发布时间：2023-04-20 18:01:35
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的电气控制设计论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
1.能够画出典型控制线路的原理图如三相异步电动机的单向运行控制；正反转控制（含接触器联锁的正反转控制、按钮联锁的正反转控制、双重联锁的正反转控制）；星三角降压起动控制（含手动控制的星三角降压起动控制、自动控制的星三角降压起动控制）；双速电动机控制（含手动控制的双速电动机控制、自动控制的双速电动机控制）等。学生通过理论学习以后，应具有相应的画图能力；然后通过到实训室学习，不仅可以强化学生的画图及动手安装接线的能力，还可以为后面的课程设计打下基础。
2.正确安装典型控制线路通过分析电气原理图后，进行安装接线；学生要能够把原理图中电气元件符号，与实物上的各对应部分联系起来，正确接线；先接主电路，在接主电路时，要注意电源的进线是上进下出；接控制电路时，根据编号，依次完成接线；在接按钮盒时，要注意，进盒的线要通过接线端子引入。对每个元件在所接线路中的作用，学生一定要清楚。
3.调试学生安装接线完成后，先通过静态检测，对所接线路有一个初步的判断，即是否存在短路或断路情况，静态值是否合理；然后是进行通电测试，通过通电试验，可以直观看到各元器件的动作，及电动机运行情况是否正常。这一过程，让学生看到每个元件的动作情况，以及所接线路完成的控制功能。
二、学习简单控制线路的设计
1.首先根据所设计控制线路的要求，对所需要用到的电气元器件写出材料清单（元器件的名称、数量、型号）。
2.根据所设计线路的要求，通过自己在理论学习和实习学习中掌握的知识，考虑如何设计。
3.通过分组完成或自己完成，画出能够实现设计要求的电气原理图，分析工作原理，请带实习的教师审核图纸，提出建议，方可照图安装接线。
4.在我们设计线路时，还要考虑一个重要的因素，就是要根据现有的元器件条件，完成我们的设计课题。因为，每个设计线路的功能，可以通过很多种控制方式来完成。
三、设计实例（三相异步电动机单向运行控制，扩展为两地控制的两台电动机手动顺起，手动逆停控制线路，具有短路、过载、欠压及失压保护）
1.元件清单三相空气开关1个、主熔断器3个、控熔断器2个、交流接触器2个、热继电器2个、三联按钮2个。
2.设计思路
（1）由于要完成两地控制，必须考虑甲、乙两地均有起动按钮和停止按钮；根据现有的条件，我们只能提供两组三联按钮，所以，在设计线路时，学生必须考虑其中两个按钮，即要做起动按钮使用，又要做停止按钮使用。学生还需要掌握一个要点，就是只要是多地控制，每台电动机的控制电路，起动按钮要并联、停止按钮要串联。
（2）两台或多台电动机要求顺序起动时，控制第一台电动机的交流接触器常开辅助触头，必须串联在第二台电动机的控制电路里，以此类推。
（3）两台或多台电动机的逆序停止时，控制第二台电动机的交流接触器常开辅助触头，必须并联在第一台电动机的停止按钮上。
3.画出设计电路根据设计思路，画出能够实现控制要求的电路图，（主电路省略）。控制电路中SB11、SB12是第一台电动机的停止按钮，SB21、SB22的常开触头是第一台电动机的起动按钮，SB21、SB22的常闭触头是第二台电动机的停止按钮，SB31、SB32是第二台电动机的起动按钮。通过这六个按钮，我们就能够实现在甲乙两地控制两台电动机的运行。KM1控制第一台电动机，KM2控制第二台电动机。
四、我们在设计了手动控制基础上，进一步学习自动控制的设计（两地控制的两台电动机自动顺起，自动逆停控制电路）
1.元件清单三相空气开关1个、主熔断器3个、控熔断器2个、交流接触器2个、热继电器2个、三联按钮2个、增加一个时间继电器、一个中间继电器，减少两个按钮。
2.设计思路
（1）起动时，第一台电动机起动一定时间后，第二台电动机自行起动。根据要求，我们可以采用通电延时型时间继电器或断电延时型继电器完成顺序控制的要求；通常情况下，首选通电延时型时间继电器，利用它的延时闭合常开触头串接在第二台电动机的控制电路中，实现按时间顺序起动的控制要求；相当于利用时间继电器的延时闭合常开触头，代替第二台电动机的起动按钮，当延时触头自动闭合时，第二台电动机就自行起动。由于是两地控制，所以，两个起动按钮需要并联完成两地控制要求，如图二所示。同学们也可以在此电路的设计思路上，考虑如何采用断电延时型时间继电器完成顺起逆停的控制电路的设计。
（2）停止时，第二台电动机停止一定时间后，第一台电动机才能自行停止。根据要求，我们在设计上可以采用两个时间继电器完成顺起逆停控制，但是，由于实际现场情况，只有一个时间继电器可用，在设计上，就必须考虑同一个时间继电器需要完成两个功能，起动时经过延时，使第二台电动机自行起动。当第二电动机起动后，KM2的常闭触头分断，时间继电器线圈断电，时间继电器暂时停止工作。当需要停止时，按下停止按钮，第二台电动机停止的同时，时间继电器重新工作，通过延时分断的常闭触头延时分断，切断第一台电动机控制电路，第一台电动机就可以自行停止了。
关键词:课程设计;职业标准;实践技能;考核方式;职业素质
0引言
《电气控制与机床电路检修技术》是电气自动化技术、机电设备维修与管理专业的一门专业必修课，也是中级维修电工、高级维修电工职业技能鉴定的岗位能力课程之一，重点培养学生对机电设备控制系统故障分析与处理的能力。以真实工作任务为教学项目，从低压电器的认识到低压电器的使用;从复杂电路的故障分析到电气控制线路设计，使教学内容与职业标准相对接，教学过程与生产过程对接，通过模块化、项目化教学手段，强化教学的系统性和拓展性。充分体现现代职业教育的职业性、实用性、可操作性的要求。激发学生学习兴趣，提高自主学习能力，实现岗位职业能力的培养目标。
1课程设计理念
