李晶
摘 要: 由于高職教學中機電一體化技術專業(yè)需要配套的實驗實訓裝置,因此根據(jù)學生能力需求和專業(yè)特點開發(fā)一個接近實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的教學用輸送倉儲實驗裝置,采用PLC技術完成控制,采用多種基礎機構搭建,便于學生學習專業(yè)技能,為實現(xiàn)教、學、做一體化提供載體。
關鍵詞: 輸送倉儲 PLC 自動控制
1.引言
教學需要構建實踐環(huán)節(jié),為培養(yǎng)工程技術應用型人才創(chuàng)造良好的教學環(huán)境,實驗系統(tǒng)的建設是專業(yè)課程實踐教學體系中不可缺少的重要組成部分?,F(xiàn)代教學培養(yǎng)模式的實踐教學旨在從幾個方面提高學生的能力。(1)在課程基礎理論驗證實驗中激發(fā)和提高學生的學習興趣,培養(yǎng)自學能力;(2)在完成工程實際案例過程中培養(yǎng)學生動手能力和綜合實踐能力;(3)在參與課后專業(yè)興趣小組、科技制作競賽過程中掌握高新技術的應用,培養(yǎng)創(chuàng)新精神;(4)教學過程中結合教學設備實現(xiàn)教、學、做一體化,理論與實踐相結合。職業(yè)教學中更需要體現(xiàn)第4點的要求。職業(yè)教育強調(diào)培養(yǎng)學生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng),在實驗實訓教學中盡量貼近實際工業(yè)生產(chǎn),加強對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)。對此大力開發(fā)教學及實訓用教學系統(tǒng),從而使教學更符合職業(yè)教育要求和特點是職業(yè)教育工作者追求和提倡的。本文提出的輸送倉儲實驗裝置即配合機電一體化專業(yè)教學和實訓工作開發(fā)的實驗裝置。
分揀和倉儲是制造業(yè)常見的生產(chǎn)流程,以此作為課程教學實驗實訓項目基礎,開發(fā)貼近真實生產(chǎn)過程的輸送倉儲系統(tǒng),能再現(xiàn)實際生產(chǎn)過程基本特征和控制過程,根據(jù)實際教學內(nèi)容設計實驗實訓環(huán)節(jié),以此為基礎,鍛煉學生的控制設計思想、PLC編程能力、裝配調(diào)試能力等,基于以上考慮,開發(fā)一個小型輸送倉儲實驗裝置,并針對機電一體化專業(yè)的專業(yè)能力要求,開發(fā)以PLC為控制元件完成系統(tǒng)工作,以此為載體完成與PLC控制相關的教學和實訓內(nèi)容。當然,該裝置不僅具備一些常規(guī)的控制功能,還能根據(jù)要求提升、開發(fā)新的功能,從而滿足學生在其他方面的實驗實訓教學要求。
2.系統(tǒng)設計思路
整個系統(tǒng)采用觸摸屏作為上位機,PLC為主要控制核心,幾種不同傳感器作為工件類型檢測、料倉位置檢測和滑臺位置檢測的元器件,直流電機和電磁鐵為主要控制對象,完成系統(tǒng)工作??傮w控制思路如圖1所示。
圖1
系統(tǒng)常采用的傳感器類型:光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器,將輸送帶上的所有工件屬性(顏色、材料)判斷出來,將工件按類型放置在對應料倉中。觸摸屏作為一種智能控制設備,可以實現(xiàn)遠距離控制和系統(tǒng)狀態(tài)顯示,實現(xiàn)工作模式切換,用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)按鈕輸入,同時實時監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
3.系統(tǒng)元器件選型與硬件結構設計
