基于PLC機(jī)電傳動控制綜合性實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性教學(xué)研究

徐靜

（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院）

基于PLC機(jī)電傳動控制綜合性實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性教學(xué)研究

徐靜

（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院）

針對PLC機(jī)電傳動控制課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，闡述了如何啟發(fā)學(xué)生自主完成一項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。以“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”為例，由淺入深，把復(fù)雜的綜合性問題分解為單一化問題進(jìn)行解決。通過啟發(fā)性教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

PLC；機(jī)電傳動；綜合性實(shí)驗(yàn)

0 引言

高等教育的根本任務(wù)是培養(yǎng)人才，提升人才培養(yǎng)水平的核心是提高教育質(zhì)量。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和提高實(shí)踐創(chuàng)新能力，是教學(xué)改革建設(shè)的核心內(nèi)容和強(qiáng)化素質(zhì)教育、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要著力點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力的重要手段。如何啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成綜合實(shí)驗(yàn)，是探索實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑，是形成和凝練人才培養(yǎng)特色的前提和理論依據(jù)[1-3]。機(jī)電傳動控制技術(shù)課程教學(xué)中，很多機(jī)電設(shè)備的傳動都涉及用PLC控制，但由于理論課學(xué)時有限，PLC的應(yīng)用只是處于初級階段。然而大多綜合性實(shí)驗(yàn)都會涉及到傳感器技術(shù)、氣動技術(shù)和PLC技術(shù)等方面內(nèi)容，學(xué)生往往無從下手，不知道如何編寫程序。針對這種現(xiàn)狀，本文以“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”為例，闡述如何啟發(fā)學(xué)生完成一項(xiàng)基于PLC控制綜合性實(shí)驗(yàn)[4-6]。

1 材料分揀模型介紹

TVT-99B材料分揀裝置是一個專門為院校開發(fā)的PLC控制機(jī)電傳動設(shè)備工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，其涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。它包含下料檢測傳感器、分揀不同材料的傳感器、位置檢測的光電碼盤，以及啟動推料用到的電磁閥、氣缸和限位傳感器，連接PLC信號的信號板等主要部件。圖1、圖2、圖3分別給出了材料分揀模型、信號板和傳感器位置。

圖1 材料分揀模型

圖2 信號板圖

圖3 傳感器位置圖

2 實(shí)驗(yàn)要求及步驟

該實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)涉及PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)和氣動技術(shù)的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生從給定材料中分揀出鐵質(zhì)材料、鋁質(zhì)材料、黃色和其它材料。

2.1 材料分揀綜合實(shí)驗(yàn)平臺的搭建和I/O口分配

材料分揀綜合實(shí)驗(yàn)平臺包括TVT-99B材料分揀裝置、FX1N MR40 PLC和小型空壓機(jī)。傳感器屬于輸入信號，電磁閥、電機(jī)屬于輸出信號，并對所有信號進(jìn)行I/O口分配。表1列出具體I/O口分配表。

表1 分揀系統(tǒng)的I/O口分配

2.2 實(shí)現(xiàn)有料進(jìn)行推料動作的軟件設(shè)計(jì)

通過光電傳感器SN實(shí)現(xiàn)檢測有無料的判斷，然后根據(jù)這個信號和SBW5下料氣缸回位限位信號接通電磁閥YV5，使氣缸5動作推料。在推料過程中，當(dāng)檢測到下料氣缸動作限位信號SFW5接通時，說明推料到位，這時關(guān)閉YV5信號，氣缸5回位。為保持推料時傳動穩(wěn)定，傳動帶要停止，電機(jī)不能動作。在一次推料到下一次推料之間留出間隔控制好位置，否則連續(xù)推料會造成上次推的料還沒被運(yùn)走就被下一次的料擠掉。由于電機(jī)軸上安裝了光電碼盤，通過光電碼盤的計(jì)數(shù)功能就可以實(shí)現(xiàn)材料的位置控制。

