结合实践训练，自制PLC综合实训装置

贺 刚

（常州纺织服装职业技术学院机电工程系，江苏常州，213164）

随着人力成本的提高，企业急需具有较熟练的安装调试操作、维护能力的机电一体化技术高技能人才，而作为培养高技能人才的职业院校由于实践场地、实践设备、实训经费的限制，开展项目化的机电一体化技术实训存在一定困难。我校机电一体化技术专业具有自制教学设备的优良传统，为此，学校安排了少量经费，优先安排机电一体化技术专业教学班级的课程时间，安排了钳工实训和可编程控制器实训课程，自制了10套机械手执行机构并配套20套PLC控制系统。

一、原有实训方案的不足

我校机电一体化技术专业在专业教学计划的第四学期分别安排了钳工实训、PLC系统设计安装与调试实训各一周。钳工实训的原教学内容为根据零件图制作斜口手锤，在此过程中，学生需掌握钳工基本知识，会使用钳工工具及钻床、砂轮机等，能熟练地锯钢材、锉边角、钻孔、攻丝等。PLC系统设计安装与调试的教学内容为全自动洗衣机、混料罐的PLC电气控制系统安装，软件编程调试，驱动电动机正、反转模拟全自动洗衣机、混料罐的工作情况。两个实训各自独立，互不相干，专业教学联系不够紧密，学生对电类专业学习钳工知识、技能的认识不足，兴趣不高；而独立的PLC实训对电气控制系统安装调试的训练比较充分，但是学生对机电一体化项目的认识有欠缺。

二、自制PLC综合实训装置的总体方案

完整的机电一体化工程项目，必须围绕工艺要求，根据现有条件选择器件，完成输入、输出点分配，设计原理图、安装图，按图施工，编程调试，自制没有通配件的机构零件，最终连接执行机构调试。

机械手PLC控制实训装置是较好的机电一体化工程项目，它可以结合钳工实训、PLC实训的知识、技能要求，完成机械手驱动、气动部件连接和电气控制系统安装调试，做到一机多能，把机、电、气、测控等技术有机地结合起来。

为了更好地满足专业教学，我们机械手项目过程分解为机械连接部件制作、PLC系统安装调试2个阶段。学校合理安排实训时间，以适应机电一体化技术同进度4个班的钳工实训和PLC系统设计安装与调试实训的梯次教学安排要求。同时调整了钳工实训的教学任务，各种气缸、机械手连接使用的机械部件的制作取代了传统锤子的制作，机械部件尺寸、边角、钻孔位置、攻丝要求均来自于机械手的装配要求，明确任务目标是给下阶段的PLC系统设计安装与调试的机械手装配使用，钳工实训的项目考核成绩与机械手装配的吻合情况挂钩。

机械手的机电气系统安装、调试作为PLC系统设计安装与调试实训的教学任务。机电气系统安装分成两个部分，一是气缸、气抓等执行机构、气动电磁阀、气缸位置传感器，二为可编程控制器、电源、启动、停止、调试按钮、电磁继电器等控制器件的安装，分别安排同组人员分工协作安装、调试。

三、实训器件准备

实训的工艺要求：机械手能实现左右移动、上下移动、前后伸缩、旋转及手抓的夹紧、放松。机械手动作过程要求如下：机械手伸出→机械手下降→机械手抓紧物料→机械手上升→机械手收回→机械手右移→机械手顺时针转动→机械手下降→机械手松开→机械手上升→机械手逆时针转动→机械手左移→到初始位置。

执行机构的选择：我们准备了能实现以上功能的各种小型气缸及手抓10套，左右移动采用无杆汽缸，前后伸缩采用了平移气缸、并使用了上下移动气缸、旋转缸，气缸、手抓之间连接采用学生自制，学校准备相应钢材，紧固件，配套提供三联件和气泵。

控制器件的选择：选择了可编程控制器实验室淘汰的三菱FX-1S-20MR的可编程控制器、24V开关电源、配套气缸磁性开关、电磁阀各20套50个及相应的低压电器。

安装基板、机械零配件选择：准备了原用于电工技术实训的600*700不锈钢金属网板35块，10块用于气动电磁阀、气动回路安装；25块用于控制电路安装。钳工实训自制的气缸、机械手的连接部件。

四、实训过程的教学设计

整个设备制作过程计划时间两周60学时，根据班级人数情况分成20-25组，每组2人。首先每组学生领到机械手、气缸套件1套，学生根据气缸、机械手的安装孔位置进行机械零件制作设计，经过讨论优化方案后组织学生制作。然后进入PLC实训阶段，布置机械手必须实现的工艺要求，讲解了电路设计的要领、电路安装的规范、输入输出分配方案和实验室备有的可选的器件后，全体学生参与设计原理图、安装图。经过教师检查、对共性问题组织讨论达成共识后，统一安装施工电路图。施工过程中每组2人分工协作，1人负责主控电路板的电路安装，1人负责气动驱动装置、传感器、气动电磁阀的电路、气路安装，安装完成后按照施工图纸检查、检测电路，连接的端口电路编号是否统一，并给同组人评价。教师在此过程中巡回检查，解决疑难问题。在电路安装完成，教师引导学生根据工艺要求进行编程，仿真调试，同时逐个检查学生连接电路有无错误，特别需要防止电源、PLC的输入、输出线错误。在完成以上项目任务后，再完成整个机械手的驱动装置、电路控制部分的总装，进行调试，达到工艺要求。

五、机电一体化综合实训的意义

整个机械手实训装置较小，不如购买采用各种型材的成套设备美观，但学生经过模仿设计、自制机械零件、器件选择、动手装配、调试的工作过程后，在机械零件、传感器、气动元件、低压电器的选型，机械零件、气动回路、机械结构、控制系统的设计，电气连接、机电气系统装配、PLC编程、系统调试的知识技能方面获得了较全面的学习和实践。通过解决自制设备过程中遇到的各种困难，学生完成机电一体化项目必须的各种能力得到了提升。在完成项目过程中充分培养了学生的分工协作精神、交流沟通能力、计划组织能力、成本和安全意识，学生的职业素养得到了提升，通过自制实训装置学生具有了设计装配调试微型机电一体化系统的基本能力。通过本项目实施有力地促进了高职院校机电一体化技术专业教学改革，提高了机电一体化技术专业人才的可持续发展性。

[1]陈晓春.机电气一体化自动生产线教学实训装置的研制[J].铜陵职业技术学院学报,2012,(2)：58-60.