以“学中干，干中学”作为课程设计的理念，将“职业岗位能力”培养作为课程设计的核心，以电气技术员、电气施工员、设备管理员岗位职责及工作任务为依据，将职业教育的特征融入到整个教学过程之中，使其贴近工作实际，贴近职业岗位要求，为企业培养“下得去，留得住、用得上”，具有良好职业道德的高技能人才［1］。更好地为企业的生产、建设和管理服务。
2课程设计思路
2.1采用“点、线、面”的逻辑思维设计教学内容
在工业生产中，电气控制技术应用十分广泛，特别是在机械设备的控制方面使用更为普遍。因此，企业需要大批从事机电设备运行、维护、检修与管理的技术人员，如何培养满足企业对技术人才要求，正是课程设计思路的主线。(1)所谓“点”:是指以熟悉低压电器的结构、原理、作用、参数、使用、维修等作为从事机电设备运行、维护、检修与管理工作的“点”;图2(2)所谓“线”:是指掌握单向控制、可逆控制、异地控制、顺序控制、降压启动、制动控制等典型电路的原理、安装配线、线路检查等作为从设备运行、维护、检修工作的“线”;(3)所谓“面”:是指掌握车床、磨床、钻床、铣床、镗床、桥式起重机等机床控制系统结构、原理、控制特点、故障分析、检修方法等作为系统维护、故障处理工作的“面”。从典型工作任务对照职业能力标准，强调教学内容是由不同的学习情境的整合，在每个学习情景构建中包含不同的知识点［2］、技能点，为提高学生职业能力、创新能力和素质能力培养开拓新的有效途径。
2.2采用“教、学、做一体化”方式开展教学
《电气控制与机床电路检修技术》是一门岗位能力课程，实践性很强，适合采用理实一体化教学方式。有功能齐全、设备先进的电气技术实训基地来支撑。建有标准多媒体教室，在硬件方面为实现“教学做一体”方式的教学创造良好条件。选取真实工作任务做为实训教学项目，使教学内容与职业标准相对接，教学过程与生产过程工艺要求相一致［3］，充分体现了教师“做中教”、学生“做中学”，将“教、学、做”融为一体，突出职业教育的特点，极大地提高了学生学习的积极性，提高了人才培养质量。
2.3采用“递进式”设置教学内容，提升教学质量
提高教学质量，教学必须是从职业需求入手。集中体现“以职业活动为导向，以职业技能为核心”的指导思想，突出职业培训特色［4］。《电气控制与机床电路检修技术》课程有五模块，分别是低压电器模块、单元电路模块机、机床线路模块、起重机控制模块、电路设计模块，每个模块包含不同的教学项目，内容的安排通过由点到线、由线到面、由简单到复杂、由局部到整体、由内到外的“递进式”内容设置，根据教学内容的特点，灵活采用讲授法、示范法、讨论法、案例法等多种教学方法，使学生对职业教育有一个更深的理解，从而帮助学生掌握知识、形成技能、提高能力。建立设备安装、调试、运行维护和检修所必需的基础理论和基本技能，为企业培养高素质的、具有电气维护与管理能力的劳动者和高级专门人才［5］。
2.4改变评价体系，采用过程考核方式，促进学生学习的兴趣
《电气控制与机床电路检修技术》作为一门岗位能力课程，不仅要掌握电气控制技术的基本理论知识，更要有较强的实践能力。传统的笔试方式，注重理论知识的掌握，轻视学生的技能，已不适应现代职业教育的要求。为提高教学效果，推行有效课堂，教学团队经过深入调研，认真分析，对《电气控制与机床电路检修技术》课程考试进行改革，考试不再局限于理论考核，更要注重能力和技能的考核;考试内容不再局限在教材上，而以灵活多样方式，考察学生分析问题、解决问题的实际操作能力;考试方式不再仅局限于闭卷一种方式，有机试、有开卷、有论文、有实际操作、有、作业、有产品等形式。实践表明，通过全面考核的评价体系，激发了学生的创新思维和独立思考能力，使学生的学习方式发生了重大转变，将实践环节提升到新的高度，注重技能与知识、结果与过程、学习成绩与能力评价的有效结合，学生的学习态度有了根本性的改变，积极性得到了大幅提高。
3结束语
为了落实人才培养方案和建设优质共享课，探索制定培养具有良好职业道德、专业知识和职业能力的技术与技能型人才［6］，寻找提高实训教学效果的新思路、新方法，就必须把职业岗位能力培养作为课程设计的核心。通过低压电器的结构与工作原理、低压电器安装与使用方法、各类典型机床控制系统原理与检修技术、大型起重设备的电气控制系统分析及综合电气控制系统的设计等内容。使教学内容与职业标准相对接，使学生熟练掌握常用低压电器的使用方法、安装与维护技术、电动机基本控制线路检查，典型机床控制线路的分析与故障检修，培养学生应用电气控制技术解决机电设备控制问题的能力。
参考文献
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［2］赵志群．工学结合课程开发的研究与实践［C］．全国高职高专教育教学改革论坛，2010．
［3］胡爱娟．以工学结合为取向改革高职课程教学［J］．中国高等教育，2010，(22)．
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［5］程江平．高职学院校企联合办学模式的探索［J］．职业技术教育，2012，(19)．
【关键词】浇注机；机器视觉；图像处理；ARM
【Abstract】Along with the rapid development of image sensor and embedded technology， machine vision is more and more widely used， It is possible to locate sand pouring cup position through the machine eye . Therefore， this paper adopts ARM embedded platform and PLC electric control system， using CMOS image sensor， image acquisition of casting machine， and image processing， feature extraction， and then achieve the intelligent automatic pouring.
