“242—1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）”

楊永奇

摘要：隨著我國職業(yè)教育的蓬勃發(fā)展，改革的不斷深化，各種體現(xiàn)職業(yè)教育特點的具有鮮明校企結(jié)合，緊緊依托企業(yè)、貼近企業(yè)需求的教學(xué)方法不斷涌現(xiàn)。其中“一體化教學(xué)”是實現(xiàn)職業(yè)教育目標(biāo)非常有效的方法和實踐從其產(chǎn)生以來體現(xiàn)出了極強的生命力，為我國各級各類職業(yè)教育的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。而支撐一體化教學(xué)過程的支撐性的文件就是一體化教學(xué)工作頁。工作頁肩負指導(dǎo)教學(xué)的全過程，既包括學(xué)生技能訓(xùn)練，也包括知識學(xué)習(xí)，最為重要的是要通過一體化工作頁的教學(xué)實施，教會學(xué)生如何進行更有效的學(xué)習(xí)，促進培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力的提高，從而掌握專業(yè)必備的技能和知識。

關(guān)鍵詞：242-1報泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（音頻器控制）一體化教學(xué)工作頁

經(jīng)過大量的前期調(diào)研和充分的準(zhǔn)備，歷時一個多月的艱苦努力，開發(fā)編寫完成了電力電子設(shè)備電氣裝調(diào)課程中242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）教學(xué)任務(wù)的一體化教學(xué)工作頁。該工作頁經(jīng)過教學(xué)實踐的不斷修改完善，已經(jīng)成為該課程教學(xué)過程的重要指導(dǎo)性文件，并在培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)專業(yè)技能和知識的過程中發(fā)揮重要的作用。筆者就該工作頁開發(fā)的過程和得到的一些收獲和體會做了詳細的介紹。

職業(yè)技術(shù)學(xué)院開展一體化教學(xué)改革已有10余個年頭，目前大部分的課程已經(jīng)全部按照一體化教學(xué)方式進行了改革。筆者承擔(dān)了“242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）”教學(xué)任務(wù)一體化教學(xué)工作頁的開發(fā)和編寫。該教學(xué)任務(wù)主要實現(xiàn)對本專業(yè)學(xué)生在交流變頻調(diào)速領(lǐng)域的相關(guān)技能和知識的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。一體化教學(xué)工作頁對于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，掌握本專業(yè)和本門課程的專業(yè)技能和知識具有非常重要的作用。在編寫工作頁的同時，筆者對如何編寫一個質(zhì)量更高，對教學(xué)過程指導(dǎo)性更強的工作頁也有一些體會，相信這些體會對后期的教學(xué)和其他一體化工作頁的開發(fā)都會產(chǎn)生積極的影響。

一、課程背景

電力電子設(shè)備電氣裝調(diào)課程是筆者所在學(xué)院機電系電氣自動化設(shè)備安裝與維修專業(yè)高級工階段的核心專業(yè)課程。它在電氣自動化設(shè)備安裝與維修專業(yè)高級工人才培養(yǎng)方案核心一體化課程設(shè)置中的位置見表1。

從表1中可以看到，它是4門核心一體化專業(yè)課程中課時安排較多的課程，其重要性不言而喻，對培養(yǎng)學(xué)生在交直流調(diào)速領(lǐng)域的專業(yè)技能和知識具有重要的地位。

該課程需要學(xué)生掌握的專業(yè)技能和知識的要求來源于兩個方面，一是國家相關(guān)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，二是相關(guān)企業(yè)崗位的具體需求。該職業(yè)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)職業(yè)技能和知識涉及交流變頻調(diào)速的內(nèi)容如下。

第一，變頻器認識和維護。要求能識別交流變頻器的操作面板、電源輸入端、電源輸出端及控制端、交流變頻器的組成和應(yīng)用基礎(chǔ)知識；能按照交流變頻器使用手冊對照出錯代碼，確認故障類型。

