基于工控機的《維修電工排故》通用板裝置設計*

董改花，王俊杰，謝 元，黎文杰

(蘇州經貿職業技術學院，江蘇 蘇州 215009)

0 引言

《維修電工》是高職高專機電一體化專業與電氣自動化專業的一門必修課程，其中機床的維護與檢修(即《維修電工排故》)是《維修電工》職業技能培訓的重要內容之一，要求學生在規定時間內能夠根據機床故障現象，在電路圖上分析出故障可能產生的原因，確定故障發生的范圍并排除。學生要達到職業資格所要求的此技能，學校需要配備相應的機床實訓排故設備。目前各學校現有的《維修電工排故》實訓裝置在《維修電工排故》使用過程中主要存在以下幾個問題[1]：

(1)《維修電工排故》模塊涉及到的機床種類多，控制線路復雜，維修成本高。目前《維修電工排故》檢修的機床常見的有T68鏜床、X62W銑床[2]、CA6140車床、M7120磨床、Z3050搖臂鉆床等，這些機床的電氣控制線路圖復雜，學生容易造成接錯線等不當操作，導致設備損壞時有發生，存在維修成本高、安全隱患大等問題。

(2)學校資源有限，學生學習效率低。《維修電工排故》模塊教學以班級為單位展開，1個班級一般為40人～50人，配備1名教師教學。教學的過程中，學生對1個故障的排除大約需要30 min，5人～6人1組進行學習，這樣導致很多學生學習不精，嚴重影響到學習效果與考試的通過率，常有學生補考的事情發生。

(3)教師設置故障方法老舊，耗時耗力。在開展《維修電工排故》模塊教學過程中，需要老師不斷地給學生設置故障以檢測學生的排故能力，設置故障的方法通常為接線端纏繞黑膠布，設置完成后還要檢測故障現象是否已經出現，往往纏好黑膠布之后，并沒有故障現象，需再次設置，耗時耗力；學生進行排故時，不是用正常的排故方法進行排故，而是到處尋找哪些導線端纏繞了黑膠布，找到了即為故障點，真正的排故技能沒有掌握。

在此背景下，本文開發了《維修電工排故》通用板，囊括常見故障點，教師通過工控上位機設置故障，學生在真實排故電路板上操作并排故，并將排故故障點輸入工控機，工控機及時反饋成績，學生可隨時隨地進行反復排故、學習、測試、考評，極大地提升了學生的學習效率。

1 通用板裝置總體設計

1.1 系統總體控制要求

該裝置由教師設置故障平臺、學生排除故障平臺和學生排故評價平臺組成。其具有功能如下：

(1)教師通過自己的用戶名與密碼登錄教師設置故障平臺設置故障點，可以一次設置1個故障點，也可以設置幾個故障點，并設置學生排除故障時間。

(2)學生通過自己的用戶名與密碼登錄學生排除故障平臺，點擊故障運行按鈕，排故試教通用電路板對應教師提前設置好的故障點會立刻斷開，學生按照通用電路正常運行步驟運行后發現故障現象，分析故障發生可能出現的最小范圍，利用萬用表采用電壓法或電阻法逐一測量，最后鎖定故障點。

(3)學生將找出的故障點輸入到學生排除故障平臺的正確故障點方框內，如果學生找到的故障點與教師之前設置的故障點完全符合，則排故試教通用電路板對應的故障點自然閉合，故障排除，顯示“恭喜你，故障點查找正確”的對話框。學生排除故障結束后，點擊排故結束按鈕，計時結束。學生排故評價平臺會根據排故所用的時間與排除故障錯誤的次數進行評分。

1.2 維修電工排故裝置通用電路選擇

《維修電工》常見機床電氣控制典型電路有C6140型普通車床、M7120型平面磨床和X62W萬能銑床電路。通過對以上典型電路的分析，最終選定了CA6140臥式車床電氣控制電路，其控制包含了C6140型普通車床、M7120型平面磨床、X62W萬能銑床常見的自鎖電路、互鎖電路、點動電路和順序控制電路。CA6140臥式車床電氣原理圖如圖1所示。

圖1 CA6140臥式車床電氣原理圖

1.3 裝置總體設計方案

本裝置由教師故障設置平臺、學生排除故障平臺、故障考評平臺組成，完成對CA6140型臥式車床故障點的設置、排除與評價。選用MCGS觸摸屏作為本系統工控上位機，控制核心單元選擇可靠性高、控制邏輯比較簡單的三菱FX1N-24MR型PLC，控制對象為CA6140型臥式車床控制電路，裝置總體設計方案如圖2所示。

圖2 裝置總體設計方案

本裝置采用繼電器來控制故障點的通與斷。CA6140型臥式車床控制電路部分采用220 V交流電，故選用能夠控制220 V交流電的繼電器，最終選用了松下Panasonic AHN22324N型繼電器。

2 裝置硬件電路設計

設計的CA6140型臥式車床排故裝置I/O分配見表1。

表1 排故裝置I/O分配

CA6140臥式車床控制回路中10個常見故障點通過10個繼電器常閉觸點連接，排故裝置主回路接線圖如圖3所示。

圖3 排故裝置主回路接線圖

排故裝置PLC控制回路接線圖見圖4。

圖4 排故裝置PLC控制回路接線圖

3 裝置監控界面設計

3.1 系統監控靜態界面設計

根據CA6140型臥式車床排故的控制要求，用MCGS繪制其靜態界面[3]。本系統靜態界面如圖5所示。

圖5 系統靜態界面

3.2 系統動態監控設計

將設計好的MCGS靜態界面與PLC進行聯機調試，需要組態變量與PLC之間變量綁定，以實現MCGS觸摸屏與PLC之間信息的傳遞。組態變量與PLC變量綁定界面如圖6所示。

圖6中，變量m1、m3用于控制系統的啟停；變量燈1、燈2、燈3用于3個故障排除正確的指示；數據寄存器d1、d2、d3分別對應排故過程中設置的3個故障，每個數據寄存器d1、d2、d3的0～9數值分別對應1個～10個電路的故障點。

圖6 組態變量與PLC變量綁定界面

4 《維修電工排故》通用板裝置實物

根據上述軟硬件設計，制作的CA6140型臥式車床維修電工排故通用板實物如圖7所示。

圖7 CA6140型臥式車床排故通用板實物

將組態腳本程序下載到MCGS觸摸屏，PLC程序下載到PLC中，通過串口數據線將觸摸屏與PLC連接，按照本裝置控制要求逐步調試完成后，經試驗所有控制功能均能實現。

5 結語

本《維修電工排故》通用板裝置采用教師在軟件平臺上設置故障的方法，打破了傳統耗時耗力的手工設置故障方法，是一個智能化的裝置，其依托工控軟件，對機床通用型電路所有排故點實現集測、教、訓、考于一體，可大大提高教學效率。