應用于瀾湄職業(yè)教育培訓中心電工考核培訓裝置的研制

張佳　張鏈　曹寶文　蘇德明

摘? 要：依托“瀾湄職業(yè)教育培訓中心”建設(shè)項目，為服務柬埔寨及瀾湄國家的中資企業(yè)及民眾技術(shù)技能的提升，針對培訓中心當?shù)貙嶋H情況研制出針對“電工”這一技術(shù)工種的培訓考核裝置。該設(shè)備在結(jié)構(gòu)、電氣功能模塊及供電系統(tǒng)方面進行了創(chuàng)新和改進，彌補了市面已有產(chǎn)品功能單一、價格昂貴、集成化程度較低等不足。設(shè)備能夠完成“電工”職業(yè)標準要求的全部電氣裝調(diào)和電氣控制的培訓任務，也能夠進一步開發(fā)實訓項目進行教學改革，是向瀾湄國家輸出我國“電工”這一職業(yè)標準的重要橋梁。

關(guān)鍵詞：瀾湄職業(yè)教育培訓中心;電工考核培訓;技術(shù)技能培養(yǎng);瀾湄國家

中圖分類號：O59? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-3769（2019）04-056-05

一、研制背景

“瀾湄職業(yè)教育培訓中心”的建設(shè)是天津中德應用技術(shù)大學響應國家“一帶一路”倡議進行的國際合作項目，該項目立足柬埔寨，服務瀾湄五國及東盟十國，旨在將我國先進的教育培訓理念及技術(shù)輸出海外，為瀾湄國家培訓優(yōu)秀的技術(shù)技能型人才。實訓中心下設(shè)三個專業(yè)方向——電氣工程技術(shù)，通信工程技術(shù)，機械工程技術(shù)。根據(jù)對柬埔寨當?shù)貏诠ぜ夹g(shù)水平及企業(yè)人力需求的調(diào)研，天津中德應用技術(shù)大學準備輸出“電工”等職業(yè)資格的認定及培訓，并已完成了相關(guān)培訓模塊設(shè)計和考核內(nèi)容的制定。為保障培訓中心職業(yè)資格考核及培訓工作的順利進行，需要配套相應的考核培訓裝置。

電工考核培訓裝置是培訓中心開展培訓考核工作所必須的設(shè)備，該裝置集成化程度較高，但是市場產(chǎn)品功能質(zhì)量參差不齊，且柬埔寨當?shù)氐墓I(yè)發(fā)展水平和高溫少電的設(shè)備運行環(huán)境大大限制了設(shè)備的選購工作，因此瀾湄項目組教師團隊決定自行研制，原因為： 第一，國內(nèi)市面上的相關(guān)考核設(shè)備價格昂貴，功能不全且質(zhì)量參差不齊。市面上的相關(guān)設(shè)備功能單一，僅適用于電工初級，中級或高級培訓考核之一，功能集成化低。經(jīng)預算，此自制設(shè)備比市面同等性能產(chǎn)品可節(jié)30%左右經(jīng)費，且此自制設(shè)備可滿足維修電工培訓及考核的全部內(nèi)容，功能較市面同類產(chǎn)品更為全面，同時設(shè)備也更符合我校制定的培訓考核方案需求。第二，柬埔寨當?shù)仉姎庠O(shè)備元件缺乏，當?shù)夭少彸杀据^高且無法滿足考核及培訓需求。柬埔寨工業(yè)發(fā)展程度較低，目前沒有專門針對“電工”這一職業(yè)資格考核培訓的集成設(shè)備。且相關(guān)電氣元件無法順利采買，購買成本較國內(nèi)高出一倍左右。因此，設(shè)備在國內(nèi)自主研制十分必要。第三，依托天津中德應用技術(shù)大學光伏專業(yè)優(yōu)勢和參考柬埔寨光照條件充足但電能短缺的情況，可將光伏發(fā)電系統(tǒng)應用于實訓柜的設(shè)計中，同時實訓柜背板安裝光伏片，不占用空間又節(jié)能美觀。

