李晶

摘 要： 由于高職教學(xué)中機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)需要配套的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，因此根據(jù)學(xué)生能力需求和專業(yè)特點(diǎn)開發(fā)一個(gè)接近實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的教學(xué)用輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置，采用PLC技術(shù)完成控制，采用多種基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)搭建，便于學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)技能，為實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做一體化提供載體。

關(guān)鍵詞： 輸送倉儲(chǔ) PLC 自動(dòng)控制

1.引言

教學(xué)需要構(gòu)建實(shí)踐環(huán)節(jié)，為培養(yǎng)工程技術(shù)應(yīng)用型人才創(chuàng)造良好的教學(xué)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)是專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)體系中不可缺少的重要組成部分?，F(xiàn)代教學(xué)培養(yǎng)模式的實(shí)踐教學(xué)旨在從幾個(gè)方面提高學(xué)生的能力。（1）在課程基礎(chǔ)理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中激發(fā)和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自學(xué)能力；（2）在完成工程實(shí)際案例過程中培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和綜合實(shí)踐能力；（3）在參與課后專業(yè)興趣小組、科技制作競(jìng)賽過程中掌握高新技術(shù)的應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新精神；（4）教學(xué)過程中結(jié)合教學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做一體化，理論與實(shí)踐相結(jié)合。職業(yè)教學(xué)中更需要體現(xiàn)第4點(diǎn)的要求。職業(yè)教育強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中盡量貼近實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)。對(duì)此大力開發(fā)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)用教學(xué)系統(tǒng)，從而使教學(xué)更符合職業(yè)教育要求和特點(diǎn)是職業(yè)教育工作者追求和提倡的。本文提出的輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置即配合機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)工作開發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置。

分揀和倉儲(chǔ)是制造業(yè)常見的生產(chǎn)流程，以此作為課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目基礎(chǔ)，開發(fā)貼近真實(shí)生產(chǎn)過程的輸送倉儲(chǔ)系統(tǒng)，能再現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過程基本特征和控制過程，根據(jù)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，以此為基礎(chǔ)，鍛煉學(xué)生的控制設(shè)計(jì)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(gè)小型輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置，并針對(duì)機(jī)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(guān)的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。當(dāng)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(xué)生在其他方面的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

整個(gè)系統(tǒng)采用觸摸屏作為上位機(jī)，PLC為主要控制核心，幾種不同傳感器作為工件類型檢測(cè)、料倉位置檢測(cè)和滑臺(tái)位置檢測(cè)的元器件，直流電機(jī)和電磁鐵為主要控制對(duì)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(duì)應(yīng)料倉中。觸摸屏作為一種智能控制設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和系統(tǒng)狀態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)工作模式切換，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)按鈕輸入，同時(shí)實(shí)時(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本裝置上位機(jī)采用松下QT01（AIGT0030B1）型號(hào)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(gè)判斷工件屬性的傳感器，三個(gè)工件位置檢測(cè)傳感器，三個(gè)料倉位置檢測(cè)傳感器，兩個(gè)滑臺(tái)極限位置檢測(cè)傳感器。另外，還需要7個(gè)控制按鈕，系統(tǒng)共需要18個(gè)輸入點(diǎn)。輸出部分需要控制皮帶輸送機(jī)的電機(jī)啟停，滾珠絲杠滑臺(tái)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)，電磁推料器的啟停，共計(jì)4個(gè)輸出點(diǎn)。系統(tǒng)采用了西門子S7-200 CPU（16個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)），外加一個(gè)EM223 8路輸入8路輸出擴(kuò)展模塊，以滿足輸入點(diǎn)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(jià)比較高。工件屬性檢測(cè)傳感器采用光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器組合實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式如表1所示。整個(gè)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(shè)計(jì)

輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置的軟件設(shè)計(jì)包括2個(gè)部分：觸摸屏組態(tài)軟件設(shè)計(jì)和PLC控制程序設(shè)計(jì)。其中組態(tài)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)觸摸屏的操作畫面，便于人機(jī)交互。而PLC的控制程序設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)工件的分揀和倉儲(chǔ)功能。

