基于多课程融合的PLC综合性实验项目开发与实践

王 珂

徐州生物工程职业技术学院

基于多课程融合的PLC综合性实验项目开发与实践

王 珂

徐州生物工程职业技术学院

“PLC应用技术”是机电一体化专业一门重要的专业课，实训教学环节的设计是该课程的重点和难点。本研究结合机电一体化专业其他课程的知识和技能，依托学院的实训环境，开发了多个相关课程相互融合、综合性强的实验项目。通过这些实验项目可将多课程知识内容有机地融合在一起，培养学生PLC综合设计与应用能力。

PLC；多课程融合；综合设计；实训

1.多课程融合实训项目的设计背景

“PLC应用技术”是机电一体化专业的一门重要的专业课，该课程的实践性和应用性都很强。大多数院校都建有PLC实验室，但控制对象一般仅限于一些开关量，大多只够完成一些基本、简单的实验项目，对综合性较强的实验项目较难实现，现已成为教学的难点。为了贴近工程实际，我们利用现有的实验设备，融合了机电专业多门相关课程的知识和技能，比如传感与检测技术、气动控制技术等，开发了一些综合设计性的实验项目。一方面可有机地将多课程知识和技能融会贯通，另一方面又能很好地完成《PLC应用技术》课程实践教学。下面就以自动生产线上的供料单元的控制这一实践项目，阐述项目设计及应用情况。

2.多课程融合实训项目的实施过程

2.1 项目概述

PLC技术不是孤立存在的，要实现控制要求需要与其他技术相结合。在项目设计时，我们融合了液压气动技术、传感检测技术、组态技术等课程的内容。我们以典型工作单位进行设计，选择了自动生产线中的起始单元——供料单元来构建实训模块。供料单元的作用是向系统中的其他单元提供原料。其主要结构包括：工件装料管，工件推出装置、端子排组件，PLC、走线槽、底板支撑架，阀组，急停按钮和启动∕停止按钮等。该模块中各类电器的接线都运用了电路理论知识，采用气动执行机构用到气动相关知识，物料的检测及气缸的伸出缩回到位的检测加入了传感器技术，控制的核心使用PLC进行控制，并通过触摸屏将该模块进行监控。这些课程在此项目中都得到了很好的融合。

2.1.1 供料单元功能

供料单元的功能是将放在装料管中的原料，由气缸推出至物料台，机械手检测到信号后将其抓取并输送到下一个单元。

2.1.2 供料单元工作过程

工件垂直叠放在料仓中，推料气缸处于料仓的底层，顶料气缸位于次下层工件处。工作时，顶料气缸先伸出，顶住次下层工件，使其不落下。然后推料气缸的活塞杆从料仓的底部伸出，将下层工件推至物料台。其活塞伸出到位后缩回。接着顶料气缸缩回，松开次下层工件，次下层工件以及上层工件在重力的作用下下落，这样为下一个工件的推出做好了准备。

2.2 气动控制技术融合

2.2.1 气缸

本模块的推料气缸和挡料气缸采用标准双作用直线气缸。具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点。在实践中，学生可以发现为了使气缸的动作平稳可靠，应对气缸的运动速度加以控制，并学会采用单向节阀来控制气缸的运动速度。

2.2.2 电磁换向阀

本模块中包含两个气缸顶料气缸和推料气缸。活塞伸出时，无杆腔进气，有杆腔排气。活塞缩回时，有杆腔进气，无杆腔排气。本模块用到了两个二位五通电磁换向阀。这两个电磁阀都带有加锁钮和手动换向，分为2个位置——锁定（LOCK）和开启（PUSH）。学生在设备调试时，可以使用手控开关对阀进行控制，由此实现控制相应的气路，以改变对执行机构的控制。

2.3 传感检测技术融合

2.3.1 光电接近开关

本模块包含三个光电接近开关，均用来检测物料的有无。第一个光电开关安装在物料台底座，检测物料台上是否有物料，如果有无料，发出信号，机械手动作，如果没有物料可以进行供料操作。第二个光电接近开关安装在料仓的第四层工件位置处，检测物料是否充足，如果没有检测到物料，说明物料不足，驱动黄色报警灯闪烁，提醒补充物料。第三个光电接近开关放在料仓的最底层，检测是否缺料，如果缺料驱动红色报警灯常亮，其他动作均停止。本模块用到金属物料，白色塑料物料和黑色金属物料，学生应根据测试情况，调整传感器的灵敏度，是的三种物料均能正确被检测。从而加深了对传感器的认识。

2.3.2 磁性接近开关

本项目中，我们需要检测气缸活塞的位置，来判断动作执行的情况。我们使用的气缸，缸筒都采用如硬铝、不锈钢等，导磁性弱、隔磁性强的材料。在活塞上安装一个永久磁铁的磁环，利用磁感应接近开关可以检测活塞的位置。我们在推料气缸和顶料气缸上分别安装2个磁性接近开关。学生根据控制要求，确定气缸伸出和缩回的位置，调整并安装磁性开关。

2.4 PLC控制技术融合

供料单元控制功能的实现，除了采集现场各输入信号，还要对采集到的信号进行处理，这些工作采用PLC控制完成，PLC是此项目实现自动控制的核心。我们用实验室现有的西门子PLCS7-200 CPU224来完成本项目。

首先要求学生根据控制要求，选择所需元器件的种类及型号，分析输入和输出元件，完成电路的硬件设计及线路的连接。然后运用顺序控制指令，编写梯形图程序实现控制要求。在以往的理论课上，学生大多仅局限于编写梯形图程序，不知道如何将输入输出元件接入PLC，和实物接线脱离，有的元件也还不能识别。通过本模块的完成，很好的实现了理论知识和实践技能的结合。

2.5 电路理论知识融合

电路理论知识是机电相关专业的基本常识和准则，是正确、安全的完成自动控制的保障。当调试时，不能实现预定动作时，需要检查各个线路是否按规定布线。本模块中，使用了熔断器、空气开关等器件保护线路，同时要给PLC电源供给220V交流电，给电磁阀等元件供给24V直流电。通过本模块的练习，增强学生融会贯通的能力。

2.6 工业组态技术融合

工业组态技术为自动控制系统提供了丰富的人机交互界面，对于高职院校的学生学习组态应用技术是增强就业能力的一个重要手段。本模块采用了昆仑通态研发的人机界面TPC7062TI，使用MCGS嵌入式组态软件。触摸屏通过串口直接与输送站PLC的编程口连接。学生要完成组态界面的制作、变量的建立和设备的连接，最终实现通过触摸屏实时监控系统运行情况。

3.多课程融合实训项目的实践效果

以PLC技术为核心，结合机电一体化技术专业多门专业课程，为了节约成本实现资源共享，我们依托现有实验设备，开发了综合性的实验项目。通过教学实践，学生运用PLC相关知识的能力和综合运用专业知识的能力有了显著的提高，维修电工高级工过关率显著提高，毕业生能够胜任PLC项目设计、安装和调试的岗位要求。

[1]刘静，吴多.基于鸡舍项目的电气实践教学“课程融合”初探[J].高教学刊,2016（19），149-150

[2]何新霞.融合多课程知识的PLC综合设计性实验项目开发研究[J].中国电力教育，2014（26）.72-73,79