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职业教育培训中心电工考核装置研制

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摘要:依托“澜湄职业教育培训中心”建设项目,为服务柬埔寨及澜湄国家的中资企业及民众技术技能的提升,针对培训中心当地实际情况研制出针对“电工”这一技术工种的培训考核装置。该设备在结构、电气功能模块及供电系统方面进行了创新和改进,弥补了市面已有产品功能单一、价格昂贵、集成化程度较低等不足。设备能够完成“电工”职业标准要求的全部电气装调和电气控制的培训任务,也能够进一步开发实训项目进行教学改革,是向澜湄国家输出我国“电工”这一职业标准的重要桥梁。

关键词:澜湄职业教育培训中心;电工考核培训;技术技能培养;澜湄国家

一、研制背景

“澜湄职业教育培训中心”的建设是天津中德应用技术大学响应国家“一带一路”倡议进行的国际合作项目,该项目立足柬埔寨,服务澜湄五国及东盟十国,旨在将我国先进的教育培训理念及技术输出海外,为澜湄国家培训优秀的技术技能型人才。实训中心下设三个专业方向———电气工程技术,通信工程技术,机械工程技术。根据对柬埔寨当地劳工技术水平及企业人力需求的调研,天津中德应用技术大学准备输出“电工”等职业资格的认定及培训,并已完成了相关培训模块设计和考核内容的制定。为保障培训中心职业资格考核及培训工作的顺利进行,需要配套相应的考核培训装置。电工考核培训装置是培训中心开展培训考核工作所必须的设备,该装置集成化程度较高,但是市场产品功能质量参差不齐,且柬埔寨当地的工业发展水平和高温少电的设备运行环境大大限制了设备的选购工作,因此澜湄项目组教师团队决定自行研制,原因为:第一,国内市面上的相关考核设备价格昂贵,功能不全且质量参差不齐。市面上的相关设备功能单一,仅适用于电工初级,中级或高级培训考核之一,功能集成化低。经预算,此自制设备比市面同等性能产品可节30%左右经费,且此自制设备可满足维修电工培训及考核的全部内容,功能较市面同类产品更为全面,同时设备也更符合我校制定的培训考核方案需求。第二,柬埔寨当地电气设备元件缺乏,当地采购成本较高且无法满足考核及培训需求。柬埔寨工业发展程度较低,目前没有专门针对“电工”这一职业资格考核培训的集成设备。且相关电气元件无法顺利采买,购买成本较国内高出一倍左右。因此,设备在国内自主研制十分必要。第三,依托天津中德应用技术大学光伏专业优势和参考柬埔寨光照条件充足但电能短缺的情况,可将光伏发电系统应用于实训柜的设计中,同时实训柜背板安装光伏片,不占用空间又节能美观。

二、研制内容及创新

为了弥补市面已有类似设备的不足,满足应用于柬埔寨等东南亚国家“电工”这一技术工种培训考核工作需求,相关教师对电工培训考核设备在结构优化、控制模块功能多样化集成化、供电系统改进等方面进行了创新和突破。

1.结构优化整个实训考核装置的柜体采用正反双面开门,一侧的上半部分安装有电源控制模块及用于电气安装的网孔板,另一侧上半部分安装有电源控制模块、PLC控制实训模块、变频器实训模块、触摸屏实训模块,充分利用了空间,使电器元件布局更紧凑,且按初级中级高级任务对应的培训电器件区域划分更明了。整个柜体中间部分为拉板抽屉(前后两面打通),抽屉内放置不同型号的小型电动机,实训考核的时候可以直接将抽板上的电动机拉出(抽板拉出后可固定)和上方的网孔板器件或变频器模块进行接线,完成相应培训考核任务。不用找专门的实训台放置电机,也不用像其他已有产品一样需要将电机上下搬动进行接线。柜体最下方的空间用于储存小型柴油发电机和其他的电气元件。保证整个操作设备及全部培训考核所需元器件可随时移动、打包到任何所需要的场所,适应各种运行环境[1]。

