基于多課程融合的PLC綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)踐

王 珂

徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于多課程融合的PLC綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)與實(shí)踐

王 珂

徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

“PLC應(yīng)用技術(shù)”是機(jī)電一體化專業(yè)一門重要的專業(yè)課，實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是該課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本研究結(jié)合機(jī)電一體化專業(yè)其他課程的知識(shí)和技能，依托學(xué)院的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，開發(fā)了多個(gè)相關(guān)課程相互融合、綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可將多課程知識(shí)內(nèi)容有機(jī)地融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生PLC綜合設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力。

PLC；多課程融合；綜合設(shè)計(jì)；實(shí)訓(xùn)

1.多課程融合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)背景

“PLC應(yīng)用技術(shù)”是機(jī)電一體化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，該課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)。大多數(shù)院校都建有PLC實(shí)驗(yàn)室，但控制對(duì)象一般僅限于一些開關(guān)量，大多只夠完成一些基本、簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較難實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)已成為教學(xué)的難點(diǎn)。為了貼近工程實(shí)際，我們利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，融合了機(jī)電專業(yè)多門相關(guān)課程的知識(shí)和技能，比如傳感與檢測(cè)技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)等，開發(fā)了一些綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。一方面可有機(jī)地將多課程知識(shí)和技能融會(huì)貫通，另一方面又能很好地完成《PLC應(yīng)用技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)。下面就以自動(dòng)生產(chǎn)線上的供料單元的控制這一實(shí)踐項(xiàng)目，闡述項(xiàng)目設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況。

2.多課程融合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施過程

2.1 項(xiàng)目概述

PLC技術(shù)不是孤立存在的，要實(shí)現(xiàn)控制要求需要與其他技術(shù)相結(jié)合。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，我們?nèi)诤狭艘簤簹鈩?dòng)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、組態(tài)技術(shù)等課程的內(nèi)容。我們以典型工作單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇了自動(dòng)生產(chǎn)線中的起始單元——供料單元來構(gòu)建實(shí)訓(xùn)模塊。供料單元的作用是向系統(tǒng)中的其他單元提供原料。其主要結(jié)構(gòu)包括：工件裝料管，工件推出裝置、端子排組件，PLC、走線槽、底板支撐架，閥組，急停按鈕和啟動(dòng)∕停止按鈕等。該模塊中各類電器的接線都運(yùn)用了電路理論知識(shí)，采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用到氣動(dòng)相關(guān)知識(shí)，物料的檢測(cè)及氣缸的伸出縮回到位的檢測(cè)加入了傳感器技術(shù)，控制的核心使用PLC進(jìn)行控制，并通過觸摸屏將該模塊進(jìn)行監(jiān)控。這些課程在此項(xiàng)目中都得到了很好的融合。

2.1.1 供料單元功能

供料單元的功能是將放在裝料管中的原料，由氣缸推出至物料臺(tái)，機(jī)械手檢測(cè)到信號(hào)后將其抓取并輸送到下一個(gè)單元。

2.1.2 供料單元工作過程

工件垂直疊放在料倉中，推料氣缸處于料倉的底層，頂料氣缸位于次下層工件處。工作時(shí)，頂料氣缸先伸出，頂住次下層工件，使其不落下。然后推料氣缸的活塞桿從料倉的底部伸出，將下層工件推至物料臺(tái)。其活塞伸出到位后縮回。接著頂料氣缸縮回，松開次下層工件，次下層工件以及上層工件在重力的作用下下落，這樣為下一個(gè)工件的推出做好了準(zhǔn)備。

2.2 氣動(dòng)控制技術(shù)融合

2.2.1 氣缸

本模塊的推料氣缸和擋料氣缸采用標(biāo)準(zhǔn)雙作用直線氣缸。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)踐中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)為了使氣缸的動(dòng)作平穩(wěn)可靠，應(yīng)對(duì)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度加以控制，并學(xué)會(huì)采用單向節(jié)閥來控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。

2.2.2 電磁換向閥

本模塊中包含兩個(gè)氣缸頂料氣缸和推料氣缸?；钊斐鰰r(shí)，無桿腔進(jìn)氣，有桿腔排氣。活塞縮回時(shí)，有桿腔進(jìn)氣，無桿腔排氣。本模塊用到了兩個(gè)二位五通電磁換向閥。這兩個(gè)電磁閥都帶有加鎖鈕和手動(dòng)換向，分為2個(gè)位置——鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）。學(xué)生在設(shè)備調(diào)試時(shí)，可以使用手控開關(guān)對(duì)閥進(jìn)行控制，由此實(shí)現(xiàn)控制相應(yīng)的氣路，以改變對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

2.3 傳感檢測(cè)技術(shù)融合

2.3.1 光電接近開關(guān)

