基于PLC的物料分揀教學項目設計

何惠湘

(江蘇航運職業技術學院，江蘇 南通 226010)

0 引言

“工業自動化生產線”是機電一體化專業和電氣自動化專業的核心課程，教學用的工業自動化生產線設備是模擬企業生產過程的一條簡單的生產線，由供料單元、加工單元、裝配單元、分揀單元及輸送單元組成，每個工作單元由一臺西門子S7-200系列的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)承擔其控制任務。生產線的每一工作單元既可自成一個獨立的控制系統，也可聯網構成一個機電一體化控制系統。該課程根據行業崗位能力需求及課程的培養目標，采用項目教學法，即以自動化生產線的5個工作單元為載體，設置了5個學習情境，物料分揀是工業自動化生產線中分揀單元的控制項目[1]。

1 物料分揀教學項目設計

1.1 項目任務

分揀單元結構示意如圖1所示，其動作過程如下：當物料被放到傳送帶上并為入料口漫射式光電傳感器檢測到時，將信號傳輸給PLC，通過PLC的程序啟動變頻器，電機運轉驅動傳送帶工作，把物料帶進分揀區。在推桿1和推桿2前方的傳送帶的正上方，用支架各安裝了一個檢測白色物料和黑色物料的光纖傳感器。如果物料為白色，則檢測白色物料的光纖傳感器動作，作為1號料槽氣缸推桿1的啟動信號，將白色物料推到1號槽內；如果物料為黑色，則檢測黑色物料的光纖傳感器動作，作為2號料槽氣缸推桿2的啟動信號，將黑色物料推到2號槽內[2-3]。

圖1 分揀單元結構

1.2 項目分析

在此項目中，根據控制要求，設計分揀單元的氣動控制回路，安裝并調試；對PLC端口地址進行分配，根據控制功能設計控制程序，并現場調試；能夠熟練設置變頻器參數。分揀單元是一個簡單的順序控制過程，使用程序指令來編寫程序。編程之前，先要畫出控制流程圖，即順序功能圖。

1.3 項目實施

老師首先布置項目任務，分析任務要求，講解與項目相關的資訊；然后學生小組討論決策計劃，群策群力進行團隊合作，共同完成項目任務；之后老師將各項目小組的成果進行展示與交流，并進行評價和打分；最后，老師對各小組存在的共性問題進行項目總結，并布置項目作業，學生完成項目研究報告。具體的項目實施步驟如下。

(1)制定項目工作計劃。

制定切實可行的項目計劃及工作清單，是項目成功的關鍵因素，包括各項目內容、計劃時間、完成時間及項目完成情況等。因此，各組學生要明確分工，收集資料，并給出項目的解決方案思路。

(2)制作項目材料清單。

要求學生仔細查看分揀單元中各元器件的名稱、規格型號、數量及產地等，列出項目材料清單。

(3)機械部件安裝與調試。

要求學生熟悉分揀單元的功能和結構組成，安裝氣動執行元件及傳感器并調試。

1.3.1 分揀單元PLC的I/O地址分配

分揀單元使用的是西門子S7-200PLC，其CPU型號是222CN。根據物料分揀控制的具體要求，分析分揀單元的控制功能，確定分揀單元PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLC的I/O分配

1.3.2 電氣接線和調試

由PLC的I/O分配表，要求學生畫出PLC的外部電氣接線圖。然后將PLC的電源斷開，完成PLC的外部電氣接線，并且認真檢查接線的正確性，確保接線牢靠無松動；用PC-PPI電纜連接計算機和PLC的通信端口，再接通PLC電源。

1.3.3 生產工藝流程設計

根據分揀單元物料分揀的控制功能，畫出物料分揀控制流程圖，如圖2所示，其中S0.0—S0.4為順序控制繼電器，T37—T40為定時器。

圖2 物料分揀控制流程

1.3.4 PLC控制程序設計

物料分揀控制流程如圖2所示，應用程序控制指令SCR，SCRT，SCRE進行程序設計，編程的具體步驟如下：

(1)新建一個項目；

(2)修改系統塊通信端口參數：將PLC地址從默認的2設置成5，波特率設置為187.5 kbps；

(3)將修改好的系統塊通信端口參數下載到PLC生效；

(4)保存項目到小組文件夾，取名物料分揀；

(5)編寫物料分揀程序。

1.3.5 調試運行

程序編寫完成后，下載到PLC，如編譯無誤，則打開氣動控制系統的氣源開關，達到正常的工作氣壓時運行程序，并根據監控進行調試，直至程序調試完全正確，滿足物料分揀的控制要求。然后，各小組向老師提交項目成果。

1.4 項目評價

學生在完成項目設計后，老師對各小組進行項目驗收，且按如下幾個方面對小組做出考核評價：是否正確使用指令、是否正確調試程序、程序運行結果是否正確、是否正確使用設備和工具、操作是否規范安全、小組成員是否分工協作、是否在規定時間內完成項目等；小組成員之間進行自評，完成任務評價表；各小組之間進行互評；老師對各小組存在的問題做出點評，并針對問題提出改進的方法。最終，學生按照項目任務的要求，收集和整理資料，完成項目研究報告。

2 結語

物料分揀的項目設計，通過綜合運用機械技術、傳感檢測技術、電機與電氣控制技術、PLC技術、氣動控制技術、變頻器技術等相關知識進行信號檢測、設備安裝與維護、系統控制程序的設計與調試等工作，使學生掌握自動化生產線安裝與調試的技能和相關專業知識，培養學生從事機電設備與自動化系統安裝、設計、維護的基本職業能力，同時培養學生分工協作、愛崗敬業的職業道德和職業素質。