基于“岗课赛证”多维融合受电弓检修与控制实训平台研究.pdf

科技论坛科技论坛CE MAGAZINE PAGE 32CE MAGAZINE PAGE 33基于“岗课赛证”多维融合受电弓检修与控制实训平台研究曹惠红【摘 要】论文针对现有高职院校受电弓实训项目现状，对受电弓检修故障平台进行分析和设计，研发基于“岗课赛证”多维融合的受电弓检修实训平台，该平台能实现受电弓结构认知、机械检修、电气检修、故障分析及考核等项目功能，还能辅助学生学习“1+X”证书的内容。学生通过在该平台的学习能够大幅提升其检修受电弓的技能水平。【关键词】受电弓；检修；控制电路；岗课赛证作者简介：曹惠红，硕士，广州华夏职业学院，讲师。课题来源：2022 年广州华夏职业学院校级科研课题，项目类别：自然科学，项目编号：ZK20220206。一、受电弓检修与控制实训平台建设背景受电弓系统是城市轨道交通车辆连接牵引供电回路的关键系统，它是否正常工作关系到城市轨道交通行车安全1-2。受电弓安装在城市轨道交通车辆的车顶，车辆运行时受电弓的弓头升起与接触网接触，电流从接触网经受电弓流到车辆上的变压设备进行变压后再传递到车辆的电气系统3。受电弓与接触网接触线能稳定供电，对列车运行的稳定性和安全性具有重要意义。受电弓是轨道车辆的核心部件，也是容易产生故障的部件。受电弓的安全检测主要有人工检测、传感器检测和图像检测3种途径4。其中，人工检测需要在高速动车组入库断电后进行登顶操作，是常用的检测手段5。目前职业院校的实训设备大多只能查看设备，电路检修通过电路图纸实现。无法实现受电弓控制电路的故障现象和故障电路的排查训练。故障设置与考核工作量大，过程繁琐，学生不能自由独立完成测试。随着科技的发展，城市轨道交通相关技术和设备在不断地升级换代，在教学中应尽可能满足职业发展需求，创设接近现实的情境。二、平台设计依据及思路（一）设计依据（1）实现实训平台的资源共享性实训平台的建设主要由受电弓基础知识、机械检修、电气检修、故障分析、考核评定五大模块组成。在平台的设计过程中综合学校车辆、机电、城市轨道交通专业群的优势资源，为不同专业方向提供共享平台。（2）科技兴国为指导，立德树人为根本，培养学生匠人精神。让学生通过该培训平台了解受电弓机械结构、受电弓检修工艺与轨道交通企业规章制度；培养严格遵守规章制度和工作纪律的意识；形成严格按照操作程序进行检修作业的严谨态度6，培养吃苦耐劳精益求精的精神匠人。将城市轨道交通检修工的匠人精神融入课程教学，为轨道交通行业立心，为车辆检修人员铸魂。（二）设计思路基于“岗课赛证”多维融合，将打造一个集培训教学、技能训练、竞赛演练、考核评定和“1+x”技能证书培训和技术研发等多功能于一体的受电弓检修实训平台。该实训平台的受益面广泛，满足学校对轨道交通车辆检修人才培养需求。该平台根据车辆检修岗位特性，结合学生职业发展需求和受电弓检修作业内容相关理论知识的基础知识进行设计。该受电弓实训平台的建设从企业岗前培训、学校教学、学生训练和社会培训服务中寻求有机结合，达成岗前培训、实习、技能竞赛、技能证书培训有机结合，有助于提升人才技能培养条件，强化专业技能型人才培养输出质量。三、实训平台的总体设计（一）实训平台的定位实训平台建立完成后，可辐射城市轨道交通的多个专业，满足学生技能培训实习、日常教学、“1+X”技能证书考核和技能竞赛选拔等需求。受电弓检修实训平台拥有以下功能：（1）实训平台符合课程要求和培养高素质应用性技能型人才。（2）该平台应能满足教学岗位实习，竞赛选拔、科研等多项需求，可有力协助信息化教学、认知实习、“1+X”技能证书考核、社会培训开展等。（3）实训平台操作能满足教师讲解演示、学生分组检修演练及填写作业记录卡。