“电气控制与PLC应用”课程教学改革

2012-08-16朱晓东

电气电子教学学报 2012年4期

关键词：装盒电气控制气缸

朱晓东，王杰

(郑州大学电气工程学院，河南郑州 450002)

可编程序控制器(PLC)是一种专用于工业控制的计算机。在实际当中，采用PLC的控制系统其设计往往会涉及到电机、继电器、PLC、变频器、伺服控制以及通讯、控制理论和组态软件等多个方面。

1 课程教学现状

“电气控制与PLC应用”作为一门综合性应用技术课程，存在以下问题。

(1)教学中实验设备不足，无法满足学生单独实验的要求;

(2)在实际中PLC控制系统的设计往往需要综合多方面知识，如电路图绘制、元件选型、程序设计、变频器与伺服电机控制和组态设计等。如何综合这些内容进行PLC控制系统设计的教学，仍然是该课程教学研究的重点;

(3)目前实验装置大都采用插线式，学生自主动手机会小。这样的实验装置虽简化了实验步骤，但学生无法得到实际工程方面的训练。

这些情况严重制约了学生实际应用能力的培养，学生学完课程后对于PLC的应用依旧茫然，不清楚如何着手进行整个系统的设计。为完善这门课程的教学，很多教师进行了各方面的探索［1，2］。对此，笔者也利用项目教学法探索适合本课程的开放式教学方法。

2 项目式教学方法

项目教学法的指导思想是将一个相对独立的工程项目交予学生完成，即从信息收集、方案设计与实施，到完成任务后的评价，都由学生独立完成。教学过程中，教师只是学生学习过程中的引导者、指导者和监督者［3］。项目教学法的突出特点就是要通过一个完整工程项目的实施，将课程相关知识点贯穿其中。

一个完整的PLC控制系统设计过程通常包括以下几个方面［4］:①深入了解被控对象的工艺条件和控制要求;②确定I/O设备，选择PLC机型;③分配I/O点，绘制设备接线图;④设计应用程序;⑤设计控制平台和电气柜;⑥进行软件测试及系统整体调试;⑦系统联机调试;⑧编程技术文档。

在这一设计过程中，仅有部分是“电气控制与PLC应用”课程所讲授的内容，其他未讲授的内容恰恰是该课程在实际应用中所需的。因此，笔者在进行教学项目设计时不再局限于“电气控制与PLC应用”这一门课程的知识，而是将实际工程项目涉及的内容都融合在教学项目中。这样可以提高教学的实践性、开放性和先进性，让课程与企业实际生产结合，教学过程即是一个工程项目的设计过程。

3 教学项目设计

教学项目以一个生产线的局部控制为例，该生产线如图1所示。

图1 生产线平面示意图

图中标示为A的带状线段表示相连的四条传送带，分别由两个电机M2和M3控制。上部方框表示装盒机构，即把物料装入传送带上的料盒中。F为装盒机构的示意图，立面图如图2所示。工艺过程为:空盒由传送带传送至装盒机构，C和D分别为阻挡空盒运行的阻挡气缸，E和B为检测空盒数量的光电开关，每通过6个空盒，气缸C阻挡后续空盒送入，同时气缸D放行，6个空盒进入装盒机构。在装盒期间，气缸D阻挡，气缸C放行，以便下一次再放行6个空盒。

图2 生产线机构立面图

图2所示的装盒机构，伺服电机带动空盒进行三个不同工位的处理，这三个工位分别是整理气缸、物料入盒及整理气缸2。空盒到达整理气缸时，其主气缸下落，分气缸动作，对空盒进行位置整理并送至下一工位;在物料入盒工位将物料装入空盒中;在整理气缸2工位，主气缸下落，三个分气缸分别进行盒中物料横向、纵向整理以及物料压实操作。然后装有物料的盒子进入下一工序。

通过这一简单的生产机构，要求学生按照给出的设备数据和控制要求进行项目的完整设计，即要求完成从电气设备的选择、电气原理图、程序设计、系统连接和模拟调试等设计的全过程。其知识涉及到AutoCAD软件、低压电器、检测元件、变频器、伺服电机、电磁阀、PLC、HMI、模拟量变送器、电机和组态软件等，涵盖了“控制理论”、“工程制图”、“PLC设计”、“电路”和“计算机控制”等课程内容。通过这一项目式教学，使得学生能够初步掌握PLC控制系统的基本过程和方法。