一体化教学在电气自动化安装与维修专业综合课题的应用

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【摘要】PLC、变频器、机械手是电气自动化安装与维修专业高技能人才培养中必须掌握的内容，我把物流仓库分拣系统作为其中的综合训练课题，本文主要阐述了该训练课题的系统组成、教学重点及实施方法，以一体化的方式进行教学。

【关键词】综合训练;重点;机械手;一体化教学

近几年来，我院在上级部门的指导下，为社会培养了大批高技能人才。在教学实践过程中，能否根据国家标准化培训要求和学生特点，设计出适合的训练课题，并采用恰当的方法进行教学，是影响培训成效的重要因素。

基于PLC的机电气一体化平台应用是我院电气自动化安装与维修专业高技能人才培养中很重要的一项内容，我经过几年摸索，将该平台模拟成物流仓库自动分拣系统，作为高技能人才培训中的综合训练课题。

在该综合训练课题的教学中，本人对其中部分内容采用了一体化教学的方式进行，现在一并介绍给大家。

一、综合训练课题介绍

1.分拣系统组成：输送带、输送带电机、位置传感器、颜色传感器、电感传感器、料块。

2.控制要求：按下启动按钮，系统启动，若料仓中有料，则推料汽缸（YV1）动作，将料推入输送带，推料汽缸回位，变频器开始运行，驱动电机高速、正转。当料块经过电感传感器时，进行判断：若料块有铁芯，则电机反转，输送带反向运行，将料块运离输送带;若料块无铁芯，则输送带继续前行。当料块经过颜色传感器时，发出信号，使变频器减速运行，直到料块运行到机械手位置（被位置传感器SQ7检测到），变频器停止运行，输送带停止，此时料块正好位于机械手下方，延时1秒后，机械手下降，夹起料块，上升，旋转至左边，机械手行走电机动作，驱动皮带，机械手向正方向运行，旋转编码器发出脉冲信号，当高速计数器接收到足够脉冲，PLC发出指令，直流电机停止运行，机械手下降，放松，将料块放进仓库，机械手旋转回右边，直流电机反转，机械手往回走，到达原点传感器时，电机停转，机械手到位，准备下一次动作。

此次动作，可以理解为在物流系统中的一次简单的分拣操作，料仓出来的货物，经过传感器的的识别，合格的货物，经过输送带送到指定位置，然后由机械手转移到指定的仓库中去。

二、教学重点

学生在独立单元设备的应用方面能够较好掌握，但在各个部件组成综合系统的训练中，尤其在各个部件的相衔接的处理上有可能出现问题，如：

1.机械手准确抓取物料。物料到达不同位置时的信号变化要准确，就要求传感器的位置安装要特别注意，近了，太敏感不行，远了，检测不到，因此要不断的配合程序进行调整。

2.机械手到仓库的定位。机械手多走一点，少走一点，都会造成物料放不到仓库，因此准确定位非常关键。这不仅要在程序中设置好脉冲数，还要考虑皮带轮的松紧程度以及机械上各方面因素等等。

3.为了避免机械手在电机的带动下，冲出轨道，在编写程序中，要注意将原点（SQ2）、限位点（SQ7）串入PLC的输出线圈（直流电机）回路上;在上电后，要先观察PLC能否接收到此2个传感器的信号，确保他们的限位功能正常动作。

三、抓住重点，实施教学

这个课题训练是否成功的关键，就在于通过解决好本例中的重点，培养学生掌握解决问题的方法。本人在此采用一体化教学的手段进行教学，下面以“机械手是否能准确抓取物料”这一教学重点为例，介绍如何实施教学：

1.布置任务

在传送带、机械手等单个部件教学训练完成的基础上，布置一个训练任务，内容是：物料在皮带上运输，到达位置后由机械手抓起。同时将学生分为若干小组，每组3至4名学生，设1位组长。学生分组动手完成任务。

2.发现问题

由组长安排，组员分工，分别进行程序设计，硬件接线，然后通电试车。在调试的过程中，各组都会发现一些原来没有想到的问题，如：机械手下抓时接触不到料块，机械手下抓时与料块发生碰撞，机械手下抓料块有时成功有时不成功等。

3.解决问题

汇总好学生提出的问题，要求各组对前面汇总的问题提出解决方法。学生首先分组讨论，通过课本、网络等查找资料，分析工作原理：机械手运行到原点位置后，停止，此时下降气缸动作，平行夹应该正好位于输送带正上方，但是事实情况是平行夹不一定正处于输送带上方。进一步分析出产生问题的可能原因：

（1）程序中有关指令和脉冲数设置有误;

（2）原点传感器（SQ2）与机械手不配合，当SQ2动作时，机械手没有处于正常停止位置。接着由组长进行分工，各人分别负责查找资料，检查指令、硬件调试检查等工作，针对原因找出解决办法。

再经过交流讨论、查找资料、观察调试，学生得到结论：

（1）经过观察，机械手运行至SQ2时，PLC输出点断开，直流电机停机，因此可以判断PLC动作正常，程序无误。

（2）SQ2的安装位置对机械手的停止位置影响最大，甚至其灵敏度也会造成影响，因此调整SQ2的位置就可以调整机械手的停止位置。学生最后确定，在程序指令正确的情况下，SQ2的安装位置是造成机械手不能正确抓物的主要原因。

4.实践验证

各组学生有的上网查找办法，有的相互探讨，有的直接进行调试。经过反复摸索，学生总结出调试办法：将24v电源直接接入电机，让电机运行到原点，手动控制下降气缸，让气缸下降，观察平行夹与输送带的相对位置，如果有偏差则稍微松开SQ2的固定螺丝，轻微调整SQ2的位置，直到平行夹正好位于输送带的正上方。

5.反馈提示

经过以上分组学习讨论，大部分学生能成功完成训练任务，但有个别小组学生存在本次运行正常，下次通电运行失败的情况。学生经反复讨论、调试都没解决，只好向老师求助。本人提示学生：不要局限在机械手、传感器等部件，还应关注其他参与运行的部件。最后学生经认真对比排查发现，是因为带动机械手行走的齿形皮带松动，导致机械手活动间隙大，定位时准时不准。此问题通过锁紧皮带螺丝就解决了。

6.总结评价

最后由老师进行理论和技能方面的总结，并对学生表现进行评价。

在以上的学习过程中，本人为学生提供咨询并适时讲授一些理论知识，关注每个学生的表现，掌控整个教学进程。

实践表明，通过如此学习学生们都能掌握如何使机械手正确抓取物料。同理，其他教学重点也可通过一体化教学来完成。

四、该综合训练课题实施一体化教学取得的成效

1.提高了学生综合运用能力，同时又加深了对各部件的了解应用，也大大提高了此平台利用率。

2.培养学生自主学习和解决问题的能力。授之以鱼不如授之以渔，让学生在自主学习中去发现问题、解决问题，从而在实际操作过程中，掌握解决问题的方法，适应未来生产岗位的要求。

3.培养和提升学生的创新热情和能力。在教学中充分体现学生主体参与作用，激发学生的学习热情和创新热情。

4.培养学生团队意识和协作精神，为他们将来的职业生涯打下良好的基础。

5.促进教师水平提升。该课题的实施，要求教师能够把专业理论知识和实践操作有机结合起来，掌控整个教学进程。