通过平台强化学生理论知识和提升技能，实现自主学习的功能，师生协同评价完成教学及实训评价。（4）实训平台具备评估考核的功能，应设置理论知识考核、实操考核及“1+X”技能理论知识考核。教师可根据教学目的、设置考核试题的总量、难易程度、试题覆盖知识面等创建试题，设置考试。对学生理论知识和实操进行测试和评价。（5）适应不同用户需求，具有良好的扩展性，适用于多专业多层次用户的学习、培训、考证的需求。（6）可开展企业在职人员或社会人员培训，呈现社会服务性，从而提升受电弓检修实训平台的价值。（二）框架设计车辆继电器柜内主要安装了微型断路器、按钮、旋钮、旋钮开关、继电器、时间继电器、二极管、接线端子排、采集系统及数字化智能采集控制器，可实现列车激活、受电弓等车辆控制逻辑。可以实现受电弓设备的控制、电气方面检修及维护作业培训。搭建受电弓实训平台实现列车升降弓等功能，让学生通过实践掌握相关检测技术。针对实训平台的每一项功能，配备了详细的实验指导，并将先进的“岗课赛证”教学模式融入这些配套资料中，帮助学生更好地掌握受电弓升降弓的原理及相关技术。受电弓实训平台如图1所示。图1 受电弓实训平台由于虚拟现实技术在实训教学领域表现出的优越性，越来越多的高校和企业将虚拟现实技术结合到教学实训和岗位培训中来，故将机械检修与虚拟现实技术的融合，通过城市轨道交通理论教学与实践教学的有机结合，完善基于虚拟现实技术的受电弓实训平台建设，整体框架如图2所示。图2 受电弓检修实训平台架构（三）模块功能轨道车辆的状态安全是运营安全的关键之一，要保证轨道车辆受电弓检修工作高质量地完成，检修人员是关键。结合岗位工作需求，制定模块任务，基于“岗课赛证”多维融合的实训平台具有培训、教学、竞赛选拔和考核评定的功能。该平台分为理论知识模块、实操内容模块和考核模块三大部分，学员可以通过模块功能学习受电弓系统结构、受电弓动作原理、受电弓部件外观检查、控制电路的安装与布线等14个受电弓实训模块，学习完理论和实操的知识还可以进行理论考核、实操考核和参加竞赛选拔。四、建设方案受电弓实训平台建设是围绕岗位检修任务而进行的，还需要满足日常教学、技能培训，岗位实习、“1+X”技能证书考核和技能竞赛选拔等需求，还需要满足不同层次的学生进行学习。故主要开发受电弓基础知识、机械检修、电气检修和考核评定四大模块。（一）受电弓基础知识方案受电弓基础知识项目主要结合受电弓系统检修作业内容，以相关理论知识为基础，内容深入浅出，简明易懂。此项目分为受电弓结构、受电弓升弓控制工作原理、受电弓降弓控制工作原理三个模块。受电弓结构模块详细介绍受电弓各部件组成及其作用。可以用鼠标点击各部件的位置，显示屏即显示该部件的名称和作用。受电弓升降弓控制工作原理模块利用视频动画演示受电弓的升降弓过程讲解，学生可以通过此项目完成受电弓基础知识的学习。（二）机械检修方案利用虚拟显示仿真软件设计，采用三维建模技术，实现受电弓机械检修教学环境。真实还原受电弓的各部件外观检查及清洁、异物处理、受电弓安装、绝缘子安装紧固件的检查与维护、受电弓工作高度测试、接触压力测试和升降弓时间测试及调整的工作场景。（三）电气检修方案根据受电弓实际控制电路逻辑与原理，设计实现平台受电弓控制电路。在电气检修模块可以完成升弓状态指示灯测试、升弓控制和降弓控制、紧急降弓测试模块。升弓控制：闭合允许升弓旋钮，允许升弓继电器K1得电，常开触点闭合。闭合受电弓控制微型断路器，按下升弓按钮 S1，执行升弓指令，升弓继电器K3得电，自闭电路使升弓继电器K3得电保持。使升弓阀控制继电器K4得电，控制升弓阀动作升弓7。降弓控制：按下降弓按钮S2，执行降弓指令。