淺談技工學校機電一體化控制系統調試分層教學方法

摘 要：隨著自動技術的飛速發展，改革機電一體化控制系統調試課程的教學方法顯得尤為重要。提升學生技能水平的關鍵，是提高技工學校的教育效率。本文從五個方面探討技工學校機電一體化控制系統分層調試的教學方法，分析如何將一個復雜的系統分解，分四個層次設計調試，提升學生的技能水平。

關鍵詞：控制系統調試 元件 分層教學 提升技能

近年來，由于自動化技術的飛速發展和我國產業升級，各企業對機電一體化技術人才的需求大量增加，各學校都開設了機電一體化專業或相關專業，而機電一體化專業在教學中普遍存在的問題是系統大，涉及知識點面較廣，學生無從入手，教師沒有良策。學校需要不斷加強自身建設和教師的兩項內功培養，即“教功”“學功”，以利于為企業輸送更多的合格人才。但由于技工學校學生入學成績相對較差，分析問題的能力不是很強，因而教師不能順利實施教學工作。技工學校主要培養技工人才，因此加強學生的動手能力、提高學生技能水準尤為重要。本文探討在機電一體化控制系統調試教學中如何提高學生的技能水平，讓技工學校學生的技能水平得到質的提升。

一、如何分層

機電一體系統將光機電設備組合在一起，組成一臺設備或組成一條生產線，作為現代企業的生產制造設備。目前技工學校的機電一體化設備多以可編程控制器為主體，以各種檢測元件，如各種光電傳感器、限位開關、磁性傳感器、電感傳感器等，和控制元件、執行元件組成一個控制系統。技工學校學生學習此類設備主要為了服務于各種制造企業，因而掌握這種系統如何進編程調試的方法，顯得尤為重要，也是學生提升技能，培養快速解決問題的能力的關鍵。否則就會因系統太復雜導致學生無從下手，會導致學生失去學習興趣，更無從談技能提升。

因此，我們根據系統的組成特點，將系統進行歸納分類，分解為以下三大類：

檢測元件：主要有各種傳感器、開關、按鈕等。

控制元件：主要包括各種驅動器、執行器、放大器等。

驅動元件：主要包括各種執行元件，如電磁閥、指示燈、各種電動機等。

因此，要根據以上分類調試這一類系統，不能眉毛胡子一把抓。根據系統的特點分作四個層次進行教學，即檢測元件調試、控制元件調試、驅動元件調試和系統調試。

二、檢測層：檢測元件調試

傳感檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節，是能將被測的變量（參數）直接轉換成適合于測量形式的信號的元件或器件。例如，測量溫度的檢測元件熱電偶，能將溫度轉換成毫伏信號，用于顯示和控制。

機電一體化系統中用到的傳感器非常多，如檢測物體的位置、顏色的判別、材質的判別、姿態判別、液位判別、溫度檢測、壓力檢測等，會用到如電感、電容、壓力、光電、光纖等各式各樣的傳感器。學習此類傳感器最重要的是分清它們的作用、工作原理和檢測方法。

我們能很快地教學生將傳感器輸出端口與控制器進行連接，然后將待檢測物通過傳感器，對應的PLC輸入點就會有一個輸入信號，即傳感器有輸出信號，也可以據此判斷傳感器是否工作，否則要查明故障。學生對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：控制元件的調試

有了上一步的檢測工作，引導學生完成控制層的編程，學生就會躍躍欲試。

控制元件是組成自動控制系統的基本單元，按作用主要分為功率元件和信號元件，按功能分為測量、變換、放大、執行和校正元件，按電流分為直流、交流和脈沖元件。控制元件構成的電機主要有直流伺服電動機、直流測速發電機、步進電機、旋轉變壓器、自整角機、交流伺服電動機、無刷直流電動機、開關磁阻電機、超聲波電機和直線電機等。

對于如此多的控制元件，我們教學生的就是分清各種控制元件能接受什么樣的信號。根據信號的特點，我們用控制器給其相應的信號，在相應的信號作用下，控制元件能有相應的動作，則表示控制元件能受控。在大的系統中，同樣只要將控制信號發出，就能有相應的動作。

例如，步進電動機的控制，只要將脈沖信號和方向控制信號發給步進驅動控制器，用控制器輸出兩個信號，如果步進電動機能工作，則表明控制正常。系統同樣只要給出相應信號，步進電動機同樣能正常工作。

據此，學生調試工作又進了一步。此時要告訴學生，只并差一步的控制工作，我們就會完成系統的分步工作。

四、執行層：驅動元件調試

什么是執行層的調試呢？簡單地說，就是我們要執行的工作任務。

首先，我們了解一下執行層的情況。執行元件是根據來自控制器的控制信息完成對受控對象的控制作用的元件。在機械自動化系統中，執行元件根據輸入能量的不同可分為電動、氣動和液壓三類。電動執行元件安裝靈活，使用方便，在自動控制系統中應用最廣。氣動執行元件結構簡單，重量輕，工作可靠并具有防爆等特點，在中、小功率的化工石油設備和機械工業生產自動線上應用較多。液壓執行元件功率大，快速性好，運行平穩，廣泛用于大功率的控制系統。

對于種類繁多的控制元件，我們要分清其能接的信號是什么類型的，比如是模擬量，還是數字量等。如果是模擬量的，要分清其模擬量大小和性質，據此給相應的量，執行元件就會動作。在大系統中也只要給出相應的信號，執行元件就能正常工作。

要分清我們要執行的工作任務，比如將電磁閥接好線，用控制器給出相應的信號，電磁閥就會正常工作。

至此，學生完成了每一個分項工作，會有將自己的作品成果全部展示出來的沖動，無形中極大地提高了自己的技能水平。

五、系統層：控制系統綜合調試

經過以上分析并進行調試后，學生紛紛將自己上述步驟所完成的工作進行綜合。此時，可以設置一個學生比賽環節，讓學生進行綜合調試。

控制系統在調試時，引導學生按如下步驟進行，會取得事半功倍的效果。

首先檢查接線，核對地址，逐點進行，確保無誤。加上各信號后，看輸入端口的指示燈的變化。其次，測試輸出工種狀態，包含各輸出端口、模擬量的量值等。測試各工作方式的邏輯關系，如手動、半自動和自動工作模式。最后還要進行異常條件檢查。

在經過上述調試后，如程序、功能有所變動，也應及時調試，達到完美的效果，確保系統具有正確工作、可靠、簡短、省時、可讀和易改等特征。

掌握了以上分層調試的方法，學生能很快地將一個復雜的系統最小化，進而完成一個綜合系統的調試，學生的作品成果也就呈現出來了，學生的綜合技能在分步分層調試過程中得到了大力提升。

六、小結

本文是筆者對多年自動化技術教學工作教學方法的總結。由于學生的特點和素質差異性，以及各校教學安排各不相同，在實際教學過程中，應根據實際情況加以調整。由于本人水平有限，敬請各位自動化技術同行和教師給予指正，在此表示衷心感謝！

參考文獻：

[1]宋伯生.PLC編程實用指南[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]吳啟紅.可編程控制系統設計技術[M].北京：機械工業出版社，2014.

（作者單位：深圳第二高級技工學校）endprint