淺談技工學(xué)校機(jī)電一體化控制系統(tǒng)調(diào)試分層教學(xué)方法

摘 要：隨著自動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，改革機(jī)電一體化控制系統(tǒng)調(diào)試課程的教學(xué)方法顯得尤為重要。提升學(xué)生技能水平的關(guān)鍵，是提高技工學(xué)校的教育效率。本文從五個(gè)方面探討技工學(xué)校機(jī)電一體化控制系統(tǒng)分層調(diào)試的教學(xué)方法，分析如何將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解，分四個(gè)層次設(shè)計(jì)調(diào)試，提升學(xué)生的技能水平。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)調(diào)試 元件 分層教學(xué) 提升技能

近年來，由于自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)，各企業(yè)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)人才的需求大量增加，各學(xué)校都開設(shè)了機(jī)電一體化專業(yè)或相關(guān)專業(yè)，而機(jī)電一體化專業(yè)在教學(xué)中普遍存在的問題是系統(tǒng)大，涉及知識(shí)點(diǎn)面較廣，學(xué)生無從入手，教師沒有良策。學(xué)校需要不斷加強(qiáng)自身建設(shè)和教師的兩項(xiàng)內(nèi)功培養(yǎng)，即“教功”“學(xué)功”，以利于為企業(yè)輸送更多的合格人才。但由于技工學(xué)校學(xué)生入學(xué)成績相對(duì)較差，分析問題的能力不是很強(qiáng)，因而教師不能順利實(shí)施教學(xué)工作。技工學(xué)校主要培養(yǎng)技工人才，因此加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、提高學(xué)生技能水準(zhǔn)尤為重要。本文探討在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)調(diào)試教學(xué)中如何提高學(xué)生的技能水平，讓技工學(xué)校學(xué)生的技能水平得到質(zhì)的提升。

一、如何分層

機(jī)電一體系統(tǒng)將光機(jī)電設(shè)備組合在一起，組成一臺(tái)設(shè)備或組成一條生產(chǎn)線，作為現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)制造設(shè)備。目前技工學(xué)校的機(jī)電一體化設(shè)備多以可編程控制器為主體，以各種檢測(cè)元件，如各種光電傳感器、限位開關(guān)、磁性傳感器、電感傳感器等，和控制元件、執(zhí)行元件組成一個(gè)控制系統(tǒng)。技工學(xué)校學(xué)生學(xué)習(xí)此類設(shè)備主要為了服務(wù)于各種制造企業(yè)，因而掌握這種系統(tǒng)如何進(jìn)編程調(diào)試的方法，顯得尤為重要，也是學(xué)生提升技能，培養(yǎng)快速解決問題的能力的關(guān)鍵。否則就會(huì)因系統(tǒng)太復(fù)雜導(dǎo)致學(xué)生無從下手，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，更無從談技能提升。

因此，我們根據(jù)系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，將系統(tǒng)進(jìn)行歸納分類，分解為以下三大類：

檢測(cè)元件：主要有各種傳感器、開關(guān)、按鈕等。

控制元件：主要包括各種驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行器、放大器等。

驅(qū)動(dòng)元件：主要包括各種執(zhí)行元件，如電磁閥、指示燈、各種電動(dòng)機(jī)等。

因此，要根據(jù)以上分類調(diào)試這一類系統(tǒng)，不能眉毛胡子一把抓。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)分作四個(gè)層次進(jìn)行教學(xué)，即檢測(cè)元件調(diào)試、控制元件調(diào)試、驅(qū)動(dòng)元件調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試。

二、檢測(cè)層：檢測(cè)元件調(diào)試

傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是能將被測(cè)的變量（參數(shù)）直接轉(zhuǎn)換成適合于測(cè)量形式的信號(hào)的元件或器件。例如，測(cè)量溫度的檢測(cè)元件熱電偶，能將溫度轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)，用于顯示和控制。

機(jī)電一體化系統(tǒng)中用到的傳感器非常多，如檢測(cè)物體的位置、顏色的判別、材質(zhì)的判別、姿態(tài)判別、液位判別、溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)等，會(huì)用到如電感、電容、壓力、光電、光纖等各式各樣的傳感器。學(xué)習(xí)此類傳感器最重要的是分清它們的作用、工作原理和檢測(cè)方法。

我們能很快地教學(xué)生將傳感器輸出端口與控制器進(jìn)行連接，然后將待檢測(cè)物通過傳感器，對(duì)應(yīng)的PLC輸入點(diǎn)就會(huì)有一個(gè)輸入信號(hào)，即傳感器有輸出信號(hào)，也可以據(jù)此判斷傳感器是否工作，否則要查明故障。學(xué)生對(duì)控制器能有輸出很有興趣，表示自己已成功了一步。

