基于PLC控制的電鍍生產(chǎn)線實驗教學(xué)應(yīng)用

摘 要：PLC控制是實現(xiàn)自動化發(fā)展的重要手段，也是一門核心專業(yè)課在高職院校機電專業(yè)中。理論與實踐的結(jié)合能夠更好的幫助學(xué)生理解PLC的應(yīng)用。在課堂中引入與實際工程相接近的模型實驗裝置，可以讓學(xué)生更加全方位的學(xué)習(xí)分析知識及應(yīng)用。本文主要以電鍍生產(chǎn)線這個教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備為例，來論述S7-300PLC技術(shù)的學(xué)習(xí)應(yīng)用過程。解釋如何通過PLC的編程控制實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)線的自動化控制，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：PLC控制；電鍍生產(chǎn)；教學(xué)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.213

1 引言

電鍍有利于增加機械品表面的硬度，提高導(dǎo)電性，美觀性。傳動的電鍍生產(chǎn)是通過繼電器控制，大部分是人工或半自動的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率較低；由于電鍍材料本身在加工中產(chǎn)生有毒物質(zhì)，會對人的身體健康也造成了傷害。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，為了滿足復(fù)雜的電鍍生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，基于PLC控制的自動化電鍍生產(chǎn)線被引入。基于PLC控制電鍍生產(chǎn)解決了系統(tǒng)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下等問題。

PLC是自動化系統(tǒng)中其中一種核心控制系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的工業(yè)要求。目前PLC技術(shù)被廣泛應(yīng)用，主要在化工，紡織，電力，汽車等行業(yè)。PLC技術(shù)具有很高的靈活性和通用性，適合復(fù)雜多變的應(yīng)用場合，而且它還具有很高的可靠性和對環(huán)境的抗干擾性，平均無故障運行時間達(dá)10萬小時以上，減少設(shè)備維修費用及停產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失。

隨著工業(yè)控制技術(shù)的進(jìn)步，可編程控制器已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制領(lǐng)域。為了適應(yīng)社會的需要，許多大、中專院校已經(jīng)開設(shè)了這方面的課程。PLC應(yīng)用技術(shù)課程是機電一體化的專業(yè)核心課，具有很強的實踐性，單純的通過理論學(xué)習(xí)無法讓學(xué)生真正的掌握實際的PLC指令應(yīng)用。通過引入模擬實驗設(shè)備，讓學(xué)生獨立操作，更好的掌握PLC技術(shù)，提高學(xué)生的積極性和課堂效率，符合PLC 制定的教學(xué)計劃，提高老師的教學(xué)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)方案

如圖1為電鍍生產(chǎn)線的工作過程圖。如圖所示，在原點位置，將工件放入到原點的吊籃位置，此時發(fā)出啟動信號。吊籃上升到上限位置后右移，右移至所需停留位置后，吊籃下降開始電鍍工作，一段時間后完成工藝，吊籃上升。按照這樣的工作模式完成剩下兩道工序后自動返回原點位置。

工作流程控制如下：

原點位置：設(shè)備在初始狀態(tài)，吊籃處于下限位置，行車處于左限位。

自動工作模式：按下啟動按鈕后，吊籃開始上升，當(dāng)碰觸到上限行程開關(guān)時，吊籃向右移動至1號槽上方，此時xk1行程開關(guān)閉合，吊籃開始緩慢下降進(jìn)入工作1號槽內(nèi)，下行程開關(guān)檢測到吊籃時，開始工作電鍍延時一段時間后，吊籃上升，依次移動到2號和3號槽。在3號槽內(nèi)完成工作后，吊籃上升后向左行到右限位，吊鉤下降至原點位位置。

連續(xù)工作模式：當(dāng)?shù)蹉^回到原點后，延時一段時間（裝卸零件），自動上升右行。按照工作流程要求不停地循環(huán)。當(dāng)按動“停止”按鈕，設(shè)備并不立即停車，而是返回原點后停車。

單周期模式：設(shè)備始于原點，按下啟動按鈕，設(shè)備工作一個周期，然后停于原點。要重復(fù)第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。當(dāng)按動“停止”按鈕，設(shè)備立即停車，按動“啟動”按鈕后，設(shè)備繼續(xù)運行。

