基于工控機(jī)的《維修電工排故》通用板裝置設(shè)計(jì)*

董改花，王俊杰，謝 元，黎文杰

(蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215009)

0 引言

《維修電工》是高職高專機(jī)電一體化專業(yè)與電氣自動(dòng)化專業(yè)的一門必修課程，其中機(jī)床的維護(hù)與檢修(即《維修電工排故》)是《維修電工》職業(yè)技能培訓(xùn)的重要內(nèi)容之一，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠根據(jù)機(jī)床故障現(xiàn)象，在電路圖上分析出故障可能產(chǎn)生的原因，確定故障發(fā)生的范圍并排除。學(xué)生要達(dá)到職業(yè)資格所要求的此技能，學(xué)校需要配備相應(yīng)的機(jī)床實(shí)訓(xùn)排故設(shè)備。目前各學(xué)?，F(xiàn)有的《維修電工排故》實(shí)訓(xùn)裝置在《維修電工排故》使用過程中主要存在以下幾個(gè)問題[1]：

(1)《維修電工排故》模塊涉及到的機(jī)床種類多，控制線路復(fù)雜，維修成本高。目前《維修電工排故》檢修的機(jī)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(jī)床的電氣控制線路圖復(fù)雜，學(xué)生容易造成接錯(cuò)線等不當(dāng)操作，導(dǎo)致設(shè)備損壞時(shí)有發(fā)生，存在維修成本高、安全隱患大等問題。

(2)學(xué)校資源有限，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低?！毒S修電工排故》模塊教學(xué)以班級(jí)為單位展開，1個(gè)班級(jí)一般為40人～50人，配備1名教師教學(xué)。教學(xué)的過程中，學(xué)生對(duì)1個(gè)故障的排除大約需要30 min，5人～6人1組進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)習(xí)不精，嚴(yán)重影響到學(xué)習(xí)效果與考試的通過率，常有學(xué)生補(bǔ)考的事情發(fā)生。

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

在此背景下，本文開發(fā)了《維修電工排故》通用板，囊括常見故障點(diǎn)，教師通過工控上位機(jī)設(shè)置故障，學(xué)生在真實(shí)排故電路板上操作并排故，并將排故故障點(diǎn)輸入工控機(jī)，工控機(jī)及時(shí)反饋成績(jī)，學(xué)生可隨時(shí)隨地進(jìn)行反復(fù)排故、學(xué)習(xí)、測(cè)試、考評(píng)，極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1 通用板裝置總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體控制要求

該裝置由教師設(shè)置故障平臺(tái)、學(xué)生排除故障平臺(tái)和學(xué)生排故評(píng)價(jià)平臺(tái)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(shè)置故障平臺(tái)設(shè)置故障點(diǎn)，可以一次設(shè)置1個(gè)故障點(diǎn)，也可以設(shè)置幾個(gè)故障點(diǎn)，并設(shè)置學(xué)生排除故障時(shí)間。

(2)學(xué)生通過自己的用戶名與密碼登錄學(xué)生排除故障平臺(tái)，點(diǎn)擊故障運(yùn)行按鈕，排故試教通用電路板對(duì)應(yīng)教師提前設(shè)置好的故障點(diǎn)會(huì)立刻斷開，學(xué)生按照通用電路正常運(yùn)行步驟運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，分析故障發(fā)生可能出現(xiàn)的最小范圍，利用萬(wàn)用表采用電壓法或電阻法逐一測(cè)量，最后鎖定故障點(diǎn)。

(3)學(xué)生將找出的故障點(diǎn)輸入到學(xué)生排除故障平臺(tái)的正確故障點(diǎn)方框內(nèi)，如果學(xué)生找到的故障點(diǎn)與教師之前設(shè)置的故障點(diǎn)完全符合，則排故試教通用電路板對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)自然閉合，故障排除，顯示“恭喜你，故障點(diǎn)查找正確”的對(duì)話框。學(xué)生排除故障結(jié)束后，點(diǎn)擊排故結(jié)束按鈕，計(jì)時(shí)結(jié)束。學(xué)生排故評(píng)價(jià)平臺(tái)會(huì)根據(jù)排故所用的時(shí)間與排除故障錯(cuò)誤的次數(shù)進(jìn)行評(píng)分。

1.2 維修電工排故裝置通用電路選擇

《維修電工》常見機(jī)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(wàn)能銑床電路。通過對(duì)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(wàn)能銑床常見的自鎖電路、互鎖電路、點(diǎn)動(dòng)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(shè)計(jì)方案

本裝置由教師故障設(shè)置平臺(tái)、學(xué)生排除故障平臺(tái)、故障考評(píng)平臺(tái)組成，完成對(duì)CA6140型臥式車床故障點(diǎn)的設(shè)置、排除與評(píng)價(jià)。選用MCGS觸摸屏作為本系統(tǒng)工控上位機(jī)，控制核心單元選擇可靠性高、控制邏輯比較簡(jiǎn)單的三菱FX1N-24MR型PLC，控制對(duì)象為CA6140型臥式車床控制電路，裝置總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 裝置總體設(shè)計(jì)方案

本裝置采用繼電器來控制故障點(diǎn)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(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(gè)常見故障點(diǎn)通過10個(gè)繼電器常閉觸點(diǎn)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(jiān)控界面設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)監(jiān)控靜態(tài)界面設(shè)計(jì)

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

圖5 系統(tǒng)靜態(tài)界面

3.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

將設(shè)計(jì)好的MCGS靜態(tài)界面與PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，需要組態(tài)變量與PLC之間變量綁定，以實(shí)現(xiàn)MCGS觸摸屏與PLC之間信息的傳遞。組態(tài)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(tǒng)的啟停；變量燈1、燈2、燈3用于3個(gè)故障排除正確的指示；數(shù)據(jù)寄存器d1、d2、d3分別對(duì)應(yīng)排故過程中設(shè)置的3個(gè)故障，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器d1、d2、d3的0～9數(shù)值分別對(duì)應(yīng)1個(gè)～10個(gè)電路的故障點(diǎn)。

圖6 組態(tài)變量與PLC變量綁定界面

4 《維修電工排故》通用板裝置實(shí)物

根據(jù)上述軟硬件設(shè)計(jì)，制作的CA6140型臥式車床維修電工排故通用板實(shí)物如圖7所示。

圖7 CA6140型臥式車床排故通用板實(shí)物

將組態(tài)腳本程序下載到MCGS觸摸屏，PLC程序下載到PLC中，通過串口數(shù)據(jù)線將觸摸屏與PLC連接，按照本裝置控制要求逐步調(diào)試完成后，經(jīng)試驗(yàn)所有控制功能均能實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本《維修電工排故》通用板裝置采用教師在軟件平臺(tái)上設(shè)置故障的方法，打破了傳統(tǒng)耗時(shí)耗力的手工設(shè)置故障方法，是一個(gè)智能化的裝置，其依托工控軟件，對(duì)機(jī)床通用型電路所有排故點(diǎn)實(shí)現(xiàn)集測(cè)、教、訓(xùn)、考于一體，可大大提高教學(xué)效率。