本模塊包含三個(gè)光電接近開關(guān)，均用來檢測(cè)物料的有無。第一個(gè)光電開關(guān)安裝在物料臺(tái)底座，檢測(cè)物料臺(tái)上是否有物料，如果有無料，發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手動(dòng)作，如果沒有物料可以進(jìn)行供料操作。第二個(gè)光電接近開關(guān)安裝在料倉的第四層工件位置處，檢測(cè)物料是否充足，如果沒有檢測(cè)到物料，說明物料不足，驅(qū)動(dòng)黃色報(bào)警燈閃爍，提醒補(bǔ)充物料。第三個(gè)光電接近開關(guān)放在料倉的最底層，檢測(cè)是否缺料，如果缺料驅(qū)動(dòng)紅色報(bào)警燈常亮，其他動(dòng)作均停止。本模塊用到金屬物料，白色塑料物料和黑色金屬物料，學(xué)生應(yīng)根據(jù)測(cè)試情況，調(diào)整傳感器的靈敏度，是的三種物料均能正確被檢測(cè)。從而加深了對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)。

2.3.2 磁性接近開關(guān)

本項(xiàng)目中，我們需要檢測(cè)氣缸活塞的位置，來判斷動(dòng)作執(zhí)行的情況。我們使用的氣缸，缸筒都采用如硬鋁、不銹鋼等，導(dǎo)磁性弱、隔磁性強(qiáng)的材料。在活塞上安裝一個(gè)永久磁鐵的磁環(huán)，利用磁感應(yīng)接近開關(guān)可以檢測(cè)活塞的位置。我們?cè)谕屏蠚飧缀晚斄蠚飧咨戏謩e安裝2個(gè)磁性接近開關(guān)。學(xué)生根據(jù)控制要求，確定氣缸伸出和縮回的位置，調(diào)整并安裝磁性開關(guān)。

2.4 PLC控制技術(shù)融合

供料單元控制功能的實(shí)現(xiàn)，除了采集現(xiàn)場(chǎng)各輸入信號(hào)，還要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，這些工作采用PLC控制完成，PLC是此項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的核心。我們用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的西門子PLCS7-200 CPU224來完成本項(xiàng)目。

首先要求學(xué)生根據(jù)控制要求，選擇所需元器件的種類及型號(hào)，分析輸入和輸出元件，完成電路的硬件設(shè)計(jì)及線路的連接。然后運(yùn)用順序控制指令，編寫梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)控制要求。在以往的理論課上，學(xué)生大多僅局限于編寫梯形圖程序，不知道如何將輸入輸出元件接入PLC，和實(shí)物接線脫離，有的元件也還不能識(shí)別。通過本模塊的完成，很好的實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)和實(shí)踐技能的結(jié)合。

2.5 電路理論知識(shí)融合

電路理論知識(shí)是機(jī)電相關(guān)專業(yè)的基本常識(shí)和準(zhǔn)則，是正確、安全的完成自動(dòng)控制的保障。當(dāng)調(diào)試時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作時(shí)，需要檢查各個(gè)線路是否按規(guī)定布線。本模塊中，使用了熔斷器、空氣開關(guān)等器件保護(hù)線路，同時(shí)要給PLC電源供給220V交流電，給電磁閥等元件供給24V直流電。通過本模塊的練習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生融會(huì)貫通的能力。

2.6 工業(yè)組態(tài)技術(shù)融合

工業(yè)組態(tài)技術(shù)為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了豐富的人機(jī)交互界面，對(duì)于高職院校的學(xué)生學(xué)習(xí)組態(tài)應(yīng)用技術(shù)是增強(qiáng)就業(yè)能力的一個(gè)重要手段。本模塊采用了昆侖通態(tài)研發(fā)的人機(jī)界面TPC7062TI，使用MCGS嵌入式組態(tài)軟件。觸摸屏通過串口直接與輸送站PLC的編程口連接。學(xué)生要完成組態(tài)界面的制作、變量的建立和設(shè)備的連接，最終實(shí)現(xiàn)通過觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。

3.多課程融合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)踐效果

以PLC技術(shù)為核心，結(jié)合機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)多門專業(yè)課程，為了節(jié)約成本實(shí)現(xiàn)資源共享，我們依托現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開發(fā)了綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生運(yùn)用PLC相關(guān)知識(shí)的能力和綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力有了顯著的提高，維修電工高級(jí)工過關(guān)率顯著提高，畢業(yè)生能夠勝任PLC項(xiàng)目設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的崗位要求。

[1]劉靜，吳多.基于雞舍項(xiàng)目的電氣實(shí)踐教學(xué)“課程融合”初探[J].高教學(xué)刊,2016（19），149-150

[2]何新霞.融合多課程知識(shí)的PLC綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)研究[J].中國(guó)電力教育，2014（26）.72-73,79