本裝置上位機采用松下QT01(AIGT0030B1)型號觸摸屏,在PLC的選擇方面,考慮其控制要求確定。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,需要三個判斷工件屬性的傳感器,三個工件位置檢測傳感器,三個料倉位置檢測傳感器,兩個滑臺極限位置檢測傳感器。另外,還需要7個控制按鈕,系統(tǒng)共需要18個輸入點。輸出部分需要控制皮帶輸送機的電機啟停,滾珠絲杠滑臺電機的啟停、正反轉,電磁推料器的啟停,共計4個輸出點。系統(tǒng)采用了西門子S7-200 CPU(16個輸入點,10個輸出點),外加一個EM223 8路輸入8路輸出擴展模塊,以滿足輸入點量要求,并提供繼電器類型輸出狀態(tài)。傳感器選擇北京惠斯科技有限公司的產(chǎn)品,性價比較高。工件屬性檢測傳感器采用光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器組合實現(xiàn),實現(xiàn)方式如表1所示。整個PLC控制系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示,其I/O分配如表2所示。
3.系統(tǒng)軟件設計
輸送倉儲實驗裝置的軟件設計包括2個部分:觸摸屏組態(tài)軟件設計和PLC控制程序設計。其中組態(tài)軟件設計主要實現(xiàn)觸摸屏的操作畫面,便于人機交互。而PLC的控制程序設計主要實現(xiàn)工件的分揀和倉儲功能。
系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動和自動兩種運行方式。手動運行是通過按鈕開關獨立控制不同運動部件的動作,如皮帶輸送機的啟動和停止,滑臺的左向運動和右向運動,推料器的推料和復位運動。自動運行即系統(tǒng)自動完成工件的分揀和倉儲,工作過程如下所述。
3.1手動工作模式
在PLC教學中,基本指令的運用和熟悉可以通過手動工作模式加以訓練。在手動工作模式下,可以通過不同按鈕開關進行基本操作,如啟動、停止皮帶輸送機,滑臺的向左和向右運動,電磁推料器的推料與復位等,通過這些設計,可以訓練學生熟悉基本指令和基本邏輯。
3.2自動工作模式
自動工作模式下則是系統(tǒng)自動完成工件的檢測存儲,基本工作過程是啟動按鈕按下,滑臺復位,輸送機啟動,工件屬性檢測,滑臺到對應料倉口,工件到對應料倉口,電磁推料器推料入倉,依次循環(huán)。
3.3擴展控制模式
在擴展工作模式下,可以在自動工作模式下增加控制要求內(nèi)容,如增加系統(tǒng)的工件計數(shù)功能,采用間歇輸送方式實現(xiàn)工件輸送等。
4.基于此裝置的實驗實訓內(nèi)容
作為一種實驗實訓裝置,本系統(tǒng)為學生提供了一種開放式結構,適合各類大中專學生學習PLC技術和觸摸屏技術,甚至可以進行電路控制設計訓練、機械裝配設計訓練,由于裝置各部分可拆卸,學生可以自己加工、搭建控制系統(tǒng),可以鍛煉自身硬件接線能力、PLC的程序設計能力、觸摸屏的組態(tài)編程能力及系統(tǒng)的安裝調(diào)試能力等。利用本項目可以實現(xiàn)不同難度層次的實驗實訓設計,也可以配合教學進行基本指令學習?;就庑稳鐖D3所示。
圖3 輸送倉儲裝置外形圖
5.結語
本文研究開發(fā)出一種新型的輸送倉儲實驗裝置,該裝置主要特點:(1)貼近實際工作流程,結構包含較多基本構件和常用機構,能夠更好地貼近實際,便于高職學生學習;(2)功能多樣,本設計是為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中常見的輸送倉儲功能,教學使用時,可以采用多種控制技術實現(xiàn)功能;(3)控制靈活,可以根據(jù)實際教學控制要求制定,由簡至難,層次遞進,便于教學應用。(4)裝置小型化,整個裝置采用雙層裝置,體積小,便于攜帶,有利于不同場合轉換。(5)采用開放式設計,便于后續(xù)其他部件及元器件加入,從而豐富系統(tǒng)內(nèi)容和功能。(6)綜合性強,可以運用于機械加工、裝配、電路設計裝調(diào)、PLC硬件按線與軟件編程訓練等項目教學和實訓。
搭建基于PLC控制的輸送倉儲實驗裝置,豐富學生的工程實踐經(jīng)驗,鍛煉學生的動手能力和創(chuàng)新意識,使教、學、做一體化有載體加以實施,從而增強教學效果,有效提高教學質量,是一種合理可靠的實驗教學裝置。
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