“242—1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）”

楊永奇

摘要：隨著我國職業教育的蓬勃發展，改革的不斷深化，各種體現職業教育特點的具有鮮明校企結合，緊緊依托企業、貼近企業需求的教學方法不斷涌現。其中“一體化教學”是實現職業教育目標非常有效的方法和實踐從其產生以來體現出了極強的生命力，為我國各級各類職業教育的發展發揮了重要的作用。而支撐一體化教學過程的支撐性的文件就是一體化教學工作頁。工作頁肩負指導教學的全過程，既包括學生技能訓練，也包括知識學習，最為重要的是要通過一體化工作頁的教學實施，教會學生如何進行更有效的學習，促進培養其自主學習能力的提高，從而掌握專業必備的技能和知識。

關鍵詞：242-1報泵系統電氣裝調（音頻器控制）一體化教學工作頁

經過大量的前期調研和充分的準備，歷時一個多月的艱苦努力，開發編寫完成了電力電子設備電氣裝調課程中242-1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）教學任務的一體化教學工作頁。該工作頁經過教學實踐的不斷修改完善，已經成為該課程教學過程的重要指導性文件，并在培養學生相關專業技能和知識的過程中發揮重要的作用。筆者就該工作頁開發的過程和得到的一些收獲和體會做了詳細的介紹。

職業技術學院開展一體化教學改革已有10余個年頭，目前大部分的課程已經全部按照一體化教學方式進行了改革。筆者承擔了“242-1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）”教學任務一體化教學工作頁的開發和編寫。該教學任務主要實現對本專業學生在交流變頻調速領域的相關技能和知識的學習與訓練。一體化教學工作頁對于培養學生的自主學習能力，掌握本專業和本門課程的專業技能和知識具有非常重要的作用。在編寫工作頁的同時，筆者對如何編寫一個質量更高，對教學過程指導性更強的工作頁也有一些體會，相信這些體會對后期的教學和其他一體化工作頁的開發都會產生積極的影響。

一、課程背景

電力電子設備電氣裝調課程是筆者所在學院機電系電氣自動化設備安裝與維修專業高級工階段的核心專業課程。它在電氣自動化設備安裝與維修專業高級工人才培養方案核心一體化課程設置中的位置見表1。

從表1中可以看到，它是4門核心一體化專業課程中課時安排較多的課程，其重要性不言而喻，對培養學生在交直流調速領域的專業技能和知識具有重要的地位。

該課程需要學生掌握的專業技能和知識的要求來源于兩個方面，一是國家相關職業標準，二是相關企業崗位的具體需求。該職業國家職業標準中的相關職業技能和知識涉及交流變頻調速的內容如下。

第一，變頻器認識和維護。要求能識別交流變頻器的操作面板、電源輸入端、電源輸出端及控制端、交流變頻器的組成和應用基礎知識；能按照交流變頻器使用手冊對照出錯代碼，確認故障類型。

第二，交流傳動系統讀圖與分析。要求能讀懂交流傳動系統原理圖，分析系統組成及各部分的作用自動控制基本知識；能分析交流傳動系統中各控制單元的工作原理及整個系統的工作原理。

第三，交流傳動系統裝調。要求能對交流調速系統進行安裝、接線、調試、運行、測量，交流調速裝置應用知識。能對應用交流變頻器的調速系統進行安裝、接線、調試、運行、測量，掌握交流變頻器應用知識。

第四，交流傳動系統維修。要求能分析并排除交流調速裝置外為主電路的故障。交流調速系統常見故障及解決方法，能分析并排除變頻器外圍主電路的故障，變頻器調速系統常見故障及解決方法。

筆者學院機電系“電氣自動化設備安裝與維修”專業分別與北京長征天民高科技有限公司和京東方科技集團股份有限公司（BOE）共同組建了“長征天民”和“京東方”訂單班。北京長征天民高科技有限公司和京東方科技集團股份有限公司（BOE）屬北京市高新技術制造企業。這兩家單位均對維修電工崗位有大量的用工需求，且對用工人員提出了非常明確的技能和知識的要求，主要包括負責公司高低壓電力系統的維護、負責高低壓電氣設備的檢測、維修工作，并能夠獨立完成公司各類電氣設備維修、保養、檢修等工作。其中高低壓電氣設備就包括大量的交直流傳動設備，尤其是涉及交流傳動和變頻器類設備，幾乎存在于整個生產流程的全過程。

根據以上的調研和分析，確定“242-1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）”教學任務主要是實現對本專業學生在交流變頻調速領域的相關技能和知識的學習與訓練提高。

