PLC的維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置智能化改造
在當(dāng)代電力技術(shù)飛速發(fā)展的前進(jìn)浪潮下，電力應(yīng)用在國(guó)民生產(chǎn)、生活當(dāng)中起到越來越明顯的作用，這也造成電工技術(shù)類人才供不應(yīng)求，因此電工類教學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的重要性日益顯現(xiàn)。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)是衡量職業(yè)院校發(fā)展水平的重要指標(biāo)，各所院校非常重視，但受限于院校的資金、場(chǎng)地等因素，實(shí)訓(xùn)設(shè)備通常無法及時(shí)得到更新?lián)Q代，目前大多數(shù)職業(yè)院校所使用的電工設(shè)備是20世紀(jì)90年代遺留的。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備雖然具有故障率低、研制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但由于設(shè)備落后、人性化考慮不足，導(dǎo)致在實(shí)踐教學(xué)和技能鑒定過程中設(shè)備陳舊、操作性差、功能單一的問題日益嚴(yán)重。以廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院的維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置為例，如圖1所示，就存在不少缺陷：1.采用簡(jiǎn)單的船型開關(guān)設(shè)置故障，操作設(shè)置不科學(xué)，不夠人性化、智能化；2.設(shè)備陳舊，嚴(yán)重制約著該項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)高效性，影響教師的日常授課，不利于學(xué)生快速掌握維修技能；3.傳統(tǒng)設(shè)備不能有效防止該項(xiàng)目考核時(shí)學(xué)生的作弊行為；4.傳統(tǒng)設(shè)備不便于技能競(jìng)賽和鑒定的故障設(shè)置和評(píng)分工作開展；5.設(shè)備智能化不足，功能單一，后期可擴(kuò)展性不強(qiáng)。
據(jù)考察，現(xiàn)階段部分職業(yè)院校自行研制維修電工實(shí)訓(xùn)設(shè)備，也存在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功能單一的問題。而部分職業(yè)院校直接采購(gòu)教學(xué)儀器設(shè)備生產(chǎn)商的產(chǎn)品，其中資金較為充足的職業(yè)院校裝備了高端產(chǎn)品，包含了半實(shí)體仿真和物聯(lián)網(wǎng)功能，設(shè)備不僅功能強(qiáng)大，且智能化程度高，可直接用于教師機(jī)發(fā)布故障信息和結(jié)果鑒定，后期擴(kuò)展性好，但價(jià)格高昂。
圖1 傳統(tǒng)維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置
綜上所述，市場(chǎng)上不乏功能強(qiáng)大的優(yōu)質(zhì)設(shè)備，但也存在價(jià)格高昂或者功能冗余的現(xiàn)狀，同時(shí)直接采購(gòu)進(jìn)行更新?lián)Q代，不僅造成原有設(shè)備的閑置浪費(fèi)也未必適宜院校的實(shí)際教學(xué)情況。因此，對(duì)學(xué)院現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行二次升級(jí)改造成為行之有效的應(yīng)對(duì)方案。
1、改造方案
以上述維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置的升級(jí)改造為例，本文以其中“CA6140型臥式車床”的考核裝置（原電路有11個(gè)故障點(diǎn)）展開闡述。該套方案是將原有考核實(shí)訓(xùn)裝置上的操作按鈕升級(jí)為HMI組態(tài)棒圖，故障設(shè)置開關(guān)替換為繼電器，并加裝可編程處理器（PLC），實(shí)現(xiàn)故障設(shè)置和故障判斷的邏輯控制，組成一套智能電氣控制系統(tǒng)，整體如圖2所示。系統(tǒng)同時(shí)具備練習(xí)模式和考核模式，其中考核模式具有賬戶管理功能和掉電記錄功能，有更好的操作性和保密性，便于開展故障排查綜合實(shí)訓(xùn)和技能鑒定。
