徐靜

（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院）

基于PLC機(jī)電傳動(dòng)控制綜合性實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性教學(xué)研究

徐靜

（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院）

針對(duì)PLC機(jī)電傳動(dòng)控制課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，闡述了如何啟發(fā)學(xué)生自主完成一項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。以“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”為例，由淺入深，把復(fù)雜的綜合性問(wèn)題分解為單一化問(wèn)題進(jìn)行解決。通過(guò)啟發(fā)性教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

PLC；機(jī)電傳動(dòng)；綜合性實(shí)驗(yàn)

0 引言

高等教育的根本任務(wù)是培養(yǎng)人才，提升人才培養(yǎng)水平的核心是提高教育質(zhì)量。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和提高實(shí)踐創(chuàng)新能力，是教學(xué)改革建設(shè)的核心內(nèi)容和強(qiáng)化素質(zhì)教育、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要著力點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為教學(xué)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)大學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力的重要手段。如何啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成綜合實(shí)驗(yàn)，是探索實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑，是形成和凝練人才培養(yǎng)特色的前提和理論依據(jù)[1-3]。機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)課程教學(xué)中，很多機(jī)電設(shè)備的傳動(dòng)都涉及用PLC控制，但由于理論課學(xué)時(shí)有限，PLC的應(yīng)用只是處于初級(jí)階段。然而大多綜合性實(shí)驗(yàn)都會(huì)涉及到傳感器技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)和PLC技術(shù)等方面內(nèi)容，學(xué)生往往無(wú)從下手，不知道如何編寫(xiě)程序。針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文以“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”為例，闡述如何啟發(fā)學(xué)生完成一項(xiàng)基于PLC控制綜合性實(shí)驗(yàn)[4-6]。

1 材料分揀模型介紹

TVT-99B材料分揀裝置是一個(gè)專(zhuān)門(mén)為院校開(kāi)發(fā)的PLC控制機(jī)電傳動(dòng)設(shè)備工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其涵蓋了PLC技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型。它包含下料檢測(cè)傳感器、分揀不同材料的傳感器、位置檢測(cè)的光電碼盤(pán)，以及啟動(dòng)推料用到的電磁閥、氣缸和限位傳感器，連接PLC信號(hào)的信號(hào)板等主要部件。圖1、圖2、圖3分別給出了材料分揀模型、信號(hào)板和傳感器位置。

圖1 材料分揀模型

圖2 信號(hào)板圖

圖3 傳感器位置圖

2 實(shí)驗(yàn)要求及步驟

該實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)涉及PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)和氣動(dòng)技術(shù)的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生從給定材料中分揀出鐵質(zhì)材料、鋁質(zhì)材料、黃色和其它材料。

2.1 材料分揀綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建和I/O口分配

材料分揀綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括TVT-99B材料分揀裝置、FX1N MR40 PLC和小型空壓機(jī)。傳感器屬于輸入信號(hào)，電磁閥、電機(jī)屬于輸出信號(hào)，并對(duì)所有信號(hào)進(jìn)行I/O口分配。表1列出具體I/O口分配表。

表1 分揀系統(tǒng)的I/O口分配

2.2 實(shí)現(xiàn)有料進(jìn)行推料動(dòng)作的軟件設(shè)計(jì)

通過(guò)光電傳感器SN實(shí)現(xiàn)檢測(cè)有無(wú)料的判斷，然后根據(jù)這個(gè)信號(hào)和SBW5下料氣缸回位限位信號(hào)接通電磁閥YV5，使氣缸5動(dòng)作推料。在推料過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到下料氣缸動(dòng)作限位信號(hào)SFW5接通時(shí)，說(shuō)明推料到位，這時(shí)關(guān)閉YV5信號(hào)，氣缸5回位。為保持推料時(shí)傳動(dòng)穩(wěn)定，傳動(dòng)帶要停止，電機(jī)不能動(dòng)作。在一次推料到下一次推料之間留出間隔控制好位置，否則連續(xù)推料會(huì)造成上次推的料還沒(méi)被運(yùn)走就被下一次的料擠掉。由于電機(jī)軸上安裝了光電碼盤(pán)，通過(guò)光電碼盤(pán)的計(jì)數(shù)功能就可以實(shí)現(xiàn)材料的位置控制。