第二，交流傳動系統(tǒng)讀圖與分析。要求能讀懂交流傳動系統(tǒng)原理圖，分析系統(tǒng)組成及各部分的作用自動控制基本知識；能分析交流傳動系統(tǒng)中各控制單元的工作原理及整個系統(tǒng)的工作原理。

第三，交流傳動系統(tǒng)裝調(diào)。要求能對交流調(diào)速系統(tǒng)進行安裝、接線、調(diào)試、運行、測量，交流調(diào)速裝置應(yīng)用知識。能對應(yīng)用交流變頻器的調(diào)速系統(tǒng)進行安裝、接線、調(diào)試、運行、測量，掌握交流變頻器應(yīng)用知識。

第四，交流傳動系統(tǒng)維修。要求能分析并排除交流調(diào)速裝置外為主電路的故障。交流調(diào)速系統(tǒng)常見故障及解決方法，能分析并排除變頻器外圍主電路的故障，變頻器調(diào)速系統(tǒng)常見故障及解決方法。

筆者學(xué)院機電系“電氣自動化設(shè)備安裝與維修”專業(yè)分別與北京長征天民高科技有限公司和京東方科技集團股份有限公司（BOE）共同組建了“長征天民”和“京東方”訂單班。北京長征天民高科技有限公司和京東方科技集團股份有限公司（BOE）屬北京市高新技術(shù)制造企業(yè)。這兩家單位均對維修電工崗位有大量的用工需求，且對用工人員提出了非常明確的技能和知識的要求，主要包括負責(zé)公司高低壓電力系統(tǒng)的維護、負責(zé)高低壓電氣設(shè)備的檢測、維修工作，并能夠獨立完成公司各類電氣設(shè)備維修、保養(yǎng)、檢修等工作。其中高低壓電氣設(shè)備就包括大量的交直流傳動設(shè)備，尤其是涉及交流傳動和變頻器類設(shè)備，幾乎存在于整個生產(chǎn)流程的全過程。

根據(jù)以上的調(diào)研和分析，確定“242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）”教學(xué)任務(wù)主要是實現(xiàn)對本專業(yè)學(xué)生在交流變頻調(diào)速領(lǐng)域的相關(guān)技能和知識的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練提高。

二、工作頁教學(xué)任務(wù)載體的選擇設(shè)計

在現(xiàn)代制造企業(yè)中，無論是連續(xù)的自動化生產(chǎn)線還是單臺設(shè)備的控制，交流傳動控制無處不在，尤其是變頻器的應(yīng)用，達到了空前的水平。在變頻器的應(yīng)用中，一般均配合PLC實現(xiàn)就地控制與遠程控制的切換。由于應(yīng)用的普遍性，變頻器及其附屬設(shè)備會經(jīng)常出現(xiàn)各種故障。因此，要求維修技術(shù)人員必須具備相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的應(yīng)用、維護、保養(yǎng)及故障的處理能力。同時，應(yīng)具備電氣原理圖樣識圖，對變頻器和PLC等設(shè)備進行安裝、電氣參數(shù)配置、控制程序編程調(diào)試等方面的技能。

根據(jù)以上的分析，并結(jié)合學(xué)院實訓(xùn)室實訓(xùn)設(shè)備的具體情況，本門課程的載體設(shè)計利用變頻器控制給其他設(shè)備提供氣體動力源的242-1氣泵系統(tǒng)。本任務(wù)的開展就依托該真實的工作項目，即完成交流變頻器控制242-1氣泵系統(tǒng)裝調(diào)這樣一個工作。

該項目的具體內(nèi)容是采用臺達多功能、可彈性擴充、迷你型VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流電動機驅(qū)動器實現(xiàn)對242-1氣泵系統(tǒng)的控制?？刂品绞讲捎米冾l器外部模擬量和分段開關(guān)量兩種控制方式，配合SIMENS$7-200系列的$7-224XP CN型控制器，實現(xiàn)對242-1氣泵系統(tǒng)的變頻控制。以上所需試驗設(shè)備目前在實訓(xùn)室中都有若干套，完全滿足開展“242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）”教學(xué)任務(wù)的需要。項目載體的連接示意圖如下圖所示。

