結(jié)合實(shí)踐訓(xùn)練，自制PLC綜合實(shí)訓(xùn)裝置

賀 剛

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇常州，213164）

隨著人力成本的提高，企業(yè)急需具有較熟練的安裝調(diào)試操作、維護(hù)能力的機(jī)電一體化技術(shù)高技能人才，而作為培養(yǎng)高技能人才的職業(yè)院校由于實(shí)踐場(chǎng)地、實(shí)踐設(shè)備、實(shí)訓(xùn)經(jīng)費(fèi)的限制，開展項(xiàng)目化的機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)訓(xùn)存在一定困難。我校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)具有自制教學(xué)設(shè)備的優(yōu)良傳統(tǒng)，為此，學(xué)校安排了少量經(jīng)費(fèi)，優(yōu)先安排機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)教學(xué)班級(jí)的課程時(shí)間，安排了鉗工實(shí)訓(xùn)和可編程控制器實(shí)訓(xùn)課程，自制了10套機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)并配套20套PLC控制系統(tǒng)。

一、原有實(shí)訓(xùn)方案的不足

我校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的第四學(xué)期分別安排了鉗工實(shí)訓(xùn)、PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)各一周。鉗工實(shí)訓(xùn)的原教學(xué)內(nèi)容為根據(jù)零件圖制作斜口手錘，在此過(guò)程中，學(xué)生需掌握鉗工基本知識(shí)，會(huì)使用鉗工工具及鉆床、砂輪機(jī)等，能熟練地鋸鋼材、銼邊角、鉆孔、攻絲等。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試的教學(xué)內(nèi)容為全自動(dòng)洗衣機(jī)、混料罐的PLC電氣控制系統(tǒng)安裝，軟件編程調(diào)試，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)模擬全自動(dòng)洗衣機(jī)、混料罐的工作情況。兩個(gè)實(shí)訓(xùn)各自獨(dú)立，互不相干，專業(yè)教學(xué)聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生對(duì)電類專業(yè)學(xué)習(xí)鉗工知識(shí)、技能的認(rèn)識(shí)不足，興趣不高；而獨(dú)立的PLC實(shí)訓(xùn)對(duì)電氣控制系統(tǒng)安裝調(diào)試的訓(xùn)練比較充分，但是學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)有欠缺。

二、自制PLC綜合實(shí)訓(xùn)裝置的總體方案

完整的機(jī)電一體化工程項(xiàng)目，必須圍繞工藝要求，根據(jù)現(xiàn)有條件選擇器件，完成輸入、輸出點(diǎn)分配，設(shè)計(jì)原理圖、安裝圖，按圖施工，編程調(diào)試，自制沒有通配件的機(jī)構(gòu)零件，最終連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)試。

機(jī)械手PLC控制實(shí)訓(xùn)裝置是較好的機(jī)電一體化工程項(xiàng)目，它可以結(jié)合鉗工實(shí)訓(xùn)、PLC實(shí)訓(xùn)的知識(shí)、技能要求，完成機(jī)械手驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)部件連接和電氣控制系統(tǒng)安裝調(diào)試，做到一機(jī)多能，把機(jī)、電、氣、測(cè)控等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

為了更好地滿足專業(yè)教學(xué)，我們機(jī)械手項(xiàng)目過(guò)程分解為機(jī)械連接部件制作、PLC系統(tǒng)安裝調(diào)試2個(gè)階段。學(xué)校合理安排實(shí)訓(xùn)時(shí)間，以適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)同進(jìn)度4個(gè)班的鉗工實(shí)訓(xùn)和PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)的梯次教學(xué)安排要求。同時(shí)調(diào)整了鉗工實(shí)訓(xùn)的教學(xué)任務(wù)，各種氣缸、機(jī)械手連接使用的機(jī)械部件的制作取代了傳統(tǒng)錘子的制作，機(jī)械部件尺寸、邊角、鉆孔位置、攻絲要求均來(lái)自于機(jī)械手的裝配要求，明確任務(wù)目標(biāo)是給下階段的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試的機(jī)械手裝配使用，鉗工實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目考核成績(jī)與機(jī)械手裝配的吻合情況掛鉤。

機(jī)械手的機(jī)電氣系統(tǒng)安裝、調(diào)試作為PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)的教學(xué)任務(wù)。機(jī)電氣系統(tǒng)安裝分成兩個(gè)部分，一是氣缸、氣抓等執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)電磁閥、氣缸位置傳感器，二為可編程控制器、電源、啟動(dòng)、停止、調(diào)試按鈕、電磁繼電器等控制器件的安裝，分別安排同組人員分工協(xié)作安裝、調(diào)試。

