基于PLC的分揀控制系統的教學設計

于歡歡

【摘要】本文闡述了以PLC為控制器的分揀控制系統的教學設計，以提高學生的學習興趣和專業技術能力為主旨，采取五步教學法完成“理實一體化”的教學過程，并在教學設計中融入學生的PLC職業崗位能力的培養，強化學生的安全生產意識和實際應用能力。

【關鍵詞】PLC? 分揀控制系統? 教學設計? 職業崗位能力

可編程控制器（PLC）是自動化相關專業的核心專業課程，目前在工業控制中被廣泛應用。而分揀控制系統是PLC控制中的一個典型應用。本次教學設計依托THJDME-1型光機電一體化實訓裝置，通過傳感器、PLC、皮帶輸送機、氣缸、滑槽四部分來完成工件的分揀。本次課的教學目的是要求學生能夠讀懂各種氣動原理圖，熟悉相關規范標準;掌握各種電磁閥的應用情況，熟練調整機械裝置、氣動裝置、傳感器、變頻器等器件，并熟悉相關規范標準;能夠根據任務要求，制訂工作計劃和檢查表、編寫調試程序。基于該教學內容的實踐性和應用型，教學設計利用任務驅動的方式，采用：“五步教學法”進行整個教學活動的設計。

一、布置任務

首先進入實驗室要進行安全文明生產的講解，并按照工廠“6S”規范化管理嚴格要求，使學生的身份轉換成“工程師”。任務的下發以派工單的形式，如表1所示。通過派工單使學生快速進入“工程師”的角色，強化學生的職業崗位意識。

二、信息獲取

在學生讀懂本次任務之后，教師引導學生學習本次任務必備的理論知識。引導學生通過教材、互聯網、實訓平臺說明書等相關資料主動學習氣動裝置、傳感器、變頻器、電磁閥等硬件知識;啟發學生梳理PLC控制流程的制定、外接線的工藝要求以及PLC指令的基本應用。此過程以學生為主，教師為輔，打破了傳統的講臺式的教學模式，旨在培養學生的自我學習能力以及自我解決問題的能力。

三、制定方案

以小組為單位制定任務實施方案。培養學生的組內配合（包括分工合作）能力，提高團隊協作精神和溝通能力。教師引導學生任務實施方案必須包括如下幾點：（1）小組討論功能要求，做好分工任務。（2）機械裝置、傳感器等器件的調整。（3）輸入點和輸出點的分配。（4）繪制I/O接線圖，完成PLC及其外部接線。（5）調試變頻器，設定變頻器的控制參數。（6）程序編寫的分工。（7）下載，調試。（8）當程序不能實現原定功能時，判斷問題。（9）如何調試、修改程序。

四、實施任務

具體實施過程如下：

1、工作現場

（1）列出IO分配表。根據任務分析，可以得出輸入元件有10個，分別為啟動按鈕、停止按鈕、入料口檢測光電傳感器、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、導料前限位、導料后限位、對射傳感器;輸出元件有4個，分別為HL4指示燈、變頻器（正轉高速和正轉低速）、推料氣缸、導料氣缸。所以，選擇PLC的輸入點數應為10個，輸出點數應為6個

（2）畫出電氣控制原理圖。根據IO分配表，結合傳感器和電磁閥的國標繪制方法以及PLC的使用說明，畫出電氣控制原理圖。

（3）根據電氣控制原理圖安裝電路。進行電氣線路連接之前，首先確保電源開關處于斷開位置，然后將電源警示燈、傳感器和三相異步交流電動機的連線連到接線排對應的位置;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機的連線;再連接各模塊電源線;最后進行電路檢查。

（4）設置變頻器參數。 根據任務要求和變頻器的使用說明設置運行速度。

2、PLC程序設計

（1）分析控制要求。根據工作過程分析，控制主要有三部分要求：一是皮帶輸送機的運行要求，二是指示燈的控制要求，三是分揀功能要求。通過分析可以看出整個控制流程是按照設備的動作順序完成的，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驅動條件，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移條件和執行步。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）編寫程序。程序的編寫包括兩部分：主程序和SFC程序。根據上述程序分析及SFC流程圖，即可編寫程序。

（4）下載調試程序。檢查電路正確無誤后，將程序寫入PLC。程序功能的調試要根據工作過程要求，逐項檢查各項指標是否達標。如果每一步都符合任務要求，說明程序完全符合工作過程要求，否則應查明原因，修改后重新調試。

五、提交驗收

各小組完成任務后，提交驗收單。各小組派代表演示控制系統對不同工件的分揀準確度并講解設計思路，由其他小組和教師作為驗收方來評價控制系統是否安全合理規范。評價內容包括：工藝、程序設計、調試運行、調試記錄、安全文明意識、團隊協作精神。該過程培養了學生的語言表達能力;還能夠讓學生在此過程通過參與驗收其他小組的設計，取長補短，拓寬PLC的程序設計思路。