三、工作頁教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

教學(xué)任務(wù)載體設(shè)計完成后，就可以確定本教學(xué)任務(wù)的具體教學(xué)目標(biāo)了。依據(jù)課程背景的調(diào)研情況和教學(xué)任務(wù)載體的特點，確定本教學(xué)任務(wù)的學(xué)習(xí)目標(biāo)為學(xué)生應(yīng)具備以變頻器為核心的交流傳動系統(tǒng)裝調(diào)能力。具體的要求為相關(guān)人員接受任務(wù)后，需要討論分析安裝圖樣要求，理解交流傳動系統(tǒng)電氣控制線路的設(shè)計方法，共同制訂安裝方案，制定交流傳動系統(tǒng)電氣控制線路的設(shè)計方法、交流變頻器的調(diào)速系統(tǒng)進行安裝、接線、調(diào)試、運行、測量方法和交流變頻器與其他自動化控制設(shè)備的聯(lián)系方法和調(diào)試方法。方法制定完成后，準(zhǔn)備安裝工具及材料，獨立安裝，并參與后續(xù)的調(diào)試工作。學(xué)習(xí)完本課程后，能勝任電力電子設(shè)備的電氣的安裝調(diào)試工作，具體學(xué)習(xí)目標(biāo)總結(jié)如下：通過閱讀、分析任務(wù)單，確認任務(wù)性質(zhì)，類別等，根據(jù)任務(wù)要求，明確工作內(nèi)容；通過勘查現(xiàn)場，制定任務(wù)的裝調(diào)方案；掌握通用變頻器的結(jié)構(gòu)、功能和原理；掌握通用變頻器的操作及工作原理；掌握變頻器交流調(diào)速系統(tǒng)電氣控制線路的一般設(shè)計方法；能夠具備以變頻器為核心的交流傳動系統(tǒng)裝調(diào)能力；掌握交流變頻器與其他自動化控制設(shè)備的聯(lián)系方法和調(diào)試方法；根據(jù)裝調(diào)方案進行安裝和調(diào)試；學(xué)習(xí)《電氣設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，電業(yè)安全工作規(guī)程等，能按照安裝圖的要求進行定位安裝；學(xué)習(xí)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150-2006），配合驗收，交付使用的過程和方法；培養(yǎng)環(huán)保節(jié)能意識，理解并嚴格執(zhí)行5s管理制度；培養(yǎng)安全第一的思想以及時刻注重自身和周圍環(huán)境安全狀況的習(xí)慣。

教學(xué)任務(wù)完成后的最終學(xué)習(xí)成果為形成一套采用臺達VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流電動機驅(qū)動器，采用變頻器外部模擬量和分段開關(guān)量兩種控制方式，配合SIMENS S7-200系列的S7-224XP CN型控制器，實現(xiàn)對242-1氣泵系統(tǒng)的變頻控制。

四、工作頁一體化教學(xué)過程的設(shè)計

根據(jù)裝調(diào)類一體化教學(xué)過程的特點和裝調(diào)類教學(xué)任務(wù)的基本要求，本任務(wù)的教學(xué)過程及環(huán)節(jié)安排見如表2。裝調(diào)類一體化教學(xué)過程設(shè)計源于真實的工程項目設(shè)計開發(fā)方法，從前期調(diào)研準(zhǔn)備到系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計與設(shè)備選型，再到安裝調(diào)試，詳細掌握系統(tǒng)架構(gòu)的原理，設(shè)備組態(tài)、配置與編程等，再次是整體調(diào)試，功能驗證。由于我們是課程的教學(xué)，還需要一個由點到面的過程，進行知識和技能的拓展，從而實現(xiàn)一個完整的教學(xué)過程。

