基于PLC控制的气动机械手的一体化教学设计

【摘要】本文以PLC控制气动机械手为例，通过一体化教学准备、布置任务、知识准备、任务实施、自评互评总结五个方面进行一体化教学设计，重在提高学生的专业技术能力、职业应用能力和自主学习能力。

【关键字】PLC 机械手  一体化  教学设计

一、一体化教学准备

本课程是专业技能课程，对学生的实际动手操作能力要求极高。为了培养学生的专业技能和职业能力，该项目打破了传统教学的模式，展开项目化的一体化教学。一体化教学从设备和场地两方面进行准备。

1、设备准备。设备上必须具有传感设备、执行设备和控制器，构成一个完整的工控系统。即缩小版的实际工业生产设备，以模拟真正的工业生产环境，以达到培养学生与行业发展接轨的能力，学以致用。

2、场地准备。将实训室分为工作区、讨论区和学习角三部分。每个工作区大约为3米*3米，主要摆放THJDME-1型机电一体化实训装置编程设备、工具和操作台，工作区之间用隔离带隔开，实训期间小组成不得超过自己工作区的区域，以培养选手的职业能力和工厂式的“6S”理;讨论区设置桌子和座椅以及多媒体，主要供选手自主学习、读题、讨论;学习角放置专业书籍和电脑，供选手选手查阅资料。

二、布置任务

本次一体化教学设计以小组的项目化教学推进。首先将全班同学分成若干小组，并选出1名组长，组长负责本组之间的协调工作，培养学生沟通组织能力。任务的布置以派工单的形式给出，使学生的身份转换成“现场工作人员”。派工单的设计上，要明确任务要求、完成任务的时间、检验标准。派工单下发后，小组成员回到讨论区对任务进行讨论，分析和分工。

三、知识准备

学生读懂派工单后，要对该项目中涉及的知识点进行学习和应用。该过程学生可以借助教材和学习角的资料进行小组讨论学习，教师辅助学习。此过程可以培养学生的自主学习能力和沟通交流能力。基于PLC的气动机械手的控制包含了传感器的应用、气动技术、PLC编程、步进电机的驱动等多方面知识，在知识准备阶段，教师可以引导学生循序渐进、各个击破。

传感器的应用：掌握电磁传感器的原理和调试方法。引导学生通过差传感器的说明书解决。

气动机械手动作：掌握气动原理、气缸动作、节流阀调节等。引导学生通过仿真软件掌握具体过程。

步进电机驱动：掌握步进电机的原理、步进驱动器的接线。引导学生通过说明书和互联网解决该问题。

PLC编程：以三菱PLC为例，引导学生利用单流程的SFC进行机械手的运动过程，鼓励学生利用各大网络教学平台口后自主学习编程，课上积极讨论。

四、任务实施

在实施任务前，应准备好编程所需的技术资料，并做好工作现场准备工作。充分了解实训模块;充分理解端子接线图，找出输入输出元件分别对应端子上的多少号码;读懂气路连接图。每个小组制定工作计划，讨论任务实施步骤，明确分工，重在培养学生的自学能力、溝通交流能力、动手操作能力及实际解决问题的能力。整个任务实施过程教师引导学生完成以下几项工作。

1、制定机械手调试与计划。引导学生计划的制定需要考虑如下问题：搬运机械手的工作原理以及程序要达到的功能要求，做好分工任务;根据需要，对机械装置、气动装置、传感器等器件进行必要的调整;输入点和输出点分配;绘制I/O接线图，完成PLC及其外部接线;程序的编写分工上确定谁负责哪个程序模块的编写;将编写好的程序写入PLC;当程序不能实现原定功能时，如何判断问题出在哪里;如何调试修改程序。

2、在工作现场列出IO分配表。教师引导每个小组根据任务分析，得出输入原件、输出原件，以选择PLC的型号，确定输入点数及输出点数。IO分配表如表2所示。

3、画出电气控制原理图。引导学生查阅电气国家规范，结合电磁阀的国标绘制方法，根据IO分配表画出电气控制原理图。

4、下载调试程序。检查电路正确无误后，将程序写入PLC。程序功能的调试要根据工作过程要求，一步一步的进行，逐项检查各项指标是否达标。如果每一步都符合任务要求，则说明程序完全符合工作过程要求。如有不满足控制要求的现象，则查明原因，修改后重新调试。

五、自评、互评、总结

小组完成的计划实施运行结果展示，即为提交派工单。各小组派代表解释自己组的计划实施结果，由其它小组和教师来评价是否安全合理。

本文从一体化教学准备、布置任务、知识准备、任务实施、自评互评总结五个方面进行了基于PLC控制的气动机械手的一体化教学设计，旨在提高学生的学习兴趣、强化学生的机电一体化专业技术能力、加强学生的职业能力，为学生的职业生涯做铺垫。

参考文献：

[1]付洪保.基于PLC与组态软件控制的教学型气动机械手研制[J].机电信息，2014（12）.

[2]李永胜、熊瑞平.基于PLC控制的气动机械手的实验设计[J].科技创新导报，2013（20）.

作者简介：于欢欢（1987-），女，工学硕士，助教，任职于吉林省经济管理干部学院。