浅谈技工学校机电一体化控制系统调试分层教学方法

2014-09-26吴启红

职业·下旬 2014年8期

摘要：随着自动技术的飞速发展，改革机电一体化控制系统调试课程的教学方法显得尤为重要。提升学生技能水平的关键，是提高技工学校的教育效率。本文从五个方面探讨技工学校机电一体化控制系统分层调试的教学方法，分析如何将一个复杂的系统分解，分四个层次设计调试，提升学生的技能水平。

关键词：控制系统调试元件分层教学提升技能

近年来，由于自动化技术的飞速发展和我国产业升级，各企业对机电一体化技术人才的需求大量增加，各学校都开设了机电一体化专业或相关专业，而机电一体化专业在教学中普遍存在的问题是系统大，涉及知识点面较广，学生无从入手，教师没有良策。学校需要不断加强自身建设和教师的两项内功培养，即“教功”“学功”，以利于为企业输送更多的合格人才。但由于技工学校学生入学成绩相对较差，分析问题的能力不是很强，因而教师不能顺利实施教学工作。技工学校主要培养技工人才，因此加强学生的动手能力、提高学生技能水准尤为重要。本文探讨在机电一体化控制系统调试教学中如何提高学生的技能水平，让技工学校学生的技能水平得到质的提升。

一、如何分层

机电一体系统将光机电设备组合在一起，组成一台设备或组成一条生产线，作为现代企业的生产制造设备。目前技工学校的机电一体化设备多以可编程控制器为主体，以各种检测元件，如各种光电传感器、限位开关、磁性传感器、电感传感器等，和控制元件、执行元件组成一个控制系统。技工学校学生学习此类设备主要为了服务于各种制造企业，因而掌握这种系统如何进编程调试的方法，显得尤为重要，也是学生提升技能，培养快速解决问题的能力的关键。否则就会因系统太复杂导致学生无从下手，会导致学生失去学习兴趣，更无从谈技能提升。

因此，我们根据系统的组成特点，将系统进行归纳分类，分解为以下三大类：

检测元件：主要有各种传感器、开关、按钮等。

控制元件：主要包括各种驱动器、执行器、放大器等。

驱动元件：主要包括各种执行元件，如电磁阀、指示灯、各种电动机等。

因此，要根据以上分类调试这一类系统，不能眉毛胡子一把抓。根据系统的特点分作四个层次进行教学，即检测元件调试、控制元件调试、驱动元件调试和系统调试。

二、检测层：检测元件调试

传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节，是能将被测的变量（参数）直接转换成适合于测量形式的信号的元件或器件。例如，测量温度的检测元件热电偶，能将温度转换成毫伏信号，用于显示和控制。

机电一体化系统中用到的传感器非常多，如检测物体的位置、颜色的判别、材质的判别、姿态判别、液位判别、温度检测、压力检测等，会用到如电感、电容、压力、光电、光纤等各式各样的传感器。学习此类传感器最重要的是分清它们的作用、工作原理和检测方法。

我们能很快地教学生将传感器输出端口与控制器进行连接，然后将待检测物通过传感器，对应的PLC输入点就会有一个输入信号，即传感器有输出信号，也可以据此判断传感器是否工作，否则要查明故障。学生对控制器能有输出很有兴趣，表示自己已成功了一步。

三、控制层：控制元件的调试

有了上一步的检测工作，引导学生完成控制层的编程，学生就会跃跃欲试。

控制元件是组成自动控制系统的基本单元，按作用主要分为功率元件和信号元件，按功能分为测量、变换、放大、执行和校正元件，按电流分为直流、交流和脉冲元件。控制元件构成的电机主要有直流伺服电动机、直流测速发电机、步进电机、旋转变压器、自整角机、交流伺服电动机、无刷直流电动机、开关磁阻电机、超声波电机和直线电机等。

对于如此多的控制元件，我们教学生的就是分清各种控制元件能接受什么样的信号。根据信号的特点，我们用控制器给其相应的信号，在相应的信号作用下，控制元件能有相应的动作，则表示控制元件能受控。在大的系统中，同样只要将控制信号发出，就能有相应的动作。

例如，步进电动机的控制，只要将脉冲信号和方向控制信号发给步进驱动控制器，用控制器输出两个信号，如果步进电动机能工作，则表明控制正常。系统同样只要给出相应信号，步进电动机同样能正常工作。

据此，学生调试工作又进了一步。此时要告诉学生，只并差一步的控制工作，我们就会完成系统的分步工作。

四、执行层：驱动元件调试

什么是执行层的调试呢？简单地说，就是我们要执行的工作任务。

首先，我们了解一下执行层的情况。执行元件是根据来自控制器的控制信息完成对受控对象的控制作用的元件。在机械自动化系统中，执行元件根据输入能量的不同可分为电动、气动和液压三类。电动执行元件安装灵活，使用方便，在自动控制系统中应用最广。气动执行元件结构简单，重量轻，工作可靠并具有防爆等特点，在中、小功率的化工石油设备和机械工业生产自动线上应用较多。液压执行元件功率大，快速性好，运行平稳，广泛用于大功率的控制系统。

对于种类繁多的控制元件，我们要分清其能接的信号是什么类型的，比如是模拟量，还是数字量等。如果是模拟量的，要分清其模拟量大小和性质，据此给相应的量，执行元件就会动作。在大系统中也只要给出相应的信号，执行元件就能正常工作。

要分清我们要执行的工作任务，比如将电磁阀接好线，用控制器给出相应的信号，电磁阀就会正常工作。

至此，学生完成了每一个分项工作，会有将自己的作品成果全部展示出来的冲动，无形中极大地提高了自己的技能水平。

五、系统层：控制系统综合调试

经过以上分析并进行调试后，学生纷纷将自己上述步骤所完成的工作进行综合。此时，可以设置一个学生比赛环节，让学生进行综合调试。

控制系统在调试时，引导学生按如下步骤进行，会取得事半功倍的效果。

首先检查接线，核对地址，逐点进行，确保无误。加上各信号后，看输入端口的指示灯的变化。其次，测试输出工种状态，包含各输出端口、模拟量的量值等。测试各工作方式的逻辑关系，如手动、半自动和自动工作模式。最后还要进行异常条件检查。

在经过上述调试后，如程序、功能有所变动，也应及时调试，达到完美的效果，确保系统具有正确工作、可靠、简短、省时、可读和易改等特征。

掌握了以上分层调试的方法，学生能很快地将一个复杂的系统最小化，进而完成一个综合系统的调试，学生的作品成果也就呈现出来了，学生的综合技能在分步分层调试过程中得到了大力提升。

六、小结

本文是笔者对多年自动化技术教学工作教学方法的总结。由于学生的特点和素质差异性，以及各校教学安排各不相同，在实际教学过程中，应根据实际情况加以调整。由于本人水平有限，敬请各位自动化技术同行和教师给予指正，在此表示衷心感谢！

参考文献：