降弓继电器得电，K2常闭触点断开，升弓阀继电器K4失电，受电弓降弓。（四）考核评定方案根据职业院校学生专业技能大赛轨道交通车辆技术赛项和职业技能等级标准的要求创建题库，内容涵盖了城市轨道交通企业车辆管理体制、城市轨道交通车辆检修制度、受电弓的结构、受电弓升弓和降弓原理、受电弓检修注意事项、受电弓控制电路及故障检修等内容。理论考核主要题型包括科技论坛科技论坛CE MAGAZINE PAGE 32CE MAGAZINE PAGE 33基于“岗课赛证”多维融合受电弓检修与控制实训平台研究曹惠红【摘 要】论文针对现有高职院校受电弓实训项目现状，对受电弓检修故障平台进行分析和设计，研发基于“岗课赛证”多维融合的受电弓检修实训平台，该平台能实现受电弓结构认知、机械检修、电气检修、故障分析及考核等项目功能，还能辅助学生学习“1+X”证书的内容。学生通过在该平台的学习能够大幅提升其检修受电弓的技能水平。【关键词】受电弓；检修；控制电路；岗课赛证作者简介：曹惠红，硕士，广州华夏职业学院，讲师。课题来源：2022 年广州华夏职业学院校级科研课题，项目类别：自然科学，项目编号：ZK20220206。一、受电弓检修与控制实训平台建设背景受电弓系统是城市轨道交通车辆连接牵引供电回路的关键系统，它是否正常工作关系到城市轨道交通行车安全1-2。受电弓安装在城市轨道交通车辆的车顶，车辆运行时受电弓的弓头升起与接触网接触，电流从接触网经受电弓流到车辆上的变压设备进行变压后再传递到车辆的电气系统3。受电弓与接触网接触线能稳定供电，对列车运行的稳定性和安全性具有重要意义。受电弓是轨道车辆的核心部件，也是容易产生故障的部件。受电弓的安全检测主要有人工检测、传感器检测和图像检测3种途径4。其中，人工检测需要在高速动车组入库断电后进行登顶操作，是常用的检测手段5。目前职业院校的实训设备大多只能查看设备，电路检修通过电路图纸实现。无法实现受电弓控制电路的故障现象和故障电路的排查训练。故障设置与考核工作量大，过程繁琐，学生不能自由独立完成测试。随着科技的发展，城市轨道交通相关技术和设备在不断地升级换代，在教学中应尽可能满足职业发展需求，创设接近现实的情境。二、平台设计依据及思路（一）设计依据（1）实现实训平台的资源共享性实训平台的建设主要由受电弓基础知识、机械检修、电气检修、故障分析、考核评定五大模块组成。在平台的设计过程中综合学校车辆、机电、城市轨道交通专业群的优势资源，为不同专业方向提供共享平台。（2）科技兴国为指导，立德树人为根本，培养学生匠人精神。让学生通过该培训平台了解受电弓机械结构、受电弓检修工艺与轨道交通企业规章制度；培养严格遵守规章制度和工作纪律的意识；形成严格按照操作程序进行检修作业的严谨态度6，培养吃苦耐劳精益求精的精神匠人。将城市轨道交通检修工的匠人精神融入课程教学，为轨道交通行业立心，为车辆检修人员铸魂。（二）设计思路基于“岗课赛证”多维融合，将打造一个集培训教学、技能训练、竞赛演练、考核评定和“1+x”技能证书培训和技术研发等多功能于一体的受电弓检修实训平台。该实训平台的受益面广泛，满足学校对轨道交通车辆检修人才培养需求。该平台根据车辆检修岗位特性，结合学生职业发展需求和受电弓检修作业内容相关理论知识的基础知识进行设计。该受电弓实训平台的建设从企业岗前培训、学校教学、学生训练和社会培训服务中寻求有机结合，达成岗前培训、实习、技能竞赛、技能证书培训有机结合，有助于提升人才技能培养条件，强化专业技能型人才培养输出质量。三、实训平台的总体设计（一）实训平台的定位实训平台建立完成后，可辐射城市轨道交通的多个专业，满足学生技能培训实习、日常教学、“1+X”技能证书考核和技能竞赛选拔等需求。