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。手動(dòng)運(yùn)行是通過按鈕開關(guān)獨(dú)立控制不同運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作，如皮帶輸送機(jī)的啟動(dòng)和停止，滑臺(tái)的左向運(yùn)動(dòng)和右向運(yùn)動(dòng)，推料器的推料和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。自動(dòng)運(yùn)行即系統(tǒng)自動(dòng)完成工件的分揀和倉儲(chǔ)，工作過程如下所述。

3.1手動(dòng)工作模式

在PLC教學(xué)中，基本指令的運(yùn)用和熟悉可以通過手動(dòng)工作模式加以訓(xùn)練。在手動(dòng)工作模式下，可以通過不同按鈕開關(guān)進(jìn)行基本操作，如啟動(dòng)、停止皮帶輸送機(jī)，滑臺(tái)的向左和向右運(yùn)動(dòng)，電磁推料器的推料與復(fù)位等，通過這些設(shè)計(jì)，可以訓(xùn)練學(xué)生熟悉基本指令和基本邏輯。

3.2自動(dòng)工作模式

自動(dòng)工作模式下則是系統(tǒng)自動(dòng)完成工件的檢測(cè)存儲(chǔ)，基本工作過程是啟動(dòng)按鈕按下，滑臺(tái)復(fù)位，輸送機(jī)啟動(dòng)，工件屬性檢測(cè)，滑臺(tái)到對(duì)應(yīng)料倉口，工件到對(duì)應(yīng)料倉口，電磁推料器推料入倉，依次循環(huán)。

3.3擴(kuò)展控制模式

在擴(kuò)展工作模式下，可以在自動(dòng)工作模式下增加控制要求內(nèi)容，如增加系統(tǒng)的工件計(jì)數(shù)功能，采用間歇輸送方式實(shí)現(xiàn)工件輸送等。

4.基于此裝置的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

作為一種實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，本系統(tǒng)為學(xué)生提供了一種開放式結(jié)構(gòu)，適合各類大中專學(xué)生學(xué)習(xí)PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，甚至可以進(jìn)行電路控制設(shè)計(jì)訓(xùn)練、機(jī)械裝配設(shè)計(jì)訓(xùn)練，由于裝置各部分可拆卸，學(xué)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(shè)計(jì)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(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)不同難度層次的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，也可以配合教學(xué)進(jìn)行基本指令學(xué)習(xí)。基本外形如圖3所示。

圖3 輸送倉儲(chǔ)裝置外形圖

5.結(jié)語

本文研究開發(fā)出一種新型的輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主要特點(diǎn)：（1）貼近實(shí)際工作流程，結(jié)構(gòu)包含較多基本構(gòu)件和常用機(jī)構(gòu)，能夠更好地貼近實(shí)際，便于高職學(xué)生學(xué)習(xí)；（2）功能多樣，本設(shè)計(jì)是為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中常見的輸送倉儲(chǔ)功能，教學(xué)使用時(shí)，可以采用多種控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能；（3）控制靈活，可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)控制要求制定，由簡(jiǎn)至難，層次遞進(jìn)，便于教學(xué)應(yīng)用。（4）裝置小型化，整個(gè)裝置采用雙層裝置，體積小，便于攜帶，有利于不同場(chǎng)合轉(zhuǎn)換。（5）采用開放式設(shè)計(jì)，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(qiáng)，可以運(yùn)用于機(jī)械加工、裝配、電路設(shè)計(jì)裝調(diào)、PLC硬件按線與軟件編程訓(xùn)練等項(xiàng)目教學(xué)和實(shí)訓(xùn)。

搭建基于PLC控制的輸送倉儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置，豐富學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，使教、學(xué)、做一體化有載體加以實(shí)施，從而增強(qiáng)教學(xué)效果，有效提高教學(xué)質(zhì)量，是一種合理可靠的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置。

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