電氣控制線路故障排除訓練考核系統的研制

胡永勝

摘 要：本文針對電工電氣控制系統故障分析排除技能培訓難、生成難的問題，采用故障現象虛擬展現、故障分析虛實結合的思路，綜合運用數據采集、半實物仿真、人機交互和繼電控制技術，探討了如何研制一套“電氣控制線路故障排除訓練考核系統”的技術方案。

關鍵詞：電氣控制；故障排除；技能培養；教學訓練

一、研究背景

多年來，各企事業單位一直反映高素質電工人才數量缺乏、培養困難、缺乏有效的培訓手段和方法，職業技術院校在技能型人才電氣維護技能培養方面，同樣面臨著電氣控制系統故障分析排除技能培訓難、生成難的問題，缺乏系統完善的技能訓練體系。為提高電工技能訓練與鑒定水平，改善電工技能訓練與鑒定考核保障條件，本文探討如何研制一套基于實際電氣控制系統與設備運行狀態虛擬演示整合于一體的“電氣控制線路故障排除訓練考核系統”技術方案。

二、研究內容及技術方案

電氣控制線路故障排除訓練考核系統主要由故障排除訓練考核柜、配電柜、信號轉換柜、綜合管理平臺以及相應的軟件組成，能夠實現電氣設備常見控制線路的安裝調試、故障排除等訓練考核。

工程施工中常用的裝備如小型攪拌站、行吊、電動葫蘆、風機、水泵、通風空調、鋼筋彎曲機等設備的電氣控制線路的安裝調試在訓練考核柜上進行實裝訓練考核，而相應設備的狀態、動作、故障現象則在電腦上通過虛擬形式展現，如圖1所示。

圖1 電氣控制線路故障排除訓練考核功能圖

操作人員通過觀察虛擬故障現象進行故障排除，故障排除狀態實時反饋到虛擬場景中，操作人員可以根據虛擬現象判斷故障情況，最終故障排除的成績將記入數據庫。不同設備同一類型的電氣控制線路可以在一個考核柜上進行實裝訓練，這樣，訓練考核柜基本涵蓋了工程施工中常用的裝備的電氣控制線路。

配電柜用于為訓練考核柜提供380V三相四線制電源，為信號轉換柜提供220V交流電與24V直流電，為操作管理平臺提供220V交流電。

訓練考核柜采用標準配電柜改造，在外部接線方式上與實際裝備一致，但是在內部結構上進行了改進設計，能夠與信號轉換柜配合將操作人員的接線信息傳遞到操作管理平臺上，同時能夠接收上位機的控制信號，實現工作方式的切換并利用上位機實現故障的設置，內部電氣設計原理見圖2。如果在故障排除模式下，信息采集卡接收上位機信號，除設置故障點外，輸出全部導通，當外部接線后，信息采集卡檢測到相應信號，同時將信號傳遞到上位機，上位機處理后控制信息采集卡輸出信號，進而判斷故障排除數量，給出評判。

圖2 信息采集柜原理簡圖

信號轉換柜能與訓練考核柜配合，一方面能夠采集外部接線狀態信息傳遞到操作管理平臺上，一方面能夠利用綜合管理平臺控制訓練考核柜的狀態。

綜合管理平臺利用Unity3D技術和數據庫技術，開發一套系統管理軟件，在軟件平臺上可以隨機選定線路、隨機設定故障，并將故障現象和設備運行狀況實時顯示在三維模型上，考核人員能夠根據三維模型的運行狀況判斷接線情況和故障排除情況，并能將技能考核結果自動錄入數據庫。

三、解決的主要問題

系統研制成功后，電工可以利用該訓練考核系統完成電氣控制線路安裝調試和故障排除實裝訓練和技能考核，有力支撐了電工電氣控制故障排除技能訓練，實現電工職業技能培訓的標準化，豐富電工培訓手段、提高培訓效益。

參考文獻

[1]任清晨編著.《電氣控制柜設計與制作——結構與工藝篇》，電子工業出版社.

[2]任清晨編著.《電氣控制柜設計與制作——電路篇》，電子工業出版社.