉管熔炉设备出现系统上的工作失衡现象，就可能出现坩埚炸裂以及有可能对工作人员的身体健康造成严重的损害。所以石英生产线设备必须具备非常稳定的安全性。石英连熔炉设备与以往间歇式熔炉设备相比，具有明显得进步之处和不同之处，最近几年石英拉管设备的应用一直是国内甚至国外同行业的关注热点。然而目前阶段国内石英行业对石英熔炉设备的研究还处于刚开始时间阶段。研究连熔炉设备一直是石英拉管开发技术的开发重点，在未来石英设备的应用及开发具有较大的实用价值和实践价值。

参考文献

[1]徐利华.热工基础与工业窑炉[M].西安：冶金工业出版社,2006(06).

[2]张美杰，程玉宝.无机非金属材料工业窑炉[M].西安：冶金工业出版社,2006(01).

[3]王学涛,曹玉春,兰泽全.工业窑炉节能技术[M].天津：化学工业出版社,2009(07).

[4]胡国林，陈功备.窑炉砌筑与安装[M].武汉：武汉理工大学出版社,2005(05).

[5]陈金方.玻璃电熔窑炉技术[M].天津：化学工业出版社,2007(08).

[6]张浩运.单晶硅生长用石英坩埚[M].北京：中国建材工业出版社,2007(10).

[7]王玉芬.石英玻璃[M].天津：化学工业出版社,2007(01).

篇10

随着教育改革的不断深入，中职学校都在改变传统的教学模式，优化教学内容，创新教学手段、教学方式，努力培养符合企业要求的技术人员。作为电气类专业教师，我在努力探究适合中职生实际的教学模式。该文以《电气控制》课程的教学为例，谈谈该课程在教学中采用开放式教学模式的策略。

1 中职《电气控制》课程教学的现状

《电气控制》课程是电气类、机电类专业的一门必修专业课，是为学生毕业后从事电气控制系统安装、维修、管理等工作提供必要的知识和技能。从许多中职学校《电气控制》课程教学情况来看，该课程的教学主要集中在理论知识介绍与实训器材的使用上，对理论与实践的有机结合是远远不够的。采用的教学方式是先理论知识授课，后技能实训。教学环节在时间与空间上安排是分散的，理论课和实训课存在着课时分配不合理的现象；从毕业生就业后的跟踪调查来看，这些学生毕业后进入工作单位，不能完整认识电气控制线路中的元器件，在设备安装时也无法达到要求，更无法进行控制系统的设计开发。这说明我们的课程教学模式过于单一，强调课堂灌输，理论与实际相脱离，造成学生知识面过窄，适应环境的能力较弱。这种教学模式已经不能满足学生就业的要求。

2 开放式教学模式的涵义

开放式教学模式是指在教学中，以学生为中心，以学生发展为宗旨，注重理论和实践相结合，培养学生掌握有效的学习方法，促进学生全面发展的教学模式。开放式教学要求教学内容、教学形式、教学环境、课程评价方式都具有相应的开放性。

1）教学内容的开放性。随着电气控制技术的迅速发展，《电气控制》课程的教学内容必须做到不断更新，这样才能培养出适合行业发展需要的技术人员，这就是教学内容的开放性。教学内容的开放性要求教师了解当前电气控制技术发展状况，在教学时选用合适的教材和辅导用书，并重新整合与优化教材的教学内容，或编写了具有本专业特色和适应本专业发展的校本教材，才能实现教学内容的开放性。

2）教学形式的开放性。由于《电气控制》课程具有基础性与实践性并重的特点，在教学中充分利用学校已有教学资源，并根据行业的发展情况，自制实训接线板、排故线路板、电气控制实训台，同时，还要选购相关实训设备，丰富教学资源。学校可以让学生走出校门，走向企业，在真实的生产场景中学习知识，提高实际操作能力，这就是教学形式的开放性。教学形式的开放性要求教师善于使用各种实训设备，在教学中能充分运用各种教学资源创新教学，这是实现教学形式开放的基础。同时，教师要努力改变学生把教材知识作为唯一的知识内容，把教师作为知识、智慧的唯一源泉，把学校、课堂作为唯一的学习场所的封闭式的学习理念，倡导学生在广泛的教育资源背景下进行自主学习、主动

