自動化生產線安裝與調試的教學體會與思考

李愛民

摘 要：自動化生產線安裝與調試是一門綜合性較強的課程，它涵蓋了機電一體化專業的大部分專業課程。本文介紹了該門課程的教學設計，闡述了筆者的教學體會和思考。

關鍵詞：自動化生產線安裝與調試 項目教學 課程設計

天津龍洲科技有限公司的自動化生產線實訓系統是一套模擬實際自動化生產線的教學設備，它囊括了絕大部分工業生產中所涉及的應用技術，是一個從綜合控制中心到自動加工系統，經自動生產線裝配，再到質量檢測系統，最后進行物流倉儲的閉環式可循環系統。此實訓系統的總控平臺采用西門子公司的profibus現場總線通信系統，選用了西門子的S7-300PLC作主站控制器，S7-200PLC作從站控制器，配備了Step7編程軟件和WINCC監控軟件等。14個單元分別是：上料單元、下料單元、加蓋單元、穿銷單元、模擬單元、圖像識別單元、換向單元、機器人單元、加工單元、廢品單元、物流倉儲單元、分揀單元、液壓單元、檢測單元。

筆者在基于該實訓設備的自動化生產線安裝與調試課程中，實施項目教學，使學生的理論知識和實際操作相結合，提高學生解決實際問題的能力。

一、課程內容設計

該課程的最大特點就是綜合性較強，有機地融合了多種技術。由于此實訓系統的各個單元既可以獨立運行，又可以由總站整體控制，所以筆者采用項目教學法，將實訓系統的每一個單元作為一個教學項目，按照自動化生產線實訓系統的工作過程，設計了16個教學項目。學生先進行單站的學習，教師由淺入深地講解相關知識點，從而讓學生先了解各個單元的功能和結構，再通過一個個小項目逐步掌握全部的相關知識。

1.教學項目1：上料單元的安裝與調試

上料單元將工件從料槽中取出，并送入下料單元。通過此單元的安裝與調試，使學生掌握電工工具的使用，識讀電氣原理圖和氣動控制回路圖，掌握用PLC控制步進電動機的方法，能夠對本單元進行安裝與調試。

2.教學項目2：下料單元的安裝與調試

下料單元儲存一定數量的工件，當移動工作托盤到達下料單元設定工位時，將儲存的工件放入托盤中。通過此單元的安裝與調試，學生能夠掌握直流電動機的控制方法，對本單元常見的故障進行排除。

3.教學項目3：機器人單元的操作與維護

機器人從托盤中抓取工件，送入加工單元進行加工，加工完畢后，從加工單元重新取出，再放入托盤。通過本單元的操作與維護，學生學會工業機器人運行控制，能排除常見故障。

4.教學項目4：加工單元的安裝與調試

本單元完成對工件的加工，通過此單元的安裝與調試，使學生掌握數控機床的使用方法。

5.教學項目5：加蓋單元的安裝與調試

加蓋單元將工件從上蓋料槽中取出上蓋，并完成裝配。通過此單元的安裝與調試，學生學會用PLC控制電動機正反轉，能夠排除加蓋單元常見故障。

6.教學項目6：穿銷單元的安裝與調試

穿銷單元將工件銷釘從銷釘料槽中取出，并進行裝配。通過此單元的安裝與調試，學生掌握電磁閥和雙作用汽缸等氣動元件的使用，并能夠排除穿銷單元常見故障。

7.教學項目7：檢測單元的安裝與調試

檢測單元運用多種檢測傳感裝置對裝配好的產品進行檢測，并將最后檢測結果送至PLC進行處理，以此作為后續站分揀單元控制方式選擇的依據。通過此單元的安裝與調試，學生學會電容式、電感式、光電式傳感器及色彩標志檢測器等的使用，能夠排除檢測單元常見故障。