下面就各個一體化工作頁教學(xué)階段的詳細教學(xué)過程分別闡述。

1.接受任務(wù)

本教學(xué)活動主要目的是為了做好教學(xué)任務(wù)開展的前期準(zhǔn)備，包括實訓(xùn)的環(huán)境，設(shè)備，參數(shù)等內(nèi)容。通過該活動，我們要求學(xué)生學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：了解本教學(xué)任務(wù)的核心內(nèi)容，做到心中有數(shù)；了解實訓(xùn)場所的基本情況，包括環(huán)境參數(shù)、主要設(shè)備、材料等情況，為實訓(xùn)的順利進行打下基礎(chǔ)；了解實訓(xùn)的常規(guī)要求，明了參與實訓(xùn)的人員如何做到按照企業(yè)的要求做好實訓(xùn)各項工作；了解交流變頻器控制242-1氣泵系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備和要實現(xiàn)的主要控制功能；了解氣泵的主要功能、硬件組成及控制要求。

2.制訂聯(lián)調(diào)方案

本教學(xué)活動主要目的是確定裝調(diào)的方案。通過制訂裝調(diào)方案，使學(xué)生了解控制系統(tǒng)主要設(shè)備的選型，控制系統(tǒng)控制方式的確定的依據(jù)和原理，設(shè)備安裝的主要原則，主要步驟和方法，以及系統(tǒng)整體安裝調(diào)試的注意事項。通過該活動，我們要求學(xué)生學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)控制系統(tǒng)裝調(diào)工作流程；變頻器、PLC、空氣開關(guān)，穩(wěn)壓電源等器件的裝調(diào)技術(shù)要求；242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)控制系統(tǒng)裝調(diào)的安全措施；242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)試、通電試車的安全措施。

3.現(xiàn)場聯(lián)調(diào)

本活動過程是整個教學(xué)活動的核心，主要的技能和知識訓(xùn)練基本都在這個階段來實現(xiàn)。教學(xué)過程始終要遵循技能訓(xùn)練為主，同時融入知識學(xué)習(xí)。本階段教學(xué)要突出系統(tǒng)控制設(shè)備的功能原理學(xué)習(xí)，包括變頻器、PLC等主要設(shè)備的操作、配置、編程等方法，控制系統(tǒng)體系架構(gòu)的構(gòu)成及原理等都應(yīng)該在本階段教學(xué)中完成。通過該活動，我們將學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：變頻器、PLC、穩(wěn)壓電源、空氣開關(guān)、繼電器等器件裝調(diào)的步驟、要點和原因；VFD220E43A變頻器連接方式和方法；$7-200 CPU224 XP CN模塊裝接和DI/DO和AI/AO接口原理機接線方法；242-1氣泵系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電路連接方式和方法；基本編程方法及程序識讀；242-1氣泵系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)測試；242-1氣泵系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)功能調(diào)試的步驟、要點。

4.驗收交付

本教學(xué)活動的教學(xué)要求學(xué)生經(jīng)過前幾個過程的學(xué)習(xí)和實操訓(xùn)練，能夠真正從整體上建立一個完整的控制系統(tǒng)的概念。從整體功能試驗這個角度，再次進行反思和總結(jié)，從實踐上要知道控制系統(tǒng)構(gòu)成的詳細內(nèi)容。最重要的是理解控制系統(tǒng)選型，設(shè)計、編程、調(diào)試都是為了滿足控制對象的需要，實現(xiàn)242-1氣泵的控制。通過該活動，我們要在規(guī)定時間內(nèi)完成本站外觀、功能、備品備件數(shù)量等方面的驗收，并正確填寫驗收單。

