仪表维修工技能培训考核评分系统研发

2018-01-18王锁庭

自动化与仪表 2017年12期

王锁庭，李駪，刘艳

（1.天津石油职业技术学院，天津 301607；2.天津昌晖自动化系统有限公司，天津 300101）

职业技术院校工业过程自动化技术专业应具备工业仪表操作与维护技能，特别是对于工业现场所需要的自动化人才的技能需求，主要是过程控制系统的安装、调试、操作与维护，更多的应用场合是针对具有PID调节功能的单回路控制系统，要求学员能熟练掌握单回路控制系统的参数整定、系统调试与运行维护的基本技能，而目前职业院校或培训机构所具备的技能培训设备具有技能培训和考核功能，但是技能考核是教师根据学员操作过程及操作结果人为的判断而给出的考核成绩，存在人为的主观因素影响，影响技能考评的公正性，可能会影响培训学员的训练积极性和主动性，因而研制自动考核评分系统就显十分重要和迫切。

针对技能培训和考核鉴定而开发研制的仪表维修工自动评分系统，突出技能考核的实时性、客观性和公平性，激发学员对技能培训学习的热情，达到培养具有过程控制操作能力技能人才的目的。该系统可以广泛应用于职业院校或教育培训机构的技能培训和技能鉴定，也可应用于工业企业的技能培训和技能鉴定，应用范围比较广泛。该系统在职业院校和培训机构的试用，获得了良好的培训教学效果，具有良好的应用和推广价值。

1 仪表维修工技能考核自动评分系统的开发依据与功能要求

1.1 自动评分系统的开发依据

工业过程自动化技术专业的职业核心能力之一是工业仪表操作与维护。通过对石油石化企业、化工制药企业的调查分析，需要从事工业过程检测和控制以及自动化控制系统安装调试、运行维护能力的高技能人才，就业岗位主要分布于化工厂、炼油厂、制药厂等相关企业过程仪表和控制系统的安装、调试、运行、维护岗位。

所以自动评分系统的开发依据就是适应过程控制系统的安装、调试、操作与维护等项目，特别是针对具有PID调节功能的单回路控制系统参数整定、系统调试与运行维护的项目，具有技能考核自动评分功能。

1.2 自动评分系统的功能要求

仪表维修工技能考核自动评分系统的功能要求是具备过程控制系统的安装、调试、操作与维护技能要求的培训项目，应采用国内外先进仪器与典型仪表调校为实例，以技能操作为核心，可以完成仪器使用、仪表选型、测点选择、仪表安装、控案确定、仪表调校、回路测试、参数整定、系统联调、运行调试、数据采集、控制运算、组态能力、故障诊断、复杂控制、网络通讯、交工验收、填写报告等基本技能训练[1]。

2 仪表维修工技能考核自动评分系统的硬件结构设计

根据仪表维修工技能考核自动评分系统的开发依据与功能要求，结合培训和考核需要，它将连续性工业生产过程中常见的容器、管路、泵、阀门等设备微缩、集中，配合自动测量、控制装置可以对典型的物理参数（液位、流量、压力、温度）进行测量、显示记录和各种自动控制。系统硬件采用了开放式的结构，按带控制点工艺流程图识读可拆可装，即所有的设备和一次仪表均可视、可调校、可操作。装置可配接多种控制器（模拟调节器、数字调节器、变频器、可编程控制器、工业控制计算机等），实现从简单到复杂的控制策略，以适应各级各类不同层次培训的需要。

系统硬件由被控对象和操控台（柜）两部分组成，中间采用接线端子连接，该系统被控对象（实训台）的带控制点工艺流程如图1所示。

图1 带控制点工艺流程Fig.1 Drawing with control point process flow chart

工艺实训对象采用不锈钢框架式结构，配有移动脚轮。工艺设备为一套单回路、小流量、水介质的两罐槽水连续循环系统。工艺过程参数包括液位、流量、温度、泵出口压力等；储水槽、工艺罐、阀门、法兰、管路等均采用不锈钢材料制成；全套工艺设备结构合理﹑各手动阀门操作方便、设备运行噪音小、无腐蚀、无泄露﹑坚固耐用、安全可靠。工艺实训对象的电气一次仪表部分用来测量、控制水循环系统运行过程中工艺参数。由变送器﹑执行器、电机仪表箱组成，大多采知名品牌产品，性能稳定。装置结构紧凑、布局合理、安装与维护方便。

在工艺实训装置的侧部装有挂壁式仪表箱。一次仪表变送信号、电机控制信号、执行信号、继电器汇集于箱内，通过航空插头电缆束与操控台连通；箱外表面是操作面板，装有信号指示灯和操作按钮，可实现水泵自动/手动切换、启停功能。

操控调校台由各种仪表调校信号源（压力、电流、电压）与模拟显示、记录、控制器模块、继电器和按钮模块、智能仪表模块、PC机和显示器、键盘等组成。

3 仪表维修工技能考核自动评分系统的软件结构设计

根据过程控制系统的安装、调试、操作与维护的评分标准，使用WinCC监控软件的后台脚本，使用高级C语言程序设计进行程序设计，最终编制出符合教学要求的XLS格式的评分软件。自动评分系统可实现对企业仪表技术人员和计控室技术人员自动化技能的培训与考核，也可作为仪器仪表维修工、工业自动化及相关专业中、高职学生和企业职工技能大赛与技能比武的技能训练与考核系统。

4 仪表维修工技能考核自动评分系统的应用举例

以液位调节系统为例来说明[2]。操作过程如下：①操控台通电，实训台供电正常，打开显示屏、PC机；②检查实训台上仪表、阀门、水泵、容器、管路是否完好，确认可以使用；③确认仪表箱手动自动操作挡选择自动挡，鼠标左键点击系统图标，自动评分系统界面如图2所示，系统运行之后，进入自动评分系统界面，如图3所示，在启动界面里点击进入；④在主画面中点击：“液位调节”，进入调节系统，液位调节系统（先从主画面点击液位调节，确认进入“液位调节”）界面如图4所示。

图2 自动评分系统界面Fig.2 Automatic scoring system interface

图3 主画面显示Fig.3 Main picture display

图4 液位调节系统过程画面Fig.4 Liquid level control system process screen

左键点击“水泵启动”按钮，液位调节过程画面如图5所示。工作模式栏目中，左键点击“自动”按钮、确认进入自动状态，输入调节目标值，设置PID初始参数，液位调节过程画面图6所示。

图5 点击水泵启动时的液位调节过程画面Fig.5 Click the pump start button，liquid level adjustment process screen

图6 点击自动、设置PID初始参数时液位调节过程画面Fig.6 Click the auto button、setting PID initial parameters，the liquid level adjustment process screen

自动调节栏目中，左键点击“启动”按钮、确认进入启动状态，点击“整定曲线”按钮，结合曲线进行PID参数整定，液位调节过程画面及整定曲线如图7所示。点击进入评分即可进行评分。

图7 液位调节过程画面及整定曲线Fig.7 Liquid level adjustment process screen and the setting curve

直到进入稳定区，在监控画面上出现“稳定”两个字后，点击“进入评分”。测量值达到稳定以后，左键依次点击自动调节栏“停止”、工作模式“手动”、“水泵停止”按钮。所有操作项目完毕后，必须确认停泵、停加热器，切断水源、电源，确保现场整齐、整洁。进入评分程序，考试计时15 min，根据整定曲线的变化情况被控量偏离设定值的偏差值进行自动评分。自动评分程序结果显示界面如图8所示。