化工儀表維修工技能培訓考核教學系統的開發與研究

王鎖庭 李駪

摘 要：本文結合職業技術院校化工儀表維修工就業崗位的知識與技能要求，針對培訓學員進行技能培訓和考核鑒定而開發設計的化工儀表維修工技能培訓考核教學系統，突出技能訓練的指導性、實用性和可操作性，著重培訓學員的動手操作能力，達到培養具有崗位能力和拓展創新型技能人才的目的；該教學系統既適用于職業院校相關專業的課程實訓教學和化工儀表維修工的技能培訓和考核鑒定，也可適用于石油化工企業儀表維修職工的技能培訓和考核鑒定，應用范圍比較廣泛。

關鍵詞：技能培訓；鑒定考核；實訓教學；模擬操作

0 引言

目前，職業技術院校和職業培訓機構中的技能培訓與鑒定考核教學設備數量不足，既能實現技能培訓又能進行鑒定考核的一體化教學設備十分短缺。為了解決這一難題，本文結合職業技術院校自動化類專業或儀表類專業化工儀表維修工就業崗位的知識與技能要求，針對培訓學員進行技能培訓和考核鑒定而開發設計的化工儀表維修工技能培訓考核教學系統（以下簡稱“系統”），涵蓋從初級工到高級技師的所有等級，突出技能訓練的指導性、實用性和可操作性，著重培訓學員的動手操作能力，達到培養具有崗位能力和拓展創新型技能人才的目的；該教學系統既適用于職業院校相關專業的課程實訓教學和化工儀表維修工的技能培訓和考核鑒定，也適用于石油化工企業儀表維修職工的技能培訓和考核鑒定。另外，教師參與該項目的開發研究，還有利于培養專業教師的實踐操作技能，加快了專業實訓室的建設步伐，有利于促進學院自動化技術專業的建設與發展。

1 系統的開發依據與功能要求

1.1 系統的開發依據

生產過程自動化技術專業的職業核心能力之一是化工儀表操作與維護。近年來，隨著石油石化、化工制藥等行業的蓬勃發展，生產過程自動化控制技術也發展很快，構成過程自動化控制系統的化工儀表應用十分廣泛，測量技術與手段也在不斷更新，因此化工儀表的應用和維護量不斷增加。再者，化工儀表正在向智能化、數字化的方向發展，這是發展的趨勢，對維修技術要求更高，維修難度也更大。

通過對石油石化企業、化工制藥企業的調查發現，他們需要從事生產過程檢測和控制及自動化控制系統安裝調試、運行維護能力的高技能人才，就業崗位主要分布于化工廠、煉油廠、制藥廠等相關企業過程儀表和控制系統的安裝、調試、運行、維護崗位，這些崗位對應的工種是化工儀表維修工。崗位要求包括及時獲取各種信息，解決工程、生產中遇到的檢測和控制問題，必須合理選擇和應用各種傳感器，以實現現代化測量和自動控制。因此，學生必須掌握扎實的化工儀表操作與維護相關的知識和技能，我們把化工儀表維修工的崗位技能確定為自動化專業的主要崗位技能。

所以，系統的開發依據是適應生產現場化工儀表操作與維護相關的崗位，根據自動化及相關專業的培訓教學需要，依托國家與化工儀表維修工各等級應有的職業標準及技能實作細化指標，培養具有化工儀表維修工各等級技能要求的中高級創新型技能人才。

1.2 系統的功能要求

系統的功能要求是具備化工儀表維修工各等級的技能要求的培訓項目，應采用國內外先進儀器與典型儀表調校為實例，以技能操作為核心，可以完成儀器使用、儀表選型、測點選擇、儀表安裝、控案確定、儀表調校、回路測試、參數整定、系統聯調、運行調試、數據采集、控制運算、組態能力、故障診斷、復雜控制、網絡通訊、交工驗收、填寫報告等基本技能訓練。

2 系統的硬件結構設計

根據系統的開發依據與功能要求，結合培訓教學需要，系統吸收了國內外同類產品的特點和長處，匯集了儀表專家及培訓教師的豐富經驗，精心設計、推出的全新系列技能培訓考核教學系統。它將連續性工業生產過程中常見的容器、管路、泵、閥門等設備微縮、集中，配合自動測量、控制裝置可以對典型的物理參數（液位、流量、壓力、溫度）進行測量、顯示記錄和各種自動控制。系統硬件采用了開放式的結構，按帶控制點工藝流程圖識讀可拆可裝，即所有的設備和一次儀表均可視、可調校、可操作；多階液位對象通過柔性連接可以實現多種被控過程；開放式軟件組態環境可根據不同的控制方案組態構成不同的控制系統。裝置可配接多種控制器（模擬調節器、數字調節器、變頻器、可編程控制器、工業控制計算機等），實現從簡單到復雜、從經典到現代的控制策略，并配有故障箱，以適應各級各類不同層次培訓教學單位的需要。