学习。

3）教学环境的开放性。随着科学技术的不断发展、新的教学理念也在不断衍生，必将把越来越丰富的教学资源和具有特定教育功能的教育环境带入教学活动之中。课堂教学、多媒体模拟教学、模拟企业生产场景实训、到企业顶岗实习等都是中职学校常见的教学模式，这里所说的课堂、实训室、企业都是教学环境，《电气控制》是一门理论与实践结合非常紧密的课程，这就要求学生在学习时要积极思考、勤于动手，教师在选择教学模式时要根据教学内容尽量把课堂搬到实训基地或企业中，让学生与机器设备为邻，在开放的教学环境中完成学习，这就是教学环境的开放性。教学环境的开放性，要实现理论课、操作课在同一个空间内完成的目的。在教学现场布置各种元器件、线路样板、机床排故设备以及有关机床线路的挂图等，营造了优良的课程学习环境。上理论课时，不仅有传统的板书教学手段，还有实物可以加以利用讲解，也可用多媒体进行演示。合理安排实训课的课表，将理论学习和技能操作紧密的结合在一起，杜绝理论课和实训课课程分离的现象。例如：在学习了接触器联锁正反转控制线路的理论知识之后，就可以在就近的实训区域通过操作，完成实训任务，使理论教学与实训操作融为一体。在这种环境下，学生能顺利地在同一空间内完成理论学习与技能操作。

4）课程评价方式的开放性。课程目标最终将由学习的结果来体现，不能没有结果的学习，也不能学习没有结果。传统的课程评价就是单纯的考试成绩，学生为应付每学期最后的一次考试而背着沉重的负担。要想全面提高学生素质，每门课程的评价都要给学生全面发展留有充足的时间和空间，也就是要构建让学生享受成功的评价。这就是课程评价方式的开放性。课程评价方式的开放性，要求教师对学生在《电气控制》课程学习的全过程进行评价，包括课堂问题回答的积极性及正确性、作业完成情况及完成质量、实训项目完成情况及完成质量等，并随时记录评价结果。在评价时要少批评多激励，让学生感到自己可以学好。在期末，学校组织学生参加维修电工初中级考试，获取技能等级证书。通过考证来检查学生的学习效果。

3 《电气控制》课程采用开放式教学模式的策略

开放式教学模式体现在各个教学环节中，教师要根据教学环节的不同，采用不同的策略，才能真正实施开放式教学，提高教学效果。

1）课堂教学采用项目教学法。在课堂教学中，要体现教学的开放性，必须以学生为主体的教学理念，项目教学法是一种以学生为主体的教学方法。首先根据教学要求将教材内容项目化，然后编写项目任务书。在教学过程中，学生在任务驱动下，制定项目计划，完成相应操作，当学生完成相应操作后，项目评价则采用小组同学之间互评或教师评价等方法进行。在完成项目任务过程中，教师的作用是组织、指导，项目教学法发挥学生的主体作用，体现“做中学，学中做”的教学特点，体现教学的开

放性。例如：学习常用主令电器的基本知识，具体教学实施步骤如下：①任务要求：熟悉主令电器的用途、会正确选用主令电器。②任务内容：主令电器的结构及用途、主令电器的符号和型号、主令电器的选用。③知识解读：按钮的结构及用途、按钮的符号和型号、行程开关的结构及用途、行程开关的符号和型号。④任务实施：主令电器的选用、主令电器的安装、主令电器的常见故障及处理办法。⑤任务评价：对常用主令电器的基本知识掌握情况、是否会选用、安装常用主令电器。

2）实训教学采用“先动手，后理论，做中学”。实训教学是培养学生操作技能的重要途经。为体现实训教学的开放性，在实训教学中可采用“先动手，后理论，做中学”的教学模式，即先给出实训任务，让学生先自行摸索，当学生完成任务，或因学生缺少理论知识无法完成任务时，教师再讲解理论，这样让完成任务的学生能感受探索成功的喜悦，并把理论与实践结合起来，让无法完成任务的学生能在理论指导下完成实训任务。这种“先动手，后理论，做中学”的教学模式是目前中职学校在广泛推广的教学模式。例如：安装三相异步电动机接触器联锁正反转控制线路，具体教学实施步骤如下：①让学生尝试自行分析线路的工作原理、装接控制电路和主电路。②让学生使用万用表检测线路，确认检测无误后，进行空载和带载试车。③教师解读知识点，分析控制线路的工作原理和安装方法。④根据教师的讲解，学生进一步检测控制线路，完成空载和带载试车。在教学过程中，让学生自己先动手操作，培养他们的线路安装能力。当操作过程出现问题时，教师再讲解理论，让学生在理论指导下，再探索解决问题的办法。整个过程中学生是主角，教师只起帮助、指导作用。

