工作中的MPS教程設計與構思范文
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以供料站(圖2)為例來介紹整體的教學過程。該課程的總體目的是使學生能根據機電一體化項目的要求，自己完成系統的安裝、控制程序設計、系統運行調試以及故障診斷和排除。同時訓練學生建立完整的系統概念，為畢業后從事機電一體化相關工作打下扎實的基礎。在完成該目標時，可基于工作過程的思想從以幾個方面來實現:(一)機械結構對于上料站來說，其功能是將工件從料倉中搬運出來，并為下個工序做準備。該工作站由底板、PLC及控制面板、料倉模塊、傳輸模塊來組成。在學習和實踐這部分的知識技能時，要求學生能分清每個部件的組成、結構、工作的基本原理。要求學生能用常用的繪圖軟件如AUTOCAD等將機構繪制出來，同時按照繪圖標準標出尺寸及裝配要求等。
(二)氣動回路圖
首先提示學生找到執行元件，然后再找出各執行元件對應的控制元件，從而畫出對應的氣動回路。常見的執行元件有:單/雙作用氣缸、擺缸、吸盤、氣爪等。在電氣動中的控制元件有:5/2單控電磁閥、5/2雙控電磁閥及5/3雙控電磁閥等。這些元件不僅要求從外形上區分和識別出來，還要求熟悉這些元件的工作原理。如5/2單控電磁閥與5/2雙控電磁閥的特性，5/3“O”型電磁閥與5/2單控或雙控閥的區別。在繪制氣動回路時要求掌握常見的氣動回路軟件的使用，如FESTO公司的FluidSIM軟件。上料站的氣動回路如圖3。
(三)電氣控制接線
在考慮電氣控制接線時，必須考慮PLC的品牌為三菱系列，其輸入輸出均為低電平有效。對于PLC的輸入信號，常見的有按鈕、行程開關、各種傳感器等。按鈕、行程開關類的信號，在接入PLC時，重點關注PLC的輸入特性即可。而對于傳感器來說，要注意區分該傳感器輸出特性是PNP還是NPN的類型。由于PNP輸出為高電平有效，不可以直接將其輸出接到三菱PLC的輸入口，必須借助于中間繼電器來進行轉換。而NPN的傳感器輸出為低電平有效，所以可以直接將其輸出端口接到PLC的輸入口。在FESTO公司的的mps中，傳感器均為FESTO傳感器，為PNP類型，必須經過中間繼電器來進行轉換。接線如圖4。
在該MPS中，輸出設備主要有電磁閥線圈、指示燈、直流電機等。以下圖5為例來說明FX2NPLC與輸出設備的連接方法。對于電機類的驅動設備，PLC不能直接進行驅動，必須通過中間繼電器來進行轉換，其他輸出點的連接方法類似。在繪制輸入/輸出接線圖時，要求學會使用常用的電氣圖繪制軟件，如PCschematic軟件(由丹麥開發的基于WINDOWS環境的CAD軟件)、AutoCADElctrical軟件等。
PLC輸入/輸出地址表
對于輸入部分，主要有傳感器信號和按鈕信號，而傳感器信號又可分為執行元件上(如氣缸、擺缸、吸盤)的位置檢測信號，工件屬性的檢測信號兩種。對于氣缸的位置信號，可手動操作氣缸，拉動氣缸或讓氣缸運動，觀察PLC輸入口的指示燈來識別地址。對于工件的檢測傳感器來說，用相應工件使傳感器信號發生變化，觀察PLC輸入口的指示燈來識別。對于輸出部分，主要有電磁閥的線圈信號，直流電動機(利用中間繼電器進行轉換)，指示燈等。輸出地址的檢測，可利用編程軟件采用“強制Y輸出”的方式來檢測。地址如下表1:
控制要求及程序控制
在實際的生產流水線上，機電系統的運行方式，有手動方式和自動方式之分，手動方式主要是檢查系統接線是否正確，或對系統進行人為控制、或對系統進行點動工作(JOG)，在手動時，每按一下開始按鈕，工序將逐一向前推進的模式。自動模式:主要是對系統進行單循環控制或對系統進行多循環控制。單循環:在原點位置按下開始按鈕后，實現一個循環的自動運轉，然后從原點停止運作的模式。中途按下停止按鈕后，此工序停止。再次按下開始按鈕后，從此工序開始繼續運作，直到原點自動停止。連續循環:在原點位置按下開始按鈕后，開始重復地連續運轉。按下停止按鈕后，一直運轉到原點，停止動作。
例如給定條件如下:1．啟動條件:料倉中有工件;2．初始位置:推動缸伸出;擺動缸在左側;真空泵關閉;3．給定動作順序:①擺動缸右擺→②推動缸回縮→③擺動缸左擺→④吸氣→⑤推動缸伸出→⑥擺動缸右擺→⑦放氣→⑧擺動缸左擺→⑨等待2秒根據以上要求，按照STL(StateTransferLanguage)編程思路，可先畫出單循環的SFC(SequentialFunctionChart)，如圖6，然后將SFC轉化為STL，進行程序的調試。 在該過程中，學生可以親自體會STL編程，并且在實驗裝置動作的過程中更深地體會該編程方法。所以，在指導學生利用MITSUBISHIFX2N－48MRPLC進行編程控制時，首先引導學生進行單循環的控制，然后在單循環的基礎上進行手動控制。將單循環程序改進為手動控制程序時，只需在每一步條件轉移的地方加上手動控制的按鈕信號即可。而將單循環程序改進為連續循環程序時，第1步將單循環的啟動信號變成一個保持的長信號即可，然后還可以在這個連續循環的基礎上加上計數器，使其能連續運行一定的次數，或者在每兩次的循環之間加上一個定時器，這樣可以循序漸進地教會學生思考:如何使用計數器?如何使用定時器?避免了先講純理論然后再做實踐的脫節感。除了采用STL編程外，還可在此基礎上引導學生直接利用SFC編程，或者利用SHIFT指令、STEPBYSTEP等編程方法進行程序的編寫和調試。在調試程序過程中，還可以人為設置故障，如松開某個傳感器讓其檢測不到信號、調解某個節流閥讓氣缸沒法運行、變更電氣接線地址等，培養學生在整個實踐過程中靈活應變，加強分析問題和解決問題的能力。
小結
按照工作過程中的思路對學生進行機械結構、氣動回路、電氣接線、編程及調試運行能力的培養，使學生能站在系統的角度去分析問題、思考問題進而解決問題。由于該系統涵蓋了機電一體化專業學習中所涉及的氣動技術、電機的控制、傳感器的使用、PLC(可編程控制器)等多種技術，給學生提供了一個典型的綜合實踐環境。使學生將曾學過的諸多單科專業知識在這里得到全面認識和使用，并使其獲得綜合訓練和相互提升。采用基于工作過程的方法來設計該課程的教學，符合學生的認知規律和職業成長需求，學生興趣較濃，可以邊學邊操作，對于有疑問的地方可親自操作來檢驗。同時，PLC的編程幾乎沒有固定的答案，實現同一種目的可以采用多種不同的方法，因此在該課程的教學中教師應鼓勵學生自由探索、大膽質疑，及時提出自己的看法和見解，只要學生分析得有道理，即使與原方案有相違背的地方，也應該予以肯定。當學生完成了某一任務后，可以互相交流探索，吸取別人的長處，總結并共同提高。
作者：鄧玲黎吳衛榮單位：蘇州工業園區職業技術學院機電系