基于PLC控制的輸送倉儲實驗裝置研制

李晶

摘 要： 由于高職教學中機電一體化技術專業需要配套的實驗實訓裝置，因此根據學生能力需求和專業特點開發一個接近實際生產環節的教學用輸送倉儲實驗裝置，采用PLC技術完成控制，采用多種基礎機構搭建，便于學生學習專業技能，為實現教、學、做一體化提供載體。

關鍵詞： 輸送倉儲 PLC 自動控制

1.引言

教學需要構建實踐環節，為培養工程技術應用型人才創造良好的教學環境，實驗系統的建設是專業課程實踐教學體系中不可缺少的重要組成部分。現代教學培養模式的實踐教學旨在從幾個方面提高學生的能力。（1）在課程基礎理論驗證實驗中激發和提高學生的學習興趣，培養自學能力；（2）在完成工程實際案例過程中培養學生動手能力和綜合實踐能力；（3）在參與課后專業興趣小組、科技制作競賽過程中掌握高新技術的應用，培養創新精神；（4）教學過程中結合教學設備實現教、學、做一體化，理論與實踐相結合。職業教學中更需要體現第4點的要求。職業教育強調培養學生的職業技能和職業素養，在實驗實訓教學中盡量貼近實際工業生產，加強對學生職業能力的培養。對此大力開發教學及實訓用教學系統，從而使教學更符合職業教育要求和特點是職業教育工作者追求和提倡的。本文提出的輸送倉儲實驗裝置即配合機電一體化專業教學和實訓工作開發的實驗裝置。

分揀和倉儲是制造業常見的生產流程，以此作為課程教學實驗實訓項目基礎，開發貼近真實生產過程的輸送倉儲系統，能再現實際生產過程基本特征和控制過程，根據實際教學內容設計實驗實訓環節，以此為基礎，鍛煉學生的控制設計思想、PLC編程能力、裝配調試能力等，基于以上考慮，開發一個小型輸送倉儲實驗裝置，并針對機電一體化專業的專業能力要求，開發以PLC為控制元件完成系統工作，以此為載體完成與PLC控制相關的教學和實訓內容。當然，該裝置不僅具備一些常規的控制功能，還能根據要求提升、開發新的功能，從而滿足學生在其他方面的實驗實訓教學要求。

2.系統設計思路

整個系統采用觸摸屏作為上位機，PLC為主要控制核心，幾種不同傳感器作為工件類型檢測、料倉位置檢測和滑臺位置檢測的元器件，直流電機和電磁鐵為主要控制對象，完成系統工作。總體控制思路如圖1所示。

圖1

系統常采用的傳感器類型：光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器，將輸送帶上的所有工件屬性（顏色、材料）判斷出來，將工件按類型放置在對應料倉中。觸摸屏作為一種智能控制設備，可以實現遠距離控制和系統狀態顯示，實現工作模式切換，用于代替傳統按鈕輸入，同時實時監控系統的工作狀態。

3.系統元器件選型與硬件結構設計

本裝置上位機采用松下QT01（AIGT0030B1）型號觸摸屏，在PLC的選擇方面，考慮其控制要求確定。根據系統的控制要求，需要三個判斷工件屬性的傳感器，三個工件位置檢測傳感器，三個料倉位置檢測傳感器，兩個滑臺極限位置檢測傳感器。另外，還需要7個控制按鈕，系統共需要18個輸入點。輸出部分需要控制皮帶輸送機的電機啟停，滾珠絲杠滑臺電機的啟停、正反轉，電磁推料器的啟停，共計4個輸出點。系統采用了西門子S7-200 CPU（16個輸入點，10個輸出點），外加一個EM223 8路輸入8路輸出擴展模塊，以滿足輸入點量要求，并提供繼電器類型輸出狀態。傳感器選擇北京惠斯科技有限公司的產品，性價比較高。工件屬性檢測傳感器采用光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器組合實現，實現方式如表1所示。整個PLC控制系統的硬件原理圖如圖2所示，其I/O分配如表2所示。

3.系統軟件設計

輸送倉儲實驗裝置的軟件設計包括2個部分：觸摸屏組態軟件設計和PLC控制程序設計。其中組態軟件設計主要實現觸摸屏的操作畫面，便于人機交互。而PLC的控制程序設計主要實現工件的分揀和倉儲功能。

系統可以實現手動和自動兩種運行方式。手動運行是通過按鈕開關獨立控制不同運動部件的動作，如皮帶輸送機的啟動和停止，滑臺的左向運動和右向運動，推料器的推料和復位運動。自動運行即系統自動完成工件的分揀和倉儲，工作過程如下所述。

3.1手動工作模式

在PLC教學中，基本指令的運用和熟悉可以通過手動工作模式加以訓練。在手動工作模式下，可以通過不同按鈕開關進行基本操作，如啟動、停止皮帶輸送機，滑臺的向左和向右運動，電磁推料器的推料與復位等，通過這些設計，可以訓練學生熟悉基本指令和基本邏輯。

3.2自動工作模式

自動工作模式下則是系統自動完成工件的檢測存儲，基本工作過程是啟動按鈕按下，滑臺復位，輸送機啟動，工件屬性檢測，滑臺到對應料倉口，工件到對應料倉口，電磁推料器推料入倉，依次循環。

3.3擴展控制模式

在擴展工作模式下，可以在自動工作模式下增加控制要求內容，如增加系統的工件計數功能，采用間歇輸送方式實現工件輸送等。

4.基于此裝置的實驗實訓內容

作為一種實驗實訓裝置，本系統為學生提供了一種開放式結構，適合各類大中專學生學習PLC技術和觸摸屏技術，甚至可以進行電路控制設計訓練、機械裝配設計訓練，由于裝置各部分可拆卸，學生可以自己加工、搭建控制系統，可以鍛煉自身硬件接線能力、PLC的程序設計能力、觸摸屏的組態編程能力及系統的安裝調試能力等。利用本項目可以實現不同難度層次的實驗實訓設計，也可以配合教學進行基本指令學習。基本外形如圖3所示。

圖3 輸送倉儲裝置外形圖

5.結語

本文研究開發出一種新型的輸送倉儲實驗裝置，該裝置主要特點：（1）貼近實際工作流程，結構包含較多基本構件和常用機構，能夠更好地貼近實際，便于高職學生學習；（2）功能多樣，本設計是為實現工業生產中常見的輸送倉儲功能，教學使用時，可以采用多種控制技術實現功能；（3）控制靈活，可以根據實際教學控制要求制定，由簡至難，層次遞進，便于教學應用。（4）裝置小型化，整個裝置采用雙層裝置，體積小，便于攜帶，有利于不同場合轉換。（5）采用開放式設計，便于后續其他部件及元器件加入，從而豐富系統內容和功能。（6）綜合性強，可以運用于機械加工、裝配、電路設計裝調、PLC硬件按線與軟件編程訓練等項目教學和實訓。

搭建基于PLC控制的輸送倉儲實驗裝置，豐富學生的工程實踐經驗，鍛煉學生的動手能力和創新意識，使教、學、做一體化有載體加以實施，從而增強教學效果，有效提高教學質量，是一種合理可靠的實驗教學裝置。

參考文獻：

[1]歐益寶.PLC實驗系統構建模式研究[J].實驗室研究與探索，2010.9.

[2]方貴盛，王云鳳，陳劍蘭.智能交通燈PLC控制實驗裝置研制[J].實驗室研究與探索，2012.11.

[3]馬秀坤，史運濤，王捷，等.PLC實踐教學在應用型人才培養中的探索與創新[J].實驗室技術與管理，2011.3.