三、控制層：控制元件的調(diào)試

有了上一步的檢測(cè)工作，引導(dǎo)學(xué)生完成控制層的編程，學(xué)生就會(huì)躍躍欲試。

控制元件是組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本單元，按作用主要分為功率元件和信號(hào)元件，按功能分為測(cè)量、變換、放大、執(zhí)行和校正元件，按電流分為直流、交流和脈沖元件?？刂圃?gòu)成的電機(jī)主要有直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、自整角機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、超聲波電機(jī)和直線電機(jī)等。

對(duì)于如此多的控制元件，我們教學(xué)生的就是分清各種控制元件能接受什么樣的信號(hào)。根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，我們用控制器給其相應(yīng)的信號(hào)，在相應(yīng)的信號(hào)作用下，控制元件能有相應(yīng)的動(dòng)作，則表示控制元件能受控。在大的系統(tǒng)中，同樣只要將控制信號(hào)發(fā)出，就能有相應(yīng)的動(dòng)作。

例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，只要將脈沖信號(hào)和方向控制信號(hào)發(fā)給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制器，用控制器輸出兩個(gè)信號(hào)，如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能工作，則表明控制正常。系統(tǒng)同樣只要給出相應(yīng)信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同樣能正常工作。

據(jù)此，學(xué)生調(diào)試工作又進(jìn)了一步。此時(shí)要告訴學(xué)生，只并差一步的控制工作，我們就會(huì)完成系統(tǒng)的分步工作。

四、執(zhí)行層：驅(qū)動(dòng)元件調(diào)試

什么是執(zhí)行層的調(diào)試呢？簡單地說，就是我們要執(zhí)行的工作任務(wù)。

首先，我們了解一下執(zhí)行層的情況。執(zhí)行元件是根據(jù)來自控制器的控制信息完成對(duì)受控對(duì)象的控制作用的元件。在機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件根據(jù)輸入能量的不同可分為電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓三類。電動(dòng)執(zhí)行元件安裝靈活，使用方便，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。氣動(dòng)執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，工作可靠并具有防爆等特點(diǎn)，在中、小功率的化工石油設(shè)備和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)線上應(yīng)用較多。液壓執(zhí)行元件功率大，快速性好，運(yùn)行平穩(wěn)，廣泛用于大功率的控制系統(tǒng)。

對(duì)于種類繁多的控制元件，我們要分清其能接的信號(hào)是什么類型的，比如是模擬量，還是數(shù)字量等。如果是模擬量的，要分清其模擬量大小和性質(zhì)，據(jù)此給相應(yīng)的量，執(zhí)行元件就會(huì)動(dòng)作。在大系統(tǒng)中也只要給出相應(yīng)的信號(hào)，執(zhí)行元件就能正常工作。

要分清我們要執(zhí)行的工作任務(wù)，比如將電磁閥接好線，用控制器給出相應(yīng)的信號(hào)，電磁閥就會(huì)正常工作。

至此，學(xué)生完成了每一個(gè)分項(xiàng)工作，會(huì)有將自己的作品成果全部展示出來的沖動(dòng)，無形中極大地提高了自己的技能水平。

五、系統(tǒng)層：控制系統(tǒng)綜合調(diào)試

經(jīng)過以上分析并進(jìn)行調(diào)試后，學(xué)生紛紛將自己上述步驟所完成的工作進(jìn)行綜合。此時(shí)，可以設(shè)置一個(gè)學(xué)生比賽環(huán)節(jié)，讓學(xué)生進(jìn)行綜合調(diào)試。

控制系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生按如下步驟進(jìn)行，會(huì)取得事半功倍的效果。

首先檢查接線，核對(duì)地址，逐點(diǎn)進(jìn)行，確保無誤。加上各信號(hào)后，看輸入端口的指示燈的變化。其次，測(cè)試輸出工種狀態(tài)，包含各輸出端口、模擬量的量值等。測(cè)試各工作方式的邏輯關(guān)系，如手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)工作模式。最后還要進(jìn)行異常條件檢查。

在經(jīng)過上述調(diào)試后，如程序、功能有所變動(dòng)，也應(yīng)及時(shí)調(diào)試，達(dá)到完美的效果，確保系統(tǒng)具有正確工作、可靠、簡短、省時(shí)、可讀和易改等特征。

掌握了以上分層調(diào)試的方法，學(xué)生能很快地將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)最小化，進(jìn)而完成一個(gè)綜合系統(tǒng)的調(diào)試，學(xué)生的作品成果也就呈現(xiàn)出來了，學(xué)生的綜合技能在分步分層調(diào)試過程中得到了大力提升。

六、小結(jié)

本文是筆者對(duì)多年自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)工作教學(xué)方法的總結(jié)。由于學(xué)生的特點(diǎn)和素質(zhì)差異性，以及各校教學(xué)安排各不相同，在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。由于本人水平有限，敬請(qǐng)各位自動(dòng)化技術(shù)同行和教師給予指正，在此表示衷心感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]宋伯生.PLC編程實(shí)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]吳啟紅.可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

（作者單位：深圳第二高級(jí)技工學(xué)校）endprint