【Key words】Casting machine； Machine vision； Image processing； ARM
0 前言
铸造是获得机械铸件的主要工艺和重要基础环节。提高浇注的智能化程度，是实现高精度、高品质铸件生产的保障，还是工人从繁重的从事浇注工作的体力劳动和恶劣的生产环境中解放出来的重要手段。
1 系统整体方案设计
本论文通过工业可编程序控制器（PLC）和嵌入式技术（ARM）的数字化平台，采用机器视觉[1]液位定位技术、伺服控制技术，实现了自动瞄准浇口杯，自动检测铁水液面变化，模拟人工示教的方法自动完成浇注过程。实时补偿浇注包，因金属液体长时间高温浸蚀挂渣所导致的浇注状态的恶化，进一步提高了自动浇注机的精确度，改善了自动浇注机的性能。
2 电气控制系统的软硬件设计
2.1 电气控制系统的硬件设计及选型
电气控制系统整体结构：PLC变频器控制柜、伺服驱动控制柜、人机界面及按钮、浇注机。
PLC选型：根据项目任务需要，该项目选择S7-300 315-2 DP作为该系统电气控制系统主控单元。
变频器选型：变频器选择高精度、高性能的SINAMICS S120 变频器。
伺服电气选型：选择德国SEW伺服电机及其驱动器。
该浇注机主要由孕育剂给料机、卷扬机、倒铁水槽、浇包、上行车、下行车、底座、电控系统等几个重要部分组成。
（1）孕育剂给料机
孕育剂经过减速电机驱动的螺旋体进入孕育剂接管，通过气流带动与铁水同时流入砂型内，即随流孕育。孕育剂接管可手动调节其角度。
（2）卷扬机
卷扬机由带有制动器的减速电机驱动，带动钢丝绳连接的浇包盖，使其掀起。
（3）倒铁水槽
倒铁水槽内也需要搪耐火材料，当浇包内铁水温度达不到浇注工艺要求或由于机器故障等原因需要长时间停机时，需将浇包内铁水通过此槽倒出。
（4）浇包及浇包模
浇包是整台浇注机的核心部分。本机浇包为扇形浇包，铁水出口在扇形圆心附近。浇包内放入浇包模并定位后，将混合好的耐火材料倒入，待凝固后可形成约140mm厚的耐火层。浇包由伺服电机带动链条驱动绕扇形中心旋转，控制精度高。
（5）上行车
上行车控制浇包X方向移动（与造型线垂直方向），此运动由减速电机变频驱动，并设有机械限位和电气限位。上行车也是浇注系统的架体，其上放有浇包平轮支架以及浇包小V型轮支架，此二支架支撑并导向浇包的旋转运动，此外倒铁水槽、孕育给料机也固定在上行车上。
（6）下行车
下行车控制浇包沿Y方向移动（与造型线平行方向），此运动由减速电机变频驱动，并设有机械限位和电气限位。
（7）底座
底座为下行车车轨，并设有机械限位和电气限位，以保证下行车运动顺畅。
2.2 电气控制系统的软件流程图
3 电子控制系统的软硬件设计
3.1 电子控制系统的硬件设计及选型
电子控制系统的结构主要为ARM和图像传感器。ARM选择四核1.6Ghz的ARM cortex-A9，图像传感器选择功耗低、价格便宜、像素高的CMOS传感器OV5640，500万像素。
3.2 电子控制系统的软件结构
ARM的软件部分，完成了图像的采集，图像的预处理，图像的特征提取[2] ，模具的定位以及部分图像信息的存储。
4 实施效果及性能检测
浇注机加满铁水后，在自动浇注生产线上配合砂型成型机，连续浇注50个铸件，浇注完后检测浇注的准确度、铸件的合格率，以及浇注机的浇注效率，这三个指标与该厂普通的浇注机的检测值进行比较计算，测试的数据如下所示：
从以上结果可看出，浇注铸件的合格率达98%，浇注机效率相对于扇形浇注机提高了1倍，相对于传统的人工操作提高了2倍多 ，浇注的准确度高达98%。经检验，控制系统达到的指标与设计性能指标一致。
【参考文献】
关键词：航空发动机；低涡轴；清洗
中图分类号：V267 文献标识码：A
现代的航空发动机是一个典型的复杂工程技术系统，包含了众多的相关子系统，其工作过程是极其复杂的气动热力传动的过程。在众多的部件中，发动机低涡轴是航空发动机传动系统中的关键部件之一。发动机低涡轴在工作时，其表面会吸附很多杂质，影响其工作性能。在发动机修理过程中，需要对低涡轴进行超声清洗，除去其表面附着的杂质。如果这些杂质不能被彻底的清除，那么航空发动机的安全性能得不到保证。所以，对航空发动机低涡轴进行超声清洗是发动机大修过程中至关重要的一个环节。
低涡轴超声清洗机就是专门由于清洗低涡轴的设备，本文详细介绍了发动机低涡轴超声清洗机控制系统的设计过程及功能。
1 低涡轴超声清洗机总体设计
基于低涡轴超声清洗的工艺要求及超声清洗机机械设计对电气控制系统的要求，低涡轴超声清洗机电气控制系统应具备以下功能：
（1）电气系统应具有漏电保护功能。
（2）清洗机具有对清洗槽及储液槽中清洗液测温、加热及自动控温的功能。
（3）清洗机具有清洗槽中清洗液低位控制功能。
（4）清洗机能够自动设定及控制超声清洗时间。
2 清洗液测温及控温系统设计
2.1 清洗机测温功能设计
工艺要求在进行低涡轴超声清洗时，超声清洗试机清洗槽内的清洗液要一直保持在特定的温度区间内，因此设备要对清洗槽内的清洗液进行温度测量。而且由于储液槽内的清洗液根据需要会向清洗槽内补液，为防止在工作中达不到温度要求的清洗液被补进清洗槽中，影响清洗效果，所以对储液槽内的清洗液进行温度测量也是十分必要的。
铂电阻作为一种精密的温度检测元件被广泛应用于智能仪表和自动控制系统。铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器，由于其测量准确度高、测量范围大、稳定性和复现性好等特点，被广泛用于中温（-200℃～650℃）范围的温度测量中。本试验器采用铂电阻测温方式来测量清洗槽及储液槽内清洗液的温度。
2.2 清洗机控温功能设计
由于低涡轴清洗时需要清洗液温度保持在一定范围内，而在工作过程中，清洗液的温度必然会降低，所以设备需要一套能够自动加热控温的系统。本设备采用温控表来实现温度的显示及自动控制。
