機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

李鵬

【摘要】隨著科技的高速發(fā)展，自動(dòng)配料、分揀裝置在生產(chǎn)流水線中起著越來(lái)越重要的作用。機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，滿足高、中職學(xué)生專(zhuān)業(yè)方面的技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用操作方面能力的需求，特別是提升了他們的實(shí)踐、快速適應(yīng)工作崗位的動(dòng)手能力。機(jī)電一體化生產(chǎn)線，具有很高的“模擬”的要求，應(yīng)可拆卸和組裝，可以任意設(shè)置故障，并預(yù)留位置，可以按教學(xué)目的，來(lái)增減教學(xué)內(nèi)容。例如，可以滿足教學(xué)和用人單位“人才定做”的要求。該自動(dòng)配料生產(chǎn)設(shè)備，具有全面的、系統(tǒng)的特點(diǎn)。該實(shí)訓(xùn)平臺(tái)涉及到傳感器技術(shù)，微電子技術(shù)，機(jī)械技術(shù)，電力電子技術(shù)，接口技術(shù)等，將各種技術(shù)的應(yīng)用整合在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，力爭(zhēng)使學(xué)生通過(guò)在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上的實(shí)踐，熟悉生產(chǎn)線檢測(cè)，傳輸和處理的執(zhí)行過(guò)程，及系統(tǒng)控制過(guò)程，達(dá)到掌握機(jī)電一體化技術(shù)的目的。

【關(guān)鍵詞】PLC 機(jī)電一體化 機(jī)械手 控制

一、各單元的功能及組成

合適的控制面板，能夠使實(shí)訓(xùn)平臺(tái)運(yùn)用起來(lái)，十分便利和快速。

1.供應(yīng)單元的基本功能

按照生產(chǎn)的需要自動(dòng)處理料倉(cāng)進(jìn)入送料的數(shù)量，便于操縱裝置的輸送單元的把物料發(fā)送到其它指定單元。

2.搬運(yùn)單元的基本功能

用于輸送物料的搬運(yùn)裝置主動(dòng)抓放，在程序的控制下，有四個(gè)方向的工作范圍。

3.配送單位的基本功能

工作單元集合的分類(lèi)，將不同顏色、材質(zhì)的工件送至不同的物料槽。

4.傳輸單元的基本功能

當(dāng)落料口傳感器檢測(cè)到工件，變頻器控制三相異步電動(dòng)機(jī)帶著皮帶傳送工件。

5.觸摸屏基本功能

操作者與機(jī)械設(shè)備之間做雙向溝通的平臺(tái)。

二、控制板的設(shè)計(jì)及構(gòu)成

每個(gè)單元可在實(shí)訓(xùn)臺(tái)設(shè)計(jì)，拆卸各種機(jī)械部件，接線及氣動(dòng)電磁閥和管道安裝，可移動(dòng)的開(kāi)關(guān)/警示指示燈部分，電源部分，可編程部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分都安裝在可推拉的架子上；由接線端子之間的連接模塊，模塊和安全用導(dǎo)線連接訓(xùn)練，最大限度的達(dá)到綜合培訓(xùn)要求。

1.電源供電模塊

系統(tǒng)中的電源供電模塊，配置了三相及單相交流工頻50赫茲的電源，直流24V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓直流電源，各種電源開(kāi)關(guān)等。

2.按鈕開(kāi)關(guān)模塊

設(shè)置啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)目的：當(dāng)達(dá)到工作條件時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，本體系設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行；設(shè)置停止按鈕開(kāi)關(guān)目的：在本體系設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按“停止”按鈕開(kāi)關(guān)，完成的工作循環(huán)系統(tǒng)后，停止運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置復(fù)位按鈕開(kāi)關(guān)目的：在設(shè)備故障或報(bào)警操作，按下復(fù)位按鈕開(kāi)關(guān)，能夠停止和復(fù)位本體系設(shè)備。

3.PLC模塊

系統(tǒng)的核心（PLC），是本體系的大腦（控制整個(gè)體系的運(yùn)行）。

4.變頻器模塊

用于控制運(yùn)輸單元中的，三相交流異步電動(dòng)機(jī)。

三、本系統(tǒng)的工作過(guò)程

1.起停控制

在文中通過(guò)觸摸屏來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的起動(dòng)、停止。在觸摸屏上將可編程控制器輸入（X）和輸出（Y）狀態(tài)，變頻器及報(bào)警信息進(jìn)行顯示。除了對(duì)系統(tǒng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以根據(jù)外部條件，通過(guò)觸摸屏來(lái)設(shè)置和修改PLC內(nèi)部參數(shù)。通過(guò)人機(jī)交互接口可直接觀測(cè)到變頻器的運(yùn)行狀況，進(jìn)行對(duì)控制部分及時(shí)的監(jiān)控。

按下觸摸屏（人機(jī)交互設(shè)備）上的起動(dòng)按鈕圖案，此時(shí)設(shè)備開(kāi)始進(jìn)入工作的狀態(tài)，機(jī)械抓手實(shí)施復(fù)位操作：機(jī)械抓手中的手爪放松（手爪打開(kāi)）、手爪上伸到達(dá)最高處、手臂縮回至最里側(cè)、手臂進(jìn)行向右方旋轉(zhuǎn)至右側(cè)限位開(kāi)關(guān)處停下來(lái)。