8.教學項目8：換向單元的安裝與調試

換向單元是將前站傳送過來的托盤及組裝好的工件產品經換向、提升等流程，將其送至傳送帶向模擬傳送。通過此單元的安裝與調試，學生綜合掌握氣路的搭建與控制、傳感器信號的采集、電動機正反轉的控制。

9.教學項目9：模擬單元的安裝與調試

模擬單元完成對工件的模擬噴漆，即在工件表面噴涂油漆，并加熱烘干。通過此單元的安裝與調試，使學生學會用PLC控制加熱爐加熱和用溫度傳感器測量爐內溫度，掌握PLC模擬量模塊的使用，能夠排除模擬單元常見故障。

10.教學項目10：液壓單元的安裝與調試

液壓單元通過液壓系統實現對產品的蓋章操作。通過此單元的安裝與調試，使學生掌握比例溢流閥、液壓缸、壓力傳感器、流量傳感器的使用，能夠排除液壓單元常見故障。

11.教學項目11：圖像識別單元的安裝與調試

圖像識別單元運用電腦識別技術，對液壓單元傳送來的工件，通過圖形攝影系統采集產品的當前畫面，并與原設置合格產品進行比較，判斷產品質量是否合格。我們通過此單元的安裝與調試，使學生了解圖像識別系統的設置和應用，熟悉接口設置，了解圖像識別系統和PLC系統的連接方法。

12.教學項目12：分揀單元的安裝與調試

分揀單元根據檢測單元的檢測結果，用氣動機械手對產品進行分揀，質量符合要求的產品隨托盤進入物流倉儲單元；不符合要求的產品被送入廢品單元。通過此單元的安裝與調試，學生掌握擺動汽缸、雙作用汽缸、真空吸盤等氣動元件的使用，能夠排除分揀單元常見故障。

13.教學項目13：廢品單元的安裝與調試

廢品單元將質量不符合要求的產品放入廢料單元的廢品輸送道內。當廢品道上的傳感器檢測到有產品，PLC將控制變頻器驅動輸送電動機，把廢品送到廢品區。通過此單元的安裝與調試，學生掌握變頻器的使用。

14.教學項目14：物流倉儲單元的安裝與調試

物流倉儲單元根據檢測單元對銷釘材質的檢測結果，將工件分類入庫。通過此單元的安裝與調試，學生學會步進和伺服電動機的控制方法，能夠排除物流倉儲單元常見故障。

15.教學項目15：自動線的編程與調試

利用PLC技術和現場總線通信技術，實現對所有單元的聯網與監控，學生學會生產線的組建和網絡的建立。

16.教學項目16：上位機的編程與調試

利用組態軟件WINCC對生產線進行監控，學生掌握組態軟件的使用。

二、課程考核

本課程采用理論考試和實踐考試相結合的考核方式。理論考試采用試卷的方式，主要考查學生對基礎知識的掌握情況；實踐考試貫穿于整個課程的項目教學活動中，學生每完成一個項目就馬上進行操作考試，所有項目考核成績相加即是學生實踐考試的成績。這種考核方式有效地調動了學生的學習積極性，使學生明確知道自己哪個地方沒有學好，并會努力在下一個項目的考核中有更好的表現。

為了進一步提高學生的學習積極性，增強學生就業的競爭力，本課程還與考證相結合。如果學生考取了可編程控制器系統設計師高級證書，考試成績加10分，這樣就更有效地激發了學生的學習積極性。

三、小結

自動線安裝與調試是筆者學校機電一體化專業的核心課程。此課程模擬真實的工作環境，與企業的技能要求對接。在教學中采用項目教學的教學方式，讓學生邊學邊練、學做合一，能有效提高學生的學習積極性和主動性。

參考文獻：

[1]廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]呂景泉.自動化生產線安裝與調試（第二版）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3]姜大源.當代德國職業教育主流教學思想研究[M].北京：清華大學出版社，2007.

（作者單位：江蘇建筑職業技術學院）