這個過程可以學(xué)習(xí)到光電傳感器、光電編碼器、電磁閥、氣缸的限位等器件的工作原理。具體程序如圖4所示。

圖4 有料判斷并進(jìn)行推料動作程序梯形圖

2.3 實(shí)現(xiàn)有料傳動至最后一個氣缸進(jìn)行推料的軟件設(shè)計(jì)

此程序要求完成間隔下料推動和最后一個氣缸能準(zhǔn)確揀選推料。實(shí)驗(yàn)需要對整個傳動帶的步數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過光電碼盤計(jì)數(shù)，初步算出從下料到位到最后一個氣缸的位置是390步。如果按照整個傳動帶上一共間隔放6個工件計(jì)算，每次間隔的計(jì)數(shù)值是65次。每下一次料就要啟動一個計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，還要考慮到當(dāng)一段時間都沒有料下的時候，需要電機(jī)停止運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)過程中，要啟發(fā)學(xué)生使用數(shù)據(jù)傳送MOV和比較相等CMP的指令來完成控制。具體程序如圖5所示。

圖5 氣缸精準(zhǔn)定位的限位傳動與下料動作程序梯形圖

2.4 實(shí)現(xiàn)全部功能的軟件設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)要求：及時檢測下料傳動；實(shí)時分揀出鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和黃色材料；若不是這3種材料，由最后一個氣缸進(jìn)行推料。實(shí)驗(yàn)過程中，由于已經(jīng)分揀出鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和黃色材料，這時要對被揀選材料的計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，以免最后一個氣缸誤動作，通過數(shù)據(jù)區(qū)間的比較指令ZCMP來完成被揀選材料的判斷。通過這個步驟，學(xué)生能夠掌握電感傳感器、電容傳感器和顏色傳感器的工作原理。具體程序如圖6所示。

圖6 機(jī)電傳動控制綜合性實(shí)驗(yàn)總體梯形圖

3 結(jié)語

引導(dǎo)性教學(xué)方法是實(shí)驗(yàn)課程中常采用的教學(xué)方法，可以有效提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。本文通過對“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”的分解，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深，學(xué)生學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，把復(fù)雜的綜合性問題分解成一個個簡單的單一化問題來逐步解決，收到很好的教學(xué)效果，并有效培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考解決問題、綜合運(yùn)用知識的能力，使我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)的質(zhì)量得到很大的提高。

[1] 王偉,黃瑞敏,崔艷宏,等.探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量工程新模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(11):134-136.

[2] 邸馗,籍亞玲,孟麗君.開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(1):15-17,24.

[3] 張宗科,張振剛,吳國清.基于工程實(shí)際的創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)研究:北京高教學(xué)會實(shí)驗(yàn)室工作研究會2010年學(xué)術(shù)研討會論文集（上冊）[C].北京:北京市高等教育學(xué)會,2010.

[4] 張浩強(qiáng).基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《機(jī)電傳動控制》課程教學(xué)改革方法研究[J].教育教學(xué)論壇, 2016(19): 91-92.

[5] 徐呈藝,周開俊,石劍鋒,等.《機(jī)電傳動與PLC技術(shù)》課程項(xiàng)目化教學(xué)改革探索[J].機(jī)械管理開發(fā),2012(4):189-190.

[6] 劉振.機(jī)電傳動控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2011.

徐靜，女，1970年生，實(shí)驗(yàn)中心主任，高級實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：先進(jìn)制造和智能檢測等。

Heuristic Teaching Research Based on PLC Comprehensive Experiment of Mechanical and Electrical Transmission Control

Xu Jing
(School Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology)

To improve the experiment effects of PLC comprehensive experiment of mechanical and electrical transmission co ntrol, a new teaching method is proposed to enlighten students accomplishing the comprehensive experiment independently. Using " Comprehensive experiment of material sorting " as an example, how to break down a complex and comprehensive problem into smal l pieces before solving them step by step is performed. With the heuristic teaching method proposed, very good teaching results have been received, where the innovative abilities of students were cultivated and the teaching quality was improved.

PLC; Mechanical and Electrical Transmission; Comprehensive Experiment