二、 研制內(nèi)容及創(chuàng)新

為了彌補市面已有類似設(shè)備的不足，滿足應用于柬埔寨等東南亞國家“電工”這一技術(shù)工種培訓考核工作需求，相關(guān)教師對電工培訓考核設(shè)備在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制模塊功能多樣化集成化、供電系統(tǒng)改進等方面進行了創(chuàng)新和突破。

1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化

整個實訓考核裝置的柜體采用正反雙面開門，一側(cè)的上半部分安裝有電源控制模塊及用于電氣安裝的網(wǎng)孔板，另一側(cè)上半部分安裝有電源控制模塊、PLC控制實訓模塊、變頻器實訓模塊、觸摸屏實訓模塊，充分利用了空間，使電器元件布局更緊湊，且按初級中級高級任務對應的培訓電器件區(qū)域劃分更明了。

整個柜體中間部分為拉板抽屜（前后兩面打通），抽屜內(nèi)放置不同型號的小型電動機，實訓考核的時候可以直接將抽板上的電動機拉出（抽板拉出后可固定）和上方的網(wǎng)孔板器件或變頻器模塊進行接線，完成相應培訓考核任務。不用找專門的實訓臺放置電機，也不用像其他已有產(chǎn)品一樣需要將電機上下搬動進行接線。

柜體最下方的空間用于儲存小型柴油發(fā)電機和其他的電氣元件。保證整個操作設(shè)備及全部培訓考核所需元器件可隨時移動、打包到任何所需要的場所，適應各種運行環(huán)境[1]。

2.功能多樣化、集成化

本培訓考核裝置的電氣模塊系統(tǒng)主要有：電網(wǎng)進線、電源控制模塊（電源控制系統(tǒng)，電壓AC380V±5%，電流5A），電氣裝調(diào)模塊（散件，實訓時按需求自由組裝在網(wǎng)孔板上）、PLC控制實訓模塊、變頻器實訓模塊、觸摸屏實訓模塊及照明單元和電子線路單元。這些模塊單元能夠滿足“電工”這一職業(yè)資格培訓考核所需的全部實訓任務，模塊可應用于“電工”初、中、高三個級別的培訓考核實訓任務，覆蓋全部國家職業(yè)標準對“電工”這一工種的全部技術(shù)技能要求。且模塊功能區(qū)域劃分明確，集成化程度高，節(jié)約空間，適用于不同等級的培訓考核需求。

裝置電氣系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示[2]。工業(yè)三相交流電給電源控制系統(tǒng)供電，同時配套的柴油發(fā)電機即可給電源系統(tǒng)供電。通過電源控制系統(tǒng)，不同等級的輸出電壓向設(shè)備的五大功能模塊單元供電，完成“電工”培訓考核的工作任務。其中，為保障設(shè)備的節(jié)能性，也為柜體安裝了小型供電系統(tǒng)即太陽能電池板和蓄電池，可輸出6V直流電壓為LED照明系統(tǒng)供電，同時亦可為電子線路單元模塊的實訓供電。圖3，圖4，圖5是不同功能模塊電氣圖。

為了充分利用雙面位置，柜內(nèi)裝有各種培訓考核任務所需的單相電度表、日光燈、單聯(lián)開關(guān)、插座、感應開關(guān)、漏電開關(guān)等，以及電氣控制所需要的多種低壓電器，如漏電斷路器、熔斷器、電流互感器、交流接觸器、時間繼電器、熱繼電器、中間繼電器、行程開關(guān)、按鈕、信號燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電壓表、電流表、功率表及電度表等。為了延長電器使用壽命，各電器的接點都與接線端子相連，再由接線端子與被控制電氣連接，并配備三相異步電動機（180W）。

