儀表維修工技能培訓(xùn)考核評分系統(tǒng)研發(fā)

王鎖庭，李 駪，劉 艷

（1.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 301607；2.天津昌暉自動化系統(tǒng)有限公司，天津 300101）

職業(yè)技術(shù)院校工業(yè)過程自動化技術(shù)專業(yè)應(yīng)具備工業(yè)儀表操作與維護技能，特別是對于工業(yè)現(xiàn)場所需要的自動化人才的技能需求，主要是過程控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、操作與維護，更多的應(yīng)用場合是針對具有PID調(diào)節(jié)功能的單回路控制系統(tǒng)，要求學(xué)員能熟練掌握單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試與運行維護的基本技能，而目前職業(yè)院校或培訓(xùn)機構(gòu)所具備的技能培訓(xùn)設(shè)備具有技能培訓(xùn)和考核功能，但是技能考核是教師根據(jù)學(xué)員操作過程及操作結(jié)果人為的判斷而給出的考核成績，存在人為的主觀因素影響，影響技能考評的公正性，可能會影響培訓(xùn)學(xué)員的訓(xùn)練積極性和主動性，因而研制自動考核評分系統(tǒng)就顯十分重要和迫切。

針對技能培訓(xùn)和考核鑒定而開發(fā)研制的儀表維修工自動評分系統(tǒng)，突出技能考核的實時性、客觀性和公平性，激發(fā)學(xué)員對技能培訓(xùn)學(xué)習(xí)的熱情，達到培養(yǎng)具有過程控制操作能力技能人才的目的。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于職業(yè)院校或教育培訓(xùn)機構(gòu)的技能培訓(xùn)和技能鑒定，也可應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的技能培訓(xùn)和技能鑒定，應(yīng)用范圍比較廣泛。該系統(tǒng)在職業(yè)院校和培訓(xùn)機構(gòu)的試用，獲得了良好的培訓(xùn)教學(xué)效果，具有良好的應(yīng)用和推廣價值。

1 儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的開發(fā)依據(jù)與功能要求

1.1 自動評分系統(tǒng)的開發(fā)依據(jù)

工業(yè)過程自動化技術(shù)專業(yè)的職業(yè)核心能力之一是工業(yè)儀表操作與維護。通過對石油石化企業(yè)、化工制藥企業(yè)的調(diào)查分析，需要從事工業(yè)過程檢測和控制以及自動化控制系統(tǒng)安裝調(diào)試、運行維護能力的高技能人才，就業(yè)崗位主要分布于化工廠、煉油廠、制藥廠等相關(guān)企業(yè)過程儀表和控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運行、維護崗位。

所以自動評分系統(tǒng)的開發(fā)依據(jù)就是適應(yīng)過程控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、操作與維護等項目，特別是針對具有PID調(diào)節(jié)功能的單回路控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試與運行維護的項目，具有技能考核自動評分功能。

1.2 自動評分系統(tǒng)的功能要求

儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的功能要求是具備過程控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、操作與維護技能要求的培訓(xùn)項目，應(yīng)采用國內(nèi)外先進儀器與典型儀表調(diào)校為實例，以技能操作為核心，可以完成儀器使用、儀表選型、測點選擇、儀表安裝、控案確定、儀表調(diào)校、回路測試、參數(shù)整定、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、運行調(diào)試、數(shù)據(jù)采集、控制運算、組態(tài)能力、故障診斷、復(fù)雜控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、交工驗收、填寫報告等基本技能訓(xùn)練[1]。

2 儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的開發(fā)依據(jù)與功能要求，結(jié)合培訓(xùn)和考核需要，它將連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的容器、管路、泵、閥門等設(shè)備微縮、集中，配合自動測量、控制裝置可以對典型的物理參數(shù)（液位、流量、壓力、溫度）進行測量、顯示記錄和各種自動控制。系統(tǒng)硬件采用了開放式的結(jié)構(gòu)，按帶控制點工藝流程圖識讀可拆可裝，即所有的設(shè)備和一次儀表均可視、可調(diào)校、可操作。裝置可配接多種控制器（模擬調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器、變頻器、可編程控制器、工業(yè)控制計算機等），實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的控制策略，以適應(yīng)各級各類不同層次培訓(xùn)的需要。

系統(tǒng)硬件由被控對象和操控臺（柜）兩部分組成，中間采用接線端子連接，該系統(tǒng)被控對象（實訓(xùn)臺）的帶控制點工藝流程如圖1所示。

圖1 帶控制點工藝流程Fig.1 Drawing with control point process flow chart

工藝實訓(xùn)對象采用不銹鋼框架式結(jié)構(gòu)，配有移動腳輪。工藝設(shè)備為一套單回路、小流量、水介質(zhì)的兩罐槽水連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)。工藝過程參數(shù)包括液位、流量、溫度、泵出口壓力等；儲水槽、工藝罐、閥門、法蘭、管路等均采用不銹鋼材料制成；全套工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)合理﹑各手動閥門操作方便、設(shè)備運行噪音小、無腐蝕、無泄露﹑堅固耐用、安全可靠。工藝實訓(xùn)對象的電氣一次儀表部分用來測量、控制水循環(huán)系統(tǒng)運行過程中工藝參數(shù)。由變送器﹑執(zhí)行器、電機儀表箱組成，大多采知名品牌產(chǎn)品，性能穩(wěn)定。裝置結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、安裝與維護方便。

