組合式電工實訓臺設計方案

梁 芳

（寧夏建設職業技術學院，寧夏 銀川 750001）

1 設計背景及意義

維修電工技術人員的電氣控制系統安裝和調試技能水平能力需要經過一段較長時間反復練習和解決問題的過程來提升。技術人員的培養需要一個學習和鍛煉平臺以及技能人員培養的體制環境。目前來看，主要培養機制有三個：企業專職培訓、社會培訓機構培訓和高等職業院校技能培訓。這三種培訓都需要利用與實際工作環境接近的訓練平臺，進行實操練習，反復強化。其中成套實訓設備訓練平臺，存在設備價格相對昂貴、內容固定、使用不靈活、與實際操作工藝和方法差異大、后期維護難度大等諸多缺陷。因而根據現實需要設計一款切合培訓內容、培訓形式，元件安裝靈活、費用較低、利用率高的實訓臺，對于培訓機構成本節約以及提升科研能力、實踐操作能力都有著非常重要的意義。

2008年，寧夏建設職業技術學院為完善學院培訓條件，提升電工技能人才培訓效果，引入了15套實訓臺占地50m2，電工操作實訓桌24個占地50m2，10年來承擔了電氣控制、PLC控制、變頻器調速控制等電機拖動控制校內培訓、企業在崗人員崗位技能提升培訓，同時也承擔了中級、高級維修電工培訓和鑒定工作。由于實訓設備固定，可移動性差，與培訓內容、人數之間的矛盾日益凸顯。經過充分調研，決定以滿足培訓內容和形式為原則，在原有實訓場所基礎上，將實訓臺、實訓桌進行改造，設計一款實用的實訓臺。

圖1 原電工實訓操作室

2 實訓臺設計原則

2.1 安全可靠

電工技能實訓與其他專業實訓相比，特點是需要在380V或220V電壓環境中作業，安全問題非常重要。實訓過程安全隱患有兩個：一是學生缺乏安全意識，或者操作不規范，而發生觸電危險；二是教師很難時時監控到學生是否帶電操作，存在監管缺失的不安全因素。實訓臺設計首先要電源供電明確、安全可靠。

2.2 靈活實用

電氣控制系統元件多，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現，也可以由PLC實現。因而實訓臺成套固定元件不合理，要根據多個項目內容的元件、布局以及特殊功能進行合理分區，滿足各培訓項目的實施。在培訓過程中發現，培訓人員在大部分的時間是不帶電操作的，所以，當學員較多實訓場地沖突的時候，可移動式的實訓桌以及組合式模塊能解決實訓場地與學員數量之間的矛盾。

2.3 簡單經濟

電工操作培訓的特點決定了元件要反復拆裝，元件的損壞率較高，在設計中也要考慮降低損耗，尤其是單臺價格相對較高的PLC、變頻器等元件。電工新技術的應用，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 實訓臺總體設計思路

3.1 實訓臺功能要求

學院電工實訓室承擔的培訓和教學任務有：①繼電接觸器控制，可進行三相異步電動機正反轉控制、順序和多地控制、基本降壓啟動等控制、能耗和反接制動控制等實訓項目；②PLC控制，可進行電動機正反轉、能耗制動控制、簡易機械手控制、皮帶傳輸機控制等實訓項目；③變頻器控制，完成三相異步電動機電動機正反轉控制、兩地控制、多段速控制及恒壓供水控制等實訓項目。

3.2 實訓臺設計思路

根據實訓臺功能要滿足場地有限和多人次同時培訓的要求，考慮將原實訓桌作為上電操作臺面，桌面中部增加支架，將操作臺面增加為雙面（2人同時操作）。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。實訓桌四腳加裝滾輪，方便移動。

4 實訓臺設計實施

4.1 實訓桌支架的設計

根據現實訓桌尺寸，在橫向長邊方向設計一款支架，固定安裝在實訓桌中部，將臺面一分為二，單工位增加為雙工位，供兩名學員同時上電操作。支架結構及尺寸如圖2所示。

圖2 實訓桌支架結構及尺寸

圖3 電源模塊電路圖

4.2 電源模塊的設計

電源模塊為固定安裝在支架左側，雙面工位各安裝一套電源模塊。三相四線制電源輸入，經過帶漏電保護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。電壓表監視輸入電源L1-L2相之間的電壓，帶指示燈的停止按鈕SB1監視L3相的電壓。按下啟動按鈕SB3，接觸器KM線圈吸合，主觸點閉合，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，主觸點斷開，無電源輸出。帶漏電保護和接地保護，電源插座采用符合國家標準的高安全性插座，雙面工位電源相互獨立，指示燈供指導教師隨時關注帶電操作工位。電源模塊電路圖如圖3所示。

4.3 功能模塊的設計

功能模塊共分為三個獨立組件，分別對應三方面實訓功能，在模塊中安裝實訓項目所需元件后，即可完成接線和調試。為降低元件端子反復拆裝接線造成的損壞，將PLC模塊中的PLC主機的電源、輸入輸出端子均固定引出到端子排上并套線號，變頻器模塊中的變頻器各端子也引出到端子排。模塊的設計尺寸一方面滿足實訓內容涉及的元件均能安裝，另一方面三個功能模塊兩兩能同時安裝于支架上。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 實訓臺部分組件制作材料的說明

由于實訓桌支架、模塊的安裝板、實訓桌支架用于支撐立式的安裝板，承重較大，因而材質選擇2.0mm冷軋鋼板，框架各部的連接螺絲采用《國家標準的內六角烤藍螺絲》。模塊操作安裝板利用校內現有木板，按尺寸進行加工。實訓桌面鋪墊綠色4mm厚絕緣墊。桌角滾輪堅固稱重耐用型，帶可鎖定扳扣。

6 結 語

實訓臺的改造，一方面可以為教師和學生提供技術應用創新的實踐平臺，提升教師的科研和產品開發能力，另一方面為學院實訓室資源整合的工作提供參考，相對于購置新的成套設備來說投入經費可以大大降低。在該改造基礎上，可以進一步擴展實訓項目，開發新的模塊組件為實驗實訓提供新的教學資源，更好地為人才培養服務。