基于PLC的分揀控制系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

于歡歡

【摘要】本文闡述了以PLC為控制器的分揀控制系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)技術(shù)能力為主旨，采取五步教學(xué)法完成“理實(shí)一體化”的教學(xué)過(guò)程，并在教學(xué)設(shè)計(jì)中融入學(xué)生的PLC職業(yè)崗位能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的安全生產(chǎn)意識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】PLC? 分揀控制系統(tǒng)? 教學(xué)設(shè)計(jì)? 職業(yè)崗位能力

可編程控制器（PLC）是自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的核心專業(yè)課程，目前在工業(yè)控制中被廣泛應(yīng)用。而分揀控制系統(tǒng)是PLC控制中的一個(gè)典型應(yīng)用。本次教學(xué)設(shè)計(jì)依托THJDME-1型光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置，通過(guò)傳感器、PLC、皮帶輸送機(jī)、氣缸、滑槽四部分來(lái)完成工件的分揀。本次課的教學(xué)目的是要求學(xué)生能夠讀懂各種氣動(dòng)原理圖，熟悉相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn);掌握各種電磁閥的應(yīng)用情況，熟練調(diào)整機(jī)械裝置、氣動(dòng)裝置、傳感器、變頻器等器件，并熟悉相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn);能夠根據(jù)任務(wù)要求，制訂工作計(jì)劃和檢查表、編寫(xiě)調(diào)試程序?；谠摻虒W(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性和應(yīng)用型，教學(xué)設(shè)計(jì)利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，采用：“五步教學(xué)法”進(jìn)行整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。

一、布置任務(wù)

首先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室要進(jìn)行安全文明生產(chǎn)的講解，并按照工廠“6S”規(guī)范化管理嚴(yán)格要求，使學(xué)生的身份轉(zhuǎn)換成“工程師”。任務(wù)的下發(fā)以派工單的形式，如表1所示。通過(guò)派工單使學(xué)生快速進(jìn)入“工程師”的角色，強(qiáng)化學(xué)生的職業(yè)崗位意識(shí)。

二、信息獲取

在學(xué)生讀懂本次任務(wù)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)本次任務(wù)必備的理論知識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)教材、互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)說(shuō)明書(shū)等相關(guān)資料主動(dòng)學(xué)習(xí)氣動(dòng)裝置、傳感器、變頻器、電磁閥等硬件知識(shí);啟發(fā)學(xué)生梳理PLC控制流程的制定、外接線的工藝要求以及PLC指令的基本應(yīng)用。此過(guò)程以學(xué)生為主，教師為輔，打破了傳統(tǒng)的講臺(tái)式的教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力以及自我解決問(wèn)題的能力。

三、制定方案

以小組為單位制定任務(wù)實(shí)施方案。培養(yǎng)學(xué)生的組內(nèi)配合（包括分工合作）能力，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和溝通能力。教師引導(dǎo)學(xué)生任務(wù)實(shí)施方案必須包括如下幾點(diǎn)：（1）小組討論功能要求，做好分工任務(wù)。（2）機(jī)械裝置、傳感器等器件的調(diào)整。（3）輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的分配。（4）繪制I/O接線圖，完成PLC及其外部接線。（5）調(diào)試變頻器，設(shè)定變頻器的控制參數(shù)。（6）程序編寫(xiě)的分工。（7）下載，調(diào)試。（8）當(dāng)程序不能實(shí)現(xiàn)原定功能時(shí)，判斷問(wèn)題。（9）如何調(diào)試、修改程序。

四、實(shí)施任務(wù)

具體實(shí)施過(guò)程如下：

1、工作現(xiàn)場(chǎng)

（1）列出IO分配表。根據(jù)任務(wù)分析，可以得出輸入元件有10個(gè)，分別為啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、入料口檢測(cè)光電傳感器、槽一電感式傳感器、槽二光纖傳感器、推料前限位、推料后限位、導(dǎo)料前限位、導(dǎo)料后限位、對(duì)射傳感器;輸出元件有4個(gè)，分別為HL4指示燈、變頻器（正轉(zhuǎn)高速和正轉(zhuǎn)低速）、推料氣缸、導(dǎo)料氣缸。所以，選擇PLC的輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)為10個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)為6個(gè)

（2）畫(huà)出電氣控制原理圖。根據(jù)IO分配表，結(jié)合傳感器和電磁閥的國(guó)標(biāo)繪制方法以及PLC的使用說(shuō)明，畫(huà)出電氣控制原理圖。

（3）根據(jù)電氣控制原理圖安裝電路。進(jìn)行電氣線路連接之前，首先確保電源開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置，然后將電源警示燈、傳感器和三相異步交流電動(dòng)機(jī)的連線連到接線排對(duì)應(yīng)的位置;按照電氣控制原理圖先接PLC輸出回路和電源警示燈的連線，再接PLC輸入回路的連線;按照照電氣控制原理圖完成變頻器和三相異步交流電動(dòng)機(jī)的連線;再連接各模塊電源線;最后進(jìn)行電路檢查。

（4）設(shè)置變頻器參數(shù)。 根據(jù)任務(wù)要求和變頻器的使用說(shuō)明設(shè)置運(yùn)行速度。

2、PLC程序設(shè)計(jì)

（1）分析控制要求。根據(jù)工作過(guò)程分析，控制主要有三部分要求：一是皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行要求，二是指示燈的控制要求，三是分揀功能要求。通過(guò)分析可以看出整個(gè)控制流程是按照設(shè)備的動(dòng)作順序完成的，以三菱PLC為例較適合用SFC編程。由于不同材質(zhì)的工件被送到不同的位置，所以選用選擇性分支的SFC。

（2）繪制主程序和SFC的程序流程圖。主程序中必須包含SFC驅(qū)動(dòng)條件，最好將啟停程序放到主程序中;SFC流程圖需要注意每一步的轉(zhuǎn)移條件和執(zhí)行步。選擇分支的條件和條件匯合需要按照要求給定。SFC流程如圖2所示。

（3）編寫(xiě)程序。程序的編寫(xiě)包括兩部分：主程序和SFC程序。根據(jù)上述程序分析及SFC流程圖，即可編寫(xiě)程序。

（4）下載調(diào)試程序。檢查電路正確無(wú)誤后，將程序?qū)懭隤LC。程序功能的調(diào)試要根據(jù)工作過(guò)程要求，逐項(xiàng)檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。如果每一步都符合任務(wù)要求，說(shuō)明程序完全符合工作過(guò)程要求，否則應(yīng)查明原因，修改后重新調(diào)試。

五、提交驗(yàn)收

各小組完成任務(wù)后，提交驗(yàn)收單。各小組派代表演示控制系統(tǒng)對(duì)不同工件的分揀準(zhǔn)確度并講解設(shè)計(jì)思路，由其他小組和教師作為驗(yàn)收方來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)是否安全合理規(guī)范。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：工藝、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行、調(diào)試記錄、安全文明意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。該過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力;還能夠讓學(xué)生在此過(guò)程通過(guò)參與驗(yàn)收其他小組的設(shè)計(jì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，拓寬PLC的程序設(shè)計(jì)思路。