淺談光機電設備YL235A編程教學方法的特點與應用

荊鑫

摘 要：光機電實習是機電一體化專業的重要課程之一，光機電設備YL235A的編程是本文研究的重點內容，如何才能使學生順利完成編程實訓課題是難點。本文以一個實訓課題為例，介紹在編程教學上筆者的一些經驗，與大家交流分享。

關鍵詞：光機電 YL235A 編程 數據儲存器

近年來，隨著工業4.0與中國制造2025概念的提出，國家對技能人才的培養越來越重視。YL235A型號的設備可塑性強，涉及知識面廣，包含電源三相五線制、變壓整流、PLC應用技術、變頻器應用技術、傳感器技術、氣壓傳動、直流電動機控制、三相電動機控制、機械裝配等知識的應用，可模擬很多工業流程，如物料搬運、物料分揀、組合裝配等，故近些年被定為“全國職業院校技能大賽機電一體化設備安裝與調試項目”的競賽設備，在全國各大院校中成為機電一體化專業的重要實訓設備之一。本文將以一個實訓課題為例，淺談光機電設備YL235A編程教學方法的特點與應用。

一、學生在光機電實習中遇到的問題及問題分析

（一）實訓課題

黑白金三種物料按照一定的組合方式可以組裝成不同的工件。安裝圖為YL235A標準圖（即物料由料盤轉出、經機械手搬運至皮帶、自左向右運送、依次路過ABC三個斜槽）。

按下試運行按鈕，氣缸ABC依次做出伸出縮回的順序動作。C氣缸縮回后電動機以中速35 Hz的頻率反轉啟動，皮帶運行10 秒后停止，進入運行模式。

按下運行按鈕后，設備啟動，料盤旋轉，將物料從料盤中依次送至料臺，當料臺傳感器檢測到物料時，料盤停止轉動，機械手將物料搬運到皮帶機下料口處，皮帶機按低速20 Hz的速度從A→C方向運行，將物料送至某需要該料的工位。

斜槽A是組裝工件一的工位，要求送入的物料是黑白金的順序組合;斜槽B是組裝工件二的工位，要求送入的物料是金白的無序組合;料槽C是廢料回收站，不符合工件一和工件二要求的物料被送入該處進行回收再利用。

按下停止按鈕后，直接停止。

（二）學生在實訓中遇到的問題

學生在YL235A光機電設備上可完成機械裝配、電路連接、PLC編程等方面的實訓課題。機械裝配和電路連接的實訓課題重在鍛煉學生的動手能力和堅持不懈的耐力，PLC編程的實訓課題重在鍛煉學生的邏輯思維能力，使學生掌握分析問題和解決問題的方法。

參與本次實習的學生，都有一定的PLC入門基礎，對PLC原理有一定的了解，能正確完成PLC的電路接線，能正確使用PLC編程軟件的基本指令和常用的軟元件（輸入X、輸出Y、輔助繼電器M、定時器T、計數器C、數據存儲器D等），能完成基礎的電動機控制電路編程任務（電動機的點動控制電路、正反轉控制電路、順序控制電路、降壓控制電路等等），但這些實訓課題之前都是在PLC模擬控制箱上完成的。這次實訓中，學生第一次接觸到光機電設備YL235A編程實訓課題，他們需要編程控制的設備由PLC模擬控制箱轉變成實體裝置，由之前大量按鈕和只有基本開關的LED燈，轉變成各式各樣的傳感器（紅外線傳感器、光纖傳感器、磁敏傳感器等）、能控制氣缸伸縮的電磁閥、能發出聲音的蜂鳴器、能控制三相異步電動機正反轉及調速的變頻器，以及配套的設備部件機械手、料盤、皮帶等等。

學生在著手完成課題過程中，會出現三類問題：第一類是剛接觸設備時，無從下手，無法把已掌握的知識應用在這套設備上;第二類是在完成編程課題過程中，出現一些路線選擇不合理的問題（如機械手臂在抓取物料時是先伸出再下降，還是先下降再伸出）;第三類是在程序運行時，發生一些編程邏輯錯誤，導致不能順利地完全完成課題任務。

二、針對不同類別的問題的解決方法

（一）對于出現第一類問題的學生

首先，向學生介紹傳感器和電磁閥等設備，使他們深刻理解什么是PLC的輸入和輸出控制，并能準確地分辨出哪些是輸入設備、哪些是輸出設備;然后逐一演示這些傳感器及電磁閥的使用方法及效果，使學生能直觀地認識到這些新接觸的設備和之前學習過的PLC模擬控制箱中的按鈕和LED燈在本質上的同一性。這樣能使學生把已學知識應用到實踐中。通過這一環節，能使學生對理論知識進一步強化，做到理論聯系實際，從而完成編程實訓課題的基礎訓練。

