基于工控机的《维修电工排故》通用板装置设计*

董改花，王俊杰，谢 元，黎文杰

(苏州经贸职业技术学院，江苏 苏州 215009)

0 引言

《维修电工》是高职高专机电一体化专业与电气自动化专业的一门必修课程，其中机床的维护与检修(即《维修电工排故》)是《维修电工》职业技能培训的重要内容之一，要求学生在规定时间内能够根据机床故障现象，在电路图上分析出故障可能产生的原因，确定故障发生的范围并排除。学生要达到职业资格所要求的此技能，学校需要配备相应的机床实训排故设备。目前各学校现有的《维修电工排故》实训装置在《维修电工排故》使用过程中主要存在以下几个问题[1]：

(1)《维修电工排故》模块涉及到的机床种类多，控制线路复杂，维修成本高。目前《维修电工排故》检修的机床常见的有T68镗床、X62W铣床[2]、CA6140车床、M7120磨床、Z3050摇臂钻床等，这些机床的电气控制线路图复杂，学生容易造成接错线等不当操作，导致设备损坏时有发生，存在维修成本高、安全隐患大等问题。

(2)学校资源有限，学生学习效率低。《维修电工排故》模块教学以班级为单位展开，1个班级一般为40人～50人，配备1名教师教学。教学的过程中，学生对1个故障的排除大约需要30 min，5人～6人1组进行学习，这样导致很多学生学习不精，严重影响到学习效果与考试的通过率，常有学生补考的事情发生。

(3)教师设置故障方法老旧，耗时耗力。在开展《维修电工排故》模块教学过程中，需要老师不断地给学生设置故障以检测学生的排故能力，设置故障的方法通常为接线端缠绕黑胶布，设置完成后还要检测故障现象是否已经出现，往往缠好黑胶布之后，并没有故障现象，需再次设置，耗时耗力；学生进行排故时，不是用正常的排故方法进行排故，而是到处寻找哪些导线端缠绕了黑胶布，找到了即为故障点，真正的排故技能没有掌握。

在此背景下，本文开发了《维修电工排故》通用板，囊括常见故障点，教师通过工控上位机设置故障，学生在真实排故电路板上操作并排故，并将排故故障点输入工控机，工控机及时反馈成绩，学生可随时随地进行反复排故、学习、测试、考评，极大地提升了学生的学习效率。

1 通用板装置总体设计

1.1 系统总体控制要求

该装置由教师设置故障平台、学生排除故障平台和学生排故评价平台组成。其具有功能如下：

(1)教师通过自己的用户名与密码登录教师设置故障平台设置故障点，可以一次设置1个故障点，也可以设置几个故障点，并设置学生排除故障时间。

(2)学生通过自己的用户名与密码登录学生排除故障平台，点击故障运行按钮，排故试教通用电路板对应教师提前设置好的故障点会立刻断开，学生按照通用电路正常运行步骤运行后发现故障现象，分析故障发生可能出现的最小范围，利用万用表采用电压法或电阻法逐一测量，最后锁定故障点。

(3)学生将找出的故障点输入到学生排除故障平台的正确故障点方框内，如果学生找到的故障点与教师之前设置的故障点完全符合，则排故试教通用电路板对应的故障点自然闭合，故障排除，显示“恭喜你，故障点查找正确”的对话框。学生排除故障结束后，点击排故结束按钮，计时结束。学生排故评价平台会根据排故所用的时间与排除故障错误的次数进行评分。

1.2 维修电工排故装置通用电路选择

《维修电工》常见机床电气控制典型电路有C6140型普通车床、M7120型平面磨床和X62W万能铣床电路。通过对以上典型电路的分析，最终选定了CA6140卧式车床电气控制电路，其控制包含了C6140型普通车床、M7120型平面磨床、X62W万能铣床常见的自锁电路、互锁电路、点动电路和顺序控制电路。CA6140卧式车床电气原理图如图1所示。

图1 CA6140卧式车床电气原理图

1.3 装置总体设计方案

本装置由教师故障设置平台、学生排除故障平台、故障考评平台组成，完成对CA6140型卧式车床故障点的设置、排除与评价。选用MCGS触摸屏作为本系统工控上位机，控制核心单元选择可靠性高、控制逻辑比较简单的三菱FX1N-24MR型PLC，控制对象为CA6140型卧式车床控制电路，装置总体设计方案如图2所示。

图2 装置总体设计方案

本装置采用继电器来控制故障点的通与断。CA6140型卧式车床控制电路部分采用220 V交流电，故选用能够控制220 V交流电的继电器，最终选用了松下Panasonic AHN22324N型继电器。

2 装置硬件电路设计

设计的CA6140型卧式车床排故装置I/O分配见表1。

表1 排故装置I/O分配

CA6140卧式车床控制回路中10个常见故障点通过10个继电器常闭触点连接，排故装置主回路接线图如图3所示。

图3 排故装置主回路接线图

排故装置PLC控制回路接线图见图4。

图4 排故装置PLC控制回路接线图

3 装置监控界面设计

3.1 系统监控静态界面设计

根据CA6140型卧式车床排故的控制要求，用MCGS绘制其静态界面[3]。本系统静态界面如图5所示。

图5 系统静态界面

3.2 系统动态监控设计

将设计好的MCGS静态界面与PLC进行联机调试，需要组态变量与PLC之间变量绑定，以实现MCGS触摸屏与PLC之间信息的传递。组态变量与PLC变量绑定界面如图6所示。

图6中，变量m1、m3用于控制系统的启停；变量灯1、灯2、灯3用于3个故障排除正确的指示；数据寄存器d1、d2、d3分别对应排故过程中设置的3个故障，每个数据寄存器d1、d2、d3的0～9数值分别对应1个～10个电路的故障点。

图6 组态变量与PLC变量绑定界面

4 《维修电工排故》通用板装置实物

根据上述软硬件设计，制作的CA6140型卧式车床维修电工排故通用板实物如图7所示。

图7 CA6140型卧式车床排故通用板实物

将组态脚本程序下载到MCGS触摸屏，PLC程序下载到PLC中，通过串口数据线将触摸屏与PLC连接，按照本装置控制要求逐步调试完成后，经试验所有控制功能均能实现。

5 结语

本《维修电工排故》通用板装置采用教师在软件平台上设置故障的方法，打破了传统耗时耗力的手工设置故障方法，是一个智能化的装置，其依托工控软件，对机床通用型电路所有排故点实现集测、教、训、考于一体，可大大提高教学效率。