在工藝實訓(xùn)裝置的側(cè)部裝有掛壁式儀表箱。一次儀表變送信號、電機控制信號、執(zhí)行信號、繼電器匯集于箱內(nèi)，通過航空插頭電纜束與操控臺連通；箱外表面是操作面板，裝有信號指示燈和操作按鈕，可實現(xiàn)水泵自動/手動切換、啟停功能。

操控調(diào)校臺由各種儀表調(diào)校信號源（壓力、電流、電壓）與模擬顯示、記錄、控制器模塊、繼電器和按鈕模塊、智能儀表模塊、PC機和顯示器、鍵盤等組成。

3 儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)過程控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、操作與維護的評分標(biāo)準(zhǔn)，使用WinCC監(jiān)控軟件的后臺腳本，使用高級C語言程序設(shè)計進行程序設(shè)計，最終編制出符合教學(xué)要求的XLS格式的評分軟件。自動評分系統(tǒng)可實現(xiàn)對企業(yè)儀表技術(shù)人員和計控室技術(shù)人員自動化技能的培訓(xùn)與考核，也可作為儀器儀表維修工、工業(yè)自動化及相關(guān)專業(yè)中、高職學(xué)生和企業(yè)職工技能大賽與技能比武的技能訓(xùn)練與考核系統(tǒng)。

4 儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的應(yīng)用舉例

以液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例來說明[2]。操作過程如下：①操控臺通電，實訓(xùn)臺供電正常，打開顯示屏、PC機；②檢查實訓(xùn)臺上儀表、閥門、水泵、容器、管路是否完好，確認可以使用；③確認儀表箱手動自動操作擋選擇自動擋，鼠標(biāo)左鍵點擊系統(tǒng)圖標(biāo)，自動評分系統(tǒng)界面如圖2所示，系統(tǒng)運行之后，進入自動評分系統(tǒng)界面，如圖3所示，在啟動界面里點擊進入；④在主畫面中點擊：“液位調(diào)節(jié)”，進入調(diào)節(jié)系統(tǒng)，液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)（先從主畫面點擊液位調(diào)節(jié)，確認進入“液位調(diào)節(jié)”）界面如圖4所示。

圖2 自動評分系統(tǒng)界面Fig.2 Automatic scoring system interface

圖3 主畫面顯示Fig.3 Main picture display

圖4 液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)過程畫面Fig.4 Liquid level control system process screen

左鍵點擊“水泵啟動”按鈕，液位調(diào)節(jié)過程畫面如圖5所示。工作模式欄目中，左鍵點擊“自動”按鈕、確認進入自動狀態(tài)，輸入調(diào)節(jié)目標(biāo)值，設(shè)置PID初始參數(shù)，液位調(diào)節(jié)過程畫面圖6所示。

圖5 點擊水泵啟動時的液位調(diào)節(jié)過程畫面Fig.5 Click the pump start button，liquid level adjustment process screen

圖6 點擊自動、設(shè)置PID初始參數(shù)時液位調(diào)節(jié)過程畫面Fig.6 Click the auto button、setting PID initial parameters，the liquid level adjustment process screen

自動調(diào)節(jié)欄目中，左鍵點擊“啟動”按鈕、確認進入啟動狀態(tài)，點擊“整定曲線”按鈕，結(jié)合曲線進行PID參數(shù)整定，液位調(diào)節(jié)過程畫面及整定曲線如圖7所示。點擊進入評分即可進行評分。

圖7 液位調(diào)節(jié)過程畫面及整定曲線Fig.7 Liquid level adjustment process screen and the setting curve

直到進入穩(wěn)定區(qū)，在監(jiān)控畫面上出現(xiàn)“穩(wěn)定”兩個字后，點擊“進入評分”。測量值達到穩(wěn)定以后，左鍵依次點擊自動調(diào)節(jié)欄“停止”、工作模式“手動”、“水泵停止”按鈕。所有操作項目完畢后，必須確認停泵、停加熱器，切斷水源、電源，確?，F(xiàn)場整齊、整潔。進入評分程序，考試計時15 min，根據(jù)整定曲線的變化情況被控量偏離設(shè)定值的偏差值進行自動評分。自動評分程序結(jié)果顯示界面如圖8所示。

圖8 自動評分程序Fig.8 Automatic scoring program

5 儀表維修工技能考核自動評分系統(tǒng)的應(yīng)用教學(xué)效果

該教學(xué)系統(tǒng)于2015年6月開始在我院自動化專業(yè)教學(xué)過程中使用，教學(xué)系統(tǒng)運行正常，學(xué)生反映良好，使用比較方便、操作簡單、圖文并茂，獲得了良好的教學(xué)效果。該教學(xué)系統(tǒng)不僅可以對學(xué)生，還可以對工業(yè)現(xiàn)場儀表操作工人進行技能培訓(xùn)與技能考核鑒定，具有良好的應(yīng)用前景和有推廣價值。

[1]李駪，姜秀英，劉東方.儀表維修工技能競賽輔導(dǎo)指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]李駪，汪濤.儀表維修工職業(yè)操作技能培訓(xùn)教材[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.