電氣專業電控系統維修類一體化課程專業核心技能的教學設計

李炳

摘要：本文分析研究了電氣自動化設備安裝與維修專業電控系統維修類一體化課程專業核心技能及相應的教學設計，利用魚骨圖技術分析，得出本專業電控系統維修類一體化課程的專業核心技能為繪制故障樹的結論，并通過具體學習任務，分析了繪制故障樹需要具備或學習的知識、技能，提出了繪制故障樹的相應教學設計。

關鍵詞：電氣專業 電控系統維修類一體化課程 故障樹 教學設計

電氣自動化設備安裝與維修專業根據《一體化課程教學資源包開發指導手冊》開發出本專業三個層級（中、高、技師）的一體化課程。其中，有三門電控系統維修類課程：高級課程，即簡單電子線路維修，課程中學習任務包括DS--2042型數碼電子鐘無法顯示故障維修、DSC-32型直流調速柜開環控制系統無法調速故障維修；高級課程，即繼電控制線路維修，課程中學習任務包括20/5t橋式起重機繼電控制線路維修、B2012A龍門刨床繼電控制線路維修；技師課程，即《復雜設備電氣控制系統維修》，課程中學習任務包括DSC-32卷揚設備停止運轉電氣控制系統維修（直流調速）、TVT-LMB-01仿真型龍門刨床正向運行無法調速故障電氣控制系統維修（交流調速）、企業課題（XX型地面設備電控系統故障維修）、課程拓展（撰寫TVT-LMB-01型龍門刨床電氣控制系統維修技術手冊）。

本文以電氣專業技師層級電控系統維修類學習任務——TVT-LMB-01仿真型龍門刨床正向運行無法調速故障電氣控制系統維修（交流調速）為例，研究以下兩個問題：為什么繪制故障樹，繪制故障樹的教學設計。

一、為什么繪制故障樹

繪制故障樹是電氣專業電控系統維修類一體化課程的專業核心技能。學生學會了繪制故障樹，就學會了電控系統維修類工作的核心技能（維修工作方法），為能夠勝任企業中電氣自動化設備的電控系統維修類工作奠定了基礎。

1.繪制故障樹是后續維修工作的前提

利用魚骨圖技術，分析TVT-LMB-01仿真型龍門刨床正向運行無法調速故障電氣控制系統維修（交流調速）案例，得出以下各個工作環節的技能點。

（1）工作環節1：明確任務。工作目標：明確案例任務的工作內容、驗收標準。輸出結果：故障樹。技能點：繪制電氣原理框圖，繪制故障樹。

（2）工作環節2：制定維修方案。工作目標：制定案例任務的維修流程及元器件、工具、儀表清單。輸出結果：維修方案。技能點：依照故障樹制定維修流程，依照故障樹制定工具、儀表清單。

（3）工作環節3：維修。工作目標：確定故障點，排除故障，自檢試車。輸出結果：維修記錄。技能點：依照維修流程，利用診斷工具（萬用表、上位機監控軟件、變頻器OP、示波器等），采用檢查方法（電壓法、替換法、調整參數法等），確定故障點；采用維修工具（熱風槍、電工通用工具等）修復故障元件或替換故障元件。

（4）工作環節4：驗收交付。工作目標：驗收設備，完成產品的交付。輸出結果：驗收單。技能點：核算維修成本。

（5）工作環節5：總結與拓展。工作目標：總結經驗、提高效率，強化技能。輸出結果：技術論文，T101恒壓供水壓力波動電氣控制系統維修方案。技能點：撰寫技術論文，繪制故障樹。

通過上述5個工作環節技能點的分析得出，只有繪制完成故障樹，才能確定維修流程及所需的工具、儀表，制定維修方案，實施維修等。

2.繪制故障樹是電控系統維修類工作的核心內涵

利用魚骨圖技術，分析電控系統維修類課程所有學習任務，梳理每個學習任務的技能點，可提煉出電控系統維修類工作的以下內涵。

（1）工作環節1：明確任務。內涵：復雜問題簡單化。

（2）工作環節2：制定維修方案。內涵：經驗法，即查詢維修記錄，對同類故障，利用經驗直接排除；縮小故障范圍法，即繪制故障樹。

（3）工作環節3：維修。內涵：依照維修方案，利用診斷工具（驗電器、萬用表、上位機監控軟件、變頻器OP、示波器等），采用檢查方法（電阻法、電壓法、電流法、短接法、逐步排除法、替換法、調整參數法等），確定故障點。

（4）工作環節4：驗收交付。內涵：采用維修工具（電工通用工具、電烙鐵、熱風槍等）修復故障元件或替換故障元件，自檢試車。

（5）工作環節5：總結與拓展。內涵：核算維修成本、總結經驗、提高效率。

通過對上述5個工作環節內涵的分析得出，繪制故障樹能夠縮小故障維修范圍、簡化維修步驟、確定維修流程、提高維修效率，對診斷故障點、排除故障起到了指導作用，是電控系統維修類工作的核心內涵。

二、繪制故障樹的教學設計

本文以繪制TVT-LMB-01仿真型龍門刨床正向運行無法調速故障電氣控制系統維修（交流調速）故障樹為例，介紹利用魚骨圖技術分析“明確工作任務”工作環節中，繪制故障樹所對應的知識與技能。

