基于真實分揀線的“雙系統”電氣自動化實踐平臺研究*

劉 靜

(武昌工學院 信息工程學院,湖北 武漢 430065)

1 研究現狀

目前自動化專業實踐平臺發展參差不齊,大致分為以下三種情況：

1.1 箱式實驗裝置

這種系統一般可以完成的實踐內容不夠真實,實踐內容呈現多使用指示燈完成,執行機構單一,并且不含有低壓電器操作系統,無法完成實操內容,與真實工程項目相去甚遠,如圖1 所示。

1.2 臺式實驗裝置

這種裝置一般可以滿足低壓電器操作系統的實踐內容,缺少中控系統內容,對于自動化專業的實踐訓練來說是不夠的,并且臺式實驗裝置內容較為單一,采用插拔線的方式進行實踐活動使得學生對實物的了解不夠,動手操作能力的提升較弱,如圖2 所示。

1.3 項目式教學平臺

這種系統可以完成項目式教學,既可以完成低壓電器操作也可以完成中控PLC 系統操作,可以大大提高學生的動手操作能力,但是與實際工程仍然有一定差距,尤其對執行機構例如電機的控制應用不夠直觀,如圖3 所示。

目前多數高校自動化專業使用的硬件裝備是前兩種,并且硬件控制器一般裝配的是西門子S7-200 系列或者三菱FX 系列,而社會上相關行業、企業的聯網控制技術已經非常成熟,這些產品面臨升級甚至停產的情況,因此,實踐教學平臺的研究符合社會需求。

2 研究概述

采用“雙系統”設計在電氣自動化實踐平臺設計中并不多見,按照系統功能劃分為多個功能區域,每個區域可以獨立操作,也可以聯動操作,屬于一個新的領域,其中“真實分揀線”與“雙系統”的具體釋義如下：

圖1

圖2

圖3

2.1 真實分揀線

自動化生產線是現代工業中重要組成,是數字化、自動化車間的核心。通過建立以分揀生產線為平臺,模擬企業分揀實況的實踐平臺,使學生對企業環境有更加真實的情感基礎,實現與企業生產無縫對接的目標。

2.2 雙系統

該實踐平臺的控制系統選用工業自動化環境最常見的PLC 中控器,考慮系統穩定性與項目可擴展性,實踐平臺選用西門子200SMART 與1200“雙系統”,不僅符合市場潮流,可以基本完成主流項目設計,為豐富實踐內容提供保障。

該平臺設計構造分為五個區域：元件雕刻區域、機械手抓舉區域、物料分揀區域、監控區域、模擬量傳輸區域。每個區域設計相應的子任務以完成對分揀線的分析、設計、組裝與排障。通過該實踐平臺可以完成工業自動化應用系統的總體設計、詳細設計、安裝調試、驗收等環節,從而體驗真實項目的實施流程和關鍵節點,培養學生工業自動化系統集成思維和實踐能力。

3 結構設計

3.1 控制系統器件配置

硬件控制系統的品牌比較多,主要包括西門子、三菱、臺達等等,其中西門子市面常見的種類主要有200、200SMART、300、1200、1500 等,以西門子品牌為例,為了推行工業4.0 國外市場目前主推1200 系列升級代產品,而中國市場與國際市場相矛盾的是,中國的自動化市場自動化硬件控制器遺留保有量大,對于200 的淘汰進程仍是一個緩慢的過程,因此,結合我校具體情況,經與合作企業探討,研究小組選取200 升級產品200SMART 以及新代1200 系列PLC 作為平臺中控系統,不僅符合市場潮流,而且功能強大可以基本完成主流項目設計以及主從通信控制設計,為豐富的實踐內容提供保障,其具體產品號、擴展模塊種類及數量、聯網方式以及外圍設備需要根據后期選定的項目及點數進行研究和確定,此外平臺整體構造從箱式和臺式的操作方式改為與實際工程相同的柜式操作。

3.2 “真實分揀線”工程項目

企業項目龐雜,需要選取實踐內容豐富且具有可行性的項目才能夠更好的體現項目特色,才能得到更優的設計效果,因此,要把該平臺做好,教學團隊首先要對實踐項目的選取有深入的研究。就前期調研發現可行性的工程項目主要有：分揀系統、水處理系統、電梯系統、物料裝填系統等。水處理系統后期維護較為麻煩,電梯系統項目內容較為單一,結合目前企業真實案例,研究小組確定使用“雕刻物料分揀系統”進行深度開發,該系統涵蓋的知識點較多,并且可以與企業實踐結合,自主研發空間大,整體外觀設計如圖4 所示。

圖4

3.3 平臺功能區

在劃分功能區之前,需要對項目目標進行合理確定,以企業項目組的形式組織完成雕刻物料分揀系統項目任務,其具體分區與功能如表1 所示,每個區域可以單獨控制可以區域之間聯動控制。

3.4 研究確定平臺功能區任務

表1

為了能夠深入了解每個區域如何完成控制,可以針對每個區域設計多個功能區任務,以完成對該區域的操作運行。以雕刻元件分揀系統中的“物料分揀區域”為例,完成該區域的生產設備操作需要完成7 個步驟,對應設計7 個功能區任務,如表2 所示。其他區域與該區域類似,這里不再一一列舉。

表2