（二）對于出現第二類問題的學生

要求學生以組隊的形式運用已掌握的知識去解決這一實訓課題，充分發揮學生的主體作用。這時教師的主要任務是巡回輔導，對容易存在安全用電隱患、可能發生機械碰撞的部分予以警示，同時引導各組學生做出多種路線的選擇，通過進行各種路線的效果對比，來分析為什么要進行“路線優化”以及“路線優化”在工業生產中的重要性，使學生切身體會到在完成同樣任務的情況下，路線不同效果有很大差別。在這個環節中，優先引導學生通過自己或團隊的智慧來解決大部分問題，這樣能使學生熟練掌握PLC編程在工廠工作設備中的應用方法，有利于拓展學生的想象力，提高其邏輯思維能力，還能培養學生的團隊合作精神。同時，可以啟發學生在今后做出選擇判斷時，多思考是否還有更合適的方法。

（三）對于出現第三類問題的學生

在實訓過程中筆者發現，學生基本上都是在“組合裝配”這一環節發生編程邏輯錯誤的，可能會出現以下幾種不合理的情況：不能完成工件A和工件B的裝配，只有少部分物料能按要求送到;能完成工件A的裝配，但不能完成工件B的裝配;能完成工件B的裝配，但不能完成工件A的裝配;能同時完成工件A和工件B的裝配，但僅限一套或少數幾套以及程序不能形成很好的循環等其他錯誤。綜合上述情況，學生們的編程思路大體為如下兩種。

第一種是只使用一些基本指令，主要以計數器C為主，定時器T及其他基本指令為輔。先使用一些計數器的排列組合方式，來解決物料類型的辨別問題，然后再使用大量的計數器，對照各工位對物料的需求，進行不同的排列組合，最終將物料送至相應工位。這種思路的優勢是編程時基本用不到功能指令，不需要對太多的功能指令去記憶和理解，但缺點是編程時必須構建一張龐大的邏輯思維網絡，將每一種排列組合方式都考慮到并制定相應的解決方案，其中的復雜邏輯是最容易出錯的地方。大部分學生在考慮排列組合時，總會漏掉一些排列組合，有的少考慮幾種情況，有的漏缺幾個復位，有的排序的先后順序有誤等等，而且修改起來較難，牽一發而動全身，導致前幾塊物料都能準確地送到，但很快就會出現錯送、漏送的情況。

第二種是使用一些功能指令，甚至是一些生僻難懂的功能指令。這種組合方法的好處是不需要太復雜的思維構圖，編程的步數也較少，但缺點是在使用功能指令時，很多學生對其原理及用法并沒有完全搞明白，只知其然而不知其所以然，最終程序在執行和跳轉時，莫名地發生一些故障，而且難以排除，致使有些功能指令有效，有些則無法實現。

為了拓寬學生的思路，教師應給學生提供一種新的解決方案，如提出一個“用數字來解決問題”的編程思路，即通過數據寄存器D和比較指令相互配合來做到識別物料并將物料運送到指定工位：通過傳感器檢測狀態，使數據寄存器D中存儲不同的數據，再比較這些數據值，來決定下一步選擇什么流程。這種方法的特點是使用常用的基本指令和少量簡單易懂的功能指令，基本不會發生功能指令錯用、誤用的情況，在設計流程圖時思路清晰明了，在識別物料時簡單易懂，在完成工件裝配時無須過多的排列組合，學生學起來容易上手，正確率也高。

通過拓展思路，為學生提供新的思維方法，使學生對已學過的一些知識有新的認識，拓展了這些知識的應用方向，開拓了學生的思維，使學生在順利完成編程實訓課題的同時，還能認識到知識具有延伸性和交互性，對學過的知識可以從多方面去應用。

三、小結

隨著工業技術的不斷進步，光機電設備不斷更新，將會增加更多模塊，PLC編程技術也會更趨復雜。如何引導學生擁有一套自己的編程思路去解決各類問題顯得格外重要。在學生學習PLC編程時，既要引導他們思考，總結出適合自己的一套方法，又要適當地予以矯正，針對一些復雜易錯的部分給學生提供一些新的思維方法，這樣才能使學生形成完成不同任務的靈活思維。

（作者單位：陽泉高級技工學校）