3）引导学生采用小组合作方法学习。传统的“秧苗式”座位方式和单一的教学方式，让学生之间缺乏互相合作的机会，对学生的合作学习有阻碍作用。在教学中，可引导学生自愿组合，以2～3人为一个小组，实施小组合作学习。通过合作学习，鼓励学生发挥自我意识，表现自己，并学会尊重别人意见，欣赏别人，增强合作精神，共同完成学习任务。例如：在安装三相异步电动机星—三角减压起动控制线路时，小组进行分工合作：有的安装元器件、有的装接控制电路、有的装接主电路，一起调试、检测，形成互补学习。并以小组为单位，向全班汇报小组意见，接受其他同学的质疑与教师的点拨，在和谐、自由的讨论中得到问题的结论。这一过程中，让每一个学生都主动参与，体验成功，感受集体力量，感受到自己被尊重，从而提高自信心，提高学习兴趣。同时，有助于增进团体合作的信心和兴趣，有利于学生之间互相取长补短，有利于培养学生的集体荣誉感，有利于提高既合作又竞争的现代企业意识。苏霍姆林斯基说过：“应该让我们的学生在每一节课上，享受到热烈的、沸腾的多姿多彩的精神

生活。”

因此，《电气控制》课程构建开放式的教学体系，优化课程教学内容与课程培养体系，突破教学课堂的限制，实施开放式教学模式，让学生大胆地把个性展现出来，这对中职生今后的职业发展有着重要的

作用。

参考文献

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1 概述

塔吊的组成部件众多，但在这其中，电动机对于系统的作用是最重要的，因为它是机械系统的主要驱动元件，是将电能转换为生产所需的机械能的主要装置。电机良好的电气性能能够改善机械系统的性能，提高系统的可靠性，降低故障可能性，从而降低维护成本。

塔式起重机的电气执行机构构成需要至少进行三个方向的控制，分别是垂直方向的起升机构、水平方向小车进退的变幅机构以及吊臂旋转的回转机构。

所以此次设计将采用的是传感器限位控制，主要使用的是旋转编码器和转速传感器，旋转编码器的工作方式类似于它在电梯中的，只是我们进行的转速调节线性平滑度要求较低。同时速度转速传感器可以配合变频器进行PID闭环转速调节。

2 变频器概述

西门子MM440系列变频器是一款具有代表性的三相交流异步电动机驱动设备，属于通用型矢量变频器，基于三线交流异步电动机稳态数学模型的控制方式，其核心是通过协调控制电压和频率，最大程度保证电动机气隙磁通稳定与额定值。该变频器提供的此类控制模式有：线性V/f 控制、抛物线V/f 控制、可编程多点设定V/f 控制、磁通电流控制等。此外，还有矢量控制功能。

3 方案的设计

3.1 塔式起重机的运行控制要求

塔式起重机的主要作用是物料的提升和下放，主要应用于建筑行业中的设备，属于循环、间隙运动的机械。总体的功能要求：

（1）起升机构

吊钩的升降机构的工作状态分为空载和轻载、重载两类。

（2）变幅机构

小车的变幅机构进行的是小车在塔臂进行的进退运动，前臂尖端和末端皆安装有限位开关。它也能够通过变频器对电机进行速度控制，由于类似回转机构具有一定的惯性冲击，起动和制动不能过快。

（3）回转机构

吊臂的回转机构完成的是吊臂的顺向逆向转动，其具有较大的惯性冲击，起动不能过快。停车和反打传都不允许过界，否则不仅运转不平稳，还会损坏机构。因此还通过回转专用减速机，同时采用变频调速使起动、制动平稳。

3.2 塔式起重机电气控制系统的设计分析

针对上面提到的控制要求，获得的起重机的电气控制系统分层结构。分层结图2。

根据控制要求初步设计了对应的实物的系统总框图，如图3所示。结合设计控制要求，从图中我们可以看出，整个系统的结构其实是多并联回路的控制系统。PLC控制器作为整个系统的上位机，主要职能是接受传感器采集的信号并进行处理运算，然后发出指令，主要是给下位机（以变频器为主）发送指令信号，这样也基本形成了闭环反馈控制的思路；其实PLC最基础的作用是M行逻辑控制，即作为软开关进行继电器的通断控制，实现各机构的工作状态的切换。

