基于PLC机电传动控制综合性实验的启发性教学研究

徐静

（华南理工大学机械与汽车工程学院）

基于PLC机电传动控制综合性实验的启发性教学研究

徐静

（华南理工大学机械与汽车工程学院）

针对PLC机电传动控制课程的实验教学，阐述了如何启发学生自主完成一项综合性实验的教学方法。以“材料分拣模型综合实验”为例，由浅入深，把复杂的综合性问题分解为单一化问题进行解决。通过启发性教学，培养了学生的实践创新能力，有效提高教学质量。

PLC；机电传动；综合性实验

0 引言

高等教育的根本任务是培养人才，提升人才培养水平的核心是提高教育质量。培养学生创新意识和提高实践创新能力，是教学改革建设的核心内容和强化素质教育、提高人才培养质量的重要着力点。实验教学作为教学过程的重要环节，是培养大学生应用实践能力的重要手段。如何启发、引导学生独立完成综合实验，是探索实践创新能力的培养途径，是形成和凝练人才培养特色的前提和理论依据[1-3]。机电传动控制技术课程教学中，很多机电设备的传动都涉及用PLC控制，但由于理论课学时有限，PLC的应用只是处于初级阶段。然而大多综合性实验都会涉及到传感器技术、气动技术和PLC技术等方面内容，学生往往无从下手，不知道如何编写程序。针对这种现状，本文以“材料分拣模型综合实验”为例，阐述如何启发学生完成一项基于PLC控制综合性实验[4-6]。

1 材料分拣模型介绍

TVT-99B材料分拣装置是一个专门为院校开发的PLC控制机电传动设备工程教学实验平台，其涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型。它包含下料检测传感器、分拣不同材料的传感器、位置检测的光电码盘，以及启动推料用到的电磁阀、气缸和限位传感器，连接PLC信号的信号板等主要部件。图1、图2、图3分别给出了材料分拣模型、信号板和传感器位置。

图1 材料分拣模型

图2 信号板图

图3 传感器位置图

2 实验要求及步骤

该实验是一项涉及PLC技术、传感器技术和气动技术的综合性实验。实验要求学生从给定材料中分拣出铁质材料、铝质材料、黄色和其它材料。

2.1 材料分拣综合实验平台的搭建和I/O口分配

材料分拣综合实验平台包括TVT-99B材料分拣装置、FX1N MR40 PLC和小型空压机。传感器属于输入信号，电磁阀、电机属于输出信号，并对所有信号进行I/O口分配。表1列出具体I/O口分配表。

表1 分拣系统的I/O口分配

2.2 实现有料进行推料动作的软件设计

通过光电传感器SN实现检测有无料的判断，然后根据这个信号和SBW5下料气缸回位限位信号接通电磁阀YV5，使气缸5动作推料。在推料过程中，当检测到下料气缸动作限位信号SFW5接通时，说明推料到位，这时关闭YV5信号，气缸5回位。为保持推料时传动稳定，传动带要停止，电机不能动作。在一次推料到下一次推料之间留出间隔控制好位置，否则连续推料会造成上次推的料还没被运走就被下一次的料挤掉。由于电机轴上安装了光电码盘，通过光电码盘的计数功能就可以实现材料的位置控制。

这个过程可以学习到光电传感器、光电编码器、电磁阀、气缸的限位等器件的工作原理。具体程序如图4所示。

图4 有料判断并进行推料动作程序梯形图

2.3 实现有料传动至最后一个气缸进行推料的软件设计

此程序要求完成间隔下料推动和最后一个气缸能准确拣选推料。实验需要对整个传动带的步数进行计算，通过光电码盘计数，初步算出从下料到位到最后一个气缸的位置是390步。如果按照整个传动带上一共间隔放6个工件计算，每次间隔的计数值是65次。每下一次料就要启动一个计数器进行计数，还要考虑到当一段时间都没有料下的时候，需要电机停止运行。在实验过程中，要启发学生使用数据传送MOV和比较相等CMP的指令来完成控制。具体程序如图5所示。

图5 气缸精准定位的限位传动与下料动作程序梯形图

2.4 实现全部功能的软件设计

实验要求：及时检测下料传动；实时分拣出铁质、铝质和黄色材料；若不是这3种材料，由最后一个气缸进行推料。实验过程中，由于已经分拣出铁质、铝质和黄色材料，这时要对被拣选材料的计数器进行复位，以免最后一个气缸误动作，通过数据区间的比较指令ZCMP来完成被拣选材料的判断。通过这个步骤，学生能够掌握电感传感器、电容传感器和颜色传感器的工作原理。具体程序如图6所示。

图6 机电传动控制综合性实验总体梯形图

3 结语

引导性教学方法是实验课程中常采用的教学方法，可以有效提高学生的实践创新能力。本文通过对“材料分拣模型综合实验”的分解，实验内容由浅入深，学生学习循序渐进，把复杂的综合性问题分解成一个个简单的单一化问题来逐步解决，收到很好的教学效果，并有效培养了学生独立思考解决问题、综合运用知识的能力，使我校的实验教学和人才培养的质量得到很大的提高。

[1] 王伟,黄瑞敏,崔艳宏,等.探索实验教学质量工程新模式[J].实验室研究与探索,2013,32(11):134-136.

[2] 邸馗,籍亚玲,孟丽君.开展实验教学质量工程建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2013,30(1):15-17,24.

[3] 张宗科,张振刚,吴国清.基于工程实际的创新性实践教学研究:北京高教学会实验室工作研究会2010年学术研讨会论文集（上册）[C].北京:北京市高等教育学会,2010.

[4] 张浩强.基于创新型人才培养的《机电传动控制》课程教学改革方法研究[J].教育教学论坛, 2016(19): 91-92.

[5] 徐呈艺,周开俊,石剑锋,等.《机电传动与PLC技术》课程项目化教学改革探索[J].机械管理开发,2012(4):189-190.

[6] 刘振.机电传动控制教学实验系统研究[D].武汉:华中科技大学,2011.

徐静，女，1970年生，实验中心主任，高级实验师，主要研究方向：先进制造和智能检测等。

Heuristic Teaching Research Based on PLC Comprehensive Experiment of Mechanical and Electrical Transmission Control

Xu Jing
(School Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology)

To improve the experiment effects of PLC comprehensive experiment of mechanical and electrical transmission co ntrol, a new teaching method is proposed to enlighten students accomplishing the comprehensive experiment independently. Using " Comprehensive experiment of material sorting " as an example, how to break down a complex and comprehensive problem into smal l pieces before solving them step by step is performed. With the heuristic teaching method proposed, very good teaching results have been received, where the innovative abilities of students were cultivated and the teaching quality was improved.

PLC; Mechanical and Electrical Transmission; Comprehensive Experiment