5.總結(jié)與拓展

本教學(xué)活動作為重要的一個教學(xué)部分，要充分體現(xiàn)一體化課程技能與知識由點到面的過程。適當(dāng)進行總結(jié)與回顧，進行技能和知識的必要延伸與拓展，從而讓學(xué)生掌握本門課程所涉及技能和知識的全部內(nèi)容。通過該活動，我們要在規(guī)定時間內(nèi)對本任務(wù)學(xué)習(xí)內(nèi)容進行回顧、分析并對關(guān)鍵技術(shù)進行強化，對同類任務(wù)進行拓展練習(xí)。

五、22作頁開發(fā)過程需要考慮的若干問題

在開發(fā)編寫電力電子設(shè)備電氣裝調(diào)課程“242-1氣泵系統(tǒng)電氣裝調(diào)（變頻器控制）”教學(xué)任務(wù)一體化教學(xué)工作頁的過程中，筆者在一體化工作頁任務(wù)及載體選擇和使用等幾個方面有一些心得和體會，總結(jié)如下。

第一，工作頁工作任務(wù)的來源是相關(guān)的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)崗位的技能需求，必須依此來設(shè)計工作頁的教學(xué)任務(wù)，否則就失去了一體化教學(xué)的真正意義。

第二，教學(xué)任務(wù)設(shè)計完成后，需要精心策劃并選取工作頁任務(wù)的載體。一體化工作頁任務(wù)載體的選擇要遵循以下幾個要點：任務(wù)載體首先必須滿足相關(guān)的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)的職業(yè)技能培訓(xùn)和知識的學(xué)習(xí)的需要；任務(wù)載體必須是具體的，能夠有的放矢地設(shè)計相關(guān)的技能培訓(xùn)和知識的學(xué)習(xí)過程；任務(wù)載體必須是難易適度的，最好與課程受眾的知識水平相當(dāng)；任務(wù)載體必須是實訓(xùn)體系中非常容易找到的，且配置的臺套數(shù)必須滿足實際教學(xué)開展的需要。

第三，設(shè)計工作頁要通盤考慮，設(shè)計工作頁的同時應(yīng)該同步設(shè)計教學(xué)過程。包括各部分任務(wù)學(xué)時的分配，教學(xué)內(nèi)容的編排，實操訓(xùn)練與理論知識的交替進行方法都應(yīng)該在設(shè)計階段考慮周全。

第四，一體化工作頁教學(xué)過程開發(fā)設(shè)計需要同時考慮的幾個問題：教學(xué)過程開發(fā)要始終遵循教會學(xué)生進行自主性的學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)的方法和目標(biāo)，更多地設(shè)計指導(dǎo)性的自主學(xué)習(xí)過程；教學(xué)過程開發(fā)要考慮高效地指導(dǎo)課程教學(xué)的開展，教學(xué)過程進度設(shè)計要符合教學(xué)過程的特點，結(jié)合學(xué)生實際情況，要體現(xiàn)一定的伸縮度；教學(xué)過程開發(fā)始終要與實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)為中心目標(biāo)，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都要體現(xiàn)技能培訓(xùn)和知識傳授的有機統(tǒng)一，做到實踐教學(xué)與理論知識學(xué)習(xí)的有機統(tǒng)一。

第五，建議開發(fā)工作頁過程與課程教學(xué)過程設(shè)計最好由同組教師共同開發(fā)，如無法共同開發(fā)，最好開發(fā)工作頁的教師能夠結(jié)合自己對工作頁的理解給予使用者明確的指導(dǎo)，如給出明確的教學(xué)實施建議等，以免由于對工作頁理解上的差異影響工作頁的教學(xué)效果。

第六，建議教學(xué)過程始終要遵循以工作頁為主線的方針，在完成項目過程中掌握技能，學(xué)習(xí)知識。不要出現(xiàn)將工作頁只是作為作業(yè)本來使用，而課程的授課主線與工作頁完全無關(guān)的情況。

建議使用工作頁教學(xué)過程中，為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)生應(yīng)分組進行學(xué)習(xí)和實踐活動，多采用學(xué)生間互相講解，學(xué)生間互相考問，學(xué)生成果互相展示等互動性的教學(xué)方法，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)的效果。