受电弓检修实训平台拥有以下功能：（1）实训平台符合课程要求和培养高素质应用性技能型人才。（2）该平台应能满足教学岗位实习，竞赛选拔、科研等多项需求，可有力协助信息化教学、认知实习、“1+X”技能证书考核、社会培训开展等。（3）实训平台操作能满足教师讲解演示、学生分组检修演练及填写作业记录卡。通过平台强化学生理论知识和提升技能，实现自主学习的功能，师生协同评价完成教学及实训评价。（4）实训平台具备评估考核的功能，应设置理论知识考核、实操考核及“1+X”技能理论知识考核。教师可根据教学目的、设置考核试题的总量、难易程度、试题覆盖知识面等创建试题，设置考试。对学生理论知识和实操进行测试和评价。（5）适应不同用户需求，具有良好的扩展性，适用于多专业多层次用户的学习、培训、考证的需求。（6）可开展企业在职人员或社会人员培训，呈现社会服务性，从而提升受电弓检修实训平台的价值。（二）框架设计车辆继电器柜内主要安装了微型断路器、按钮、旋钮、旋钮开关、继电器、时间继电器、二极管、接线端子排、采集系统及数字化智能采集控制器，可实现列车激活、受电弓等车辆控制逻辑。可以实现受电弓设备的控制、电气方面检修及维护作业培训。搭建受电弓实训平台实现列车升降弓等功能，让学生通过实践掌握相关检测技术。针对实训平台的每一项功能，配备了详细的实验指导，并将先进的“岗课赛证”教学模式融入这些配套资料中，帮助学生更好地掌握受电弓升降弓的原理及相关技术。受电弓实训平台如图1所示。图1 受电弓实训平台由于虚拟现实技术在实训教学领域表现出的优越性，越来越多的高校和企业将虚拟现实技术结合到教学实训和岗位培训中来，故将机械检修与虚拟现实技术的融合，通过城市轨道交通理论教学与实践教学的有机结合，完善基于虚拟现实技术的受电弓实训平台建设，整体框架如图2所示。图2 受电弓检修实训平台架构（三）模块功能轨道车辆的状态安全是运营安全的关键之一，要保证轨道车辆受电弓检修工作高质量地完成，检修人员是关键。结合岗位工作需求，制定模块任务，基于“岗课赛证”多维融合的实训平台具有培训、教学、竞赛选拔和考核评定的功能。该平台分为理论知识模块、实操内容模块和考核模块三大部分，学员可以通过模块功能学习受电弓系统结构、受电弓动作原理、受电弓部件外观检查、控制电路的安装与布线等14个受电弓实训模块，学习完理论和实操的知识还可以进行理论考核、实操考核和参加竞赛选拔。四、建设方案受电弓实训平台建设是围绕岗位检修任务而进行的，还需要满足日常教学、技能培训，岗位实习、“1+X”技能证书考核和技能竞赛选拔等需求，还需要满足不同层次的学生进行学习。故主要开发受电弓基础知识、机械检修、电气检修和考核评定四大模块。（一）受电弓基础知识方案受电弓基础知识项目主要结合受电弓系统检修作业内容，以相关理论知识为基础，内容深入浅出，简明易懂。此项目分为受电弓结构、受电弓升弓控制工作原理、受电弓降弓控制工作原理三个模块。受电弓结构模块详细介绍受电弓各部件组成及其作用。可以用鼠标点击各部件的位置，显示屏即显示该部件的名称和作用。受电弓升降弓控制工作原理模块利用视频动画演示受电弓的升降弓过程讲解，学生可以通过此项目完成受电弓基础知识的学习。（二）机械检修方案利用虚拟显示仿真软件设计，采用三维建模技术，实现受电弓机械检修教学环境。真实还原受电弓的各部件外观检查及清洁、异物处理、受电弓安装、绝缘子安装紧固件的检查与维护、受电弓工作高度测试、接触压力测试和升降弓时间测试及调整的工作场景。（三）电气检修方案根据受电弓实际控制电路逻辑与原理，设计实现平台受电弓控制电路。在电气检修模块可以完成升弓状态指示灯测试、升弓控制和降弓控制、紧急降弓测试模块。升弓控制：闭合允许升弓旋钮，允许升弓继电器K1得电，常开触点闭合。