組合式電工實訓(xùn)臺設(shè)計方案

梁 芳

（寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750001）

1 設(shè)計背景及意義

維修電工技術(shù)人員的電氣控制系統(tǒng)安裝和調(diào)試技能水平能力需要經(jīng)過一段較長時間反復(fù)練習(xí)和解決問題的過程來提升。技術(shù)人員的培養(yǎng)需要一個學(xué)習(xí)和鍛煉平臺以及技能人員培養(yǎng)的體制環(huán)境。目前來看，主要培養(yǎng)機制有三個：企業(yè)專職培訓(xùn)、社會培訓(xùn)機構(gòu)培訓(xùn)和高等職業(yè)院校技能培訓(xùn)。這三種培訓(xùn)都需要利用與實際工作環(huán)境接近的訓(xùn)練平臺，進行實操練習(xí)，反復(fù)強化。其中成套實訓(xùn)設(shè)備訓(xùn)練平臺，存在設(shè)備價格相對昂貴、內(nèi)容固定、使用不靈活、與實際操作工藝和方法差異大、后期維護難度大等諸多缺陷。因而根據(jù)現(xiàn)實需要設(shè)計一款切合培訓(xùn)內(nèi)容、培訓(xùn)形式，元件安裝靈活、費用較低、利用率高的實訓(xùn)臺，對于培訓(xùn)機構(gòu)成本節(jié)約以及提升科研能力、實踐操作能力都有著非常重要的意義。

2008年，寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院為完善學(xué)院培訓(xùn)條件，提升電工技能人才培訓(xùn)效果，引入了15套實訓(xùn)臺占地50m2，電工操作實訓(xùn)桌24個占地50m2，10年來承擔了電氣控制、PLC控制、變頻器調(diào)速控制等電機拖動控制校內(nèi)培訓(xùn)、企業(yè)在崗人員崗位技能提升培訓(xùn)，同時也承擔了中級、高級維修電工培訓(xùn)和鑒定工作。由于實訓(xùn)設(shè)備固定，可移動性差，與培訓(xùn)內(nèi)容、人數(shù)之間的矛盾日益凸顯。經(jīng)過充分調(diào)研，決定以滿足培訓(xùn)內(nèi)容和形式為原則，在原有實訓(xùn)場所基礎(chǔ)上，將實訓(xùn)臺、實訓(xùn)桌進行改造，設(shè)計一款實用的實訓(xùn)臺。

圖1 原電工實訓(xùn)操作室

2 實訓(xùn)臺設(shè)計原則

2.1 安全可靠

電工技能實訓(xùn)與其他專業(yè)實訓(xùn)相比，特點是需要在380V或220V電壓環(huán)境中作業(yè)，安全問題非常重要。實訓(xùn)過程安全隱患有兩個：一是學(xué)生缺乏安全意識，或者操作不規(guī)范，而發(fā)生觸電危險；二是教師很難時時監(jiān)控到學(xué)生是否帶電操作，存在監(jiān)管缺失的不安全因素。實訓(xùn)臺設(shè)計首先要電源供電明確、安全可靠。

2.2 靈活實用

電氣控制系統(tǒng)元件多，控制功能多變，相同控制要求可以由不同的繼電接觸器控制電路實現(xiàn)，也可以由PLC實現(xiàn)。因而實訓(xùn)臺成套固定元件不合理，要根據(jù)多個項目內(nèi)容的元件、布局以及特殊功能進行合理分區(qū)，滿足各培訓(xùn)項目的實施。在培訓(xùn)過程中發(fā)現(xiàn)，培訓(xùn)人員在大部分的時間是不帶電操作的，所以，當學(xué)員較多實訓(xùn)場地沖突的時候，可移動式的實訓(xùn)桌以及組合式模塊能解決實訓(xùn)場地與學(xué)員數(shù)量之間的矛盾。

2.3 簡單經(jīng)濟

電工操作培訓(xùn)的特點決定了元件要反復(fù)拆裝，元件的損壞率較高，在設(shè)計中也要考慮降低損耗，尤其是單臺價格相對較高的PLC、變頻器等元件。電工新技術(shù)的應(yīng)用，可以新增模塊與原有基本模塊組合使用，不必成套更新，降低成本。