步進(jìn)模式：每次按下啟動按鈕，設(shè)備按照順序只向前走一步。

3 實驗步驟

實驗主要包括三個步驟，分析項目列出I/O地址表；繪制I/O信號接線圖完成實際接線；系統(tǒng)編程及調(diào)試。各部分詳述如下。

（1）I/0地址表。本文選用的PLC型號為S7-300，CPU314；兩個信號模塊SM323。學(xué)生以組為單位根據(jù)項目分析輸入輸出信號。本項目共有12個輸入信號，5個輸出信號。I/O地址表1如下，詳述各個信號說明。地址表的建立為后期編程做基墊。

（2）I/O接線圖。學(xué)生根據(jù)上述分析得出的I/O地址表繪制PLC硬件接線圖。輸入信號一端接輸入地址，另一端連接24v電源；輸出信號一端接輸出信號，另一端接0v電源。繪制好圖后，以小組為單位去實驗臺上完成實際接線。老師從旁輔導(dǎo)。

（3）系統(tǒng)編程及調(diào)試。完成接線后學(xué)生開始在電腦上使用SIMATIC Manager軟件開始編程。完成后開始現(xiàn)場調(diào)試，通過現(xiàn)象來判斷出現(xiàn)的問題，小組成員相互討論共同解決，最終實現(xiàn)正確的實驗效果。

4 模擬實驗在教學(xué)中的應(yīng)用

模擬實驗設(shè)備來源于真實的工業(yè)案例，把實際生產(chǎn)應(yīng)用中的設(shè)備轉(zhuǎn)變成可供教學(xué)使用的教學(xué)儀器引進(jìn)到技術(shù)教學(xué)中，讓學(xué)生實實在在的了解所學(xué)知識的應(yīng)用場合，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更加深刻的理解知識；并且學(xué)生通過自己動手接線完成項目，不僅提高了學(xué)生的實際操作能力，也提高了學(xué)生遇到問題的分析能力。

電鍍生產(chǎn)線這個實驗設(shè)備是一個相對比較完善的工業(yè)案例。它是PLC指令的綜合應(yīng)用實例，他也是工業(yè)上比較常見的項目，它實現(xiàn)的動作比較常見包括點動，連動，上升，下降，左右移動，限位等功能。電鍍生產(chǎn)線涉及到了5種工作方式控制：①單周期循環(huán)控制方式；②自動循環(huán)控制方式；③步進(jìn)控制方式；④返回原位控制方式；⑤手動控制方式。

這些豐富的功能足以滿足現(xiàn)下的教學(xué)目標(biāo)，符合課程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

該實驗操作的前提需要學(xué)生對電鍍生產(chǎn)線的工作原理有一定的理解。理論與實踐一體化教學(xué)讓學(xué)生對知識點的理解更加深入。

這種實踐與理論的教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的以書本為主的死板的教學(xué)模式。以學(xué)生為中心，老師輔助。PLC控制系統(tǒng)這門課專業(yè)技術(shù)類課程的主要重點在于編程，通過電鍍生產(chǎn)線的項目案例，學(xué)生自己分析案例，接線，編程，以及最后實現(xiàn)實驗效果，學(xué)生自己實際操作完成項目，對指令的應(yīng)用更加深刻。在實踐中學(xué)習(xí)，這個學(xué)生也能更好了理解指令的應(yīng)用場合。

5 總結(jié)

電鍍生產(chǎn)線的模擬實驗設(shè)備就像把一個實際工業(yè)應(yīng)用案例搬回了實際的課堂。學(xué)生能夠立體的學(xué)習(xí)理論知識；在理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行實踐，不僅能夠幫助學(xué)生提高獨立思考的能力，還能提高學(xué)生解決實際工程問題上的綜合分析能力。符合PLC本門課的課程設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳道煉，范玉萍.可編程序控制器原理及應(yīng)用課程實驗教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理，1997（01）.

[2]湯自春.PLC原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]宋運偉.機床電氣控制[M].天津：天津大學(xué)出版社，2008.

[4]蒲翠萍，任杰，蔣天堂.基于三菱FX系列PLC的電鍍生產(chǎn)線的自動控制方案設(shè)計[J].昆明學(xué)院學(xué)報，2009（03）.

[5]陳永利，任艷艷.基于PLC和觸摸屏的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2011（24）.

作者簡介：曹嘉佳（1992-），女，江蘇人，碩士研究生，研究方向：機電一體化。