機電控制實訓教學系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

孫小小

（同濟大學，浙江 溫州 325006）

當前，職業(yè)教育為區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展的服務(wù)功能越來越明顯，以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導向，走校企合作、產(chǎn)學研結(jié)合的發(fā)展道路，培養(yǎng)生產(chǎn)服務(wù)第一線的高素質(zhì)的勞動者和高技能實用技術(shù)人才已成為職業(yè)教育戰(zhàn)線的共識，同時也成為社會的共識。而以上人才知識與技能的獲得僅僅依靠在學校的學習是遠遠不夠的，只有在實際工作環(huán)境中學習才能獲得，即要通過工學結(jié)合來實現(xiàn)。

在工學結(jié)合條件下，學生在實際工作環(huán)境中的心理狀態(tài)和對環(huán)境的感受是與學校完全不同的；現(xiàn)代企業(yè)理念、良好行為習慣、應(yīng)變能力、新的實用技能、創(chuàng)新能力也只有在實際工作環(huán)境中才能學到或形成。在實踐中教師深深認識到：培養(yǎng)什么樣的職業(yè)崗位人才，就應(yīng)該有什么樣的職業(yè)崗位教育環(huán)境；技能型人才、實用型人才的培養(yǎng)，只能在工學結(jié)合中實現(xiàn)。

目前國內(nèi)高校在PLC課程教學中普遍面臨問題是教學設(shè)備落后，跟不上PLC產(chǎn)品的更新?lián)Q代的問題、教學試驗資源有限，實驗項目設(shè)計不合理、偏重編程練習，對實際項目缺乏整體認識、綜合實訓項目單一，與實際工作現(xiàn)場出入太大等問題。各高校采用比較多的PLC實訓裝置為液壓傳動與PLC實訓裝置、氣動與PLC實訓裝置、機電氣液一體化綜合實訓裝置、PLC實訓箱等。其中液壓傳動與PLC實訓裝置系統(tǒng)由實訓工作臺、液壓泵站、常用液壓元件、電氣測控單元、常用液壓元件、電氣測控單元等組成，能進行多個液壓典型回路控制練習。氣動與PLC實訓裝置由實訓工作臺、工作泵站、氣動元件、電氣控制單元、組態(tài)仿真軟件等組成，能進行多種氣動元件的回路控制與連接實訓。機電氣液一體化綜合實訓裝置由安裝上料單元、間歇式傳送及夾緊單元、沖壓單元、鉆孔單元和分揀單元組成，可以進行典型機電氣液一體化系統(tǒng)的安裝、液壓氣動管路安裝、電氣控制線路布線、觸摸屏與PLC編程及調(diào)試、整機調(diào)試及運行等技能訓練。PLC實訓箱由各種功能的模塊板和獨立的輸入輸出模擬模塊組成，可進行基礎(chǔ)PLC程序設(shè)計練習。

1 機電控制實訓教學系統(tǒng)

機電控制實訓教學系統(tǒng)由型材實訓臺、物料提升機構(gòu)、物料加工模塊、氣動機械手、物料輸送及分揀機構(gòu)、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、各種傳感器和I/O接口板等組成,共構(gòu)成五個單元，每個單元的基本功能如下:

（1）供料單元的基本功能。供料單元是教學系統(tǒng)的起始單元，在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其他單元提供原料的作用。具體的功能是：按照需要將放置在料倉中待加工工件（原料）自動地推出到物料臺上，以便輸送單元的機械手將其抓取，輸送到其他單元上。

（2）加工單元的基本功能。把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機械手裝置送來）送到?jīng)_壓機構(gòu)下面，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料臺上，待輸送單元的抓取機械手裝置取出。

（3）裝配單元的基本功能。完成將該單元料倉內(nèi)的金屬、黑色或白色小圓柱零件嵌入到已加工的工件中的裝配過程。

（4）分揀單元的基本功能。完成將上一單元送來的已加工、裝配的工件進行分揀，實現(xiàn)不同屬性（顏色、材料等）的工件從不同的料槽分流的功能。

（5）輸送單元的基本功能。該單元通過直線運動傳動機構(gòu)驅(qū)動抓取機械手裝置到指定單元的物料臺上精確定位，并在該物料臺上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下，實現(xiàn)傳送工件的功能。

