基于PLC控制的输送仓储实验装置研制

李晶

摘 要： 由于高职教学中机电一体化技术专业需要配套的实验实训装置，因此根据学生能力需求和专业特点开发一个接近实际生产环节的教学用输送仓储实验装置，采用PLC技术完成控制，采用多种基础机构搭建，便于学生学习专业技能，为实现教、学、做一体化提供载体。

关键词： 输送仓储 PLC 自动控制

1.引言

教学需要构建实践环节，为培养工程技术应用型人才创造良好的教学环境，实验系统的建设是专业课程实践教学体系中不可缺少的重要组成部分。现代教学培养模式的实践教学旨在从几个方面提高学生的能力。（1）在课程基础理论验证实验中激发和提高学生的学习兴趣，培养自学能力；（2）在完成工程实际案例过程中培养学生动手能力和综合实践能力；（3）在参与课后专业兴趣小组、科技制作竞赛过程中掌握高新技术的应用，培养创新精神；（4）教学过程中结合教学设备实现教、学、做一体化，理论与实践相结合。职业教学中更需要体现第4点的要求。职业教育强调培养学生的职业技能和职业素养，在实验实训教学中尽量贴近实际工业生产，加强对学生职业能力的培养。对此大力开发教学及实训用教学系统，从而使教学更符合职业教育要求和特点是职业教育工作者追求和提倡的。本文提出的输送仓储实验装置即配合机电一体化专业教学和实训工作开发的实验装置。

分拣和仓储是制造业常见的生产流程，以此作为课程教学实验实训项目基础，开发贴近真实生产过程的输送仓储系统，能再现实际生产过程基本特征和控制过程，根据实际教学内容设计实验实训环节，以此为基础，锻炼学生的控制设计思想、PLC编程能力、装配调试能力等，基于以上考虑，开发一个小型输送仓储实验装置，并针对机电一体化专业的专业能力要求，开发以PLC为控制元件完成系统工作，以此为载体完成与PLC控制相关的教学和实训内容。当然，该装置不仅具备一些常规的控制功能，还能根据要求提升、开发新的功能，从而满足学生在其他方面的实验实训教学要求。

2.系统设计思路

整个系统采用触摸屏作为上位机，PLC为主要控制核心，几种不同传感器作为工件类型检测、料仓位置检测和滑台位置检测的元器件，直流电机和电磁铁为主要控制对象，完成系统工作。总体控制思路如图1所示。

图1

系统常采用的传感器类型：光电传感器、电感传感器和电容传感器，将输送带上的所有工件属性（颜色、材料）判断出来，将工件按类型放置在对应料仓中。触摸屏作为一种智能控制设备，可以实现远距离控制和系统状态显示，实现工作模式切换，用于代替传统按钮输入，同时实时监控系统的工作状态。

3.系统元器件选型与硬件结构设计

本装置上位机采用松下QT01（AIGT0030B1）型号触摸屏，在PLC的选择方面，考虑其控制要求确定。根据系统的控制要求，需要三个判断工件属性的传感器，三个工件位置检测传感器，三个料仓位置检测传感器，两个滑台极限位置检测传感器。另外，还需要7个控制按钮，系统共需要18个输入点。输出部分需要控制皮带输送机的电机启停，滚珠丝杠滑台电机的启停、正反转，电磁推料器的启停，共计4个输出点。系统采用了西门子S7-200 CPU（16个输入点，10个输出点），外加一个EM223 8路输入8路输出扩展模块，以满足输入点量要求，并提供继电器类型输出状态。传感器选择北京惠斯科技有限公司的产品，性价比较高。工件属性检测传感器采用光电传感器、电感传感器和电容传感器组合实现，实现方式如表1所示。整个PLC控制系统的硬件原理图如图2所示，其I/O分配如表2所示。

3.系统软件设计

输送仓储实验装置的软件设计包括2个部分：触摸屏组态软件设计和PLC控制程序设计。其中组态软件设计主要实现触摸屏的操作画面，便于人机交互。而PLC的控制程序设计主要实现工件的分拣和仓储功能。

系统可以实现手动和自动两种运行方式。手动运行是通过按钮开关独立控制不同运动部件的动作，如皮带输送机的启动和停止，滑台的左向运动和右向运动，推料器的推料和复位运动。自动运行即系统自动完成工件的分拣和仓储，工作过程如下所述。

3.1手动工作模式

在PLC教学中，基本指令的运用和熟悉可以通过手动工作模式加以训练。在手动工作模式下，可以通过不同按钮开关进行基本操作，如启动、停止皮带输送机，滑台的向左和向右运动，电磁推料器的推料与复位等，通过这些设计，可以训练学生熟悉基本指令和基本逻辑。

3.2自动工作模式

自动工作模式下则是系统自动完成工件的检测存储，基本工作过程是启动按钮按下，滑台复位，输送机启动，工件属性检测，滑台到对应料仓口，工件到对应料仓口，电磁推料器推料入仓，依次循环。

3.3扩展控制模式

在扩展工作模式下，可以在自动工作模式下增加控制要求内容，如增加系统的工件计数功能，采用间歇输送方式实现工件输送等。

4.基于此装置的实验实训内容

作为一种实验实训装置，本系统为学生提供了一种开放式结构，适合各类大中专学生学习PLC技术和触摸屏技术，甚至可以进行电路控制设计训练、机械装配设计训练，由于装置各部分可拆卸，学生可以自己加工、搭建控制系统，可以锻炼自身硬件接线能力、PLC的程序设计能力、触摸屏的组态编程能力及系统的安装调试能力等。利用本项目可以实现不同难度层次的实验实训设计，也可以配合教学进行基本指令学习。基本外形如图3所示。

图3 输送仓储装置外形图

5.结语

本文研究开发出一种新型的输送仓储实验装置，该装置主要特点：（1）贴近实际工作流程，结构包含较多基本构件和常用机构，能够更好地贴近实际，便于高职学生学习；（2）功能多样，本设计是为实现工业生产中常见的输送仓储功能，教学使用时，可以采用多种控制技术实现功能；（3）控制灵活，可以根据实际教学控制要求制定，由简至难，层次递进，便于教学应用。（4）装置小型化，整个装置采用双层装置，体积小，便于携带，有利于不同场合转换。（5）采用开放式设计，便于后续其他部件及元器件加入，从而丰富系统内容和功能。（6）综合性强，可以运用于机械加工、装配、电路设计装调、PLC硬件按线与软件编程训练等项目教学和实训。

搭建基于PLC控制的输送仓储实验装置，丰富学生的工程实践经验，锻炼学生的动手能力和创新意识，使教、学、做一体化有载体加以实施，从而增强教学效果，有效提高教学质量，是一种合理可靠的实验教学装置。

参考文献：

[1]欧益宝.PLC实验系统构建模式研究[J].实验室研究与探索，2010.9.

[2]方贵盛，王云凤，陈剑兰.智能交通灯PLC控制实验装置研制[J].实验室研究与探索，2012.11.

[3]马秀坤，史运涛，王捷，等.PLC实践教学在应用型人才培养中的探索与创新[J].实验室技术与管理，2011.3.