PLC控制器的下位机是变频器和若干的传感器。变频器是整个系统驱动电动机的设备，它能够实现电动机的矢量控制。

本系统使用的主要传感器为旋转编码器和限位开关。在实际的系统中，结构图中的PG卡（脉冲发生器，Pulse Generator）是配合旋转编码器完成电动机转速采集的选件，它可以将不同输出形式的编码器信号进行转换、隔离，输出可以适配控制器的信号，以达到矢量变频控制。主要实现的功能有：电平转换，模数转换，光耦隔离，整型等。

根据控制要求和系统总框图进一步确定系统软件控制流程，通过软件流程图确定基本的控制顺序。

4 结束语

本次设计主要是实现PLC与变频器结合的塔吊电气控制系统的设计，以了解现代自动塔吊系统的发展方向和控制系统中的可改进之处，同时也是设计更加效率的塔吊系统。与传统继电-接触器控制系统相比，现代软接触器控制的系统可以更加精确地进行控制，结合现代自动控制理论，功能更加完善，操纵性也更强。

另外，本论文篇幅有限，没有设计本系统的控制电路图和PLC程序，读者可自行设计。

参考文献

[1]王瑞兰.基于变频器的恒压供水系统的设计[J].微计算机信息， 2005，21（9）：123-124.

[2]杨宁，赵玉刚.集散控制系统及现场总线[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[3]焦玉成，陈瑞.基于PLC与变频器的编织生产线自动控制系统[J].制造业自动化，2012，34（2）：130-132.

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可以把“电气控制与PLC技术”看做是“工厂电气控制”和“可编程控制器（PLC）”两门课组合而成，该课程是高校电气工程类及机电一体化类专业的一门重要专业课程，它具有很强的实践性和综合性，既讲理论，又重实践与运用，对不少学生的就业有着重要的影响，因此，这门课程的教学实践值得探究。

一、整合课程教学内容，突出技术能力培养

《电气控制与PLC技术》是《电气控制技术》与《PLC技术》的整合。课程教学内容的整合是实践教学模式改革的核心，我们坚持从技术应用能力和综合素质培养的角度出发，实现“知识本位”向“应用能力本位”的转变。精简、整合理论教学内容，强化实践能力训练。

本课程需解决的技术能力是：电气控制技术应用能力、PLC基本原理与应用技术、SFC编程能力、功能指令应用能力、系统设计与维护能力。按这些应用能力，重新构建了实践教学内容体系，提高实践教学比重到60％。

因此，在课程内容教学安排上，注重相关课程（如电机及拖动、单片机控制技术、传感器与测试技术系统等）在本课程中的融会贯通，采用循序渐进的方式，分析现代设备的结构、电气控制原理、电气控制主回路及控制回路、局部电路及整体分析、原理设计及工艺设计，从实验到实训，由易到难，逐步建立起现代设备电气控制原理分析和故障诊断的方法。

二、多种教学方法并举，有效增强教学效果

（一）启发型教学模式

教学手段应灵活多样，课堂教学和开放教学相结合，鼓励学生自主学习，培养个性化。应当把“启发式教学”作为指导思想，力争做到“三个结合”（即理论讲授与实践教学相结合，教师讲授与师生讨论相结合，课内教学与课外研究相结合）。围绕课程的重点内容、重要概念，师生共同提出新问题、进行新思考和讨论，达到互相启发，激发创新思维的火花，培养学生强烈的创新意识。

（二）采用多媒体课件的教学方式、增加教学直观性和趣味性

充分利用多媒体图文并茂，声形相映，活泼有趣等优点，利用其交互给人以身临其境的感觉，使教学过程变得简单而有趣，更具有吸引力和趣味性，进而提高学生的学习积极性，激发学生自主学习的欲望，变被动学习为主动学习，进而提高教学质量。

在教授低压电器元件模块中，利用动画课件演示电器元件的结构和工作过程，讲解电器元件的功能和工作原理，学生从视觉上获得了直观的感性认识后，理解起来可以达到事半功倍的效果。如在讲授热继电器在电动机过载保护作用时，对于发热元件的熔断、传动结构的连锁、触点的动作等问题，学生理解起来一直有相当的难度，但利用多媒体的动画技术将热继电器过载保护的动作过程动态地展现出来后，学生很容易地就接受了。