二、工作頁教學任務載體的選擇設計

在現代制造企業中，無論是連續的自動化生產線還是單臺設備的控制，交流傳動控制無處不在，尤其是變頻器的應用，達到了空前的水平。在變頻器的應用中，一般均配合PLC實現就地控制與遠程控制的切換。由于應用的普遍性，變頻器及其附屬設備會經常出現各種故障。因此，要求維修技術人員必須具備相關系統和設備的應用、維護、保養及故障的處理能力。同時，應具備電氣原理圖樣識圖，對變頻器和PLC等設備進行安裝、電氣參數配置、控制程序編程調試等方面的技能。

根據以上的分析，并結合學院實訓室實訓設備的具體情況，本門課程的載體設計利用變頻器控制給其他設備提供氣體動力源的242-1氣泵系統。本任務的開展就依托該真實的工作項目，即完成交流變頻器控制242-1氣泵系統裝調這樣一個工作。

該項目的具體內容是采用臺達多功能、可彈性擴充、迷你型VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流電動機驅動器實現對242-1氣泵系統的控制。控制方式采用變頻器外部模擬量和分段開關量兩種控制方式，配合SIMENS$7-200系列的$7-224XP CN型控制器，實現對242-1氣泵系統的變頻控制。以上所需試驗設備目前在實訓室中都有若干套，完全滿足開展“242-1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）”教學任務的需要。項目載體的連接示意圖如下圖所示。

三、工作頁教學目標設計

教學任務載體設計完成后，就可以確定本教學任務的具體教學目標了。依據課程背景的調研情況和教學任務載體的特點，確定本教學任務的學習目標為學生應具備以變頻器為核心的交流傳動系統裝調能力。具體的要求為相關人員接受任務后，需要討論分析安裝圖樣要求，理解交流傳動系統電氣控制線路的設計方法，共同制訂安裝方案，制定交流傳動系統電氣控制線路的設計方法、交流變頻器的調速系統進行安裝、接線、調試、運行、測量方法和交流變頻器與其他自動化控制設備的聯系方法和調試方法。方法制定完成后，準備安裝工具及材料，獨立安裝，并參與后續的調試工作。學習完本課程后，能勝任電力電子設備的電氣的安裝調試工作，具體學習目標總結如下：通過閱讀、分析任務單，確認任務性質，類別等，根據任務要求，明確工作內容；通過勘查現場，制定任務的裝調方案；掌握通用變頻器的結構、功能和原理；掌握通用變頻器的操作及工作原理；掌握變頻器交流調速系統電氣控制線路的一般設計方法；能夠具備以變頻器為核心的交流傳動系統裝調能力；掌握交流變頻器與其他自動化控制設備的聯系方法和調試方法；根據裝調方案進行安裝和調試；學習《電氣設備安裝標準規范》，電業安全工作規程等，能按照安裝圖的要求進行定位安裝；學習《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB50150-2006），配合驗收，交付使用的過程和方法；培養環保節能意識，理解并嚴格執行5s管理制度；培養安全第一的思想以及時刻注重自身和周圍環境安全狀況的習慣。

教學任務完成后的最終學習成果為形成一套采用臺達VFD-E系列的VFD220E43A/43C交流電動機驅動器，采用變頻器外部模擬量和分段開關量兩種控制方式，配合SIMENS S7-200系列的S7-224XP CN型控制器，實現對242-1氣泵系統的變頻控制。

四、工作頁一體化教學過程的設計

根據裝調類一體化教學過程的特點和裝調類教學任務的基本要求，本任務的教學過程及環節安排見如表2。裝調類一體化教學過程設計源于真實的工程項目設計開發方法，從前期調研準備到系統架構設計與設備選型，再到安裝調試，詳細掌握系統架構的原理，設備組態、配置與編程等，再次是整體調試，功能驗證。由于我們是課程的教學，還需要一個由點到面的過程，進行知識和技能的拓展，從而實現一個完整的教學過程。

下面就各個一體化工作頁教學階段的詳細教學過程分別闡述。

1.接受任務

本教學活動主要目的是為了做好教學任務開展的前期準備，包括實訓的環境，設備，參數等內容。通過該活動，我們要求學生學習以下內容：了解本教學任務的核心內容，做到心中有數；了解實訓場所的基本情況，包括環境參數、主要設備、材料等情況，為實訓的順利進行打下基礎；了解實訓的常規要求，明了參與實訓的人員如何做到按照企業的要求做好實訓各項工作；了解交流變頻器控制242-1氣泵系統的主要硬件設備和要實現的主要控制功能；了解氣泵的主要功能、硬件組成及控制要求。