這個(gè)過(guò)程可以學(xué)習(xí)到光電傳感器、光電編碼器、電磁閥、氣缸的限位等器件的工作原理。具體程序如圖4所示。

圖4 有料判斷并進(jìn)行推料動(dòng)作程序梯形圖

2.3 實(shí)現(xiàn)有料傳動(dòng)至最后一個(gè)氣缸進(jìn)行推料的軟件設(shè)計(jì)

此程序要求完成間隔下料推動(dòng)和最后一個(gè)氣缸能準(zhǔn)確揀選推料。實(shí)驗(yàn)需要對(duì)整個(gè)傳動(dòng)帶的步數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)光電碼盤(pán)計(jì)數(shù)，初步算出從下料到位到最后一個(gè)氣缸的位置是390步。如果按照整個(gè)傳動(dòng)帶上一共間隔放6個(gè)工件計(jì)算，每次間隔的計(jì)數(shù)值是65次。每下一次料就要啟動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，還要考慮到當(dāng)一段時(shí)間都沒(méi)有料下的時(shí)候，需要電機(jī)停止運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要啟發(fā)學(xué)生使用數(shù)據(jù)傳送MOV和比較相等CMP的指令來(lái)完成控制。具體程序如圖5所示。

圖5 氣缸精準(zhǔn)定位的限位傳動(dòng)與下料動(dòng)作程序梯形圖

2.4 實(shí)現(xiàn)全部功能的軟件設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)要求：及時(shí)檢測(cè)下料傳動(dòng)；實(shí)時(shí)分揀出鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和黃色材料；若不是這3種材料，由最后一個(gè)氣缸進(jìn)行推料。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于已經(jīng)分揀出鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和黃色材料，這時(shí)要對(duì)被揀選材料的計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，以免最后一個(gè)氣缸誤動(dòng)作，通過(guò)數(shù)據(jù)區(qū)間的比較指令ZCMP來(lái)完成被揀選材料的判斷。通過(guò)這個(gè)步驟，學(xué)生能夠掌握電感傳感器、電容傳感器和顏色傳感器的工作原理。具體程序如圖6所示。

圖6 機(jī)電傳動(dòng)控制綜合性實(shí)驗(yàn)總體梯形圖

3 結(jié)語(yǔ)

引導(dǎo)性教學(xué)方法是實(shí)驗(yàn)課程中常采用的教學(xué)方法，可以有效提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。本文通過(guò)對(duì)“材料分揀模型綜合實(shí)驗(yàn)”的分解，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深，學(xué)生學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，把復(fù)雜的綜合性問(wèn)題分解成一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的單一化問(wèn)題來(lái)逐步解決，收到很好的教學(xué)效果，并有效培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考解決問(wèn)題、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，使我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人才培養(yǎng)的質(zhì)量得到很大的提高。

[1] 王偉,黃瑞敏,崔艷宏,等.探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量工程新模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(11):134-136.

[2] 邸馗,籍亞玲,孟麗君.開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,30(1):15-17,24.

[3] 張宗科,張振剛,吳國(guó)清.基于工程實(shí)際的創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)研究:北京高教學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室工作研究會(huì)2010年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C].北京:北京市高等教育學(xué)會(huì),2010.

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徐靜，女，1970年生，實(shí)驗(yàn)中心主任，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：先進(jìn)制造和智能檢測(cè)等。

Heuristic Teaching Research Based on PLC Comprehensive Experiment of Mechanical and Electrical Transmission Control

Xu Jing
(School Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology)

To improve the experiment effects of PLC comprehensive experiment of mechanical and electrical transmission co ntrol, a new teaching method is proposed to enlighten students accomplishing the comprehensive experiment independently. Using " Comprehensive experiment of material sorting " as an example, how to break down a complex and comprehensive problem into smal l pieces before solving them step by step is performed. With the heuristic teaching method proposed, very good teaching results have been received, where the innovative abilities of students were cultivated and the teaching quality was improved.

PLC; Mechanical and Electrical Transmission; Comprehensive Experiment