劉 靜

(武昌工學(xué)院 信息工程學(xué)院,湖北 武漢 430065)

1 研究現(xiàn)狀

目前自動化專業(yè)實踐平臺發(fā)展參差不齊,大致分為以下三種情況：

1.1 箱式實驗裝置

這種系統(tǒng)一般可以完成的實踐內(nèi)容不夠真實,實踐內(nèi)容呈現(xiàn)多使用指示燈完成,執(zhí)行機構(gòu)單一,并且不含有低壓電器操作系統(tǒng),無法完成實操內(nèi)容,與真實工程項目相去甚遠(yuǎn),如圖1 所示。

1.2 臺式實驗裝置

這種裝置一般可以滿足低壓電器操作系統(tǒng)的實踐內(nèi)容,缺少中控系統(tǒng)內(nèi)容,對于自動化專業(yè)的實踐訓(xùn)練來說是不夠的,并且臺式實驗裝置內(nèi)容較為單一,采用插拔線的方式進行實踐活動使得學(xué)生對實物的了解不夠,動手操作能力的提升較弱,如圖2 所示。

1.3 項目式教學(xué)平臺

這種系統(tǒng)可以完成項目式教學(xué),既可以完成低壓電器操作也可以完成中控PLC 系統(tǒng)操作,可以大大提高學(xué)生的動手操作能力,但是與實際工程仍然有一定差距,尤其對執(zhí)行機構(gòu)例如電機的控制應(yīng)用不夠直觀,如圖3 所示。

目前多數(shù)高校自動化專業(yè)使用的硬件裝備是前兩種,并且硬件控制器一般裝配的是西門子S7-200 系列或者三菱FX 系列,而社會上相關(guān)行業(yè)、企業(yè)的聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟,這些產(chǎn)品面臨升級甚至停產(chǎn)的情況,因此,實踐教學(xué)平臺的研究符合社會需求。

2 研究概述

采用“雙系統(tǒng)”設(shè)計在電氣自動化實踐平臺設(shè)計中并不多見,按照系統(tǒng)功能劃分為多個功能區(qū)域,每個區(qū)域可以獨立操作,也可以聯(lián)動操作,屬于一個新的領(lǐng)域,其中“真實分揀線”與“雙系統(tǒng)”的具體釋義如下：

圖1

圖2

圖3

2.1 真實分揀線

自動化生產(chǎn)線是現(xiàn)代工業(yè)中重要組成,是數(shù)字化、自動化車間的核心。通過建立以分揀生產(chǎn)線為平臺,模擬企業(yè)分揀實況的實踐平臺,使學(xué)生對企業(yè)環(huán)境有更加真實的情感基礎(chǔ),實現(xiàn)與企業(yè)生產(chǎn)無縫對接的目標(biāo)。

2.2 雙系統(tǒng)

該實踐平臺的控制系統(tǒng)選用工業(yè)自動化環(huán)境最常見的PLC 中控器,考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性與項目可擴展性,實踐平臺選用西門子200SMART 與1200“雙系統(tǒng)”,不僅符合市場潮流,可以基本完成主流項目設(shè)計,為豐富實踐內(nèi)容提供保障。

該平臺設(shè)計構(gòu)造分為五個區(qū)域：元件雕刻區(qū)域、機械手抓舉區(qū)域、物料分揀區(qū)域、監(jiān)控區(qū)域、模擬量傳輸區(qū)域。每個區(qū)域設(shè)計相應(yīng)的子任務(wù)以完成對分揀線的分析、設(shè)計、組裝與排障。通過該實踐平臺可以完成工業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、安裝調(diào)試、驗收等環(huán)節(jié),從而體驗真實項目的實施流程和關(guān)鍵節(jié)點,培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)自動化系統(tǒng)集成思維和實踐能力。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)器件配置

硬件控制系統(tǒng)的品牌比較多,主要包括西門子、三菱、臺達(dá)等等,其中西門子市面常見的種類主要有200、200SMART、300、1200、1500 等,以西門子品牌為例,為了推行工業(yè)4.0 國外市場目前主推1200 系列升級代產(chǎn)品,而中國市場與國際市場相矛盾的是,中國的自動化市場自動化硬件控制器遺留保有量大,對于200 的淘汰進程仍是一個緩慢的過程,因此,結(jié)合我校具體情況,經(jīng)與合作企業(yè)探討,研究小組選取200 升級產(chǎn)品200SMART 以及新代1200 系列PLC 作為平臺中控系統(tǒng),不僅符合市場潮流,而且功能強大可以基本完成主流項目設(shè)計以及主從通信控制設(shè)計,為豐富的實踐內(nèi)容提供保障,其具體產(chǎn)品號、擴展模塊種類及數(shù)量、聯(lián)網(wǎng)方式以及外圍設(shè)備需要根據(jù)后期選定的項目及點數(shù)進行研究和確定,此外平臺整體構(gòu)造從箱式和臺式的操作方式改為與實際工程相同的柜式操作。

3.2 “真實分揀線”工程項目

企業(yè)項目龐雜,需要選取實踐內(nèi)容豐富且具有可行性的項目才能夠更好的體現(xiàn)項目特色,才能得到更優(yōu)的設(shè)計效果,因此,要把該平臺做好,教學(xué)團隊首先要對實踐項目的選取有深入的研究。就前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)可行性的工程項目主要有：分揀系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、物料裝填系統(tǒng)等。水處理系統(tǒng)后期維護較為麻煩,電梯系統(tǒng)項目內(nèi)容較為單一,結(jié)合目前企業(yè)真實案例,研究小組確定使用“雕刻物料分揀系統(tǒng)”進行深度開發(fā),該系統(tǒng)涵蓋的知識點較多,并且可以與企業(yè)實踐結(jié)合,自主研發(fā)空間大,整體外觀設(shè)計如圖4 所示。

圖4

3.3 平臺功能區(qū)

在劃分功能區(qū)之前,需要對項目目標(biāo)進行合理確定,以企業(yè)項目組的形式組織完成雕刻物料分揀系統(tǒng)項目任務(wù),其具體分區(qū)與功能如表1 所示,每個區(qū)域可以單獨控制可以區(qū)域之間聯(lián)動控制。

3.4 研究確定平臺功能區(qū)任務(wù)

表1

為了能夠深入了解每個區(qū)域如何完成控制,可以針對每個區(qū)域設(shè)計多個功能區(qū)任務(wù),以完成對該區(qū)域的操作運行。以雕刻元件分揀系統(tǒng)中的“物料分揀區(qū)域”為例,完成該區(qū)域的生產(chǎn)設(shè)備操作需要完成7 個步驟,對應(yīng)設(shè)計7 個功能區(qū)任務(wù),如表2 所示。其他區(qū)域與該區(qū)域類似,這里不再一一列舉。

表2