工作中的MPS教程设计与构思范文

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基于工作过程的教学设计

以供料站(图2)为例来介绍整体的教学过程。该课程的总体目的是使学生能根据机电一体化项目的要求，自己完成系统的安装、控制程序设计、系统运行调试以及故障诊断和排除。同时训练学生建立完整的系统概念，为毕业后从事机电一体化相关工作打下扎实的基础。在完成该目标时，可基于工作过程的思想从以几个方面来实现:(一)机械结构对于上料站来说，其功能是将工件从料仓中搬运出来，并为下个工序做准备。该工作站由底板、PLC及控制面板、料仓模块、传输模块来组成。在学习和实践这部分的知识技能时，要求学生能分清每个部件的组成、结构、工作的基本原理。要求学生能用常用的绘图软件如AUTOCAD等将机构绘制出来，同时按照绘图标准标出尺寸及装配要求等。

(二)气动回路图

首先提示学生找到执行元件，然后再找出各执行元件对应的控制元件，从而画出对应的气动回路。常见的执行元件有:单/双作用气缸、摆缸、吸盘、气爪等。在电气动中的控制元件有:5/2单控电磁阀、5/2双控电磁阀及5/3双控电磁阀等。这些元件不仅要求从外形上区分和识别出来，还要求熟悉这些元件的工作原理。如5/2单控电磁阀与5/2双控电磁阀的特性，5/3“O”型电磁阀与5/2单控或双控阀的区别。在绘制气动回路时要求掌握常见的气动回路软件的使用，如FESTO公司的FluidSIM软件。上料站的气动回路如图3。

(三)电气控制接线

在考虑电气控制接线时，必须考虑PLC的品牌为三菱系列，其输入输出均为低电平有效。对于PLC的输入信号，常见的有按钮、行程开关、各种传感器等。按钮、行程开关类的信号，在接入PLC时，重点关注PLC的输入特性即可。而对于传感器来说，要注意区分该传感器输出特性是PNP还是NPN的类型。由于PNP输出为高电平有效，不可以直接将其输出接到三菱PLC的输入口，必须借助于中间继电器来进行转换。而NPN的传感器输出为低电平有效，所以可以直接将其输出端口接到PLC的输入口。在FESTO公司的的mps中，传感器均为FESTO传感器，为PNP类型，必须经过中间继电器来进行转换。接线如图4。

在该MPS中，输出设备主要有电磁阀线圈、指示灯、直流电机等。以下图5为例来说明FX2NPLC与输出设备的连接方法。对于电机类的驱动设备，PLC不能直接进行驱动，必须通过中间继电器来进行转换，其他输出点的连接方法类似。在绘制输入/输出接线图时，要求学会使用常用的电气图绘制软件，如PCschematic软件(由丹麦开发的基于WINDOWS环境的CAD软件)、AutoCADElctrical软件等。

PLC输入/输出地址表

对于输入部分，主要有传感器信号和按钮信号，而传感器信号又可分为执行元件上(如气缸、摆缸、吸盘)的位置检测信号，工件属性的检测信号两种。对于气缸的位置信号，可手动操作气缸，拉动气缸或让气缸运动，观察PLC输入口的指示灯来识别地址。对于工件的检测传感器来说，用相应工件使传感器信号发生变化，观察PLC输入口的指示灯来识别。对于输出部分，主要有电磁阀的线圈信号，直流电动机(利用中间继电器进行转换)，指示灯等。输出地址的检测，可利用编程软件采用“强制Y输出”的方式来检测。地址如下表1:

控制要求及程序控制

在实际的生产流水线上，机电系统的运行方式，有手动方式和自动方式之分，手动方式主要是检查系统接线是否正确，或对系统进行人为控制、或对系统进行点动工作(JOG)，在手动时，每按一下开始按钮，工序将逐一向前推进的模式。自动模式:主要是对系统进行单循环控制或对系统进行多循环控制。单循环:在原点位置按下开始按钮后，实现一个循环的自动运转，然后从原点停止运作的模式。中途按下停止按钮后，此工序停止。再次按下开始按钮后，从此工序开始继续运作，直到原点自动停止。连续循环:在原点位置按下开始按钮后，开始重复地连续运转。按下停止按钮后，一直运转到原点，停止动作。

例如给定条件如下:1．启动条件:料仓中有工件;2．初始位置:推动缸伸出;摆动缸在左侧;真空泵关闭;3．给定动作顺序:①摆动缸右摆→②推动缸回缩→③摆动缸左摆→④吸气→⑤推动缸伸出→⑥摆动缸右摆→⑦放气→⑧摆动缸左摆→⑨等待2秒根据以上要求，按照STL(StateTransferLanguage)编程思路，可先画出单循环的SFC(SequentialFunctionChart)，如图6，然后将SFC转化为STL，进行程序的调试。 在该过程中，学生可以亲自体会STL编程，并且在实验装置动作的过程中更深地体会该编程方法。所以，在指导学生利用MITSUBISHIFX2N－48MRPLC进行编程控制时，首先引导学生进行单循环的控制，然后在单循环的基础上进行手动控制。将单循环程序改进为手动控制程序时，只需在每一步条件转移的地方加上手动控制的按钮信号即可。而将单循环程序改进为连续循环程序时，第1步将单循环的启动信号变成一个保持的长信号即可，然后还可以在这个连续循环的基础上加上计数器，使其能连续运行一定的次数，或者在每两次的循环之间加上一个定时器，这样可以循序渐进地教会学生思考:如何使用计数器?如何使用定时器?避免了先讲纯理论然后再做实践的脱节感。除了采用STL编程外，还可在此基础上引导学生直接利用SFC编程，或者利用SHIFT指令、STEPBYSTEP等编程方法进行程序的编写和调试。在调试程序过程中，还可以人为设置故障，如松开某个传感器让其检测不到信号、调解某个节流阀让气缸没法运行、变更电气接线地址等，培养学生在整个实践过程中灵活应变，加强分析问题和解决问题的能力。

小结

按照工作过程中的思路对学生进行机械结构、气动回路、电气接线、编程及调试运行能力的培养，使学生能站在系统的角度去分析问题、思考问题进而解决问题。由于该系统涵盖了机电一体化专业学习中所涉及的气动技术、电机的控制、传感器的使用、PLC(可编程控制器)等多种技术，给学生提供了一个典型的综合实践环境。使学生将曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识和使用，并使其获得综合训练和相互提升。采用基于工作过程的方法来设计该课程的教学，符合学生的认知规律和职业成长需求，学生兴趣较浓，可以边学边操作，对于有疑问的地方可亲自操作来检验。同时，PLC的编程几乎没有固定的答案，实现同一种目的可以采用多种不同的方法，因此在该课程的教学中教师应鼓励学生自由探索、大胆质疑，及时提出自己的看法和见解，只要学生分析得有道理，即使与原方案有相违背的地方，也应该予以肯定。当学生完成了某一任务后，可以互相交流探索，吸取别人的长处，总结并共同提高。

作者：邓玲黎吴卫荣单位：苏州工业园区职业技术学院机电系