电气控制线路故障排除训练考核系统的研制

胡永胜

摘 要：本文针对电工电气控制系统故障分析排除技能培训难、生成难的问题，采用故障现象虚拟展现、故障分析虚实结合的思路，综合运用数据采集、半实物仿真、人机交互和继电控制技术，探讨了如何研制一套“电气控制线路故障排除训练考核系统”的技术方案。

关键词：电气控制；故障排除；技能培养；教学训练

一、研究背景

多年来，各企事业单位一直反映高素质电工人才数量缺乏、培养困难、缺乏有效的培训手段和方法，职业技术院校在技能型人才电气维护技能培养方面，同样面临着电气控制系统故障分析排除技能培训难、生成难的问题，缺乏系统完善的技能训练体系。为提高电工技能训练与鉴定水平，改善电工技能训练与鉴定考核保障条件，本文探讨如何研制一套基于实际电气控制系统与设备运行状态虚拟演示整合于一体的“电气控制线路故障排除训练考核系统”技术方案。

二、研究内容及技术方案

电气控制线路故障排除训练考核系统主要由故障排除训练考核柜、配电柜、信号转换柜、综合管理平台以及相应的软件组成，能够实现电气设备常见控制线路的安装调试、故障排除等训练考核。

工程施工中常用的装备如小型搅拌站、行吊、电动葫芦、风机、水泵、通风空调、钢筋弯曲机等设备的电气控制线路的安装调试在训练考核柜上进行实装训练考核，而相应设备的状态、动作、故障现象则在电脑上通过虚拟形式展现，如图1所示。

图1 电气控制线路故障排除训练考核功能图

操作人员通过观察虚拟故障现象进行故障排除，故障排除状态实时反馈到虚拟场景中，操作人员可以根據虚拟现象判断故障情况，最终故障排除的成绩将记入数据库。不同设备同一类型的电气控制线路可以在一个考核柜上进行实装训练，这样，训练考核柜基本涵盖了工程施工中常用的装备的电气控制线路。

配电柜用于为训练考核柜提供380V三相四线制电源，为信号转换柜提供220V交流电与24V直流电，为操作管理平台提供220V交流电。

训练考核柜采用标准配电柜改造，在外部接线方式上与实际装备一致，但是在内部结构上进行了改进设计，能够与信号转换柜配合将操作人员的接线信息传递到操作管理平台上，同时能够接收上位机的控制信号，实现工作方式的切换并利用上位机实现故障的设置，内部电气设计原理见图2。如果在故障排除模式下，信息采集卡接收上位机信号，除设置故障点外，输出全部导通，当外部接线后，信息采集卡检测到相应信号，同时将信号传递到上位机，上位机处理后控制信息采集卡输出信号，进而判断故障排除数量，给出评判。

图2 信息采集柜原理简图

信号转换柜能与训练考核柜配合，一方面能够采集外部接线状态信息传递到操作管理平台上，一方面能够利用综合管理平台控制训练考核柜的状态。

综合管理平台利用Unity3D技术和数据库技术，开发一套系统管理软件，在软件平台上可以随机选定线路、随机设定故障，并将故障现象和设备运行状况实时显示在三维模型上，考核人员能够根据三维模型的运行状况判断接线情况和故障排除情况，并能将技能考核结果自动录入数据库。

三、解决的主要问题

系统研制成功后，电工可以利用该训练考核系统完成电气控制线路安装调试和故障排除实装训练和技能考核，有力支撑了电工电气控制故障排除技能训练，实现电工职业技能培训的标准化，丰富电工培训手段、提高培训效益。

参考文献

[1]任清晨编著.《电气控制柜设计与制作——结构与工艺篇》，电子工业出版社.

[2]任清晨编著.《电气控制柜设计与制作——电路篇》，电子工业出版社.