圖2 改造方案控制系統(tǒng)框圖
圖3 硬件回路圖
2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1硬件設(shè)計(jì)
2.1.1硬件回路圖
硬件回路圖（見圖3）可分為三塊：主回路、控制回路和控制系統(tǒng)回路。其中主回路和控制回路作為“CA6140型臥式車床”的考核背景電路不做改動(dòng)�？刂葡到y(tǒng)回路中，考慮成本因素，PLC可選用三菱的FX3U-16MR，并選用數(shù)字量擴(kuò)展模塊FX2N-8EYR增加輸入輸出點(diǎn)，觸摸屏選用昆侖通泰TPC7062KS（TX）7寸觸摸屏。為處理PLC輸出口COM端共用問題和避免PLC輸出口信號(hào)燈的提示作用，增加12個(gè)繼電器轉(zhuǎn)接：其中11個(gè)繼電器的常開常閉觸點(diǎn)替代原故障設(shè)置船型開關(guān)，同時(shí)PLC的故障設(shè)置信息輸出采用脈沖形式，輸出后繼電器自鎖狀態(tài)，1個(gè)繼電器用于清除故障，解除自鎖。
最后增加開關(guān)電源完成觸摸屏和繼電器的供電。而PLC輸入口，可以預(yù)留作為故障碼的設(shè)置，通過檢測(cè)繼電器常閉觸點(diǎn)的狀態(tài)，檢測(cè)繼電器是否符合當(dāng)前的程序控制。
圖4 維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置改造實(shí)物圖
2.1.2控制系統(tǒng)實(shí)物圖
如上述回路，改造后的維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置實(shí)物參考圖4。
2.2軟件設(shè)計(jì)
本考核實(shí)訓(xùn)裝置電氣控制系統(tǒng)的軟件主要由歡迎界面、練習(xí)模式、考核模式以及附加功能四個(gè)模塊組成。
2.2.1歡迎界面
開機(jī)為歡迎界面�？蛇x擇進(jìn)入“幫助”“練習(xí)模式”和“考核模式”，如圖5，選擇后可啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的模塊功能，其中“考核模式”的進(jìn)入設(shè)置有賬戶權(quán)限。
圖5 歡迎界面
2.2.2練習(xí)模式
該模式可開展模擬考核，相關(guān)操作均沒有設(shè)置權(quán)限，對(duì)所有使用者開放，主要用于教師日常教學(xué)或?qū)W生的練習(xí)。
在該模式下，教師/學(xué)生設(shè)置完故障點(diǎn)和獎(jiǎng)罰分?jǐn)?shù)（鎖定前可修改），提交后控制系統(tǒng)鎖定設(shè)置并輸出故障信息，如有修改需求可清零設(shè)置。然后交給考試判斷，考生判斷電路后輸入答案（提交前可修改），提交后系統(tǒng)將鎖定選擇，給出分?jǐn)?shù)，并提供實(shí)際故障點(diǎn)用于與診斷結(jié)果對(duì)比。在練習(xí)過程，考生可隨時(shí)點(diǎn)開電路圖查看電路。練習(xí)完畢，教師/學(xué)生可復(fù)位重新開始。流程如圖6展示。
圖6 練習(xí)模式流程
圖7 考核模式流程
2.2.3考核模式
考核模式主要用于技能鑒定。其特點(diǎn)是增設(shè)了“賬戶權(quán)限”與“密碼管理”兩項(xiàng)功能，配合使用可防止考生在考核過程中作弊。同時(shí)設(shè)置有“倒計(jì)時(shí)”和“近三次答題情況記錄”功能，用于考核限時(shí)提醒和成績(jī)記錄。
該模式下，只有教師（考評(píng)員）/管理員可以登錄，登錄需驗(yàn)證密碼。部分按鈕的操作亦需要密碼驗(yàn)證。不同的賬戶登錄，需要驗(yàn)證不同的密碼。其中管理員賬號(hào)還具有修改密碼權(quán)限。其余操作與練習(xí)模式基本一致。流程如圖7展示。
2.2.4賬號(hào)管理功能
為了應(yīng)對(duì)綜合實(shí)訓(xùn)與技能鑒定兩種不同場(chǎng)合的實(shí)際使用情況，考核模式的操作權(quán)限設(shè)置“教師（考評(píng)員）”與“管理員”兩種不同的用戶組，分別對(duì)應(yīng)不同的密碼。其中對(duì)故障設(shè)置、故障判斷、系統(tǒng)設(shè)置和返回功能的操作權(quán)限對(duì)兩個(gè)用戶組均開放。其中修改密碼權(quán)限僅對(duì)“管理員”用戶組開放，且“管理員”用戶組不僅能修改本組操作密碼，亦能修改“教師”用戶組的密碼，避免教師間修改密碼缺乏溝通或者學(xué)生掌握密碼后隨意修改導(dǎo)致密碼丟失。
