电气专业电控系统维修类一体化课程专业核心技能的教学设计

李炳

摘要：本文分析研究了电气自动化设备安装与维修专业电控系统维修类一体化课程专业核心技能及相应的教学设计，利用鱼骨图技术分析，得出本专业电控系统维修类一体化课程的专业核心技能为绘制故障树的结论，并通过具体学习任务，分析了绘制故障树需要具备或学习的知识、技能，提出了绘制故障树的相应教学设计。

关键词：电气专业 电控系统维修类一体化课程 故障树 教学设计

电气自动化设备安装与维修专业根据《一体化课程教学资源包开发指导手册》开发出本专业三个层级（中、高、技师）的一体化课程。其中，有三门电控系统维修类课程：高级课程，即简单电子线路维修，课程中学习任务包括DS--2042型数码电子钟无法显示故障维修、DSC-32型直流调速柜开环控制系统无法调速故障维修；高级课程，即继电控制线路维修，课程中学习任务包括20/5t桥式起重机继电控制线路维修、B2012A龙门刨床继电控制线路维修；技师课程，即《复杂设备电气控制系统维修》，课程中学习任务包括DSC-32卷扬设备停止运转电气控制系统维修（直流调速）、TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）、企业课题（XX型地面设备电控系统故障维修）、课程拓展（撰写TVT-LMB-01型龙门刨床电气控制系统维修技术手册）。

本文以电气专业技师层级电控系统维修类学习任务——TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）为例，研究以下两个问题：为什么绘制故障树，绘制故障树的教学设计。

一、为什么绘制故障树

绘制故障树是电气专业电控系统维修类一体化课程的专业核心技能。学生学会了绘制故障树，就学会了电控系统维修类工作的核心技能（维修工作方法），为能够胜任企业中电气自动化设备的电控系统维修类工作奠定了基础。

1.绘制故障树是后续维修工作的前提

利用鱼骨图技术，分析TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）案例，得出以下各个工作环节的技能点。

（1）工作环节1：明确任务。工作目标：明确案例任务的工作内容、验收标准。输出结果：故障树。技能点：绘制电气原理框图，绘制故障树。

（2）工作环节2：制定维修方案。工作目标：制定案例任务的维修流程及元器件、工具、仪表清单。输出结果：维修方案。技能点：依照故障树制定维修流程，依照故障树制定工具、仪表清单。

（3）工作环节3：维修。工作目标：确定故障点，排除故障，自检试车。输出结果：维修记录。技能点：依照维修流程，利用诊断工具（万用表、上位机监控软件、变频器OP、示波器等），采用检查方法（电压法、替换法、调整参数法等），确定故障点；采用维修工具（热风枪、电工通用工具等）修复故障元件或替换故障元件。

（4）工作环节4：验收交付。工作目标：验收设备，完成产品的交付。输出结果：验收单。技能点：核算维修成本。

（5）工作环节5：总结与拓展。工作目标：总结经验、提高效率，强化技能。输出结果：技术论文，T101恒压供水压力波动电气控制系统维修方案。技能点：撰写技术论文，绘制故障树。

通过上述5个工作环节技能点的分析得出，只有绘制完成故障树，才能确定维修流程及所需的工具、仪表，制定维修方案，实施维修等。

2.绘制故障树是电控系统维修类工作的核心内涵

利用鱼骨图技术，分析电控系统维修类课程所有学习任务，梳理每个学习任务的技能点，可提炼出电控系统维修类工作的以下内涵。

（1）工作环节1：明确任务。内涵：复杂问题简单化。

（2）工作环节2：制定维修方案。内涵：经验法，即查询维修记录，对同类故障，利用经验直接排除；缩小故障范围法，即绘制故障树。

（3）工作环节3：维修。内涵：依照维修方案，利用诊断工具（验电器、万用表、上位机监控软件、变频器OP、示波器等），采用检查方法（电阻法、电压法、电流法、短接法、逐步排除法、替换法、调整参数法等），确定故障点。

（4）工作环节4：验收交付。内涵：采用维修工具（电工通用工具、电烙铁、热风枪等）修复故障元件或替换故障元件，自检试车。

（5）工作环节5：总结与拓展。内涵：核算维修成本、总结经验、提高效率。

通过对上述5个工作环节内涵的分析得出，绘制故障树能够缩小故障维修范围、简化维修步骤、确定维修流程、提高维修效率，对诊断故障点、排除故障起到了指导作用，是电控系统维修类工作的核心内涵。

二、绘制故障树的教学设计

本文以绘制TVT-LMB-01仿真型龙门刨床正向运行无法调速故障电气控制系统维修（交流调速）故障树为例，介绍利用鱼骨图技术分析“明确工作任务”工作环节中，绘制故障树所对应的知识与技能。