3 實訓(xùn)臺總體設(shè)計思路

3.1 實訓(xùn)臺功能要求

學(xué)院電工實訓(xùn)室承擔的培訓(xùn)和教學(xué)任務(wù)有：①繼電接觸器控制，可進行三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制、順序和多地控制、基本降壓啟動等控制、能耗和反接制動控制等實訓(xùn)項目；②PLC控制，可進行電動機正反轉(zhuǎn)、能耗制動控制、簡易機械手控制、皮帶傳輸機控制等實訓(xùn)項目；③變頻器控制，完成三相異步電動機電動機正反轉(zhuǎn)控制、兩地控制、多段速控制及恒壓供水控制等實訓(xùn)項目。

3.2 實訓(xùn)臺設(shè)計思路

根據(jù)實訓(xùn)臺功能要滿足場地有限和多人次同時培訓(xùn)的要求，考慮將原實訓(xùn)桌作為上電操作臺面，桌面中部增加支架，將操作臺面增加為雙面（2人同時操作）。電源模塊固定在支架中，功能模塊有繼電接觸器模塊、PLC模塊、變頻器模塊，以組件形式可自由組合安裝在支架上。實訓(xùn)桌四腳加裝滾輪，方便移動。

4 實訓(xùn)臺設(shè)計實施

4.1 實訓(xùn)桌支架的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)實訓(xùn)桌尺寸，在橫向長邊方向設(shè)計一款支架，固定安裝在實訓(xùn)桌中部，將臺面一分為二，單工位增加為雙工位，供兩名學(xué)員同時上電操作。支架結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示。

圖2 實訓(xùn)桌支架結(jié)構(gòu)及尺寸

圖3 電源模塊電路圖

4.2 電源模塊的設(shè)計

電源模塊為固定安裝在支架左側(cè)，雙面工位各安裝一套電源模塊。三相四線制電源輸入，經(jīng)過帶漏電保護的低壓斷路器輸出三相四線制電源，用于給該工位提供三相和單相電源。電壓表監(jiān)視輸入電源L1-L2相之間的電壓，帶指示燈的停止按鈕SB1監(jiān)視L3相的電壓。按下啟動按鈕SB3，接觸器KM線圈吸合，主觸點閉合，有電源輸出，指示燈HL1（黃）、HL2（綠）、HL3（紅）分別指示輸出電源；按下停止按鈕SB2，接觸器KM失電，主觸點斷開，無電源輸出。帶漏電保護和接地保護，電源插座采用符合國家標準的高安全性插座，雙面工位電源相互獨立，指示燈供指導(dǎo)教師隨時關(guān)注帶電操作工位。電源模塊電路圖如圖3所示。

4.3 功能模塊的設(shè)計

功能模塊共分為三個獨立組件，分別對應(yīng)三方面實訓(xùn)功能，在模塊中安裝實訓(xùn)項目所需元件后，即可完成接線和調(diào)試。為降低元件端子反復(fù)拆裝接線造成的損壞，將PLC模塊中的PLC主機的電源、輸入輸出端子均固定引出到端子排上并套線號，變頻器模塊中的變頻器各端子也引出到端子排。模塊的設(shè)計尺寸一方面滿足實訓(xùn)內(nèi)容涉及的元件均能安裝，另一方面三個功能模塊兩兩能同時安裝于支架上。各模塊尺寸和面板元件布置樣例如圖4-圖6所示。

圖4 繼電接觸器模塊及元件布置樣例

圖5 PLC模塊及元件布置樣例

圖6 變頻器模塊及元件布置樣例

5 實訓(xùn)臺部分組件制作材料的說明

由于實訓(xùn)桌支架、模塊的安裝板、實訓(xùn)桌支架用于支撐立式的安裝板，承重較大，因而材質(zhì)選擇2.0mm冷軋鋼板，框架各部的連接螺絲采用《國家標準的內(nèi)六角烤藍螺絲》。模塊操作安裝板利用校內(nèi)現(xiàn)有木板，按尺寸進行加工。實訓(xùn)桌面鋪墊綠色4mm厚絕緣墊。桌角滾輪堅固稱重耐用型，帶可鎖定扳扣。

6 結(jié) 語

實訓(xùn)臺的改造，一方面可以為教師和學(xué)生提供技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的實踐平臺，提升教師的科研和產(chǎn)品開發(fā)能力，另一方面為學(xué)院實訓(xùn)室資源整合的工作提供參考，相對于購置新的成套設(shè)備來說投入經(jīng)費可以大大降低。在該改造基礎(chǔ)上，可以進一步擴展實訓(xùn)項目，開發(fā)新的模塊組件為實驗實訓(xùn)提供新的教學(xué)資源，更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。