3.供電系統(tǒng)改進

“電工”培訓設(shè)備需要三相電和單相電雙電源，對培訓場所供電條件要求較高，很多場所并不能滿足雙電源供電條件。因此，采用380/220V雙電源供電系統(tǒng)，電源控制電路。另外配備一臺380/220V，5.5kW的小型柴油發(fā)電機，用于供電條件不符合的實訓場所。同時柜體兩側(cè)安裝有太陽能電池板，搭建有一個小型供電系統(tǒng)，用于為實訓柜頂部的日光燈供電，可節(jié)約部分能源。光伏照明系統(tǒng)DC輸入6V/700mA，DC輸出5V/500mA，照明功率3W，蓄電池容量8000mAh[3]。

三、研制過程及實現(xiàn)方法

1.設(shè)備研制過程

（1）操作面板的集成設(shè)計：該自制設(shè)備需要將電動機，接觸器，繼電器，隔離開關(guān)，指示燈等電氣控制設(shè)備按考核及培訓的要求規(guī)劃設(shè)計在盡可能小的壁掛操作面板上，再將不同功能的集成操作面板合理安裝在操作柜中，方便運輸減小設(shè)備體積。因此對于設(shè)備的電氣連接需要進行特別的設(shè)計布局。有效的電氣規(guī)劃設(shè)計可以最大限度的減小設(shè)備的占地面積，使操作更加人性化，更加方便考核及培訓任務的操作。（2）電氣系統(tǒng)設(shè)計：根據(jù)培訓考核任務需求和集成設(shè)計的要求，繪制電氣原理圖，布局圖和電氣元件接線圖。（3）附加供電系統(tǒng)單元設(shè)計：設(shè)備除完成“維修電工”考核及培訓的基本任務外，還需要為其設(shè)計一套專門的小型發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)瀾湄項目團隊柬埔寨實地考察情況，柬埔寨當?shù)仉娏闆r較差，經(jīng)常停電，且電力維修時間很長（通常在12小時以上）。因此，為保障考核及培訓的按時完成，需要給此自制設(shè)備配套小型發(fā)電系統(tǒng)。同時設(shè)計小型光伏供電模塊可充分利用柬埔寨光照充足的優(yōu)勢，供給部分設(shè)備元器件的電能需求，提供實訓柜內(nèi)部的照明用電。光伏板安裝于實訓柜頂部和背板，節(jié)約空間，美化外觀。（4）電氣元件的采購，安裝調(diào)試：此項工作在主要設(shè)計工作之后開展，最大限度的節(jié)約設(shè)備經(jīng)費。

2.核心問題及解決方法

（1）實驗研制法。對采購來的元器件進行初步測試，保障其能夠正常工作，電壓指標正常。然后在整個系統(tǒng)安裝完成后進行試驗測試，根據(jù)設(shè)備功能要求進行三相電流測量，三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的連接，三相交流異步電動機星-角啟動控制電路的連接測試，多臺電機順序控制電路的連接測試，普通車床控制電路的連接，按鈕切換雙速電動機調(diào)速控制電路連接，時間繼電器切換的雙速電動機調(diào)速控制電路連接等，交直流電機基本的電氣控制線路的故障診斷和排除等培訓考核項目的運行情況，同時對設(shè)備的運行電壓電流進行基礎(chǔ)測試以保障不會發(fā)生短路或漏電等故障[4]。

（2）比較分析法。與市場設(shè)備進行比較。通過設(shè)備對培訓考核項目完成情況的實驗測試數(shù)據(jù)與市場的考核設(shè)備進行比較，找到本設(shè)備功能優(yōu)勢和存在的缺點，并缺陷進行改進。同時將設(shè)備外觀和集成情況與市場設(shè)備進行比較分析。

