儀表維修工技能培訓考核評分系統研發

王鎖庭，李 駪，劉 艷

（1.天津石油職業技術學院，天津 301607；2.天津昌暉自動化系統有限公司，天津 300101）

職業技術院校工業過程自動化技術專業應具備工業儀表操作與維護技能，特別是對于工業現場所需要的自動化人才的技能需求，主要是過程控制系統的安裝、調試、操作與維護，更多的應用場合是針對具有PID調節功能的單回路控制系統，要求學員能熟練掌握單回路控制系統的參數整定、系統調試與運行維護的基本技能，而目前職業院?；蚺嘤枡C構所具備的技能培訓設備具有技能培訓和考核功能，但是技能考核是教師根據學員操作過程及操作結果人為的判斷而給出的考核成績，存在人為的主觀因素影響，影響技能考評的公正性，可能會影響培訓學員的訓練積極性和主動性，因而研制自動考核評分系統就顯十分重要和迫切。

針對技能培訓和考核鑒定而開發研制的儀表維修工自動評分系統，突出技能考核的實時性、客觀性和公平性，激發學員對技能培訓學習的熱情，達到培養具有過程控制操作能力技能人才的目的。該系統可以廣泛應用于職業院?；蚪逃嘤枡C構的技能培訓和技能鑒定，也可應用于工業企業的技能培訓和技能鑒定，應用范圍比較廣泛。該系統在職業院校和培訓機構的試用，獲得了良好的培訓教學效果，具有良好的應用和推廣價值。

1 儀表維修工技能考核自動評分系統的開發依據與功能要求

1.1 自動評分系統的開發依據

工業過程自動化技術專業的職業核心能力之一是工業儀表操作與維護。通過對石油石化企業、化工制藥企業的調查分析，需要從事工業過程檢測和控制以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。

所以自動評分系統的開發依據就是適應過程控制系統的安裝、調試、操作與維護等項目，特別是針對具有PID調節功能的單回路控制系統參數整定、系統調試與運行維護的項目，具有技能考核自動評分功能。

1.2 自動評分系統的功能要求

儀表維修工技能考核自動評分系統的功能要求是具備過程控制系統的安裝、調試、操作與維護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[1]。

2 儀表維修工技能考核自動評分系統的硬件結構設計

根據儀表維修工技能考核自動評分系統的開發依據與功能要求，結合培訓和考核需要，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。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），實現從簡單到復雜的控制策略，以適應各級各類不同層次培訓的需要。

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，該系統被控對象（實訓臺）的帶控制點工藝流程如圖1所示。

圖1 帶控制點工藝流程Fig.1 Drawing with control point process flow chart

工藝實訓對象采用不銹鋼框架式結構，配有移動腳輪。工藝設備為一套單回路、小流量、水介質的兩罐槽水連續循環系統。工藝過程參數包括液位、流量、溫度、泵出口壓力等；儲水槽、工藝罐、閥門、法蘭、管路等均采用不銹鋼材料制成；全套工藝設備結構合理﹑各手動閥門操作方便、設備運行噪音小、無腐蝕、無泄露﹑堅固耐用、安全可靠。工藝實訓對象的電氣一次儀表部分用來測量、控制水循環系統運行過程中工藝參數。由變送器﹑執行器、電機儀表箱組成，大多采知名品牌產品，性能穩定。裝置結構緊湊、布局合理、安裝與維護方便。

在工藝實訓裝置的側部裝有掛壁式儀表箱。一次儀表變送信號、電機控制信號、執行信號、繼電器匯集于箱內，通過航空插頭電纜束與操控臺連通；箱外表面是操作面板，裝有信號指示燈和操作按鈕，可實現水泵自動/手動切換、啟停功能。

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 儀表維修工技能考核自動評分系統的軟件結構設計

根據過程控制系統的安裝、調試、操作與維護的評分標準，使用WinCC監控軟件的后臺腳本，使用高級C語言程序設計進行程序設計，最終編制出符合教學要求的XLS格式的評分軟件。自動評分系統可實現對企業儀表技術人員和計控室技術人員自動化技能的培訓與考核，也可作為儀器儀表維修工、工業自動化及相關專業中、高職學生和企業職工技能大賽與技能比武的技能訓練與考核系統。

4 儀表維修工技能考核自動評分系統的應用舉例

以液位調節系統為例來說明[2]。操作過程如下：①操控臺通電，實訓臺供電正常，打開顯示屏、PC機；②檢查實訓臺上儀表、閥門、水泵、容器、管路是否完好，確認可以使用；③確認儀表箱手動自動操作擋選擇自動擋，鼠標左鍵點擊系統圖標，自動評分系統界面如圖2所示，系統運行之后，進入自動評分系統界面，如圖3所示，在啟動界面里點擊進入；④在主畫面中點擊：“液位調節”，進入調節系統，液位調節系統（先從主畫面點擊液位調節，確認進入“液位調節”）界面如圖4所示。

圖2 自動評分系統界面Fig.2 Automatic scoring system interface

圖3 主畫面顯示Fig.3 Main picture display

圖4 液位調節系統過程畫面Fig.4 Liquid level control system process screen

左鍵點擊“水泵啟動”按鈕，液位調節過程畫面如圖5所示。工作模式欄目中，左鍵點擊“自動”按鈕、確認進入自動狀態，輸入調節目標值，設置PID初始參數，液位調節過程畫面圖6所示。

圖5 點擊水泵啟動時的液位調節過程畫面Fig.5 Click the pump start button，liquid level adjustment process screen

圖6 點擊自動、設置PID初始參數時液位調節過程畫面Fig.6 Click the auto button、setting PID initial parameters，the liquid level adjustment process screen

自動調節欄目中，左鍵點擊“啟動”按鈕、確認進入啟動狀態，點擊“整定曲線”按鈕，結合曲線進行PID參數整定，液位調節過程畫面及整定曲線如圖7所示。點擊進入評分即可進行評分。

圖7 液位調節過程畫面及整定曲線Fig.7 Liquid level adjustment process screen and the setting curve

直到進入穩定區，在監控畫面上出現“穩定”兩個字后，點擊“進入評分”。測量值達到穩定以后，左鍵依次點擊自動調節欄“停止”、工作模式“手動”、“水泵停止”按鈕。所有操作項目完畢后，必須確認停泵、停加熱器，切斷水源、電源，確?，F場整齊、整潔。進入評分程序，考試計時15 min，根據整定曲線的變化情況被控量偏離設定值的偏差值進行自動評分。自動評分程序結果顯示界面如圖8所示。

圖8 自動評分程序Fig.8 Automatic scoring program

5 儀表維修工技能考核自動評分系統的應用教學效果

該教學系統于2015年6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，獲得了良好的教學效果。該教學系統不僅可以對學生，還可以對工業現場儀表操作工人進行技能培訓與技能考核鑒定，具有良好的應用前景和有推廣價值。

[1]李駪，姜秀英，劉東方.儀表維修工技能競賽輔導指南[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]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.