任娜

摘 要：技工類(lèi)院校肩負(fù)的職能就是為社會(huì)培養(yǎng)合格的、實(shí)用的技能應(yīng)用型人才。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，可以了解到企業(yè)對(duì)一名合格的電氣設(shè)備安裝與操作人員所須具備的基本知識(shí)和實(shí)踐技能。對(duì)比市場(chǎng)現(xiàn)有的相關(guān)教學(xué)設(shè)備，再結(jié)合本校的實(shí)際教學(xué)需求，提出一種基于松下FP0系列PLC為核心的面向工廠應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)裝置。該裝置適用于大中專(zhuān)院校、技校、職業(yè)學(xué)校中的機(jī)電一體化、電氣控制、自動(dòng)化、機(jī)器人專(zhuān)業(yè)，可作為機(jī)、電、氣一體化的綜合實(shí)訓(xùn)裝置。

關(guān)鍵詞：面向工廠；應(yīng)用 PLC；實(shí)訓(xùn)裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、研究背景及設(shè)計(jì)要求

PLC技術(shù)滲透在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它體積小、可靠性高，是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、軟件技術(shù)發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物，在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中，PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。是機(jī)電專(zhuān)業(yè)中必開(kāi)的課程。目前我校機(jī)電專(zhuān)業(yè)的PLC課程教學(xué)，采用的是教學(xué)儀器生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的成套設(shè)備。在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，這些成套設(shè)備采用的是模擬操作的形式，即利用發(fā)光二極管來(lái)模擬控制設(shè)備，體現(xiàn)PLC控制程序的執(zhí)行過(guò)程和結(jié)果，這樣就造成了與工廠的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生脫節(jié)的情況。學(xué)生畢業(yè)到工廠工作時(shí)，面臨從模擬操作到實(shí)際操作的一個(gè)磨合和轉(zhuǎn)換過(guò)程，需要再次學(xué)習(xí)。隨著學(xué)校的發(fā)展，我們意識(shí)到這類(lèi)教學(xué)設(shè)備與當(dāng)前的職教理念、技工院校學(xué)生的特點(diǎn)都是不相匹配的。對(duì)于我們技工類(lèi)院校，更要注重學(xué)生對(duì)技能的掌握以及與工廠的結(jié)合，這對(duì)教學(xué)過(guò)程、教學(xué)設(shè)備提出了較高的要求，這種仿真設(shè)備難以滿(mǎn)足教學(xué)的需要。

本文提出的“面向工廠應(yīng)用”即是針對(duì)上述矛盾和問(wèn)題，將工廠車(chē)間機(jī)電部分實(shí)際情況加以還原，來(lái)開(kāi)發(fā)新的PLC教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置。首先提煉大量工作場(chǎng)景：在工廠里，大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中，比如“加工中心”中的自動(dòng)換刀操作、自動(dòng)化生產(chǎn)線的上、下料等操作；在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)中，比如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、分揀、搬運(yùn)等操作。進(jìn)而對(duì)該裝置提出了這樣的一種設(shè)計(jì)要求：即要求該裝置是一種能夠按照使用者編寫(xiě)好的PLC程序、運(yùn)行軌跡和生產(chǎn)過(guò)程的要求，實(shí)現(xiàn)工廠中比如自動(dòng)抓取、分揀、搬運(yùn)等一系列操作的自動(dòng)化機(jī)械裝置。

二、實(shí)訓(xùn)裝置的組成

面向工廠應(yīng)用的PLC實(shí)訓(xùn)裝置主要由5部分組成，分別是控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及檢測(cè)裝置、工件等。這5部分互相關(guān)聯(lián)，共同實(shí)現(xiàn)功能，實(shí)訓(xùn)裝置組成方框圖如圖1所示。

（一）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用了PLC作為實(shí)訓(xùn)裝置的控制中心，利用PLC的邏輯控制實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的點(diǎn)位控制。根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)要求，確定裝置動(dòng)作流程，編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。方便快捷、易用易維護(hù)。學(xué)生通過(guò)各種場(chǎng)景的工作要求，進(jìn)行編程訓(xùn)練，提升技能。

（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用氣壓傳動(dòng)方式。由于氣動(dòng)控制具備動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔、工作環(huán)境適應(yīng)性好的特點(diǎn)，氣動(dòng)元件具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工制造、成本低廉、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高的特點(diǎn)，綜合各方面考慮，本裝置采用氣壓傳動(dòng)方式。同時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)氣動(dòng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)、元器件的選用、安裝調(diào)試的知識(shí)。

（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)有水平伸縮運(yùn)動(dòng)、垂直升降（上下）運(yùn)動(dòng)、順時(shí)針?lè)较蚣澳鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用氣缸和立柱實(shí)現(xiàn)。末端執(zhí)行裝置的夾緊、放松動(dòng)作采用夾爪氣缸實(shí)現(xiàn)。