现就清洗槽为例，对清洗液的加温，控温过程进行说明。工作前，将温度表的温度上下限设定好。工作时，由于清洗液的温度低于温控表的温度下限，所以温度下限报警触点闭合，加热管开始工作，清洗槽开始加温；当清洗液的温度超过温控表设定的温度下限，温度下限报警触点断开，加热管继续工作，清洗液的温度继续升高；当清洗液的温度超过温控表设定的温度上限，温度上限报警触点断开，加热管停止工作，随着超声清洗工作的进行，清洗液的温度将会降低；当清洗液的温度低于温控表设定的温度下限，温度下限报警触点再次闭合，加热管开始工作，清洗液温度升高，直到清洗液的温度超过温控表设定的温度上限，加热管停止工作。以此往复，清洗槽内的清洗液的温度将一直保持在设定的工作温度范围内。
3 超声控制系统设计
由于低涡轴为空心轴，为了能够使清洗的效果更好，所以超声系统振源分为两部分：超声振板――主要功能是使清洗槽内清洗液超声振动，清洗轴的外表面；超声振动棒――主要功能是使低涡轴内部的清洗液超声振动，清洗轴的内表面。
低涡轴的清洗工艺还要求超声清洗的时间，所以在本设备超声控制系统中采用定时器来设定超声振板及振动棒的工作时间，并且在到达工作时间后，设备自动停止超声振板及振动棒工作，达到精确控制的目的。
4 其它系统设计
4.1 漏电保护系统设计
用于清洗低涡轴的清洗液是导电的液体，加热管、超声振板及振动棒出现漏电现象，那么直接威胁着操作者的生命安全，所以设备在设计中增加漏电保护的功能。设备带有漏电保护功能的空气断路器，加热管、超声振板及振动棒出现漏电现象，漏电保护器将动作，切断该用电器主回路电源，使设备处于安全状态中，保护操作者的人身安全。
4.2 清洗液液位保护系统设计
清洗机工作时，可能出现两种清洗槽“干烧”现象。第一，工作前忘记向清洗槽中添加清洗液时就开始加热，由于清洗槽内没有清洗液造成“干烧”现象；第二，超声清洗工作时间过长，清洗液挥发严重，操作者没有及时发现造成“干烧”现象。这两种情况都会对设备造成严重的损坏，甚至发生火灾等安全事故。为避免这种情况的发生，在清洗槽中增加了液位传感器。当清洗槽中的清洗液超过液位传感器设定的下限值时，液位传感器的常开触点闭合，将这个触点串联在控制回路中，只有这个触电闭合的情况下才可以进行加热的工作。
结语
低涡轴是航空发动机的重要部件，其在发动机修理过程中超声清洗的结果，直接影响着发动机的性能及安全。所以低涡轴超声清洗机是修理航空发动机必不可缺的试验设备。通过对低涡轴的技术资料及工艺文件要求的消化理解，确定设计电气控制系统所需的技术参数，完成试验器的电气控制系统设计。设备具有自动控温、超声计时控制、清洗液液位低位控制、漏电保护等功能。超声清洗机的电气性能完全可以满足低涡轴的超声清洗工艺要求，而且系统还具有性能稳定、操作简单、维护方便、安全性高等特点。
参考文献
[1]杨帆.某型航空发动机滑油系统试验台计算机控制系统设计与实现[D].西安：西北工业大学硕士学位论文，2009.
[2]李博.航空发动机燃滑油散热器热动力性能研究[D].沈阳：东北大学硕士学位论文，2008.
关键词：西门子；S7-300PLC；提升机；测控系统
中图分类号：TN77文献标识码：A
1引言
提升机在矿井生产中素有咽喉设备之称，提升机对于矿井的安全生产有着至关重要的作用。提升机电力传动系统复杂，控制系统要实现的控制功能较多，因此对于提升机的控制系统的设计，需要能够满足提升机频繁制动和不同工作状态相互转换的功能需求。针对提升机如此复杂的控制要求，传统的电气控制难以实现，因此，必须借助于PLC自动控制实现。
本论文主要结合西门子S7-300在副井提升机自动控制系统上的应用，对提升机自动控制系统进行详细的分析设计研究，以期从中能够找到合理可靠的提升机控制系统设计应用方法，并以此和广大同行分享。
2矿井提升机控制系统应用现状分析
(1) 我国提升机控制技术应用现状
我国矿井提升机一直承担着井下与地面之间输送人员或者货物的重任，因此一直素有矿井咽喉设备之称。我国矿井提升机控制技术相较于国外处于落后阶段，国外已经发展到智能实时监控提升机并实现故障智能诊断技术，而目前我国提升机控制系统的技术，还普遍停留在原始的电气控制阶段，对于数字化控制技术、计算机智能控制技术目前还处于研究探索阶段。纵观我国的提升机电控系统控制技术的应用，发展缓慢，多数是借鉴或者仿制国外的电控系统，并且电控系统在实际应用中也存在一定的问题。
(2) 我国提升机控制系统应用中存在的问题
① 我国提升机电控系统没有专业的生产厂家。这是我国目前提升机控制系统和控制技术发展的最大瓶颈。我国的提升机电控系统，要么直接从国外公司进口，这样成本十分高昂，且后期设备维护维修十分不便；国内现有的提升机电控系统均是高校科研院所自发研制的电控系统，多数并不具备通用性。
② 我国提升机电控技术落后。目前仅仅在一些大型煤矿上的先进提升机才采用了计算机、PLC或者数字控制技术，传统的提升机电控系统都是采用电气化控制系统，继电器、接触器控制广泛使用，导致能耗过高，控制不可靠，严重制约了我国提升机电控系统的发展应用。
③ 我国提升机控制系统安全性和可靠性较差。目前我国矿井提升机仅仅在上下井口端采用切除电阻的方法实现提升机运行速度的制动，制动能耗过高，造成提升机电控系统负荷太大，由此导致我国提升机控制系统安全性和可靠性较差。对于提升机运行过程中的关键工作参数、状态参数及运行参数根本没有实现实时监控，经常发生过卷或者超速等安全事故。
鉴于以上问题，我国必须要大力发展提升机在运行过程中的电控系统的自动化、智能化控制，逐步形成具有自主知识产权的提升机电控系统。
3西门子S7-300在副井提升机上的应用分析
3.1 基于PLC的控制系统设计
利用西门子S7-300构建提升机电控系统，根据提升机的工作模块，将PLC电控以网络化模式进行布控，分为主控PLC、监控PLC和信号PLC三个主从式控制PLC，其具体结构原理图如图1所示。