（3）異地適用性問題解決方法。對于本培訓考核裝置主要可能遇到的問題為適用性、運輸、后期維護保養(yǎng)（準備備用電氣元件）這三方面的問題。

由于該裝置將用于位于柬埔寨的培訓中心，柬埔寨常年高溫且多雨潮濕，對設(shè)備的運行條件要求比較高，設(shè)備可能會出現(xiàn)不正常運行的狀況。對應的方法為采購元器件的時候選擇耐高溫質(zhì)量好、防腐性能好、絕緣好的設(shè)備，對設(shè)備能夠提前進行高溫測試。同時，確定設(shè)備的使用環(huán)境。設(shè)備運輸問題可能造成設(shè)備的損壞，且運輸費用較高（路程遠，設(shè)備沉），需要占用部分設(shè)備的制作經(jīng)費，可能會導致制作后期制作經(jīng)費緊張。解決方法是咨詢運輸成本，對運輸費用進行大致估價，目前運輸出入關(guān)經(jīng)費大致在5000元左右。

后期維護保養(yǎng)是主要問題，柬埔寨電氣發(fā)展程度較低，設(shè)備的主要元器件在當?shù)夭少I困難。解決方法為準備足夠的備用元器件耗材，設(shè)備已配置充足的備用元器件，但核心控制單元如PLC[5]，變頻器等需按要求使用，維護成本較高。

此裝置完成后主要可以解決當前市面現(xiàn)有考核培訓設(shè)備功能不齊全的問題。同時能夠節(jié)約30%左右的設(shè)備經(jīng)費，還避免了柬埔寨當?shù)毓╇姉l件不足的問題。該實訓設(shè)備能夠滿足的考核內(nèi)容有：三相電流測量，三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路的連接，三相交流異步電動機星-角啟動控制電路的連接測試，多臺電機順序控制電路的連接測試，普通車床控制電路的連接，按鈕切換雙速電動機調(diào)速控制電路連接，時間繼電器切換的雙速電動機調(diào)速控制電路連接等，交直流電機基本的電氣控制線路的故障診斷和排除等。配套的發(fā)電系統(tǒng)可提供220/380v的常用電源輸出，保證在電網(wǎng)斷電情況下使該設(shè)備正常運48小時。光伏模塊可供給實訓柜內(nèi)部照明和部分元器件的用電。

四、研制的意義

應用于瀾湄職業(yè)教育培訓中心電工考核培訓裝置作為柬埔寨“電工”職業(yè)資格考核培訓工作的主要操作設(shè)備，能夠完成相關(guān)的電氣裝調(diào)和電氣控制的培訓任務，為柬埔寨當?shù)仉姎馄髽I(yè)和當?shù)刂匈Y企業(yè)培養(yǎng)合格的技術(shù)技能工人，是我國向瀾湄國家輸出我國職業(yè)標準的重要橋梁。設(shè)備還可進一步開發(fā)實驗實訓項目，進行教學改革研究。

此設(shè)備豐富了市面現(xiàn)有設(shè)備的功能，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，同時節(jié)約了30%左右的設(shè)備經(jīng)費，還避免了柬埔寨當?shù)匾蚬╇姉l件不足造成設(shè)備無法正常運行的問題。整臺裝置以電氣控制柜為主柜，利用柜體的雙面空間，布置電器及配套實驗器材，能完成從初級電工簡單的電氣接線到高級電工考核鑒定中的電力拖動控制與照明電路的實操項目。該電工實訓考核設(shè)備堅持理論聯(lián)系實際的原則，突出技能訓練，注重針對性、實用性、科學性。該裝置設(shè)計合理、實操方便，占地面積少。為延長電器的使用壽命，各電器的接點都與接線端子相連，再讓學生在接線端子上接線，連接電機、電器來完成各項控制實驗，有效降低材料消耗，延長使用壽命。該套設(shè)備不僅能夠應用于瀾湄職業(yè)教育培訓中心的培訓考核工作中，還適用于各勞動職業(yè)技能鑒定部門，同時適應于國內(nèi)各大、中專、技校、職校及培訓中心的電工初、中、高三個級別的電工相關(guān)專業(yè)教學與實訓考核工作中。

參考文獻：

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[5]曾秀英.PLC 自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析[J].時代農(nóng)機，2018（1）.