基于真实分拣线的“双系统”电气自动化实践平台研究*

刘 静

(武昌工学院 信息工程学院,湖北 武汉 430065)

1 研究现状

目前自动化专业实践平台发展参差不齐,大致分为以下三种情况：

1.1 箱式实验装置

这种系统一般可以完成的实践内容不够真实,实践内容呈现多使用指示灯完成,执行机构单一,并且不含有低压电器操作系统,无法完成实操内容,与真实工程项目相去甚远,如图1 所示。

1.2 台式实验装置

这种装置一般可以满足低压电器操作系统的实践内容,缺少中控系统内容,对于自动化专业的实践训练来说是不够的,并且台式实验装置内容较为单一,采用插拔线的方式进行实践活动使得学生对实物的了解不够,动手操作能力的提升较弱,如图2 所示。

1.3 项目式教学平台

这种系统可以完成项目式教学,既可以完成低压电器操作也可以完成中控PLC 系统操作,可以大大提高学生的动手操作能力,但是与实际工程仍然有一定差距,尤其对执行机构例如电机的控制应用不够直观,如图3 所示。

目前多数高校自动化专业使用的硬件装备是前两种,并且硬件控制器一般装配的是西门子S7-200 系列或者三菱FX 系列,而社会上相关行业、企业的联网控制技术已经非常成熟,这些产品面临升级甚至停产的情况,因此,实践教学平台的研究符合社会需求。

2 研究概述

采用“双系统”设计在电气自动化实践平台设计中并不多见,按照系统功能划分为多个功能区域,每个区域可以独立操作,也可以联动操作,属于一个新的领域,其中“真实分拣线”与“双系统”的具体释义如下：

图1

图2

图3

2.1 真实分拣线

自动化生产线是现代工业中重要组成,是数字化、自动化车间的核心。通过建立以分拣生产线为平台,模拟企业分拣实况的实践平台,使学生对企业环境有更加真实的情感基础,实现与企业生产无缝对接的目标。

2.2 双系统

该实践平台的控制系统选用工业自动化环境最常见的PLC 中控器,考虑系统稳定性与项目可扩展性,实践平台选用西门子200SMART 与1200“双系统”,不仅符合市场潮流,可以基本完成主流项目设计,为丰富实践内容提供保障。

该平台设计构造分为五个区域：元件雕刻区域、机械手抓举区域、物料分拣区域、监控区域、模拟量传输区域。每个区域设计相应的子任务以完成对分拣线的分析、设计、组装与排障。通过该实践平台可以完成工业自动化应用系统的总体设计、详细设计、安装调试、验收等环节,从而体验真实项目的实施流程和关键节点,培养学生工业自动化系统集成思维和实践能力。

3 结构设计

3.1 控制系统器件配置

硬件控制系统的品牌比较多,主要包括西门子、三菱、台达等等,其中西门子市面常见的种类主要有200、200SMART、300、1200、1500 等,以西门子品牌为例,为了推行工业4.0 国外市场目前主推1200 系列升级代产品,而中国市场与国际市场相矛盾的是,中国的自动化市场自动化硬件控制器遗留保有量大,对于200 的淘汰进程仍是一个缓慢的过程,因此,结合我校具体情况,经与合作企业探讨,研究小组选取200 升级产品200SMART 以及新代1200 系列PLC 作为平台中控系统,不仅符合市场潮流,而且功能强大可以基本完成主流项目设计以及主从通信控制设计,为丰富的实践内容提供保障,其具体产品号、扩展模块种类及数量、联网方式以及外围设备需要根据后期选定的项目及点数进行研究和确定,此外平台整体构造从箱式和台式的操作方式改为与实际工程相同的柜式操作。

3.2 “真实分拣线”工程项目

企业项目庞杂,需要选取实践内容丰富且具有可行性的项目才能够更好的体现项目特色,才能得到更优的设计效果,因此,要把该平台做好,教学团队首先要对实践项目的选取有深入的研究。就前期调研发现可行性的工程项目主要有：分拣系统、水处理系统、电梯系统、物料装填系统等。水处理系统后期维护较为麻烦,电梯系统项目内容较为单一,结合目前企业真实案例,研究小组确定使用“雕刻物料分拣系统”进行深度开发,该系统涵盖的知识点较多,并且可以与企业实践结合,自主研发空间大,整体外观设计如图4 所示。

图4

3.3 平台功能区

在划分功能区之前,需要对项目目标进行合理确定,以企业项目组的形式组织完成雕刻物料分拣系统项目任务,其具体分区与功能如表1 所示,每个区域可以单独控制可以区域之间联动控制。

3.4 研究确定平台功能区任务

表1

为了能够深入了解每个区域如何完成控制,可以针对每个区域设计多个功能区任务,以完成对该区域的操作运行。以雕刻元件分拣系统中的“物料分拣区域”为例,完成该区域的生产设备操作需要完成7 个步骤,对应设计7 个功能区任务,如表2 所示。其他区域与该区域类似,这里不再一一列举。

表2