如图1所示，信号PLC作为整个电控系统的信号管理站，负责对提升机工作过程中的状态参数、环境参数及其必要参数做信号管理，统一发送至控制主站；监控PLC主要对提升机的关键控制参数，如井深、进口提升速度等指标进行实时监控，并受主控PLC统一调度管理；主控PLC一方面实现对监控PLC和信号PLC的控制管理，并对由监控PLC和信号PLC发送过来的数据信号进行整合管理，并发送至上位机进行集中管理、显示、数据存储等功能，以提高提升机工作过程的管理效率；另一方面主控PLC通过交流变频调速装置实现对同步电机的控制，进而实现提升机速度的电气化控制，同时将提升机的工作参数再反馈回信号PLC和监控PLC，从而实现了PLC网络控制系统对提升机的闭环控制。
3.2 基于PLC实现的提升机速度控制应用
提升机控制系统最为关键、也是最难实现的技术要点，就是对提升机运行速度的控制。借助于西门子S7-300的PLC，能够很方便的实现对提升机速度的控制。
基于PLC实现的提升机运行速度的具体控制方案设计如下：
(1)（1）在井口与井底分别放置接近传感器，一旦提升机到达接近传感器，即可认定提升机即将到达井口或者井底，从而进入预定的制动阶段。
(2)（2）利用光电传感器和深度指示器配合使用，实时监控提升机当前所处巷道中的位置，并将位置转化为数字量传送至监控PLC，利用监控PLC与主控PLC的通信实现对提升机位置的实时监控。
(3)（3）一旦提升机触发接近传感器，由主控PLC发出调速指令给交流变频调速装置，由交流变频调速装置实现对电机转速的调节，进而实现对提升机运行速度的调节与控制。
(4)（4）主控PLC利用监控PLC监测到的提升机当前运行速度与深度指示器的位置信号进行交叉运算，得出调速幅度，并将调速幅度指令传输给交流变频调速装置，从而实现无极调速；另一方面，监控PLC通过实时监测提升机的运行速度并反馈回主控PLC，主控PLC根据反馈回来的运行速度和程序中的预设值进行对比，结合PID调节算法实现对提升机运行速度的闭环调节与控制。
结语
提升机作为矿井安全生产的枢纽设备，其安全性对于整个矿山生产的安全起着举足轻重的作用。我国目前提升机电控系统理论研究较为深入，但是实际技术应用还有待进一步提高和挖掘。本论文结合西门子PLC对提升机控制系统进行了设计分析，对于提升机电控系统及其控制技术的应用研究，不论是在理论研究方面，还是在实际技术应用方面，都具有一定的指导意义。当然，关于提升机电控系统方面的更多技术，还有赖于广大矿井科技工作人员的共同努力，才能够最终实现我国提升机电控系统及其控制技术的提高应用。
参考文献
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关键词：无触点开关；固态开关；电动机综合保护器
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 08-0000-01
我国是产煤用煤的大国，煤炭是支持我国国民经济生活的主要能源，同时，煤炭行业本身用煤需求较大，因而，环保、安全产煤用煤，加快煤矿现代化进程，提高井下的安全生产，提高工作效率非常重要。
煤矿井下工作复杂，环境恶劣。现有的常规可控开关都是由交流接触器、真空开关、或者油开关与继电器或电源操作机构构成，由于自身物理结构的限制，在机械动作时，其开断容量很难在此基础上进行大幅度的提高和技术更新。并且，其动、静触头分开时，引起的电弧会延长电气开关的动作时间以及速度。
因此，研究新型无触点电气开关来取代传统“线圈—簧片触点式”继电器，以实现容量更大、性能更优的开关技术来迅速投切电气设备变得迫不及待。
一、煤矿井下电气开关发展及特点
根据井下的电气控制开关的发展和使用情况，介绍几种典型电气控制开关，结合目前煤矿井下生产发展所需要求，分析比较其技术特点。
（一）QC83-80型磁力启动器。QC83-80型磁力启动器为传统的启动器。在我国井下使用时间较长。其控制特点是主回路电源电压是660V或380V，控制回路的电压是36V，属于低电压控制高电压，小电流控制大电流。
由于井下含有的有害气体的浓度较高，且电机的启动会伴有电磁火花，易引起瓦斯爆炸。因此逐渐淘汰QC83-80型磁力启动器，而采用真空开关替代传统的“线圈—簧片触点式”接触器，来避免电弧火花引起的危害，加强煤矿井下系统运行的可靠性。
（二）QC83-120(225)Z型真空磁力启动器。QC83-120(225)Z型真空隔爆型电磁启动器是一种组合电器，主要由隔离开关、接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，并将其装在隔爆外壳中，用来控制和保护电动机。
传统QC系列启动器使用真空接触器其分断能力大小、触点易烧损和熔焊，且开关维修量大，所以逐渐不能适应生产的需要。为此，《煤矿安全规程》规定：井下40KW及以下的电动机，应采用真空电磁启动器控制。
1.真空接触器原理。QC83-120(225) Z型真空磁力启动器与QC83 -80型磁力启动器主要区别，用了真空接触器来替代传统的接触器。这是由于利用真空灭弧的原理，用来频繁接通和断开正常工作电流，其熄弧能力强，耐压性能好，操作频率较高，触头寿命长，无电弧外喷的优点，适合在防爆场合使用。
2.真空磁力启动器的局限性。由于真空接触器的真空灭弧室在制造过程中，对工艺的要求较高，若工艺不良，则造成真空磁力启动器的失效，会导致失去防爆性能而引发的瓦斯爆炸。因此，想从根本上解决无电气火花产生的可能性上来说，真空磁力启动器作为电气开关控制元件，对电路的控制中还是存在一定的局限性。
二、基于PLC的矿用无触点电气开关的研究
（一）系统设计框图。本设计从系统控制运行的安全稳定性出发，旨在能从根源上切断电弧产生的可能，采用固态开关作为控制开关，结合PLC控制，以及必要的电路，设计出适合煤矿井下无触点电气开关控制电路。