其中各模塊分別由單獨的PLC分站點去控制，各站點可獨立運行，也可通過站點間的通訊進行一體化控制。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式設(shè)計，讓學生可以自由組裝和調(diào)試送料檢測機構(gòu)、物料搬運機構(gòu)、物料分揀機構(gòu)和自動生產(chǎn)線等機電一體化實訓設(shè)備。為學生提供了一個典型的、可進行綜合訓練的工程環(huán)境，為學生構(gòu)建了一個可充分發(fā)揮學生潛能和創(chuàng)造力的實踐平臺。

2 系統(tǒng)可實現(xiàn)的實訓項目

（1）傳感器實訓。系統(tǒng)中使用了大量的傳感器，有電感式接近開關(guān)、漫射式光電式接近開關(guān)、磁性接近開關(guān)等。學生可通過在實訓中調(diào)整各類傳感器的角度、位置、測試各類傳感器的動作信號等實訓，掌握各類傳感器的特性、工作原理及接線方法等知識。

（2）氣動技術(shù)實訓。系統(tǒng)中使用了大量的氣動元件，包括氣源、多種電磁閥組、各種氣缸、節(jié)流閥、速度閥等。學生可通過在實訓中連接氣動控制回路、調(diào)節(jié)各氣動元件的動作情況等實訓，熟悉各種氣動元件的作用，了解各種氣動元件之間以及氣動元件與其它元件之間是如何配合起來進行協(xié)調(diào)工作的。

（3）PLC控制實訓。系統(tǒng)的各個工作站都是獨立的，各自有一臺PLC控制本站的運行，如果各個工作站分開來實訓，每組3人的話，可同時滿足十五個學生進行實訓，并且每個學生都可以參與其中。在各個工作站中，學生可以通過編程學習梯形圖編程的基本概念、梯形圖的編程規(guī)則、PLC程序設(shè)計方法、PLC梯形圖編程的特點與優(yōu)勢等。

（4）電氣控制系統(tǒng)實訓。系統(tǒng)各個工作站的電氣控制原理圖均要求按照工業(yè)標準和習慣進行設(shè)計與連接，學生可以通過各個工作站的電氣控制線路的連接、各種接口電路的標準化制作等實訓，學習電路原理圖的分析、I／O接線圖的連接等知識點。

（5）機械系統(tǒng)安裝調(diào)試實訓。系統(tǒng)中的各個工作站可讓各組學生將機械部分全部的或部分的拆去，再按要求將其重新組裝，并且調(diào)試至系統(tǒng)可正常、可靠地工作。

（6）系統(tǒng)故障排查實訓。教師可以在系統(tǒng)中各個工作站中設(shè)置一定的機械、電氣和程序控制上的故障，學生則可以通過對故障現(xiàn)象的分析，排查練習，學習設(shè)備維修的方法和技能。

3 結(jié)語

本實訓系統(tǒng)具有較好的柔性，即每站各有一套PLC控制系統(tǒng)獨立控制。將五個模塊分開培訓可以容納較多的學員同時學習。在基本單元模塊培訓完成以后，又可以將相鄰的兩站、三站直至五站連在一起，學習復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。在此平臺上可實現(xiàn)知識的實際應(yīng)用、技能的綜合訓練和實踐動手能力的客觀考核。既可以作為課程的專業(yè)知識模塊的單項實訓項目的教學，同時可進行機電一體化設(shè)備、氣動系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)的綜合技能訓練，還可以做為技能鑒定的考核設(shè)備，使學生對過去學過的諸多單科的專業(yè)和基礎(chǔ)知識，在這里能得到全面的認識、綜合的訓練和實際運用。利用機電控制實訓教學系統(tǒng)，可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使學習者得到一個非常接近于實際的教學設(shè)備環(huán)境，從而縮短了理論教學與實際應(yīng)用之間的距離。

[1]吳蔚.工學結(jié)合勤工儉學培養(yǎng)大批高素質(zhì)技能型人才——記職業(yè)教育工學結(jié)合座談會[J].教育與職業(yè)，2005,（25）.

[2]王鴻博.PC-LINK網(wǎng)絡(luò)在自動生產(chǎn)線控制中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2008,（10）.

[3]陶權(quán).基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的自動化生產(chǎn)線實訓裝置改造[J].電工技術(shù)，2010,（3）.