基于PLC控制的輸送倉儲實驗裝置研制

李晶

摘 要： 由于高職教學中機電一體化技術專業(yè)需要配套的實驗實訓裝置，因此根據(jù)學生能力需求和專業(yè)特點開發(fā)一個接近實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的教學用輸送倉儲實驗裝置，采用PLC技術完成控制，采用多種基礎機構搭建，便于學生學習專業(yè)技能，為實現(xiàn)教、學、做一體化提供載體。

關鍵詞： 輸送倉儲 PLC 自動控制

1.引言

教學需要構建實踐環(huán)節(jié)，為培養(yǎng)工程技術應用型人才創(chuàng)造良好的教學環(huán)境，實驗系統(tǒng)的建設是專業(yè)課程實踐教學體系中不可缺少的重要組成部分?，F(xiàn)代教學培養(yǎng)模式的實踐教學旨在從幾個方面提高學生的能力。（1）在課程基礎理論驗證實驗中激發(fā)和提高學生的學習興趣，培養(yǎng)自學能力；（2）在完成工程實際案例過程中培養(yǎng)學生動手能力和綜合實踐能力；（3）在參與課后專業(yè)興趣小組、科技制作競賽過程中掌握高新技術的應用，培養(yǎng)創(chuàng)新精神；（4）教學過程中結合教學設備實現(xiàn)教、學、做一體化，理論與實踐相結合。職業(yè)教學中更需要體現(xiàn)第4點的要求。職業(yè)教育強調(diào)培養(yǎng)學生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，在實驗實訓教學中盡量貼近實際工業(yè)生產(chǎn)，加強對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)。對此大力開發(fā)教學及實訓用教學系統(tǒng)，從而使教學更符合職業(yè)教育要求和特點是職業(yè)教育工作者追求和提倡的。本文提出的輸送倉儲實驗裝置即配合機電一體化專業(yè)教學和實訓工作開發(fā)的實驗裝置。

分揀和倉儲是制造業(yè)常見的生產(chǎn)流程，以此作為課程教學實驗實訓項目基礎，開發(fā)貼近真實生產(chǎn)過程的輸送倉儲系統(tǒng)，能再現(xiàn)實際生產(chǎn)過程基本特征和控制過程，根據(jù)實際教學內(nèi)容設計實驗實訓環(huán)節(jié)，以此為基礎，鍛煉學生的控制設計思想、PLC編程能力、裝配調(diào)試能力等，基于以上考慮，開發(fā)一個小型輸送倉儲實驗裝置，并針對機電一體化專業(yè)的專業(yè)能力要求，開發(fā)以PLC為控制元件完成系統(tǒng)工作，以此為載體完成與PLC控制相關的教學和實訓內(nèi)容。當然，該裝置不僅具備一些常規(guī)的控制功能，還能根據(jù)要求提升、開發(fā)新的功能，從而滿足學生在其他方面的實驗實訓教學要求。

2.系統(tǒng)設計思路

整個系統(tǒng)采用觸摸屏作為上位機，PLC為主要控制核心，幾種不同傳感器作為工件類型檢測、料倉位置檢測和滑臺位置檢測的元器件，直流電機和電磁鐵為主要控制對象，完成系統(tǒng)工作?？傮w控制思路如圖1所示。

圖1

系統(tǒng)常采用的傳感器類型：光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器，將輸送帶上的所有工件屬性（顏色、材料）判斷出來，將工件按類型放置在對應料倉中。觸摸屏作為一種智能控制設備，可以實現(xiàn)遠距離控制和系統(tǒng)狀態(tài)顯示，實現(xiàn)工作模式切換，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)按鈕輸入，同時實時監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