（二）固态开关。本设计的创新部分在于，利用固态开关较好的解决电气开关机械动作时引起电弧火花的问题。
固态开关优越性表现在：没有拉弧现象，不会因电弧短路引起的短路问题产生火灾事故；不采用触点电器的电磁线圈，能极大程度地降低电能的损耗；即使频繁的起动，也不会发生由于开关故障引起造成的损失；由于没有任何可动的机械部件和机械动作，固态开关由电路状态来变换实现通、断功能；寿命长、噪声小、灵敏度高、控制方便、受电磁干扰小；交流型SSR采用过零触发的技术，使得固态继电器能直接作用在计算机输出接口上。对于节约金属类资源具有一定积极性。
（三）JDB电机综合保护器。其工作原理是将电动机综合保护器串接于电动机电源回路中，通过采集电源回路的电流、电压等到信号来反映电动机的运行状态、工况。通过微型计算机的应用使其功能非常强大。装设电动机保护器，能保证在大型电动机出现断相和过流运行时及时切断工作电源，保护电动机免受损坏。
（四）双向可控硅控制固态开关。本设计选用双向可控硅控制固态开关。双向可控硅是适用于远距离频繁操作场合的理想半导体开关，具有通、断负载电流的能力，能有效的消除接点颤动的问题。此外，由于双向可控硅总是在电流过零时关断，因此具有元件数量少，电弧不易产生的优点。
三、PLC与固态开关的应用
Plc与 固态开关结合使用，能直接与计算机接口相连驱动负载，简化了外部接线。动作过程为，合上开关，给液晶触摸屏一个启动的命令，Plc控制双向可控硅固态开关，固态开关得到触发信号导通，从而带动负载运行。同时，相应的继电保护模块检测电路运行，伴有漏电闭锁、断相、过载、短路等保护。
四、结束语
本文提出了，采用无触点电气开关来替代传统交流接触器、真空接触器等有触头的电气开关作为煤矿井下系统的控制开关部分，旨在实现对矿井现代化的控制与管理，能实现从根源上解决煤矿井下电气火花、粉尘所带来的安全隐患问题。同时无触点电气控制更加符合当今煤矿工业的发展趋势，因此，研究矿用无触点电气开关具备可行性研究价值。
参考文献：
[1]孙元山.PLC在矿用防爆变频调速装置中的应用,2010
[2]何永平,吴旭,刘广田,张丽晓,薛建东.浅议矿用隔爆按钮（开关）现状及展望,2004.
[3] D?K?米特拉,S?K?洛易，新型煤电钻控制箱—双向可控硅固态开关,1981
[4]穆永保,张建成.IGBT型固态开关技术的研究,2006
[5]邢金岭.煤矿新型煤电钻综合保护开关的研究：[硕士学位论文],2010
[6]煤矿安全规程2001年版
[7]GB 3836-2000,爆炸性气体环境用电气设备[S]
[8]王兆义,杨新志.小型可编程控制器实用技术,第二版,2006
针对上述人才培养目标，在电气自动化专业教学体系设置和教学模式上应充分体现其特点。为此，我们通过多门基础、专业课程建设，对电气专业课程体系、课程设置，特别是课程教学改革、实践与创新教学的改革进行了探究和实践，形成了以专业课程群为教学背景，基于“项目导向，任务驱动”的教学组织形式，结合专业技能竞赛的教学新模式，体现了电气专业创新性和实践性人才培养的特点。
1 构建具有创新性的专业课程群体系
电气工程及其自动化专业是一个工程性很强的专业，其专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制3个部分。因此专业课涵盖的范围比较广，涉及学科较多。在我院，该专业课程体系按照综合教育模块—学科教育模块—专业教育模块—专业实践实训模块的体系设置。其中，综合教育模块和学科教育模块是公共基础课，进行通识性教育；专业教育模块包括专业基础课、专业方向选修课和专业相关选修课，是培养电气专业本科人才的核心课程教育模块；专业实践实训模块包括课程综合实验和专业实践实训两部分，是培养学生实践能力和创新精神的重要部分。专业教育课程设置见表1。
表1 电气工程及其自动化专业课程体系
以往各门课程的讲授都是各位教师孤立授课，授课内容、案例、实验都是各自为政，学生学习结束后无法建立整体观，理论知识无法融会贯通和灵活应用。为了克服这一现象，并适应社会对电气专业人才的需求，培养具有电气专业素养、实践能力强和富于创新的电气人才，需要对专业课程体系结构功能进行进一步的改革和调整。我们根据课程性质以及课程间的联系，将专业课程划分为3个课程群：
（1）电气传动类课程群：由电力系统基础、电机与拖动基础、运动控制系统、电气控制及PLC技术、传感器与现代检测技术和单片机原理及接口技术6门课程组成，是电气自动化的主干课程群，主要教学目的是利用计算机技术和电子技术实现对电力电子电路的控制和电机参数的检测，从而实现交直流电机的调速和控制[1]。
（2）控制类课程群：由自动控制原理、现代控制理论、计算机控制技术、现场总线技术、控制系统仿真5门课程组成。其主要教学目的是培养学生对控制系统中控制理论与方法的掌握。
（3）信号处理类课程群：由信号分析与处理、DSP原理与应用、嵌入式系统3门课程组成。其主要教学目的是培养学生对信息处理和分析方法与实践应用的掌握。
综上可见，每个课程群由多门基于教学内容相互贯通、相互融合的课程构成。课程群中各门课程的理论知识具有较强的衔接性和连贯性，并存在知识点覆盖、重复的现象。因此在进行课程教学过程中，对课程内容的设计应充分考虑课程群教学内容的优化与整合，在教学内容、形式、实践、考核等方面需要体现课程群内部课程的相关性和综合性，充分利用课程内容上的关联性相互支撑和强化，培养学生以工程项目为驱动的学习模式。我们基于电气传动类课程群进行教学新模式探讨。
2 电气传动类课程群教学新模式
2.1 调整并优化课程内容