2.制訂聯調方案

本教學活動主要目的是確定裝調的方案。通過制訂裝調方案，使學生了解控制系統主要設備的選型，控制系統控制方式的確定的依據和原理，設備安裝的主要原則，主要步驟和方法，以及系統整體安裝調試的注意事項。通過該活動，我們要求學生學習以下內容：242-1氣泵系統電氣裝調控制系統裝調工作流程；變頻器、PLC、空氣開關，穩壓電源等器件的裝調技術要求；242-1氣泵系統電氣裝調控制系統裝調的安全措施；242-1氣泵系統電氣裝調控制系統調試、通電試車的安全措施。

3.現場聯調

本活動過程是整個教學活動的核心，主要的技能和知識訓練基本都在這個階段來實現。教學過程始終要遵循技能訓練為主，同時融入知識學習。本階段教學要突出系統控制設備的功能原理學習，包括變頻器、PLC等主要設備的操作、配置、編程等方法，控制系統體系架構的構成及原理等都應該在本階段教學中完成。通過該活動，我們將學習以下內容：變頻器、PLC、穩壓電源、空氣開關、繼電器等器件裝調的步驟、要點和原因；VFD220E43A變頻器連接方式和方法；$7-200 CPU224 XP CN模塊裝接和DI/DO和AI/AO接口原理機接線方法；242-1氣泵系統電氣控制系統電路連接方式和方法；基本編程方法及程序識讀；242-1氣泵系統電氣控制系統測試；242-1氣泵系統電氣控制系統功能調試的步驟、要點。

4.驗收交付

本教學活動的教學要求學生經過前幾個過程的學習和實操訓練，能夠真正從整體上建立一個完整的控制系統的概念。從整體功能試驗這個角度，再次進行反思和總結，從實踐上要知道控制系統構成的詳細內容。最重要的是理解控制系統選型，設計、編程、調試都是為了滿足控制對象的需要，實現242-1氣泵的控制。通過該活動，我們要在規定時間內完成本站外觀、功能、備品備件數量等方面的驗收，并正確填寫驗收單。

5.總結與拓展

本教學活動作為重要的一個教學部分，要充分體現一體化課程技能與知識由點到面的過程。適當進行總結與回顧，進行技能和知識的必要延伸與拓展，從而讓學生掌握本門課程所涉及技能和知識的全部內容。通過該活動，我們要在規定時間內對本任務學習內容進行回顧、分析并對關鍵技術進行強化，對同類任務進行拓展練習。

五、22作頁開發過程需要考慮的若干問題

在開發編寫電力電子設備電氣裝調課程“242-1氣泵系統電氣裝調（變頻器控制）”教學任務一體化教學工作頁的過程中，筆者在一體化工作頁任務及載體選擇和使用等幾個方面有一些心得和體會，總結如下。

第一，工作頁工作任務的來源是相關的職業標準和企業崗位的技能需求，必須依此來設計工作頁的教學任務，否則就失去了一體化教學的真正意義。

第二，教學任務設計完成后，需要精心策劃并選取工作頁任務的載體。一體化工作頁任務載體的選擇要遵循以下幾個要點：任務載體首先必須滿足相關的職業標準中有關的職業技能培訓和知識的學習的需要；任務載體必須是具體的，能夠有的放矢地設計相關的技能培訓和知識的學習過程；任務載體必須是難易適度的，最好與課程受眾的知識水平相當；任務載體必須是實訓體系中非常容易找到的，且配置的臺套數必須滿足實際教學開展的需要。

第三，設計工作頁要通盤考慮，設計工作頁的同時應該同步設計教學過程。包括各部分任務學時的分配，教學內容的編排，實操訓練與理論知識的交替進行方法都應該在設計階段考慮周全。

第四，一體化工作頁教學過程開發設計需要同時考慮的幾個問題：教學過程開發要始終遵循教會學生進行自主性的學習，掌握學習的方法和目標，更多地設計指導性的自主學習過程；教學過程開發要考慮高效地指導課程教學的開展，教學過程進度設計要符合教學過程的特點，結合學生實際情況，要體現一定的伸縮度；教學過程開發始終要與實現教學任務為中心目標，每個教學環節都要體現技能培訓和知識傳授的有機統一，做到實踐教學與理論知識學習的有機統一。

第五，建議開發工作頁過程與課程教學過程設計最好由同組教師共同開發，如無法共同開發，最好開發工作頁的教師能夠結合自己對工作頁的理解給予使用者明確的指導，如給出明確的教學實施建議等，以免由于對工作頁理解上的差異影響工作頁的教學效果。

第六，建議教學過程始終要遵循以工作頁為主線的方針，在完成項目過程中掌握技能，學習知識。不要出現將工作頁只是作為作業本來使用，而課程的授課主線與工作頁完全無關的情況。

建議使用工作頁教學過程中，為了提高學生自主學習的能力，學生應分組進行學習和實踐活動，多采用學生間互相講解，學生間互相考問，學生成果互相展示等互動性的教學方法，以此來提高學生的學習興趣，提高教學的效果。