機電一體化實驗教學的思考

李鵬

【摘要】隨著科技的高速發展，自動配料、分揀裝置在生產流水線中起著越來越重要的作用。機電一體化實訓平臺，滿足高、中職學生專業方面的技術和實際應用操作方面能力的需求，特別是提升了他們的實踐、快速適應工作崗位的動手能力。機電一體化生產線，具有很高的“模擬”的要求，應可拆卸和組裝，可以任意設置故障，并預留位置，可以按教學目的，來增減教學內容。例如，可以滿足教學和用人單位“人才定做”的要求。該自動配料生產設備，具有全面的、系統的特點。該實訓平臺涉及到傳感器技術，微電子技術，機械技術，電力電子技術，接口技術等，將各種技術的應用整合在實訓平臺上，力爭使學生通過在實訓平臺上的實踐，熟悉生產線檢測，傳輸和處理的執行過程，及系統控制過程，達到掌握機電一體化技術的目的。

【關鍵詞】PLC 機電一體化 機械手 控制

一、各單元的功能及組成

合適的控制面板，能夠使實訓平臺運用起來，十分便利和快速。

1.供應單元的基本功能

按照生產的需要自動處理料倉進入送料的數量，便于操縱裝置的輸送單元的把物料發送到其它指定單元。

2.搬運單元的基本功能

用于輸送物料的搬運裝置主動抓放，在程序的控制下，有四個方向的工作范圍。

3.配送單位的基本功能

工作單元集合的分類，將不同顏色、材質的工件送至不同的物料槽。

4.傳輸單元的基本功能

當落料口傳感器檢測到工件，變頻器控制三相異步電動機帶著皮帶傳送工件。

5.觸摸屏基本功能

操作者與機械設備之間做雙向溝通的平臺。

二、控制板的設計及構成

每個單元可在實訓臺設計，拆卸各種機械部件，接線及氣動電磁閥和管道安裝，可移動的開關/警示指示燈部分，電源部分，可編程部分，電機驅動部分都安裝在可推拉的架子上；由接線端子之間的連接模塊，模塊和安全用導線連接訓練，最大限度的達到綜合培訓要求。

1.電源供電模塊

系統中的電源供電模塊，配置了三相及單相交流工頻50赫茲的電源，直流24V開關穩壓直流電源，各種電源開關等。

2.按鈕開關模塊

設置啟動按鈕開關目的：當達到工作條件時，按下啟動按鈕開關，本體系設備開始運行；設置停止按鈕開關目的：在本體系設備正常運轉時，按“停止”按鈕開關，完成的工作循環系統后，停止運轉；設置復位按鈕開關目的：在設備故障或報警操作，按下復位按鈕開關，能夠停止和復位本體系設備。

3.PLC模塊

系統的核心（PLC），是本體系的大腦（控制整個體系的運行）。

4.變頻器模塊

用于控制運輸單元中的，三相交流異步電動機。

三、本系統的工作過程

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在文中通過觸摸屏來控制整個系統的起動、停止。在觸摸屏上將可編程控制器輸入（X）和輸出（Y）狀態，變頻器及報警信息進行顯示。除了對系統過程的實時監控，還可以根據外部條件，通過觸摸屏來設置和修改PLC內部參數。通過人機交互接口可直接觀測到變頻器的運行狀況，進行對控制部分及時的監控。

按下觸摸屏（人機交互設備）上的起動按鈕圖案，此時設備開始進入工作的狀態，機械抓手實施復位操作：機械抓手中的手爪放松（手爪打開）、手爪上伸到達最高處、手臂縮回至最里側、手臂進行向右方旋轉至右側限位開關處停下來。

按下觸摸屏上的停止按鈕圖案，設備進入了當前的工作循環狀態后，然后停了下來。

2.搬運功能

出料口有物料→機器手臂伸展→機器抓手下落→抓手夾緊抓物料→0.5秒后抓手提高→手臂回縮到位→手臂左轉→0.5秒后手臂伸展→機械抓手下落→0.5秒后，如果傳送帶上沒有工件，則機器抓手松開、放開物料→機器抓手升高→機器手臂回縮→右轉至右側限位處停止。

3.傳送、加工及配料功能

當輸送帶溜槽與材料，變頻器驅動三相異步電動機，以25 Hz的頻率反著轉，輸送帶輸送物料從右到左。

（1）傳送、加工及配送金屬物料。金屬物質的工件被傳送到A地點→傳遞帶停止，實行第一次制作→2秒后以20赫茲的頻率繼續向左傳遞至B地點→傳遞帶停止，進行第二次制作→2秒后以25赫茲的頻率返回至A地點停下→推料一氣缸在PLC的程序控制下伸展，把金屬物料推入到料槽一內。

（2）由PLC程序控制傳送、加工及自動配送淺顏色塑料物質工件。淺色塑料物質工件被傳遞到B地點→傳遞皮帶停下，進行第一次制作→2秒后以20赫茲的頻率繼續向左傳遞至C地點→傳遞皮帶停下，進行第二次制作→2秒后以25赫茲的頻率返回至B地點停下→推料二氣缸在PLC的程序控制下伸展，把淺色塑料物質工件推入到料槽二內。

（3）由PLC程序控制傳送、加工及自動配送，黑顏色塑料的物質工件。黑顏色的塑料材料發送到位置C輸送機停了下來，將三缸的加工2S，推入料槽三內。

四、結論

本系統中的設備，可按照教學方面的要求，進行重新的安裝、重新的設計和任意選擇各單元。并且能根據按教學中的使用方法，按要求在設備上設置各種故障，讓學生進行排除故障的操作。這樣應用在平時的教學、實訓當中的效果是非常直觀、有效的。實訓平臺能實現系統的、有效的，結合機電一體化方面的教學目標和實訓、實習、實驗等，圓滿的完成教學任務。

1.在對目前國內外的自動配料生產線，進行全方位考察和認真對PLC的選型基礎上。對氣動控制技術方面的知識，認真研究、刻苦挖掘的基礎上，基于PLC控制，氣缸驅動機械抓手、氣體動作控制程序系統。

2.針對氣體驅動和液壓驅動，優點和缺點進行詳細的比較。對自動配料生產線系統，所要達到的控制目的、工作的各項任務，進行了仔細的分析和研究。再對整個系統各個單元的布局、規劃的方案進行認真的設計，最后采用氣動控制機械抓手、配送物料的方案。本中的核心控制元件，選取了對于學生操作、學習起來較為簡單的，FX系列的三菱PLC程序控制系統，動力系統選取了污染較小的氣動控制。

3.按照一般的理論與實踐相結合的研究思想，分別對自動配料生產線體系，進行了整體結構的布局規劃，對系統中的機械電子部分、電氣控制部分和軟件部分構思。

因為時間以及實訓等各方面的條件所限制，本文的機電一體化生產線系統，需要進一步研究和開發。下一步主要研究的工作內容，是對光纖傳感器的調整、加工單元的優化，PLC程序的簡化，機械抓手的設施結構優化，氣動控制方案的合理調整，使整個系統功能更加的完善。一個更新的、發展著的，全自動由PLC程序控制的，配料生產線實訓平臺系統，將在未來實際應用中逐漸提高、完善系統的各方面性能。

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