电气传动类课程群是专业课程体系中的重要组成部分，6门课程覆盖二、三年级，既有专业基础课，也有专业方向选修课和专业相关选修课。其中，电机与拖动技术是专业基础课程，主要讲授电机的基础知识和原理，着重分析三相异步电动机和直流电动机的结构及基础知识，如启动、制动、调速性能及相关的计算；电力电子技术主要讲授电力电子器件制造技术和变流技术，如整流、逆变、斩波、变频、变相等；运动控制系统主要讲授直流调速、交流调速和随动系统；电气控制及PLC技术涉及电气基本控制方法及系统设计、可编程控制器原理及应用等知识，培养学生电气控制分析与设计的能力；单片机技术主要讲授基于微处理器的数据采集、显示、驱动等内容；传感器与现代检测技术主要是对传感器和常见检测手段的介绍。
可见，基于课程群的教学必须具有整体观和统一性，课程教学内容的设计，需要综合考虑各课程内容之间的联系，避免相同内容重复讲授；同时需要注重基础知识与专业知识之间的相互衔接，在教案、案例设计上统一规划，强调知识体系的完整性与系统性。
在课程群课程教学过程中，可以将同一实际项目贯穿于整个课程群教学中，例如围绕交流电机或直流电机的速度控制系统的设计与实现进行举例，不同的课程对应系统实现的不同部分进行知识点讲解：电机与拖动技术、运动控制系统主要围绕电机结构、性能和调速方法设计教学内容；电力电子技术则可着眼于电器原件的选型、主电路的设计、参数的计算等进行讲解；传感器与现代检测技术阐述了速度检测的方法选择、检测电路和具体实现方法；电气控制及PLC技术、单片机技术则解释监控系统可以用两种形式来实现。通过一个实际项目贯穿于多门课程，即实现了从理论分析到具体实现的整个过程。当完成该课程群教学后，学生将建立起一个完整而生动的知识结构，具有较好的教学效果。
2.2 三层次实践教学
课程群的实践教学分成3个层次：基础实验教学、综合实践教学和竞赛创新教学。
2.2.1 基础实验教学
该层次的实践教学主要是对理论教学内容进行验证，让学生加深对课堂教学内容的理解。基础性实验教学除了在实验室中进行外，还根据课程教学内容，在理论课程中引入多种仿真软件，如Simulink，Protus，Multisim对相应控制系统和电路系统进行仿真。让学生 深刻理解理论知识，并适当让学生设计实验，通过实际操作获得实验结果。
2.2.2 综合实践教学
为了体现课程群实践教学的开放性、研究性和创新性[2]。我们在验证性和设计性实验的基础上，针对课程体系特点开发了综合性实验。如在完成检测技术和单片机两门课程的学习后，需要完成大论文的实践训练和基于单片机环境监控系统设计的开放性论题。鼓励学生利用所学知识，完成对某一环境参数的监控设计。
2.2.3 竞赛创新教学
结合课程，鼓励不同年级的学生参加各类学科竞赛，形成课程学习—教学实践—创新竞赛相结合的教学模式，激发学生学习动力。例如：在完成电子技术、电子设计创新（1）学习后，组织学生参加全国电子设计与开发大赛；学习完单片机原理及接口技术、传感器与现代检测技术、电子设计创新（2）后，组织学生参加全国单片机设计与开发大赛；在完成电子设计创新（3）和专业综合实践后，组织学生参加物联网全国创新类大赛。近几年已有多名学生参加了竞赛并获得了佳绩。这一与竞赛相结合的创新实践教学模式激发了学生的兴趣，并加强了学生对本专业的认识，增强了学生创新能力的培养。
2.3 与技能认证相结合
在教学过程中，结合电气工程师类认证考试设置教学知识点和重点，鼓励学生参加各类电工电气类工程师认证，加强学生的实践能力，并且为学生的就业提供保障。
3 结束语
基于课程群的教学模式，可以让学生通过学习将各门专业课程有机地联系起来，增强学生对课程的整体把握、完整理解和综合应用；多层次的实践教学激发了学生学习的兴趣，并锻炼了实际动手能力；教学与技能认证的培养方式提高了学生就业竞争力。我们已经按照该方案在某些课程上进行了改革探索，并取得了一定的效果。但是在具体实施过程中仍存在较多的困难，如课件整体规划存在难度，不同课程教师的配合度以及学生的接受能力和考核方式的具有局限。我们将在后续的课程建设中继续努力，找到一条真正适合的教学之路。
参考文献
[1] 梁永春，刘建业.电气传动课程群开放式课程设计体系研究[J].中国电力教育，2011，21：167-168.
关键词：教学改革 机电液 综合设计性实验
一、引言
教育改革，最重要的就是要从培养学生的创新能力方面找抓手。创新能力是人的本质特征，是人的天赋所能和整体素质的表现，它不仅表现为知识的学习和应用，更重要的是发现问题，并积极探索的心理取向和善于把握机会的敏锐性及积极改造自己和改造环境的能力。但目前教材中的实验大多是验证性实验，在培养学生创新能力上不能发挥出应有的作用。作为应用型本科院校培养学生实践能力、创新精神和科学素质的重要手段，综合设计与实验的作用是很重要的。在高校实验教学中，某些环节已不能适应新时期培养目标的要求，例如实验技术单调，队伍水平不高，实验装备老化单一，实验类型大部分是验证性实验等，同时，现在大部分实验依托于某一门课程，在多课程知识有机结合方面缺乏综合性，在综合实践性教学环节缺乏有机组合，在激发学生自主思考发面缺乏开发性等等。为此，对课程设计、现代电气控制、液压实验台综合实验进行了教学改革，通过10多年的试验，效果很好。[1]
1.以往的工作基础
机械学院在专科时期就开始对现有设备进行改造和课程体系的重组，把液压与气压传动、现代电气控制及PLC等课程进行有机结合，开发了机电液综合设计与实验。这样的教学改革，开始时比较艰难，在1994年那个时期没有相应的实验设备，我们老师组合成一个创新团队，大胆进行尝试，先从设备改造开始，对机电工程系一台闲置的老实验设备进行了改造，完成了第一台“JDY-Ⅰ机电液综合实验台”， 该实验台主要由两部分组成：液压拆装系统和电气控制系统，可以完成机电液综合的一系列实验项目，并于1995年大胆地开创了综合性设计性的实验改革。综合性、设计性的实验主要是培养学生的创新能力以及提出问题、分析问题、解决问题的能力，对学生工程实践能力的培养也具有不可替代的作用。之后，我们老师更进一步地把课程设计也融入到综合实验中来，形成了早期的“机电液综合设计与实验”体系。[2]
