《井式输送装置控制》项目化教学案例.docx
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《井式输送装置控制》项目化教学案例
《井式输送装置控制》项目化教学案例
机械工程系卢青波
一、案例背景
为了进一步深化复合型技术技能人才培养培训模式改革,2019年1月国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》(以下简称职教20条)。
把学历证书与职业技能等级证书结合起来,探索实施1+X证书制度,是职教20条的重要改革部署,也是重大创新。
《工控组态及总线技术》课程是一门理论与实践性较强的学科,是工业机器人专业学生的核心课程之一。
本课程教学的总目标是使学生在了解和掌握工控组态和PLC组成的“系统集成、通信控制、组态编程、调试运行”的原理、方法和过程基础上,培养学生较强的设计能力、拓展能力以及较好的综合实践能力,达到维修电工技师相关要求,为毕业后参与自动化方面的工作及三到五年内获得技师证书打下扎实基础。
目前教学中存在的问题主要表现在以下几个方面:
(1)理论教学效果不佳,在课堂上讲解理论知识,学生反馈抽象,不太容易理解相关例程;
(2)学生没有操作过,跟不上软件编制步骤;
(3)知识陈旧,跟不上时代发展的步伐。
基于此,采用项目教学法,针对每个项目的实施过程完整呈现给学生教学内容,通过多个项目的实施,使学生掌握相应的技能。
项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动。
在教学活动中,教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生。
在教师指导下,以个人或小组工作方式,由学生自己按照实际工作的完整程序,共同制定计划、共同或分工完成整个项目。
项目教学法把理论教学与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生分析问题和解决实际问题的能力。
本节《井式输送装置控制》就采取了项目教学法,力求将理论教学与实践教学有机地结合起来。
二、确定项目
井式料仓是华数1+X考核设备中一个模块单元,其功能是提供装配件传送。
井式料仓提供白色、黄色、蓝色的3种物料,在PLC控制执行气缸伸出使物料供出后,皮带电机将启动,运送供出的物料至皮带末端,皮带末端传感器检测到工件,皮带电机停转等待机器人抓取工件。
推料信号由机器人端发送到PLC。
图1井式供料模块效果图图2皮带输送线效果图(前端传感器未设置)
表1井式料仓I/O分配表
序号
地址
功能
序号
地址
功能
1
I0.4
皮带末端工件检测
1
Q0.5
井式供料气缸伸出
2
I0.5
供料桶内工件检测
2
Q0.6
井式供料气缸缩回
3
I0.6
料仓气缸伸出到位
3
Q0.2
皮带电机启停
4
I0.7
料仓气缸缩回到位
三、项目分析
目前学生在线学习的积极性不高,很多学生电脑等基本设施也不足。
因此,要能认真完成知识学习就需要教师提供完备的教学案例,帮助学生一步一步实现教学过程。
因此本项目的实施按照以下7个步骤完成。
教师在每一步都会提示信息,学生通过参与实施过程,熟悉项目实施流程。
图3项目实施步骤
四、项目实施
1.数据设计
表2输入数据表
序号
类型
功能
1
Bool
开启传送信号
2
Bool
皮带末端工件检测信号
3
Bool
料仓气缸伸出到位
4
Bool
料仓气缸缩回到位
5
Bool
供料桶内有料检测
表3输出数据表
序号
类型
功能
1
Bool
气缸伸出
2
Bool
气缸缩回
3
Bool
皮带电机启停
表4状态数据表
序号
地址
功能
1
Bool
气缸伸出标志
2
Bool
气缸缩回标志
3
Bool
送料标志
4
Bool
电机标志
2.PLC控制流程设计
图4控制流程图
在外部接收到送料信号之后,井式料仓推料气缸缩回状态、料桶内传感器有信号时,推料气缸伸出,伸出到位之后,立即缩回,缩回到位之后,皮带电机启动,开始运料,皮带末端传感器有信号,皮带电机停止转动。
分析流程得出控制流程:
(1)外部启动信号有效、气缸缩回到位、料仓有料,气缸推出,运行标志位有效。
(2)气缸推出到位、气缸缩回。
(3)运行标志位有效、气缸缩回到位,皮带电机启动
(4)皮带末端传感器检测到物料,皮带电机停转,复位运行标志位。
3.PLC程序设计
(1)设备组态
添加新设备,添加PLC。
注意选择版本位V4.2。
添加新设备,添加HMI.
