基于提高操作技能的PLC培訓(xùn)課題開發(fā)

李 智 張雅婕 楊 潔

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢：430080)

0 引言

可編程序控制器(PLC)是以微處理器為核心的工業(yè)自動化控制裝置。PLC自問世以來，經(jīng)過了40多年的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于交通、冶金、機(jī)械制造業(yè)及工業(yè)自動化控制等方面，已成為當(dāng)代工業(yè)自動化控制的重要設(shè)備，而PLC技術(shù)則是工業(yè)自動化控制的核心技術(shù)之一[1]。在自動化程度很高的大型企業(yè)，PLC的廣泛應(yīng)用是不言而喻的。每年電氣類職工培訓(xùn)項目中很大一部分是PLC培訓(xùn)。此外，維修電工的技能鑒定、技術(shù)比武的技能操作部分都是以PLC為核心進(jìn)行操作技能考核。因此，本文將以武鋼電氣類員工的技能操作培訓(xùn)為例，探索PLC培訓(xùn)課題的開發(fā)。

1 PLC技能操作培訓(xùn)的現(xiàn)狀

目前，武鋼各主體廠礦的電氣控制設(shè)備大部分都是使用的西門子PLC。電氣維護(hù)人員對PLC技術(shù)的掌握程度直接決定了電氣維護(hù)水平的高低。根據(jù)以往調(diào)研的情況，大多數(shù)電氣維護(hù)人員只是對PLC有所了解，只能憑借經(jīng)驗處理一些簡單的故障。但是，對于PLC的工作原理以及如何通過程序控制外圍設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)工藝卻知之甚少。一旦故障出現(xiàn)，將無法準(zhǔn)確判斷是來自現(xiàn)場的信號沒有輸入PLC，還是PLC的輸出信號沒有正確控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。不能及時分析和排除故障，這將嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

究其原因，主要是受到硬件條件的制約，導(dǎo)致傳統(tǒng)的PLC教學(xué)培訓(xùn)多采用以理論教學(xué)為主，仿真演示為輔的教學(xué)模式，沒有結(jié)合PLC的實用性和應(yīng)用性。因此，學(xué)員難以真正掌握PLC應(yīng)用技術(shù)。另外，市面上有關(guān)PLC的教材雖然數(shù)量眾多，但是絕大多數(shù)教材的受眾面是高校學(xué)生。編寫者一般過多注重指令應(yīng)用和程序編寫，為數(shù)不多的應(yīng)用實例也偏于分析程序。而編寫程序并不是電氣維護(hù)人員的工作職責(zé)。而且，現(xiàn)有的教材中很少有從工程項目應(yīng)用角度出發(fā)，并結(jié)合PLC的實用性和應(yīng)用性而設(shè)計的技能操作培訓(xùn)課題，更談不上針對武鋼生產(chǎn)過程控制的培訓(xùn)課題了。

2 以西門子PLC為核心的技能操作培訓(xùn)課題的開發(fā)

為了使PLC培訓(xùn)擺脫傳統(tǒng)的教學(xué)模式和收效甚微的培訓(xùn)效果，以西門子PLC為核心的技能操作培訓(xùn)課題的開發(fā)采用了以調(diào)查法和實踐教學(xué)法相結(jié)合的研究方法。

2.1 硬件設(shè)備條件

2010年，學(xué)校實訓(xùn)中心電氣教研室借助“武鋼杯”第五屆全國鋼鐵行業(yè)職業(yè)技能大賽契機(jī)，引進(jìn)了20套以西門子PLC為核心的自動化高級技能訓(xùn)練考核平臺，實訓(xùn)條件得到了極大的改善[2]。

2.2 調(diào)研

調(diào)研是開發(fā)具有針對性課題的依據(jù)和基礎(chǔ)，調(diào)研主要有以下幾個方面：

表1 主要硬件設(shè)備[3]

(1)了解武鋼主體廠礦電氣控制設(shè)備和生產(chǎn)工藝；

(2)了解武鋼電氣控制類崗位職責(zé)及現(xiàn)崗位上人員技術(shù)水平；

(3)深入了解電氣類崗位人員培訓(xùn)需求，尤其是對于PLC應(yīng)用技術(shù)的培訓(xùn)需求；

(4)收集現(xiàn)場有關(guān)PLC電氣控制經(jīng)常遇到的故障和技術(shù)問題。

2.3 課題開發(fā)

根據(jù)調(diào)研收集到的信息，結(jié)合現(xiàn)有的硬件設(shè)備，制定以西門子PLC為核心的武鋼電氣類職工技能操作培訓(xùn)課題的開發(fā)方案，并按調(diào)研、論證、設(shè)計、開發(fā)、實踐和反饋這一流程開發(fā)一系列從易到難滿足各層次需求的技能操作培訓(xùn)課題，見圖1。

(1)確定培訓(xùn)目標(biāo)

在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定培訓(xùn)目標(biāo)：熟悉西門子PLC的編程環(huán)境和指令系統(tǒng)，能完成簡單程序的編寫、輸入和調(diào)試，并能完成邏輯結(jié)果的觀測、記錄和PLC程序的邏輯分析；要求逐步理解和學(xué)會PLC電氣圖的繪制、輸入/輸出信號的編址規(guī)則、軟元件的監(jiān)視和程序的調(diào)試技巧等。最終，通過PLC技能操作培訓(xùn)學(xué)會工藝分析，將工藝需求轉(zhuǎn)換成對PLC電氣控制系統(tǒng)的控制要求。