闭合受电弓控制微型断路器，按下升弓按钮 S1，执行升弓指令，升弓继电器K3得电，自闭电路使升弓继电器K3得电保持。使升弓阀控制继电器K4得电，控制升弓阀动作升弓7。降弓控制：按下降弓按钮S2，执行降弓指令。降弓继电器得电，K2常闭触点断开，升弓阀继电器K4失电，受电弓降弓。（四）考核评定方案根据职业院校学生专业技能大赛轨道交通车辆技术赛项和职业技能等级标准的要求创建题库，内容涵盖了城市轨道交通企业车辆管理体制、城市轨道交通车辆检修制度、受电弓的结构、受电弓升弓和降弓原理、受电弓检修注意事项、受电弓控制电路及故障检修等内容。理论考核主要题型包括科技论坛科技论坛CE MAGAZINE PAGE 34CE MAGAZINE PAGE 35选择题、判断题和填空题，实操考核主要包括受电弓部件检查和维护、受电弓控制电路故障排除与检修、受电弓电气功能测试与调试等。教师可以根据考核的目的选择课堂小测、考试、“1+X”技能证书模拟训练、技能竞赛选拔考核的选项、设置考核试题的总量、难易程度、试题覆盖知识面等进行创建试题，设置考试。对学生理论知识和实操进行测试和评价。考核评定系统对学生的作答做出相应的评分并输出考核结果。五、实施成效1.通过实物与仿真系统相结合，突破轨道交通车辆受电弓检修作业重难点。基于受电弓故障检修实训工单，轨道交通车辆仿真系统模拟受电弓故障，故障诊断与排除。利用受电弓检修平台完成受电弓的检修工作。通过理论和实践相结合，虚实融合的教学，突破重难点，提升学生学习积极性和主动性，提高学生的实践技能。2.深化“岗课赛证”多维融合，提升人才培养质量。对接轨道车辆专业人才岗位需求，国家轨道交通车辆技术课程教学标准，真正做到“以企业为导向，以职业能力为核心”的特点8。对标世界技能大赛和高职院校技能大赛的基准，“1+X”技能竞赛考核的要求，重构课程教学内容，提升人才培养质量。顺利完成高职院校技能大赛技能竞赛的人才选拔并取得好成绩。3.提升学生的专业能力和职业素养本实训平台紧紧围绕轨道交通车辆技术职业能力培养，以受电弓检修系统充分展示轨道交通车辆受电弓机械检修、电气检修、故障诊断等功能。全面考查受电弓控制电路图纸识读、安装工艺、设备检修、维护保养和故障诊断与排除等能力，集中检验教学成果。结束语基于“岗课赛证”多维融合的受电弓检修实训平台，能实现受电弓结构认知、机械检修、电气检修、故障分析及考核等项目，从而达到提升学生受电弓检修能力，培养学生的职业素养，提供技能竞赛人才选拔和助力“1+X”证书考证的功能。该实训平台不仅能有效提高学生的理论知识和实践水平，还能减轻教师的工作负担。参考文献：1 张俊达.受电弓控制电路故障检修实训平台设计 J.南方农机，2022，53（17）：172-175.2 武承晨.城市轨道交通供电系统中接触网技术性能和常见故障分析 J.中国设备工程，2020(08):54-55.3 张佳丽，郎成镰.基于 VR 设备的地铁列车故障检修的仿真研究 J.铁路计算机应用，2018，27（9）：21-23.4 金英明,马思群,丛莉等.基于 Unity3D 的高速动车组受电弓检修事故虚拟演示系统 J.铁路计算机应用,2022,31(05):49-53.5 周平，裴瑞江，陈滋顶.基于 3D 应急演练的铁路职工安全素质提升研究 J.中国安全科学学报，2018，28（2）：139-141.6 刘成娟.大思政视域下轨道交通类课程教学改革探索 J.机电技术，2020(01):109-113.7 杨婷婷,许兴阳,程斌.“岗课赛证”四维融合下的课程教学改革探索以“城市轨道交通车辆受电弓检修与维护”为例 J.交通企业管理,2022,37(6):97-99.8 吴燕.