化工仪表维修工技能培训考核教学系统的开发与研
究
目前，职业技术院校和职业培训机构中的技能培训与鉴定考核教学设备数量不足，既能实现技能培训又能进行鉴定考核的一体化教学设备十分短缺。为了解决这一难题，本文结合职业技术院校自动化类专业或仪表类专业化工仪表维修工就业岗位的知识与技能要求，针对培训学员进行技能培训和考核鉴定而开发设计的化工仪表维修工技能培训考核教学系统（以下简称“系统”），涵盖从初级工到高级技师的所有等级，突出技能训练的指导性、实用性和可操作性，着重培训学员的动手操作能力，达到培养具有岗位能力和拓展创新型技能人才的目的；该教学系统既适用于职业院校相关专业的课程实训教学和化工仪表维修工的技能培训和考核鉴定，也适用于石油化工企业仪表维修职工的技能培训和考核鉴定。另外，教师参与该项目的开发研究，还有利于培养专业教师的实践操作技能，加快了专业实训室的建设步伐，有利于促进学院自动化技术专业的建设与发展。
1 系统的开发依据与功能要求
1.1 系统的开发依据
生产过程自动化技术专业的职业核心能力之一是化工仪表操作与维护。近年来，随着石油石化、化工制药等行业的蓬勃发展，生产过程自动化控制技术也发展很快，构成过程自动化控制系统的化工仪表应用十分广泛，测量技术与手段也在不断更新，因此化工仪表的应用和维护量不断增加。再者，化工仪表正在向智能化、数字化的方向发展，这是发展的趋势，对维修技术要求更高，维修难度也更大。
通过对石油石化企业、化工制药企业的调查发现，他们需要从事生产过程检测和控制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，这些岗位对应的工种是化工仪表维修工。岗位要求包括及时获取各种信息，解决工程、生产中遇到的检测和控制问题，必须合理选择和应用各种传感器，以实现现代化测量和自动控制。因此，学生必须掌握扎实的化工仪表操作与维护相关的知识和技能，我们把化工仪表维修工的岗位技能确定为自动化专业的主要岗位技能。
所以，系统的开发依据是适应生产现场化工仪表操作与维护相关的岗位，根据自动化及相关专业的培训教学需要，依托国家与化工仪表维修工各等级应有的职业标准及技能实作细化指标，培养具有化工仪表维修工各等级技能要求的中高级创新型技能人才。
1.2 系统的功能要求
系统的功能要求是具备化工仪表维修工各等级的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。
2 系统的硬件结构设计
根据系统的开发依据与功能要求，结合培训教学需要，系统吸收了国内外同类产品的特点和长处，汇集了仪表专家及培训教师的丰富经验，精心设计、推出的全新系列技能培训考核教学系统。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；多阶液位对象通过柔性连接可以实现多种被控过程；开放式软件组态环境可根据不同的控制方案组态构成不同的控制系统。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、
从经典到现代的控制策略，并配有故障箱，以适应各级各类不同层次培训教学单位的需要。
该系统突出技能训练的指导性、实用性和可操作性，有技能训练课题几十个；训练内容经典，着重培训学员的动手能力，达到培养具有关键能力和拓展创新型技能人才的目的。结合工业自动化技术最新应用技术，充分考虑现代工业综合自动化技术的发展趋势，研发既符合学校实训要求又贴近工厂实际使用的创新型教学系统，并配套实训教程。
教学系统是典型（三容）精馏工艺设备、独立双回路、不锈钢容器与不锈钢管路、现场仪表管路可按图拆装，控制装置和被控对象分体、信号端口开放的配线结构形式。
2.1 总体结构
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，其结构示意图如图1所示。
2.2 被控对象
被控对象部分采用铝合金框架式结构，并配有移动脚轮。装置的工艺设备为一套双独立回路三容微缩水循环系统，其工艺流程如图2所示（图略）。设备的控制装置用来测量和控制水循环系统运行过程中关键部位的工艺参数。控制装置由各种变送器﹑显示仪表﹑执行装置和控制器组成，大多采用国内名牌仪表及进口品牌工业级产品。执行装置由电动调节阀、变频调速泵、晶闸管调功器等多种类型构成（可使控制多样化）。控制装置和仪表的小型化，使得教学装置结构紧凑、布局合理、安装维修方便。
2.3 操控调校台
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 系统的软件结构设计
3.1 DCS控制系统介绍
本系统选用了浙江大学工业控制技术研究所自行开发的新一代主控系统——UW500，该系统具有稳定、先进实用、友好开放的特性，并已广泛应用于化工、制药、炼油、石化、钢铁、能源、建材、轻工、造纸、环保等行业，具有可靠性高、系统开放、功能强大、维护简便的特点。
本系统选用一台计算机作为操作员站同时兼工程师站。针对不同的实训内容实现不同的功能，例如可以进行工艺流程的动态监控、报警生成、报表生成、历史数据和曲线的生成、查找。还可以进入后台进行开发。硬件根据不同的仪表接口选用不同的I/O卡件。
DCS控制系统主要特点是可靠性高、功能强大、系统开放以及维护简便。
3.2 新开发的考核评分软件
根据培训单位提出的评分标准，使用监控软件的后台脚本，使用高级语言程序设计进行程序设计，编制出符合教学要求的XLS格式的评分软件。
4 化工仪表维修工技能实作细化指标与技能培训考核任务的确定
根据化工仪表维修工各等级的技能要求，确定其技能实作细化指标与技能培训考核任务，以化工仪表维修工高级工为例进行说明。
4.1 化工仪表高级工应有的技能实作细化指标
（1）工程图纸识读能力：复杂控制系统工程图、仪表控制盘仪表安装图、DCS仪表控制室平面布置图；
（2）智能仪表设置能力：智能压力变送器、智能差压变送器、气动薄膜调节阀、阀门定位器、智能调节器、安全栅、真彩无纸记录仪、闪光信号报警器、光柱显示控制仪、流量积算记录仪等；
（3）复杂控制系统构成与系统投运：能对串级、比值、均匀、分程、选择、前馈等控制系统进行PID参数整定；
（4）联锁报警系统连接与调试能力：复杂系统构建后的联锁报警系统调试及系统运行，故障分析与排除；
（5）能对计算机控制系统的硬件进行调试与维护能力：针对控制系统计算机部分的系统服务器（SVR）、现场控制站（FCS）、操作员站（OPS）、工程师站（ENS）相关硬件调试与维护；
（6）仪表自动化系统施工及组织验收能力：自动化系统施工后按图及控制方案验收，参照自动化仪表工程施工及验收规范GB*****-2002；
（7）能使用和维护化工分析仪表能力：气相色谱仪、多流路样品预处理系统及其外围设备，能判断和处理可燃气体报警等系统的故障。
4.2 系统可以完成的技能培训考核任务
根据化工仪表维修工高级工的技能实作细化指标，本装置可以完成的培训考核任务如表1。
5 系统的应用教学效果
该教学系统于2021年11月开始在我院自动化专业教学过程中使用，教学系统运行正常，学生反映良好，使用比较方便，操作简单，图文并茂，收到了良好的教学效果。该教学系统不仅可以对学生进行课程教学演示和仪表维修工技能的培训考核，还可以对石油石化现场仪表操作工人进行技能培训与技能考核鉴定。