3.系統(tǒng)元器件選型與硬件結構設計

本裝置上位機采用松下QT01（AIGT0030B1）型號觸摸屏，在PLC的選擇方面，考慮其控制要求確定。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，需要三個判斷工件屬性的傳感器，三個工件位置檢測傳感器，三個料倉位置檢測傳感器，兩個滑臺極限位置檢測傳感器。另外，還需要7個控制按鈕，系統(tǒng)共需要18個輸入點。輸出部分需要控制皮帶輸送機的電機啟停，滾珠絲杠滑臺電機的啟停、正反轉，電磁推料器的啟停，共計4個輸出點。系統(tǒng)采用了西門子S7-200 CPU（16個輸入點，10個輸出點），外加一個EM223 8路輸入8路輸出擴展模塊，以滿足輸入點量要求，并提供繼電器類型輸出狀態(tài)。傳感器選擇北京惠斯科技有限公司的產(chǎn)品，性價比較高。工件屬性檢測傳感器采用光電傳感器、電感傳感器和電容傳感器組合實現(xiàn)，實現(xiàn)方式如表1所示。整個PLC控制系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示，其I/O分配如表2所示。

3.系統(tǒng)軟件設計

輸送倉儲實驗裝置的軟件設計包括2個部分：觸摸屏組態(tài)軟件設計和PLC控制程序設計。其中組態(tài)軟件設計主要實現(xiàn)觸摸屏的操作畫面，便于人機交互。而PLC的控制程序設計主要實現(xiàn)工件的分揀和倉儲功能。

系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動和自動兩種運行方式。手動運行是通過按鈕開關獨立控制不同運動部件的動作，如皮帶輸送機的啟動和停止，滑臺的左向運動和右向運動，推料器的推料和復位運動。自動運行即系統(tǒng)自動完成工件的分揀和倉儲，工作過程如下所述。

3.1手動工作模式

在PLC教學中，基本指令的運用和熟悉可以通過手動工作模式加以訓練。在手動工作模式下，可以通過不同按鈕開關進行基本操作，如啟動、停止皮帶輸送機，滑臺的向左和向右運動，電磁推料器的推料與復位等，通過這些設計，可以訓練學生熟悉基本指令和基本邏輯。

3.2自動工作模式

自動工作模式下則是系統(tǒng)自動完成工件的檢測存儲，基本工作過程是啟動按鈕按下，滑臺復位，輸送機啟動，工件屬性檢測，滑臺到對應料倉口，工件到對應料倉口，電磁推料器推料入倉，依次循環(huán)。

3.3擴展控制模式

在擴展工作模式下，可以在自動工作模式下增加控制要求內(nèi)容，如增加系統(tǒng)的工件計數(shù)功能，采用間歇輸送方式實現(xiàn)工件輸送等。

4.基于此裝置的實驗實訓內(nèi)容

作為一種實驗實訓裝置，本系統(tǒng)為學生提供了一種開放式結構，適合各類大中專學生學習PLC技術和觸摸屏技術，甚至可以進行電路控制設計訓練、機械裝配設計訓練，由于裝置各部分可拆卸，學生可以自己加工、搭建控制系統(tǒng)，可以鍛煉自身硬件接線能力、PLC的程序設計能力、觸摸屏的組態(tài)編程能力及系統(tǒng)的安裝調(diào)試能力等。利用本項目可以實現(xiàn)不同難度層次的實驗實訓設計，也可以配合教學進行基本指令學習?；就庑稳鐖D3所示。

圖3 輸送倉儲裝置外形圖

5.結語

本文研究開發(fā)出一種新型的輸送倉儲實驗裝置，該裝置主要特點：（1）貼近實際工作流程，結構包含較多基本構件和常用機構，能夠更好地貼近實際，便于高職學生學習；（2）功能多樣，本設計是為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中常見的輸送倉儲功能，教學使用時，可以采用多種控制技術實現(xiàn)功能；（3）控制靈活，可以根據(jù)實際教學控制要求制定，由簡至難，層次遞進，便于教學應用。（4）裝置小型化，整個裝置采用雙層裝置，體積小，便于攜帶，有利于不同場合轉換。（5）采用開放式設計，便于后續(xù)其他部件及元器件加入，從而豐富系統(tǒng)內(nèi)容和功能。（6）綜合性強，可以運用于機械加工、裝配、電路設計裝調(diào)、PLC硬件按線與軟件編程訓練等項目教學和實訓。

搭建基于PLC控制的輸送倉儲實驗裝置，豐富學生的工程實踐經(jīng)驗，鍛煉學生的動手能力和創(chuàng)新意識，使教、學、做一體化有載體加以實施，從而增強教學效果，有效提高教學質量，是一種合理可靠的實驗教學裝置。

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