2.随着经济的发展和科技的进步，尤其是我校升本以后，原有的实验设备已不能满足本科应用型人才培养的需要。为此，我们老师于2006年1月在教务处大力支持下，设备科立项投资7.85万元，进一步研制了“JDY-Ⅱ机电液综合多功能实验台”， 该实验台是集机械、液压、电控、数控于一体的多功能实验台。该实验台主要由三部分组成：液压系统、数控系统和电气系统。该实验台主要有拆装式液压实验台、PLC、软启动器、数控工作台等，其中PLC可以接现场总线，与计算机端口相接，软启动器具有在线控制功能，具有多种限制启动和限制停止的方式。“JDY-Ⅱ机电液综合多功能实验台”可以完成的实验项目如下表所示。
3. 随着办学规模的不断扩大，学生数不断增加。为了教学改革的不断深化，我们老师又在2009年3月，在学校设备科的支持下，自制了第三套“JDY-Ⅲ 机电液综合多功能实验台“，该实验台是集液压、电控于一体的综合实验台，实验台主要由两部分组成：液压拆装系统和电气控制系统，除了可以完成机电液综合实验以外，还可以完成以下实验项目：
（1） 节流阀、调速阀负载特性实验
（2） 电动机正反转控制电路模拟
（3） 星/三角降压启动控制电路模拟
（4） 常规电器控制液压回路实验等实验项目。
2、项目计划及实施情况；
为进一步推进机电液综合设计与实验改革，在学校的大力支持下，开始进行基于本科应用型人才培养的机电液综合设计与实验的改革与实践，包括：计划制订、教学大纲的编写、实验指导书等教学基本建设。[3]
（1）、教学计划
在仔细论证、深入研讨的基础上，我们将机电液综合设计与实验的改革成果写入了2003级本科教学计划。见下面表2。
（2）、实验指导书（教材）
为了能更好的开展教学改革，实施初期，我们编写了“机电液综合设计与实验”的实验指导书，经过实际使用，发现并纠正了若干不合理的地方，并进行了必要地修正，逐步达到了预期的效果。2009年，在自编讲义的基础上，由苏州大学出版社正式出版了《机械制造及自动化基础实验》教材，其中，第8章即时关于机械类专业的6个综合性设计性实验项目，而“机电液综合设计与实验”就是其中的一个。[4]
2013年3月由北京航空航天出版社正式出版了 《机电液综合课程设计与实践》教材，在使用中取得了显著的效果。
（3）、实验和课程设计的教学大纲
（略）
3、目前所取得的成效
机电液综合设计与实验是一项综合性、设计性的实践环节，它很好的模拟了工程实际中的一些现实问题，是机械工程及自动化专业实践教学体系的重要组成部分。
多年来，我们所做的机电液综合设计与实验改革以及实验设备的改造，在实验实践教学中发挥了重要作用，得到了省教育厅及专家的充分肯定，在教育厅组织的成果评选中多次获奖。同时，部分教师通过这项改革及设备研制，自身的能力和水平得到进一步提高；部分学生通过毕业设计的形式也参加了这个项目的研究与实践，极大地提高了他们的工程实践能力。[5]
（1）自制设备四项获江苏教育厅三等奖
（2）教师发表关于机电液综合设计与实验方面的论文
（3）教师团队编写了相应的教材2本，并于2009年，2013年正式出版。
通过教学改革，我们教师团队发挥了积极性，同时学生创新能力得到了提高，积极参加大胆地参加各种比赛活动，得到了一定的成绩，获得了肯定。
（1） 2010年，老师带领同学参加“国家制造业信息化培训中心、全国三维数字化创新设计大赛组委会”组织的全国三维数字化创新设计大赛，获得了省三等奖
（2） 我们老师带领的学生积极做好毕业设计，在毕业设计中充分发挥创新意识，2009年带领同学做的关于机电控制方面的“MPS分类存储和立体仓库单元系统控制设计”课题，获得了省优秀毕业设计三等奖
（3） 2008、2009年 我们老师带领的学生毕业设计获得校级一等奖
（4） 2010年 老师带领的学生毕业设计获得校级二等奖
（5） 2007年 老师带领学生参加省第一界机械创新设计大赛二等奖
（6） 2008年 老师带领学生参加省机器人大赛三等奖
这些成绩的获得，主要体现了学生的创新能力的提高，体现了教学成果提高。
4、推广应用价值及今后的设想
机电液综合设计与实验的改革与实践，把机械和电气控制技术有机结合，既发挥了学生的设计能力，同时，针对实践中出现的预先不能预知或有意设计的问题，组织学生成立研究小组，集思广益，分析问题，研究问题，解决问题，从而使他们的创新能力得到培养和锻炼，具有很高的推广应用价值。看到同学们经过自反复推敲、认真研究，克服一个个困难，得到理想的实验结果时的那种欢呼雀跃，我们也感到非常欣慰。
今后的设想：作为应用型本科的培养计划，应该多学科交叉结合，结合学生的综合能力和创新能力的培养，多开设一些与工厂实际相结合的项目，机电液综合设计与实验这种改革的开端和阶段性成果，我们还将继续努力，在以下方面进行改革和实践：1、金相、热处理、材料力学性能综合测试及材料成型等综合实验；2、轴类零件的综合测量；3、电气技术综合应用实验；4、刀具形状及切削关系综合实验等，以便更好地贴合实际，培养更多的具有创新精神和实践能力的工程应用型人才，为我校品牌大学创建工作做出应有的贡献。[6]
结语
总之，通过改造老设备，改变验证型实验为设计性综合性实验，结合不同学科知识，结合不同的教学形式，开发设计性综合性的实践环节，提高学生的创新能力，作为工科类应用性本科院校是很好的教学方式，值得推广。
参考文献：
[1] 管建峰等 机械制造及控制技术基础实验 苏州大学出版社 2009年7月 苏州
[2]张礼华 刘芳华 管建峰 主编机电液综合课程设计指导与实践 北京航空航天大学出版社 2013年3月 北京
[3] 王积伟等 液压与气压传动 机械工业出版社 2008年8月第二版 北京
[4] 史国生等 电气控制与可编程控制技术 化学工业出版社 2005年4月 北京
[6] 张万忠等 电器与PLC控制技术 化学工业出版社 2003年9月 北京