1.需要具備或學習的技能點、知識點

（1）技能點。包括：會分析電控系統的控制電路（梳理輸入、輸出信號）；會分析電控系統的主電路（梳理驅動器、執行器）；會繪制電控系統電氣原理框圖（梳理電控系統的單元模塊）；會確定故障范圍（依據正向運行無法調速故障現象對照電氣原理框圖，在電控系統原理圖上圈出故障所涉及的元件及接線）；會繪制故障樹。

（2）知識點。包括：P1C數字量、模擬量輸入接口DI＼AI、P1C模擬量輸出接151AI＼AQ，變頻器模擬量控制信號輸入端，創臺主拖電機電氣控制方式、橫梁電機電氣控制方式，側刀架電機電氣控制方式、垂直刀架電機控制方式、三類電機四種控制方法的特點，PLC輸入側單元模塊、PLC輸出側單元模塊，主電路執行單元模塊（創臺主拖電機模塊、橫梁升降電機模塊、側刀架電機模塊、垂直刀架電機模塊、抬刀電磁鐵模塊）。

通過針對案例的分析，在梳理完成繪制故障樹所需要具備或學習的知識和技能點后，可以得出繪制故障樹教學的重點和難點是“學會繪制故障樹的方法”。

2.繪制故障樹的六步法

繪制故障樹教學設計思路是學生通過自主學習，歸納提煉出繪制故障樹的六步法，具體教學設計如下所示：

（1）工步1

教學目標：梳理電控系統的控制電路——s7-200PLC輸入信號。

設置引導問題：在TVT-LMB-01仿真型龍門刨床電氣原理圖上，圈畫出S7-200PLC輸入端子及外接元器件。

教學組織：組織學生在工作頁的原理圖上圈出s7-200PLC輸入端子及外接元器件；組織學生輪流說出一個s7-200PLC輸入端子及外接元器件，課代表在白板上記錄；師生進行頭腦風暴，探討有無遺漏，并研討AT為何種信號輸入。

（2）工步2

教學目標：梳理電控系統的控制電路——s7-200PLC輸出信號。

設置引導問題：在TVT-LMB-01仿真型龍門刨床電氣原理圖上，圈畫出S7-200PLC輸出端子及外接元器件。

教學組織：組織學生在工作頁的原理圖上圈出畫出s7-200PLC輸出端子及外接元器件；組織學生輪流說出一個s7-200PLC輸入端子及外接元器件，課代表在白板上記錄；師生進行頭腦風暴，探討有無遺漏，并研討AQ為何種信號輸入及變頻器模擬量控制信號輸入端。

（3）工步3

教學目標：梳理電控系統的主電路——驅動器、執行器。

設置引導問題：在TVT-LMB-01仿真型龍門刨床電氣原理圖上，圈畫出驅動器、執行器。

教學組織：組織小組學生研討，該刨床采用了幾類電機，分別采用哪些控制方式，分別驅動哪些負載；組織學生展示，研討成果，課代表在白板上記錄；師生進行頭腦風暴，探討有無遺漏，教師點評三類電機四種控制方法的特點。

（4）工步4

教學目標：梳理電控系統——單元模塊。

設置引導問題：在TVT-LMB-01型龍門刨床電氣控制系統框圖上，填空補畫完整。

教學組織：組織學生查找變頻器手冊，展示M430變頻器3、4、5、6、9接線端子的含義，教師小總結；組織學生以小組為單位在網上查找類似龍門刨床的電氣原理框圖，在工作頁上補寫完整電氣原理框圖；組織利用實物投影小組展示成果，后續小組點評；師生進行頭腦風暴，探討是否有誤導項，如有在工作頁上打“×”符號。

（5）工步5

教學目標：確定正向運行無法調速故障的范圍。

設置引導問題：在TVT-LMB-01仿真型龍門刨床電氣原理圖中，圈出故障在電控系統中所涉及的元件及接線。

教學組織：利用實物投影展示電氣控制系統框圖，組織全體學生風暴PLC輸入側單元模塊，確定創臺調速電位器模塊，研討所涉及的元件及接線；組織全體學生風暴PLC輸出側單元模塊，確定變頻器啟停、運行方向控制模塊，研討所涉及的元件及接線；提問電控系統主電路是否需要繪制故障樹；總結排故的宗旨及縮小故障范圍的方法。

（6）工步6

教學目標：繪制故障樹。

設置引導問題：繪制故障樹。

教學組織：繪制順序為從電源至執行器，該節課10分鐘內獨立完成（手繪），組織學生展示評價后定稿，教師總結。

三、小結

電氣自動化設備安裝與維修專業目前有電控系統維修類、裝調類、聯調類等一體化專業課程。本文利用魚骨圖技術分析研究了電氣專業電控系統維修類一體化課程專業核心技能——繪制故障樹，歸納出繪制故障樹的五步法：分析電控系統的控制電路，分析電控系統的主電路，繪制電控系統電氣原理框圖，確定故障范圍，繪制故障樹。同時，本文提出了繪制故障樹的教學設計。在后續工作中，我們將繼續研究電控系統裝調類、電控系統聯調類等一體課程的核心技能及相應的教學設計。