基于虚拟现实技术的城市轨道交通实训平台建设研究 J.科教导刊,2021(13):71-73.全自动电流比较仪仿真负荷调零箱设计研究郝斌 闫宪峰【摘 要】传统的电流比较仪仿真负荷调零箱均采用人工操作，自动化程度低，检测效率低，本装置采用嵌入式单片机控制技术，智能化测量检测绕组信号，自动输出仿真负荷，实现了自主跟随、仿真负荷线性输出，负反馈智能控制，提高了工作效率及测试精度。【关键词】电流比较仪仿真负荷调零箱；自主跟随；负反馈控制作者简介：郝斌，硕士，山西省机电设计研究院有限公司，工程师；闫宪峰，本科，山西省机电设计研究院有限公司，正高级工程师。引言随着全球一体化经济的快速发展和我国科技自主创新的不断深入，高精度计量和数字化量测技术在我国国民经济中的地位日益显著。工频电流比例值的精准、有效，对于智能电网、新能源、航天航空的高精度计量有重要意义。零磁通电流互感器、电流比较仪的准确度取决于主互感器或主铁芯达到零磁通的程度以及磁性误差和容性误差1244。电流比较仪仿真负荷调零箱是通过调节仿真负荷输出，使零磁通电流互感器、电流比较仪在使用时工作磁通无限接近零磁通的装置。传统的电压源仿真负荷调零箱采用人工手动操作存在以下弊端：1.采用外附指针式指零仪与负荷调零箱组合使用，十分笨重，不方便携带；2.手动操作完全依赖人眼识别检流仪是否到达零位，测试精确度低；3.正交分量存在移相不到位的情况，有一定的调零死角；4.测试过程需要多人同时操作调压器和调零箱的拨盘，调压器从1%电压量程缓慢上升到20%电压量程的过程中，需同时调节调零箱使检流仪指零，费时费力、测试效率低；5.不支持指零仪与负荷调零箱协调反馈控制，不能自动调零。一、全自动电流比较仪仿真负荷调零箱的基本原理全自动电流比较仪仿真负荷调零箱采用嵌入式单片机控制技术，自动检测零磁通电流互感器、电流比较仪检测绕组信号，根据内附数字指零单元信号形成负反馈闭环系统，自动输出仿真负荷，调节补偿电流，使零磁通电流互感器、电流比较仪的工作磁通接近于零磁通。图1 全自动电流比较仪仿真负荷调零箱的基本原理图如图1所示，本装置包括CPU控制单元、感应分压单元、通信单元、显示单元，内附数字指零单元及检测线圈。CPU控制单元通过采集A/D转换后的电压数字信号，控制感应分压单元，调节同相分量和正交分量的大小，改变输出的仿真负荷，使得其近似于零磁通电流互感器、电流比较仪补偿绕组的等值负荷阻抗，此时检测绕组电流小于0.1nA，再由内附数字指零单元反馈至CPU控制单元。CPU控制单元采用STM32芯片控制，通过modbus通讯协议与通信单元进行实时数据信号的传输，可随时配合电流比较仪与校验仪整体检定系统测试。显示单元采用OLED屏显示，可实时监视检测绕组电流的大小，以及仿真负荷测试结果。二、感应分压单元的设计感应分压单元由感应分压器TA、感应分压器Ta、移相器组成，感应分压器TA收到CPU的调节指令后，通过五盘感应分压把初级线圈的电压转换至次级线圈作为同相电压输入工作回路；同理，采用移相器使电压相位调节至不同角度后，作为正交分量通过感应分压器Ta输入工作回路，如图2所示。图2 感应分压单元图中，感应分压器TA包括比例绕组A0-A10、B0-B10、C0-C10、D0-D10和E0-E10五盘，各盘的匝数相应为前一盘匝数的1/10；感应分压器Ta包括a0-a10、b0-b10、c0-c10、d0-d10和e0-e10五盘，各盘的匝数与感应分压器TA各盘的匝数依次相同。移相器采用电容C、电阻R串联结构，并入装置的输入端，同时，电阻R接入线圈作为感应分压器Ta的初级线圈，此外，电容C容量为1040F，电阻R的阻值为215。端钮100V、X为仿真