1.需要具备或学习的技能点、知识点

（1）技能点。包括：会分析电控系统的控制电路（梳理输入、输出信号）；会分析电控系统的主电路（梳理驱动器、执行器）；会绘制电控系统电气原理框图（梳理电控系统的单元模块）；会确定故障范围（依据正向运行无法调速故障现象对照电气原理框图，在电控系统原理图上圈出故障所涉及的元件及接线）；会绘制故障树。

（2）知识点。包括：P1C数字量、模拟量输入接口DI＼AI、P1C模拟量输出接151AI＼AQ，变频器模拟量控制信号输入端，创台主拖电机电气控制方式、横梁电机电气控制方式，侧刀架电机电气控制方式、垂直刀架电机控制方式、三类电机四种控制方法的特点，PLC输入侧单元模块、PLC输出侧单元模块，主电路执行单元模块（创台主拖电机模块、横梁升降电机模块、侧刀架电机模块、垂直刀架电机模块、抬刀电磁铁模块）。

通过针对案例的分析，在梳理完成绘制故障树所需要具备或学习的知识和技能点后，可以得出绘制故障树教学的重点和难点是“学会绘制故障树的方法”。

2.绘制故障树的六步法

绘制故障树教学设计思路是学生通过自主学习，归纳提炼出绘制故障树的六步法，具体教学设计如下所示：

（1）工步1

教学目标：梳理电控系统的控制电路——s7-200PLC输入信号。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出S7-200PLC输入端子及外接元器件。

教学组织：组织学生在工作页的原理图上圈出s7-200PLC输入端子及外接元器件；组织学生轮流说出一个s7-200PLC输入端子及外接元器件，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，并研讨AT为何种信号输入。

（2）工步2

教学目标：梳理电控系统的控制电路——s7-200PLC输出信号。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出S7-200PLC输出端子及外接元器件。

教学组织：组织学生在工作页的原理图上圈出画出s7-200PLC输出端子及外接元器件；组织学生轮流说出一个s7-200PLC输入端子及外接元器件，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，并研讨AQ为何种信号输入及变频器模拟量控制信号输入端。

（3）工步3

教学目标：梳理电控系统的主电路——驱动器、执行器。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图上，圈画出驱动器、执行器。

教学组织：组织小组学生研讨，该刨床采用了几类电机，分别采用哪些控制方式，分别驱动哪些负载；组织学生展示，研讨成果，课代表在白板上记录；师生进行头脑风暴，探讨有无遗漏，教师点评三类电机四种控制方法的特点。

（4）工步4

教学目标：梳理电控系统——单元模块。

设置引导问题：在TVT-LMB-01型龙门刨床电气控制系统框图上，填空补画完整。

教学组织：组织学生查找变频器手册，展示M430变频器3、4、5、6、9接线端子的含义，教师小总结；组织学生以小组为单位在网上查找类似龙门刨床的电气原理框图，在工作页上补写完整电气原理框图；组织利用实物投影小组展示成果，后续小组点评；师生进行头脑风暴，探讨是否有误导项，如有在工作页上打“×”符号。

（5）工步5

教学目标：确定正向运行无法调速故障的范围。

设置引导问题：在TVT-LMB-01仿真型龙门刨床电气原理图中，圈出故障在电控系统中所涉及的元件及接线。

教学组织：利用实物投影展示电气控制系统框图，组织全体学生风暴PLC输入侧单元模块，确定创台调速电位器模块，研讨所涉及的元件及接线；组织全体学生风暴PLC输出侧单元模块，确定变频器启停、运行方向控制模块，研讨所涉及的元件及接线；提问电控系统主电路是否需要绘制故障树；总结排故的宗旨及缩小故障范围的方法。

（6）工步6

教学目标：绘制故障树。

设置引导问题：绘制故障树。

教学组织：绘制顺序为从电源至执行器，该节课10分钟内独立完成（手绘），组织学生展示评价后定稿，教师总结。

三、小结

电气自动化设备安装与维修专业目前有电控系统维修类、装调类、联调类等一体化专业课程。本文利用鱼骨图技术分析研究了电气专业电控系统维修类一体化课程专业核心技能——绘制故障树，归纳出绘制故障树的五步法：分析电控系统的控制电路，分析电控系统的主电路，绘制电控系统电气原理框图，确定故障范围，绘制故障树。同时，本文提出了绘制故障树的教学设计。在后续工作中，我们将继续研究电控系统装调类、电控系统联调类等一体课程的核心技能及相应的教学设计。