2.功能多样化、集成化本培训考核装置的电气模块系统主要有:电网进线、电源控制模块(电源控制系统,电压AC380V±5%,电流5A),电气装调模块(散件,实训时按需求自由组装在网孔板上)、PLC控制实训模块、变频器实训模块、触摸屏实训模块及照明单元和电子线路单元。这些模块单元能够满足“电工”这一职业资格培训考核所需的全部实训任务,模块可应用于“电工”初、中、高三个级别的培训考核实训任务,覆盖全部国家职业标准对“电工”这一工种的全部技术技能要求。且模块功能区域划分明确,集成化程度高,节约空间,适用于不同等级的培训考核需求。装置电气系统设计如图2所示[2]。工业三相交流电给电源控制系统供电,同时配套的柴油发电机即可给电源系统供电。通过电源控制系统,不同等级的输出电压向设备的五大功能模块单元供电,完成“电工”培训考核的工作任务。其中,为保障设备的节能性,也为柜体安装了小型供电系统即太阳能电池板和蓄电池,可输出6V直流电压为LED照明系统供电,同时亦可为电子线路单元模块的实训供电。图3,图4,图5是不同功能模块电气图。为了充分利用双面位置,柜内装有各种培训考核任务所需的单相电度表、日光灯、单联开关、插座、感应开关、漏电开关等,以及电气控制所需要的多种低压电器,如漏电断路器、熔断器、电流互感器、交流接触器、时间继电器、热继电器、中间继电器、行程开关、按钮、信号灯、转换开关、电压表、电流表、功率表及电度表等。为了延长电器使用寿命,各电器的接点都与接线端子相连,再由接线端子与被控制电气连接,并配备三相异步电动机(180W)。

3.供电系统改进“电工”培训设备需要三相电和单相电双电源,对培训场所供电条件要求较高,很多场所并不能满足双电源供电条件。因此,采用380/220V双电源供电系统,电源控制电路。另外配备一台380/220V,5.5kW的小型柴油发电机,用于供电条件不符合的实训场所。同时柜体两侧安装有太阳能电池板,搭建有一个小型供电系统,用于为实训柜顶部的日光灯供电,可节约部分能源。光伏照明系统DC输入6V/700mA,DC输出5V/500mA,照明功率3W,蓄电池容量8000mAh[3]。

三、研制过程及实现方法

1.设备研制过程(1)操作面板的集成设计:该自制设备需要将电动机,接触器,继电器,隔离开关,指示灯等电气控制设备按考核及培训的要求规划设计在尽可能小的壁挂操作面板上,再将不同功能的集成操作面板合理安装在操作柜中,方便运输减小设备体积。因此对于设备的电气连接需要进行特别的设计布局。有效的电气规划设计可以最大限度的减小设备的占地面积,使操作更加人性化,更加方便考核及培训任务的操作。(2)电气系统设计:根据培训考核任务需求和集成设计的要求,绘制电气原理图,布局图和电气元件接线图。(3)附加供电系统单元设计:设备除完成“维修电工”考核及培训的基本任务外,还需要为其设计一套专门的小型发电系统。根据澜湄项目团队柬埔寨实地考察情况,柬埔寨当地电力供应情况较差,经常停电,且电力维修时间很长(通常在12小时以上)。因此,为保障考核及培训的按时完成,需要给此自制设备配套小型发电系统。同时设计小型光伏供电模块可充分利用柬埔寨光照充足的优势,供给部分设备元器件的电能需求,提供实训柜内部的照明用电。光伏板安装于实训柜顶部和背板,节约空间,美化外观。(4)电气元件的采购,安装调试:此项工作在主要设计工作之后开展,最大限度的节约设备经费。