（四）檢測(cè)裝置

檢測(cè)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信息或物料的信息，按照程序要求，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。有位置傳感器、霍爾開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、氣缸傳感器、金屬、非金屬檢測(cè)傳感器等。

（五）工件

工件可以是多種形式的，可以通過(guò)更換配套的檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)不同功能。此處我們可以設(shè)計(jì)一處有坡度的導(dǎo)軌槽，內(nèi)放金屬球體和非金屬球體。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)夾起工件分揀后，放至導(dǎo)軌槽內(nèi)，工件順坡度滾下，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)送工件，方便實(shí)訓(xùn)裝置動(dòng)作展示。

三、實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)

（一）氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣壓傳動(dòng)由氣源、氣動(dòng)執(zhí)行元件、氣動(dòng)控制閥和氣動(dòng)輔件組成。氣源由空氣壓縮機(jī)提供，經(jīng)分水濾氣器凈化、油霧器改善空氣潤(rùn)滑性能，消聲器消除噪聲，管子聯(lián)接件傳導(dǎo)等，進(jìn)入氣動(dòng)控制閥來(lái)調(diào)節(jié)氣流的方向、壓力和流量，把壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作部件動(dòng)作。

氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)控制要求，通過(guò)選用合適的控制閥、換向閥，來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的速度，控制氣缸的動(dòng)作方向。本裝置設(shè)計(jì)的氣動(dòng)回路圖，如圖2所示。

本實(shí)訓(xùn)裝置通過(guò)在氣缸的進(jìn)出口回路處設(shè)置單向節(jié)流閥，來(lái)調(diào)節(jié)氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。通過(guò)選用兩位五通電磁閥，來(lái)控制氣缸的運(yùn)動(dòng)方向。通過(guò)機(jī)械方式，實(shí)現(xiàn)氣缸水平限位。實(shí)訓(xùn)裝置氣動(dòng)回路元件見(jiàn)表1。

（二）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本實(shí)訓(xùn)裝置采用可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制， 采用原有PLC實(shí)訓(xùn)室松下PF0系列可編程序控制器。

通過(guò)分析，該裝置的動(dòng)作主要有水平伸、縮運(yùn)動(dòng)；垂直升降（上下）運(yùn)動(dòng)、順時(shí)針?lè)较蚣澳鏁r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以及末端執(zhí)行裝置的夾緊、放松動(dòng)作。

1.實(shí)訓(xùn)裝置的工作流程

假設(shè)此實(shí)訓(xùn)裝置用于分揀場(chǎng)所工作時(shí)：

當(dāng)按下實(shí)訓(xùn)裝置啟動(dòng)按鈕之后，實(shí)訓(xùn)裝置有如下動(dòng)作：

初始位→下降至下限位開(kāi)關(guān)→夾爪抓緊，抓取物品→檢測(cè)物品性質(zhì)為非金屬→上升至上限位開(kāi)關(guān)→逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°→伸長(zhǎng)至右限位開(kāi)關(guān)→夾爪松開(kāi)→延時(shí)T→收縮至水平左限位開(kāi)關(guān)→順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°→下降至下限位開(kāi)關(guān)→夾爪抓緊，抓取物品→檢測(cè)物品性質(zhì)為金屬→上升至上限位開(kāi)關(guān)→伸長(zhǎng)至水平右限位開(kāi)關(guān)→夾爪松開(kāi)→收縮至水平左限位開(kāi)關(guān)（初始位）。至此，一個(gè)工作循環(huán)完畢。

2.輸入輸出（I/0）分配

根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用松下FP0-C32T的PLC，它有16個(gè)輸入點(diǎn)，標(biāo)號(hào)分別為X0-XF，16個(gè)輸出點(diǎn)，標(biāo)號(hào)為Y0-YF。本系統(tǒng)的輸入輸出分配表見(jiàn)表2。

3.程序（略）

四、實(shí)訓(xùn)裝置效果圖（如圖3所示）

結(jié)論

本文提出的“面向工廠應(yīng)用的PLC實(shí)訓(xùn)裝置”是將工廠車(chē)間機(jī)電部分實(shí)際情況加以還原，來(lái)開(kāi)發(fā)的PLC教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置，工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)所多，具有代表性。通過(guò)該實(shí)訓(xùn)裝置的操作、學(xué)習(xí)及實(shí)訓(xùn)，機(jī)電類(lèi)學(xué)生可以更好的了解、掌握氣動(dòng)傳動(dòng)方式、氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)等，掌握電氣控制技術(shù)、PLC可編程序控制技術(shù)、編程方法等，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的學(xué)習(xí)，快速適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作。

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