三、增加不同机型和多种编程软件的教学

PLC的机型很多，在该课程中只安排了一种机型，即三菱FX系列PLC的学习，为了扩展学生的知识面，以及为了和以后的就业岗位接轨，必须要了解和学习其他机型。不同的机型之间虽然有相通的地方，但各有特色，即使是二菱FX系列PLC，也有着多种相关的软件，如FXGP／WIN—C编程软件、MCGS组态软件、FX—PCS—DU／WIN—C画面创建软件、GX Developer和GX一Simulator软件等。所以，通过多媒体课件，丰富了这部分的内容，学生可以自主的学习相关的知识，为学生课后进行自我学习提供了一个很好的学习平台。本课件设计的大量的动画、视频和图片能有效地解决教学中的难点和重点，丰富教学内容。

四、加强“双师型”师资队伍的培养

高职教育由于教学时空跨度大，学生起点与目标也存在较大差距，这就决定了从事高职教育的教师必须是“双师素质”型的。由于当前教育管理体制的局限性，教师一般都是完成高等教育后便开始了教育工作，几乎脱离了生产实践，缺乏实际操作的经验和技能，缺乏实际动手能力。要解决这个问题，可以通过两个途径：一方面通过一些鼓励性的政策措施，分期、分批将有系统理论知识的教师送到企业生产第一线中去顶岗实践，在实践中掌握实际运用技能，提高自身的实际动手能力，通过从企业获得的直接信息反馈，推动教育体系和教学内容的改革。另一方面可以从行业或企业中引进具有丰富实践经验、相关职业能力强的技术人员作专职或兼职教师，以此优化高职教师队伍的知识素质和专业技能结构，使理论型与技能型教师相互转化，从而推动“双师素质”型教师的培养与建设。

五、加强实践教学

为提高电气控制及PLC课程的教学质量，教师除了在课堂上要深入理论知识的教学外，还要更加注重实践教学环节的教学。为此，应采取如下措施：

（一）利用现成的教学模型进行二次开发

建立PLC实验室，购置先进的教学模型，如机械手控制模型、立体仓储模型、四层电梯模型、八层变频调速电梯模型、挖掘机控制模型、吊车模型等单机PLC控制的模型，但为了避免学生对这些模型失去兴趣，为了充分利用这些价值不菲的教学模型，可以研发现代化物流仓储控制系统、基于现场总线的PLC实训实验室。这些二次开发的新的教学装置与企业现场的实际控制接近，学生的兴趣高，教学效果好，由于是在原来的模型的基础上进行的二次开发，所以成本低。

（二）重教改实践，强能力培养

以技术应用能力和综合素质培养为目的，构建实践性教学模式，通过校企合作，将校内外实训基地作为平台，强调学以致用。毕业生通过在企业生产的第一线的实践，提高实际操作能力和技术应用水平，综合提升学生的专业能力、个人能力、方法能力。教师以工程案例为核心实例，教和练有机结合，调动学生学习积极性，使这一课程易学、易懂和易运用。

在与一些小型高科技企业的合作过程中，青年教师进企业进行访问工程师培训，担任企业技术顾问，锻炼了教师的实践能力，在与企业共同研制实训设备的开发过程中，锻炼了开发创新能力，激发了教师们教学改革和教学研究的积极性；在积累丰富改革经验的基础上，争取发表教学研究论文，活跃学术气氛，取得科研成果。

（三）积极采用基于工作过程的项目教学法

实施项目教学法能实现以实践为导向，学生为主体，是从职业的实际出发选择具有典型性的案例作为教学内容的教学方法。在教学过程中，通过教师的指导，学生按照问题的要求搜集、选择信息资料，通过小组的共同研究，创造性地去解决问题，得出结论或完成任务。项目教学法改变了传统教学方法中教师为主体的局面，学生由被动、应付地学习转变为主动探究。

例如，在PLC实现电动机的Y一启动项目中，由于项目的实施涉及原理图绘制、梯形图设计、接线图绘制、接线和调试等方面，学生既没有时间也没有精力把一个项目所有内容全部做完。因此，可考虑分组实施。为了确保每个学生能够在各个方面都得到训练，可进行交叉分组。即在不同项目的实施中，让学生参与到不同的分组之中，扮演不同角色以便在各个方面都得到锻炼。

【参考文献】