2.核心问题及解决方法(1)实验研制法。对采购来的元器件进行初步测试,保障其能够正常工作,电压指标正常。然后在整个系统安装完成后进行试验测试,根据设备功能要求进行三相电流测量,三相异步电动机正反转控制电路的连接,三相交流异步电动机星-角启动控制电路的连接测试,多台电机顺序控制电路的连接测试,普通车床控制电路的连接,按钮切换双速电动机调速控制电路连接,时间继电器切换的双速电动机调速控制电路连接等,交直流电机基本的电气控制线路的故障诊断和排除等培训考核项目的运行情况,同时对设备的运行电压电流进行基础测试以保障不会发生短路或漏电等故障[4]。(2)比较分析法。与市场设备进行比较。通过设备对培训考核项目完成情况的实验测试数据与市场的考核设备进行比较,找到本设备功能优势和存在的缺点,并缺陷进行改进。同时将设备外观和集成情况与市场设备进行比较分析。(3)异地适用性问题解决方法。对于本培训考核装置主要可能遇到的问题为适用性、运输、后期维护保养(准备备用电气元件)这三方面的问题。由于该装置将用于位于柬埔寨的培训中心,柬埔寨常年高温且多雨潮湿,对设备的运行条件要求比较高,设备可能会出现不正常运行的状况。对应的方法为采购元器件的时候选择耐高温质量好、防腐性能好、绝缘好的设备,对设备能够提前进行高温测试。同时,确定设备的使用环境。设备运输问题可能造成设备的损坏,且运输费用较高(路程远,设备沉),需要占用部分设备的制作经费,可能会导致制作后期制作经费紧张。解决方法是咨询运输成本,对运输费用进行大致估价,目前运输出入关经费大致在5000元左右。后期维护保养是主要问题,柬埔寨电气发展程度较低,设备的主要元器件在当地采买困难。解决方法为准备足够的备用元器件耗材,设备已配置充足的备用元器件,但核心控制单元如PLC[5],变频器等需按要求使用,维护成本较高。此装置完成后主要可以解决当前市面现有考核培训设备功能不齐全的问题。同时能够节约30%左右的设备经费,还避免了柬埔寨当地供电条件不足的问题。该实训设备能够满足的考核内容有:三相电流测量,三相异步电动机正反转控制电路的连接,三相交流异步电动机星-角启动控制电路的连接测试,多台电机顺序控制电路的连接测试,普通车床控制电路的连接,按钮切换双速电动机调速控制电路连接,时间继电器切换的双速电动机调速控制电路连接等,交直流电机基本的电气控制线路的故障诊断和排除等。配套的发电系统可提供220/380v的常用电源输出,保证在电网断电情况下使该设备正常运48小时。光伏模块可供给实训柜内部照明和部分元器件的用电。

四、研制的意义

应用于澜湄职业教育培训中心电工考核培训装置作为柬埔寨“电工”职业资格考核培训工作的主要操作设备,能够完成相关的电气装调和电气控制的培训任务,为柬埔寨当地电气企业和当地中资企业培养合格的技术技能工人,是我国向澜湄国家输出我国职业标准的重要桥梁。设备还可进一步开发实验实训项目,进行教学改革研究。此设备丰富了市面现有设备的功能,优化了结构,同时节约了30%左右的设备经费,还避免了柬埔寨当地因供电条件不足造成设备无法正常运行的问题。整台装置以电气控制柜为主柜,利用柜体的双面空间,布置电器及配套实验器材,能完成从初级电工简单的电气接线到高级电工考核鉴定中的电力拖动控制与照明电路的实操项目。该电工实训考核设备坚持理论联系实际的原则,突出技能训练,注重针对性、实用性、科学性。该装置设计合理、实操方便,占地面积少。为延长电器的使用寿命,各电器的接点都与接线端子相连,再让学生在接线端子上接线,连接电机、电器来完成各项控制实验,有效降低材料消耗,延长使用寿命。该套设备不仅能够应用于澜湄职业教育培训中心的培训考核工作中,还适用于各劳动职业技能鉴定部门,同时适应于国内各大、中专、技校、职校及培训中心的电工初、中、高三个级别的电工相关专业教学与实训考核工作中。

参考文献:

[1]易应宽.电气设备柜体结构可靠性设计的探讨[J].山东工业技术,2016(3):135.

[2]王波,李时辉,郑鹏飞.多功能分布式维修电工技能培训与考核设备的研制[J].2015(20):236.

[3]姚立波,江笑文.光伏蓄电池供电的Boost转换器输出稳压设计[J].自动化仪表,2015,36(12).

[4]王安琪.电气控制柜中低压电气故障分析[J].科学技术创新,2018(31):63-64.

[5]曾秀英.PLC自动化控制系统优化设计分析[J].时代农机,2018(1).

作者:张佳 张链 曹宝文 苏德明 单位:天津中德应用技术大学

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