基于PLC的分拣控制系统的教学设计

于欢欢

【摘要】本文阐述了以PLC为控制器的分拣控制系统的教学设计，以提高学生的学习兴趣和专业技术能力为主旨，采取五步教学法完成“理实一体化”的教学过程，并在教学设计中融入学生的PLC职业岗位能力的培养，强化学生的安全生产意识和实际应用能力。

【关键词】PLC  分拣控制系统  教学设计  职业岗位能力

可编程控制器（PLC）是自动化相关专业的核心专业课程，目前在工业控制中被广泛应用。而分拣控制系统是PLC控制中的一个典型应用。本次教学设计依托THJDME-1型光机电一体化实训装置，通过传感器、PLC、皮带输送机、气缸、滑槽四部分来完成工件的分拣。本次课的教学目的是要求学生能够读懂各种气动原理图，熟悉相关规范标准;掌握各种电磁阀的应用情况，熟练调整机械装置、气动装置、传感器、变频器等器件，并熟悉相关规范标准;能够根据任务要求，制订工作计划和检查表、编写调试程序。基于该教学内容的实践性和应用型，教学设计利用任务驱动的方式，采用：“五步教学法”进行整个教学活动的设计。

一、布置任务

首先进入实验室要进行安全文明生产的讲解，并按照工厂“6S”规范化管理严格要求，使学生的身份转换成“工程师”。任务的下发以派工单的形式，如表1所示。通过派工单使学生快速进入“工程师”的角色，强化学生的职业岗位意识。

二、信息获取

在学生读懂本次任务之后，教师引导学生学习本次任务必备的理论知识。引导学生通过教材、互联网、实训平台说明书等相关资料主动学习气动装置、传感器、变频器、电磁阀等硬件知识;启发学生梳理PLC控制流程的制定、外接線的工艺要求以及PLC指令的基本应用。此过程以学生为主，教师为辅，打破了传统的讲台式的教学模式，旨在培养学生的自我学习能力以及自我解决问题的能力。

三、制定方案

以小组为单位制定任务实施方案。培养学生的组内配合（包括分工合作）能力，提高团队协作精神和沟通能力。教师引导学生任务实施方案必须包括如下几点：（1）小组讨论功能要求，做好分工任务。（2）机械装置、传感器等器件的调整。（3）输入点和输出点的分配。（4）绘制I/O接线图，完成PLC及其外部接线。（5）调试变频器，设定变频器的控制参数。（6）程序编写的分工。（7）下载，调试。（8）当程序不能实现原定功能时，判断问题。（9）如何调试、修改程序。

四、实施任务

具体实施过程如下：

1、工作现场

（1）列出IO分配表。根据任务分析，可以得出输入元件有10个，分别为启动按钮、停止按钮、入料口检测光电传感器、槽一电感式传感器、槽二光纤传感器、推料前限位、推料后限位、导料前限位、导料后限位、对射传感器;输出元件有4个，分别为HL4指示灯、变频器（正转高速和正转低速）、推料气缸、导料气缸。所以，选择PLC的输入点数应为10个，输出点数应为6个

（2）画出电气控制原理图。根据IO分配表，结合传感器和电磁阀的国标绘制方法以及PLC的使用说明，画出电气控制原理图。

（3）根据电气控制原理图安装电路。进行电气线路连接之前，首先确保电源开关处于断开位置，然后将电源警示灯、传感器和三相异步交流电动机的连线连到接线排对应的位置;按照电气控制原理图先接PLC输出回路和电源警示灯的连线，再接PLC输入回路的连线;按照照电气控制原理图完成变频器和三相异步交流电动机的连线;再连接各模块电源线;最后进行电路检查。

（4）设置变频器参数。 根据任务要求和变频器的使用说明设置运行速度。

2、PLC程序设计

（1）分析控制要求。根据工作过程分析，控制主要有三部分要求：一是皮带输送机的运行要求，二是指示灯的控制要求，三是分拣功能要求。通过分析可以看出整个控制流程是按照设备的动作顺序完成的，以三菱PLC为例较适合用SFC编程。由于不同材质的工件被送到不同的位置，所以选用选择性分支的SFC。

（2）绘制主程序和SFC的程序流程图。主程序中必须包含SFC驱动条件，最好将启停程序放到主程序中;SFC流程图需要注意每一步的转移条件和执行步。选择分支的条件和条件汇合需要按照要求给定。SFC流程如图2所示。

（3）编写程序。程序的编写包括两部分：主程序和SFC程序。根据上述程序分析及SFC流程图，即可编写程序。

（4）下载调试程序。检查电路正确无误后，将程序写入PLC。程序功能的调试要根据工作过程要求，逐项检查各项指标是否达标。如果每一步都符合任务要求，说明程序完全符合工作过程要求，否则应查明原因，修改后重新调试。

五、提交验收

各小组完成任务后，提交验收单。各小组派代表演示控制系统对不同工件的分拣准确度并讲解设计思路，由其他小组和教师作为验收方来评价控制系统是否安全合理规范。评价内容包括：工艺、程序设计、调试运行、调试记录、安全文明意识、团队协作精神。该过程培养了学生的语言表达能力;还能够让学生在此过程通过参与验收其他小组的设计，取长补短，拓宽PLC的程序设计思路。