組合式電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)練習(xí)和解決問(wèn)題的過(guò)程來(lái)提升。技術(shù)人員的培養(yǎng)需要一個(gè)學(xué)習(xí)和鍛煉平臺(tái)以及技能人員培養(yǎng)的體制環(huán)境。目前來(lái)看，主要培養(yǎng)機(jī)制有三個(gè)：企業(yè)專職培訓(xùn)、社會(huì)培訓(xùn)機(jī)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(shí)際工作環(huán)境接近的訓(xùn)練平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)操練習(xí)，反復(fù)強(qiáng)化。其中成套實(shí)訓(xùn)設(shè)備訓(xùn)練平臺(tái)，存在設(shè)備價(jià)格相對(duì)昂貴、內(nèi)容固定、使用不靈活、與實(shí)際操作工藝和方法差異大、后期維護(hù)難度大等諸多缺陷。因而根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要設(shè)計(jì)一款切合培訓(xùn)內(nèi)容、培訓(xùn)形式，元件安裝靈活、費(fèi)用較低、利用率高的實(shí)訓(xùn)臺(tái)，對(duì)于培訓(xùn)機(jī)構(gòu)成本節(jié)約以及提升科研能力、實(shí)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(shí)訓(xùn)臺(tái)占地50m2，電工操作實(shí)訓(xùn)桌24個(gè)占地50m2，10年來(lái)承擔(dān)了電氣控制、PLC控制、變頻器調(diào)速控制等電機(jī)拖動(dòng)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(shí)也承擔(dān)了中級(jí)、高級(jí)維修電工培訓(xùn)和鑒定工作。由于實(shí)訓(xùn)設(shè)備固定，可移動(dòng)性差，與培訓(xùn)內(nèi)容、人數(shù)之間的矛盾日益凸顯。經(jīng)過(guò)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(shí)訓(xùn)場(chǎng)所基礎(chǔ)上，將實(shí)訓(xùn)臺(tái)、實(shí)訓(xùn)桌進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)一款實(shí)用的實(shí)訓(xùn)臺(tái)。

圖1 原電工實(shí)訓(xùn)操作室

2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)原則

2.1 安全可靠

電工技能實(shí)訓(xùn)與其他專業(yè)實(shí)訓(xùn)相比，特點(diǎn)是需要在380V或220V電壓環(huán)境中作業(yè)，安全問(wèn)題非常重要。實(shí)訓(xùn)過(guò)程安全隱患有兩個(gè)：一是學(xué)生缺乏安全意識(shí)，或者操作不規(guī)范，而發(fā)生觸電危險(xiǎn)；二是教師很難時(shí)時(shí)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(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)首先要電源供電明確、安全可靠。

2.2 靈活實(shí)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(shí)現(xiàn)，也可以由PLC實(shí)現(xiàn)。因而實(shí)訓(xùn)臺(tái)成套固定元件不合理，要根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容的元件、布局以及特殊功能進(jìn)行合理分區(qū)，滿足各培訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施。在培訓(xùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，培訓(xùn)人員在大部分的時(shí)間是不帶電操作的，所以，當(dāng)學(xué)員較多實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地沖突的時(shí)候，可移動(dòng)式的實(shí)訓(xùn)桌以及組合式模塊能解決實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地與學(xué)員數(shù)量之間的矛盾。

2.3 簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)

電工操作培訓(xùn)的特點(diǎn)決定了元件要反復(fù)拆裝，元件的損壞率較高，在設(shè)計(jì)中也要考慮降低損耗，尤其是單臺(tái)價(jià)格相對(duì)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(shí)訓(xùn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路

3.1 實(shí)訓(xùn)臺(tái)功能要求

學(xué)院電工實(shí)訓(xùn)室承擔(dān)的培訓(xùn)和教學(xué)任務(wù)有：①繼電接觸器控制，可進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、順序和多地控制、基本降壓?jiǎn)?dòng)等控制、能耗和反接制動(dòng)控制等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；②PLC控制，可進(jìn)行電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、能耗制動(dòng)控制、簡(jiǎn)易機(jī)械手控制、皮帶傳輸機(jī)控制等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目；③變頻器控制，完成三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、兩地控制、多段速控制及恒壓供水控制等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

3.2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)功能要滿足場(chǎng)地有限和多人次同時(shí)培訓(xùn)的要求，考慮將原實(shí)訓(xùn)桌作為上電操作臺(tái)面，桌面中部增加支架，將操作臺(tái)面增加為雙面（2人同時(shí)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(shí)訓(xùn)桌四腳加裝滾輪，方便移動(dòng)。

4 實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)施

4.1 實(shí)訓(xùn)桌支架的設(shè)計(jì)

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

圖2 實(shí)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(jì)

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(guò)帶漏電保護(hù)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(dòng)按鈕SB3，接觸器KM線圈吸合，主觸點(diǎn)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(diǎn)斷開(kāi)，無(wú)電源輸出。帶漏電保護(hù)和接地保護(hù)，電源插座采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高安全性插座，雙面工位電源相互獨(dú)立，指示燈供指導(dǎo)教師隨時(shí)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(jì)

功能模塊共分為三個(gè)獨(dú)立組件，分別對(duì)應(yīng)三方面實(shí)訓(xùn)功能，在模塊中安裝實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(jī)的電源、輸入輸出端子均固定引出到端子排上并套線號(hào)，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(jì)尺寸一方面滿足實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及的元件均能安裝，另一方面三個(gè)功能模塊兩兩能同時(shí)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(shí)訓(xùn)臺(tái)部分組件制作材料的說(shuō)明

由于實(shí)訓(xùn)桌支架、模塊的安裝板、實(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)六角烤藍(lán)螺絲》。模塊操作安裝板利用校內(nèi)現(xiàn)有木板，按尺寸進(jìn)行加工。實(shí)訓(xùn)桌面鋪墊綠色4mm厚絕緣墊。桌角滾輪堅(jiān)固稱重耐用型，帶可鎖定扳扣。

6 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(shí)踐平臺(tái)，提升教師的科研和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力，另一方面為學(xué)院實(shí)訓(xùn)室資源整合的工作提供參考，相對(duì)于購(gòu)置新的成套設(shè)備來(lái)說(shuō)投入經(jīng)費(fèi)可以大大降低。在該改造基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步擴(kuò)展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)新的模塊組件為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)提供新的教學(xué)資源，更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。