2.2.5掉電記錄功能
為應(yīng)對(duì)在考證操作過程中，因斷電或死機(jī)等意外情況導(dǎo)致故障信息或成績(jī)丟失，設(shè)備的使用過程的重要數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前操作畫面、賬戶信息、操作密碼、故障設(shè)置信息、故障判斷信息、倒計(jì)時(shí)和近三次答題情況記錄均具備掉電保持功能，重新送電后，可恢復(fù)至斷電時(shí)刻的狀態(tài)。
圖8 歡迎界面和幫助界面
圖9 練習(xí)模式界面
圖10 考核模式界面
2.3組態(tài)界面設(shè)計(jì)
組態(tài)界面可分為歡迎、幫助、練習(xí)模式和考核模式四個(gè)界面。具體可參考圖8至圖10。
3、改造效果
改造后的設(shè)備，很好地提升了維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置的智能化水平，在故障設(shè)置和故障排除過程中，都更為簡(jiǎn)單易用。實(shí)踐教學(xué)開展不僅提高了教學(xué)效果，也大大提升了技能鑒定的開展效率，同時(shí)通過新設(shè)備，教師對(duì)學(xué)生技能掌握評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性更好。
然而，在實(shí)際應(yīng)用過程，也發(fā)現(xiàn)了改造后的設(shè)備在人性化方面仍然具有不少提升空間，如不具備物聯(lián)網(wǎng)功能，無法在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)考題的統(tǒng)一發(fā)布和學(xué)生答卷的統(tǒng)一回收評(píng)分，需要在考核階段對(duì)設(shè)備逐臺(tái)設(shè)置；同時(shí)，在故障設(shè)置過程，沒有開發(fā)對(duì)應(yīng)的“一鍵隨機(jī)設(shè)故”功能，需要逐個(gè)故障點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，不夠保密高效。
4、結(jié)論
實(shí)踐證明，本論文所闡述的基于現(xiàn)有的維修電工故障排查考核實(shí)訓(xùn)裝置通過增設(shè)“可編程控制器+人機(jī)界面”組成的電氣控制系統(tǒng)的智能化改造方案，對(duì)于提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量具有重要意義：
第一，改善學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的環(huán)境。改造后的設(shè)備，能明顯提升設(shè)備的性能，在操作上更為人性化和智能化，使得綜合實(shí)訓(xùn)和技能鑒定的開展更為高效合理。
第二，提升學(xué)校技能鑒定和社會(huì)培訓(xùn)質(zhì)量。改造后的設(shè)備，更符合電工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技能等級(jí)考核需求，能夠滿足職業(yè)院校開展從維修電工初級(jí)工到高級(jí)工培訓(xùn)及考證的需求，并且更為接近實(shí)際維修過程，能提高技能鑒定社會(huì)培訓(xùn)質(zhì)量和效率。
第三，加強(qiáng)教師理論研究水平。在智能化改造過程中，需要學(xué)校教師綜合院校實(shí)際情況，收集師生各方面需求，確定裝置應(yīng)具備的功能，以及實(shí)現(xiàn)功能的軟硬件架構(gòu)和方案，最后進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造和調(diào)試，在這過程中，有助于增強(qiáng)教師的理論及實(shí)踐能力。
第四，推動(dòng)職業(yè)院校實(shí)踐教學(xué)改革。實(shí)訓(xùn)設(shè)備的改造順應(yīng)職業(yè)院校課程改革的浪潮，不僅滿足職業(yè)院校電氣技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)和鑒定需求，也進(jìn)而推動(dòng)職業(yè)院校在實(shí)踐教學(xué)方面的改革。同時(shí)實(shí)現(xiàn)陳舊設(shè)備的二次利用，提高設(shè)備利用率，符合當(dāng)下環(huán)保的辦學(xué)理念。
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