三、實(shí)訓(xùn)器件準(zhǔn)備

實(shí)訓(xùn)的工藝要求：機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)、上下移動(dòng)、前后伸縮、旋轉(zhuǎn)及手抓的夾緊、放松。機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程要求如下：機(jī)械手伸出→機(jī)械手下降→機(jī)械手抓緊物料→機(jī)械手上升→機(jī)械手收回→機(jī)械手右移→機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)→機(jī)械手下降→機(jī)械手松開→機(jī)械手上升→機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)→機(jī)械手左移→到初始位置。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇：我們準(zhǔn)備了能實(shí)現(xiàn)以上功能的各種小型氣缸及手抓10套，左右移動(dòng)采用無(wú)桿汽缸，前后伸縮采用了平移氣缸、并使用了上下移動(dòng)氣缸、旋轉(zhuǎn)缸，氣缸、手抓之間連接采用學(xué)生自制，學(xué)校準(zhǔn)備相應(yīng)鋼材，緊固件，配套提供三聯(lián)件和氣泵。

控制器件的選擇：選擇了可編程控制器實(shí)驗(yàn)室淘汰的三菱FX-1S-20MR的可編程控制器、24V開關(guān)電源、配套氣缸磁性開關(guān)、電磁閥各20套50個(gè)及相應(yīng)的低壓電器。

安裝基板、機(jī)械零配件選擇：準(zhǔn)備了原用于電工技術(shù)實(shí)訓(xùn)的600*700不銹鋼金屬網(wǎng)板35塊，10塊用于氣動(dòng)電磁閥、氣動(dòng)回路安裝；25塊用于控制電路安裝。鉗工實(shí)訓(xùn)自制的氣缸、機(jī)械手的連接部件。

四、實(shí)訓(xùn)過(guò)程的教學(xué)設(shè)計(jì)

整個(gè)設(shè)備制作過(guò)程計(jì)劃時(shí)間兩周60學(xué)時(shí)，根據(jù)班級(jí)人數(shù)情況分成20-25組，每組2人。首先每組學(xué)生領(lǐng)到機(jī)械手、氣缸套件1套，學(xué)生根據(jù)氣缸、機(jī)械手的安裝孔位置進(jìn)行機(jī)械零件制作設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)討論優(yōu)化方案后組織學(xué)生制作。然后進(jìn)入PLC實(shí)訓(xùn)階段，布置機(jī)械手必須實(shí)現(xiàn)的工藝要求，講解了電路設(shè)計(jì)的要領(lǐng)、電路安裝的規(guī)范、輸入輸出分配方案和實(shí)驗(yàn)室備有的可選的器件后，全體學(xué)生參與設(shè)計(jì)原理圖、安裝圖。經(jīng)過(guò)教師檢查、對(duì)共性問題組織討論達(dá)成共識(shí)后，統(tǒng)一安裝施工電路圖。施工過(guò)程中每組2人分工協(xié)作，1人負(fù)責(zé)主控電路板的電路安裝，1人負(fù)責(zé)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器、氣動(dòng)電磁閥的電路、氣路安裝，安裝完成后按照施工圖紙檢查、檢測(cè)電路，連接的端口電路編號(hào)是否統(tǒng)一，并給同組人評(píng)價(jià)。教師在此過(guò)程中巡回檢查，解決疑難問題。在電路安裝完成，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)工藝要求進(jìn)行編程，仿真調(diào)試，同時(shí)逐個(gè)檢查學(xué)生連接電路有無(wú)錯(cuò)誤，特別需要防止電源、PLC的輸入、輸出線錯(cuò)誤。在完成以上項(xiàng)目任務(wù)后，再完成整個(gè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置、電路控制部分的總裝，進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到工藝要求。

五、機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)的意義

整個(gè)機(jī)械手實(shí)訓(xùn)裝置較小，不如購(gòu)買采用各種型材的成套設(shè)備美觀，但學(xué)生經(jīng)過(guò)模仿設(shè)計(jì)、自制機(jī)械零件、器件選擇、動(dòng)手裝配、調(diào)試的工作過(guò)程后，在機(jī)械零件、傳感器、氣動(dòng)元件、低壓電器的選型，機(jī)械零件、氣動(dòng)回路、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，電氣連接、機(jī)電氣系統(tǒng)裝配、PLC編程、系統(tǒng)調(diào)試的知識(shí)技能方面獲得了較全面的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。通過(guò)解決自制設(shè)備過(guò)程中遇到的各種困難，學(xué)生完成機(jī)電一體化項(xiàng)目必須的各種能力得到了提升。在完成項(xiàng)目過(guò)程中充分培養(yǎng)了學(xué)生的分工協(xié)作精神、交流溝通能力、計(jì)劃組織能力、成本和安全意識(shí)，學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)得到了提升，通過(guò)自制實(shí)訓(xùn)裝置學(xué)生具有了設(shè)計(jì)裝配調(diào)試微型機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本能力。通過(guò)本項(xiàng)目實(shí)施有力地促進(jìn)了高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革，提高了機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)人才的可持續(xù)發(fā)展性。

[1]陳曉春.機(jī)電氣一體化自動(dòng)生產(chǎn)線教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的研制[J].銅陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(2)：58-60.