按下觸摸屏上的停止按鈕圖案，設(shè)備進(jìn)入了當(dāng)前的工作循環(huán)狀態(tài)后，然后停了下來(lái)。

2.搬運(yùn)功能

出料口有物料→機(jī)器手臂伸展→機(jī)器抓手下落→抓手夾緊抓物料→0.5秒后抓手提高→手臂回縮到位→手臂左轉(zhuǎn)→0.5秒后手臂伸展→機(jī)械抓手下落→0.5秒后，如果傳送帶上沒(méi)有工件，則機(jī)器抓手松開(kāi)、放開(kāi)物料→機(jī)器抓手升高→機(jī)器手臂回縮→右轉(zhuǎn)至右側(cè)限位處停止。

3.傳送、加工及配料功能

當(dāng)輸送帶溜槽與材料，變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，以25 Hz的頻率反著轉(zhuǎn)，輸送帶輸送物料從右到左。

（1）傳送、加工及配送金屬物料。金屬物質(zhì)的工件被傳送到A地點(diǎn)→傳遞帶停止，實(shí)行第一次制作→2秒后以20赫茲的頻率繼續(xù)向左傳遞至B地點(diǎn)→傳遞帶停止，進(jìn)行第二次制作→2秒后以25赫茲的頻率返回至A地點(diǎn)停下→推料一氣缸在PLC的程序控制下伸展，把金屬物料推入到料槽一內(nèi)。

（2）由PLC程序控制傳送、加工及自動(dòng)配送淺顏色塑料物質(zhì)工件。淺色塑料物質(zhì)工件被傳遞到B地點(diǎn)→傳遞皮帶停下，進(jìn)行第一次制作→2秒后以20赫茲的頻率繼續(xù)向左傳遞至C地點(diǎn)→傳遞皮帶停下，進(jìn)行第二次制作→2秒后以25赫茲的頻率返回至B地點(diǎn)停下→推料二氣缸在PLC的程序控制下伸展，把淺色塑料物質(zhì)工件推入到料槽二內(nèi)。

（3）由PLC程序控制傳送、加工及自動(dòng)配送，黑顏色塑料的物質(zhì)工件。黑顏色的塑料材料發(fā)送到位置C輸送機(jī)停了下來(lái)，將三缸的加工2S，推入料槽三內(nèi)。

四、結(jié)論

本系統(tǒng)中的設(shè)備，可按照教學(xué)方面的要求，進(jìn)行重新的安裝、重新的設(shè)計(jì)和任意選擇各單元。并且能根據(jù)按教學(xué)中的使用方法，按要求在設(shè)備上設(shè)置各種故障，讓學(xué)生進(jìn)行排除故障的操作。這樣應(yīng)用在平時(shí)的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)當(dāng)中的效果是非常直觀、有效的。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的、有效的，結(jié)合機(jī)電一體化方面的教學(xué)目標(biāo)和實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)等，圓滿的完成教學(xué)任務(wù)。

1.在對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)配料生產(chǎn)線，進(jìn)行全方位考察和認(rèn)真對(duì)PLC的選型基礎(chǔ)上。對(duì)氣動(dòng)控制技術(shù)方面的知識(shí)，認(rèn)真研究、刻苦挖掘的基礎(chǔ)上，基于PLC控制，氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械抓手、氣體動(dòng)作控制程序系統(tǒng)。

2.針對(duì)氣體驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的比較。對(duì)自動(dòng)配料生產(chǎn)線系統(tǒng)，所要達(dá)到的控制目的、工作的各項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究。再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)單元的布局、規(guī)劃的方案進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計(jì)，最后采用氣動(dòng)控制機(jī)械抓手、配送物料的方案。本中的核心控制元件，選取了對(duì)于學(xué)生操作、學(xué)習(xí)起來(lái)較為簡(jiǎn)單的，F(xiàn)X系列的三菱PLC程序控制系統(tǒng)，動(dòng)力系統(tǒng)選取了污染較小的氣動(dòng)控制。

3.按照一般的理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思想，分別對(duì)自動(dòng)配料生產(chǎn)線體系，進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的布局規(guī)劃，對(duì)系統(tǒng)中的機(jī)械電子部分、電氣控制部分和軟件部分構(gòu)思。

因?yàn)闀r(shí)間以及實(shí)訓(xùn)等各方面的條件所限制，本文的機(jī)電一體化生產(chǎn)線系統(tǒng)，需要進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。下一步主要研究的工作內(nèi)容，是對(duì)光纖傳感器的調(diào)整、加工單元的優(yōu)化，PLC程序的簡(jiǎn)化，機(jī)械抓手的設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化，氣動(dòng)控制方案的合理調(diào)整，使整個(gè)系統(tǒng)功能更加的完善。一個(gè)更新的、發(fā)展著的，全自動(dòng)由PLC程序控制的，配料生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)系統(tǒng)，將在未來(lái)實(shí)際應(yīng)用中逐漸提高、完善系統(tǒng)的各方面性能。

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