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        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

        2017-01-28 11:25:22
        科學(xué)中國(guó)人 2017年12期
        關(guān)鍵詞:供料氣缸工件

        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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)程

        工件垂直疊放在料倉(cāng)中,推料氣缸處于料倉(cāng)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(cāng)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(lái)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。活塞伸出時(shí),無(wú)桿腔進(jìn)氣,有桿腔排氣?;钊s回時(shí),有桿腔進(jìn)氣,無(wú)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(lái)檢測(cè)物料的有無(wú)。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(wú)料,發(fā)出信號(hào),機(jī)械手動(dòng)作,如果沒(méi)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(cāng)的第四層工件位置處,檢測(cè)物料是否充足,如果沒(méi)有檢測(cè)到物料,說(shuō)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(cāng)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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

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