网络视图进行组网,将PLC的绿色网口和HMI的绿色网口相连。
2.添加数据块
创建井式料仓数据块,并建立如图所示数据模型。
3.添加FC块,在FC块中添加程序段,并对程序段进行注释。
在OB1中调用FC块
4.HMI界面设计
设计如图所示的监控界面。
将信号模拟使用按钮进行模拟,在按钮的事件中,添加按下事件为置位位,释放事件为复位位。
模拟机器人发送完信号之后,就进入下一条指令运行了。
传感器信号采用开关进行变量关联。
传感器属于状态信号,会是有或者无两种状态。
标志类的信号属于输出,不同状态时设置不同的颜色,以区分不同的状态。
5.测试逻辑设计
(1)使开启传送信号、有料检测、缩回到位置位为1,表明外部请求进行物料传送。
(2)推料之后,缩回到位传感器无信号,因此使缩回到位置位为0,表明已经推料了。
同时复位开启传送信号。
(3)使伸出到位信号为1,表明气缸已经推出到位。
(4)使伸出到位信号为0,表明气缸已经开始缩回。
(5)使缩回到位信号为1,表明气缸已经缩回到位。
(6)使皮带末端工件检测信号为1,表明工件已经传送到位。
在每一步设置之后,观察哪些信号为TRUE,哪些为FALSE。
说明含义。
6.仿真测试
开启仿真后,进入如图所示的界面。
下面依次进行程序测试。
(1)将仓内传感器信号置为1,缩回到位传感器置为1,表明这是在有料和气缸缩回的初始状态。
(2)点击开启传送,表明接收到机器人传送信号,这是显示界面呈现如下图
(3)气缸伸出之后,缩回到位传感器应复位为OFF,然后将伸出到位传感器置为ON。
表明在伸出到位之后,气缸开始返回。
(4)将伸出到位传感器复位为OFF,将缩回到位传感器置为ON,表明气缸缩回到位。
此时电机开始运转,传送带工作。
(5)将皮带末端传感器置为ON,则表明工件已经传送到末端。
此时整个传送过程结束,等待机器人去取料。
机器人取料之后,皮带末端传感器复位为OFF。
五、实施效果及教学体会
应用项目教学法进行《井式料仓输送装置控制》教学后,很多学生通过项目学习理解了组态变量的连接、按钮事件的添加、PLC程序设计中的数据管理、标签控件、开关控件与传感器的关系及组态外观变化等知识内容。
并且在此基础上进行了扩展,下面给出几个同学完成的作业案例截图。
(1)18级工业机器人2班张润同学的作业中,在此基础上添加了一个气缸推出的动画。
(2)18级工业机器人1班吴有平同学对界面的布局及动画的添加,录制成视频,下图为调试过程中的一个截图。
(3)18级工业机器人1班杨子涵同学的仿真视频截图
由单一的知识讲解,变为项目的实施过程,学生能够实实在在看到学习成果。
在学生看来这样会有成就感,有利于教学。
本次项目化教学有以下收获:
1、通过实践教学,学生动手操作的时间比以前要长了许多。
学生们的动手能力大大加强了。
2、学生们的项目参与积极性有了很大的提高,很多同学在做完这个项目之后,就问第二个项目要做什么了。
3、项目化教学是疫情期间解决学生不能长期进行学习的比较有效的方法之一,因为完成一个项目实施需要很长一段时间,比如这个项目的实施过程,对于熟练掌握博途软件的同学大约需要40多分钟时间才能仿真完成,不熟练的同学,有同学说需要半天时间才能完成调试。
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