基于PLC的物料分揀教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

何惠湘

(江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226010)

0 引言

“工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線”是機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)和電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的核心課程，教學(xué)用的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備是模擬企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的一條簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線，由供料單元、加工單元、裝配單元、分揀單元及輸送單元組成，每個(gè)工作單元由一臺(tái)西門(mén)子S7-200系列的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)承擔(dān)其控制任務(wù)。生產(chǎn)線的每一工作單元既可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，也可聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)。該課程根據(jù)行業(yè)崗位能力需求及課程的培養(yǎng)目標(biāo)，采用項(xiàng)目教學(xué)法，即以自動(dòng)化生產(chǎn)線的5個(gè)工作單元為載體，設(shè)置了5個(gè)學(xué)習(xí)情境，物料分揀是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中分揀單元的控制項(xiàng)目[1]。

1 物料分揀教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1.1 項(xiàng)目任務(wù)

分揀單元結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，其動(dòng)作過(guò)程如下：當(dāng)物料被放到傳送帶上并為入料口漫射式光電傳感器檢測(cè)到時(shí)，將信號(hào)傳輸給PLC，通過(guò)PLC的程序啟動(dòng)變頻器，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳送帶工作，把物料帶進(jìn)分揀區(qū)。在推桿1和推桿2前方的傳送帶的正上方，用支架各安裝了一個(gè)檢測(cè)白色物料和黑色物料的光纖傳感器。如果物料為白色，則檢測(cè)白色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為1號(hào)料槽氣缸推桿1的啟動(dòng)信號(hào)，將白色物料推到1號(hào)槽內(nèi)；如果物料為黑色，則檢測(cè)黑色物料的光纖傳感器動(dòng)作，作為2號(hào)料槽氣缸推桿2的啟動(dòng)信號(hào)，將黑色物料推到2號(hào)槽內(nèi)[2-3]。

圖1 分揀單元結(jié)構(gòu)

1.2 項(xiàng)目分析

在此項(xiàng)目中，根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)分揀單元的氣動(dòng)控制回路，安裝并調(diào)試；對(duì)PLC端口地址進(jìn)行分配，根據(jù)控制功能設(shè)計(jì)控制程序，并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；能夠熟練設(shè)置變頻器參數(shù)。分揀單元是一個(gè)簡(jiǎn)單的順序控制過(guò)程，使用程序指令來(lái)編寫(xiě)程序。編程之前，先要畫(huà)出控制流程圖，即順序功能圖。

1.3 項(xiàng)目實(shí)施

老師首先布置項(xiàng)目任務(wù)，分析任務(wù)要求，講解與項(xiàng)目相關(guān)的資訊；然后學(xué)生小組討論決策計(jì)劃，群策群力進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，共同完成項(xiàng)目任務(wù)；之后老師將各項(xiàng)目小組的成果進(jìn)行展示與交流，并進(jìn)行評(píng)價(jià)和打分；最后，老師對(duì)各小組存在的共性問(wèn)題進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)，并布置項(xiàng)目作業(yè)，學(xué)生完成項(xiàng)目研究報(bào)告。具體的項(xiàng)目實(shí)施步驟如下。

(1)制定項(xiàng)目工作計(jì)劃。

制定切實(shí)可行的項(xiàng)目計(jì)劃及工作清單，是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素，包括各項(xiàng)目?jī)?nèi)容、計(jì)劃時(shí)間、完成時(shí)間及項(xiàng)目完成情況等。因此，各組學(xué)生要明確分工，收集資料，并給出項(xiàng)目的解決方案思路。

(2)制作項(xiàng)目材料清單。

要求學(xué)生仔細(xì)查看分揀單元中各元器件的名稱(chēng)、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量及產(chǎn)地等，列出項(xiàng)目材料清單。

(3)機(jī)械部件安裝與調(diào)試。

要求學(xué)生熟悉分揀單元的功能和結(jié)構(gòu)組成，安裝氣動(dòng)執(zhí)行元件及傳感器并調(diào)試。

1.3.1 分揀單元PLC的I/O地址分配

分揀單元使用的是西門(mén)子S7-200PLC，其CPU型號(hào)是222CN。根據(jù)物料分揀控制的具體要求，分析分揀單元的控制功能，確定分揀單元PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLC的I/O分配

1.3.2 電氣接線和調(diào)試

由PLC的I/O分配表，要求學(xué)生畫(huà)出PLC的外部電氣接線圖。然后將PLC的電源斷開(kāi)，完成PLC的外部電氣接線，并且認(rèn)真檢查接線的正確性，確保接線牢靠無(wú)松動(dòng)；用PC-PPI電纜連接計(jì)算機(jī)和PLC的通信端口，再接通PLC電源。

1.3.3 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)分揀單元物料分揀的控制功能，畫(huà)出物料分揀控制流程圖，如圖2所示，其中S0.0—S0.4為順序控制繼電器，T37—T40為定時(shí)器。

圖2 物料分揀控制流程

1.3.4 PLC控制程序設(shè)計(jì)

物料分揀控制流程如圖2所示，應(yīng)用程序控制指令SCR，SCRT，SCRE進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程的具體步驟如下：

(1)新建一個(gè)項(xiàng)目；

(2)修改系統(tǒng)塊通信端口參數(shù)：將PLC地址從默認(rèn)的2設(shè)置成5，波特率設(shè)置為187.5 kbps；

(3)將修改好的系統(tǒng)塊通信端口參數(shù)下載到PLC生效；

(4)保存項(xiàng)目到小組文件夾，取名物料分揀；

(5)編寫(xiě)物料分揀程序。

1.3.5 調(diào)試運(yùn)行

程序編寫(xiě)完成后，下載到PLC，如編譯無(wú)誤，則打開(kāi)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的氣源開(kāi)關(guān)，達(dá)到正常的工作氣壓時(shí)運(yùn)行程序，并根據(jù)監(jiān)控進(jìn)行調(diào)試，直至程序調(diào)試完全正確，滿(mǎn)足物料分揀的控制要求。然后，各小組向老師提交項(xiàng)目成果。

1.4 項(xiàng)目評(píng)價(jià)

學(xué)生在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，老師對(duì)各小組進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收，且按如下幾個(gè)方面對(duì)小組做出考核評(píng)價(jià)：是否正確使用指令、是否正確調(diào)試程序、程序運(yùn)行結(jié)果是否正確、是否正確使用設(shè)備和工具、操作是否規(guī)范安全、小組成員是否分工協(xié)作、是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目等；小組成員之間進(jìn)行自評(píng)，完成任務(wù)評(píng)價(jià)表；各小組之間進(jìn)行互評(píng)；老師對(duì)各小組存在的問(wèn)題做出點(diǎn)評(píng)，并針對(duì)問(wèn)題提出改進(jìn)的方法。最終，學(xué)生按照項(xiàng)目任務(wù)的要求，收集和整理資料，完成項(xiàng)目研究報(bào)告。

2 結(jié)語(yǔ)

物料分揀的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、電機(jī)與電氣控制技術(shù)、PLC技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)、變頻器技術(shù)等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)、設(shè)備安裝與維護(hù)、系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試等工作，使學(xué)生掌握自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試的技能和相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生從事機(jī)電設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)安裝、設(shè)計(jì)、維護(hù)的基本職業(yè)能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生分工協(xié)作、愛(ài)崗敬業(yè)的職業(yè)道德和職業(yè)素質(zhì)。