該系統突出技能訓練的指導性、實用性和可操作性，有技能訓練課題幾十個；訓練內容經典，著重培訓學員的動手能力，達到培養具有關鍵能力和拓展創新型技能人才的目的。結合工業自動化技術最新應用技術，充分考慮現代工業綜合自動化技術的發展趨勢，研發既符合學校實訓要求又貼近工廠實際使用的創新型教學系統，并配套實訓教程。

教學系統是典型（三容）精餾工藝設備、獨立雙回路、不銹鋼容器與不銹鋼管路、現場儀表管路可按圖拆裝，控制裝置和被控對象分體、信號端口開放的配線結構形式。

2.1 總體結構

系統硬件由被控對象和操控臺（柜）兩部分組成，中間采用接線端子連接，其結構示意圖如圖1所示。

2.2 被控對象

被控對象部分采用鋁合金框架式結構，并配有移動腳輪。裝置的工藝設備為一套雙獨立回路三容微縮水循環系統，其工藝流程如圖2所示（圖略）。設備的控制裝置用來測量和控制水循環系統運行過程中關鍵部位的工藝參數。控制裝置由各種變送器﹑顯示儀表﹑執行裝置和控制器組成，大多采用國內名牌儀表及進口品牌工業級產品。執行裝置由電動調節閥、變頻調速泵、晶閘管調功器等多種類型構成（可使控制多樣化）。控制裝置和儀表的小型化，使得教學裝置結構緊湊、布局合理、安裝維修方便。

2.3 操控調校臺

操控調校臺由各種儀表調校信號源（壓力、電流、電壓）與模擬顯示、記錄、控制器模塊、繼電器和按鈕模塊、智能儀表模塊、PC機和顯示器、鍵盤等組成。

3 系統的軟件結構設計

3.1 DCS控制系統介紹

本系統選用了浙江大學工業控制技術研究所自行開發的新一代主控系統——UW500，該系統具有穩定、先進實用、友好開放的特性，并已廣泛應用于化工、制藥、煉油、石化、鋼鐵、能源、建材、輕工、造紙、環保等行業，具有可靠性高、系統開放、功能強大、維護簡便的特點。

本系統選用一臺計算機作為操作員站同時兼工程師站。針對不同的實訓內容實現不同的功能，例如可以進行工藝流程的動態監控、報警生成、報表生成、歷史數據和曲線的生成、查找。還可以進入后臺進行開發。硬件根據不同的儀表接口選用不同的I/O卡件。

DCS控制系統主要特點是可靠性高、功能強大、系統開放以及維護簡便。

3.2 新開發的考核評分軟件

根據培訓單位提出的評分標準，使用監控軟件的后臺腳本，使用高級語言程序設計進行程序設計，編制出符合教學要求的XLS格式的評分軟件。

4 化工儀表維修工技能實作細化指標與技能培訓考核任務的確定

根據化工儀表維修工各等級的技能要求，確定其技能實作細化指標與技能培訓考核任務，以化工儀表維修工高級工為例進行說明。

4.1 化工儀表高級工應有的技能實作細化指標

（1）工程圖紙識讀能力：復雜控制系統工程圖、儀表控制盤儀表安裝圖、DCS儀表控制室平面布置圖；

（2）智能儀表設置能力：智能壓力變送器、智能差壓變送器、氣動薄膜調節閥、閥門定位器、智能調節器、安全柵、真彩無紙記錄儀、閃光信號報警器、光柱顯示控制儀、流量積算記錄儀等；

（3）復雜控制系統構成與系統投運：能對串級、比值、均勻、分程、選擇、前饋等控制系統進行PID參數整定；

（4）聯鎖報警系統連接與調試能力：復雜系統構建后的聯鎖報警系統調試及系統運行，故障分析與排除；

（5）能對計算機控制系統的硬件進行調試與維護能力：針對控制系統計算機部分的系統服務器（SVR）、現場控制站（FCS）、操作員站（OPS）、工程師站（ENS）相關硬件調試與維護；

（6）儀表自動化系統施工及組織驗收能力：自動化系統施工后按圖及控制方案驗收，參照自動化儀表工程施工及驗收規范GB50093-2002；

（7）能使用和維護化工分析儀表能力：氣相色譜儀、多流路樣品預處理系統及其外圍設備，能判斷和處理可燃氣體報警等系統的故障。

4.2 系統可以完成的技能培訓考核任務

根據化工儀表維修工高級工的技能實作細化指標，本裝置可以完成的培訓考核任務如表1。

5 系統的應用教學效果

該教學系統于2015年11月開始在我院自動化專業教學過程中使用，教學系統運行正常，學生反映良好，使用比較方便，操作簡單，圖文并茂，收到了良好的教學效果。該教學系統不僅可以對學生進行課程教學演示和儀表維修工技能的培訓考核，還可以對石油石化現場儀表操作工人進行技能培訓與技能考核鑒定。

參考文獻

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[3] 李駪，汪濤.儀表維修工職業操作技能培訓教材[M].北京：化學工業出版社，2015，8.