(2)制定培訓(xùn)模塊

根據(jù)培訓(xùn)目標(biāo)，可以設(shè)置以下幾個技能操作培訓(xùn)課題模塊：

①基本指令、定時器、計數(shù)器的應(yīng)用；

②西門子S7-300/400型PLC開關(guān)量I/O模塊的實際應(yīng)用；

③常見的簡單故障分析與排除；

④西門子S7-300/400型PLC模擬量I/O模塊的實際應(yīng)用；

⑤西門子S7-300/400型PLC與變頻器的綜合應(yīng)用[4]；

⑥工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及PLC通信；

⑦綜合性故障的分析與處理。

圖1 課題開發(fā)流程圖

(3)課題設(shè)計

在開發(fā)每個課題時，必須遵循以下幾個重要原則：首先，開發(fā)的技能操作培訓(xùn)要具有針對性。以7個模塊為主題并結(jié)合冶金行業(yè)生產(chǎn)特點及武鋼生產(chǎn)現(xiàn)場工藝為背景，提出具體控制要求。這樣，才能區(qū)別很多書本中為了講解指令而脫離實際的純粹編程，并能保證所開發(fā)的課題具有針對性以達(dá)到較好的技能操作培訓(xùn)的效果。其次，開發(fā)的課題要具有技能操作性。按照PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟，學(xué)員在完成所開發(fā)的培訓(xùn)課題時，需要經(jīng)過分析控制要求、完成I/O地址分配、外部硬件接線、程序編寫和系統(tǒng)通電調(diào)試5個步驟。這樣才能突破傳統(tǒng)的理論教學(xué)和實驗驗證，真正提高學(xué)員的操作技能。最后，開發(fā)的課題要具有可行性。武鋼生產(chǎn)現(xiàn)場工藝復(fù)雜、被控設(shè)備繁多，要結(jié)合現(xiàn)有的實訓(xùn)條件將控制工藝進(jìn)行簡化或模擬替代，使得開發(fā)的課題既能將設(shè)備物盡所用又能貼近現(xiàn)場。

(4)課題評估

由授課教師將開發(fā)出的課題在設(shè)備上安裝并調(diào)試，在調(diào)試過程中不斷修改課題中不足之處，使得課題在難易程度、知識點的覆蓋面以及與實際的密切性上盡可能都能滿足培訓(xùn)需求。

2.4 課題應(yīng)用及完善

運(yùn)用實踐教學(xué)法，將開發(fā)的課題應(yīng)用于實訓(xùn)教學(xué)中，并對每個課題學(xué)員完成的情況做好記錄，收集每次培訓(xùn)學(xué)員所學(xué)與現(xiàn)崗位技術(shù)需求的吻合度以及廠方的滿意度。通過培訓(xùn)學(xué)員和廠方兩方面的反饋信息，不斷修改和完善開發(fā)的技能操作訓(xùn)練課題，使之更貼近生產(chǎn)實際，讓學(xué)員在學(xué)校的實訓(xùn)與工廠的實際情況基本吻合，幫助學(xué)員提高職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

現(xiàn)已開發(fā)的課題在為武鋼設(shè)備維修總廠開辦的“電氣自動化專項培訓(xùn)班”中得到了應(yīng)用，培訓(xùn)效果良好，得到了廠方和學(xué)員的高度肯定，該培訓(xùn)項目還獲得了公司級培訓(xùn)項目二等獎。

3 技能培訓(xùn)課題小結(jié)

結(jié)合武鋼主體廠礦中具有代表性的生產(chǎn)工藝而開發(fā)的以西門子PLC為核心的技能操作培訓(xùn)課題在實踐應(yīng)用中得到了良好的培訓(xùn)效果和廣大培訓(xùn)員工的肯定。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)提升職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)技能。通過開發(fā)的技能操作培訓(xùn)課題，提高了武鋼電氣類職工的操作技能，尤其以西門子PLC為核心的現(xiàn)代控制技術(shù)操作技能，使電氣維護(hù)人員能更好的服務(wù)生產(chǎn)。

(2)服務(wù)高技能人才隊伍建設(shè)。武鋼推行“三個通道”的建設(shè)，要打造三個人才隊伍，技能人才隊伍是這三支隊伍中的重要組成部分，其重點是培養(yǎng)技師、高級技師。 現(xiàn)開發(fā)的技能操作培訓(xùn)課題是打造符合國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和武鋼需求的高技能人才隊伍的必要條件。

(3)充分利用硬件資源，打造一流培訓(xùn)師資。教師必須通過調(diào)研，在了解武鋼現(xiàn)有的電氣控制設(shè)備、電氣類維護(hù)人員技術(shù)水平的基礎(chǔ)上開發(fā)課題。同時，教師自身必須熟練掌握PLC控制技術(shù)，并能熟練應(yīng)用現(xiàn)有的考核平臺，才能開發(fā)出具有針對性的技能操作培訓(xùn)課題。

[1] 廖常初．S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

[2] 劉寧剛，李智.自動化高級技能訓(xùn)練考核平臺設(shè)計[J]．武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011,23(2)：62-64．

[3] 李智.西門子S7-300型PLC技能訓(xùn)練課題研發(fā)[J]．武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，24(2)：36-39．

[4] 馬寧，孔紅. S7-300PLC和MM440變頻器的原理與應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006．

[5] 李旭海，陳西青.基于校企合作的職業(yè)技能“培訓(xùn)包”開發(fā)研究[J]．黑龍江教育學(xué)院學(xué)報，2011，30(6)：79-80．