時間：2023-03-03 15:57:25
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關(guān)鍵詞：消失模鑄造；自動化生產(chǎn)線；設(shè)計要求
隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，消失模鑄造技術(shù)是推動工業(yè)發(fā)展的技術(shù)之一，相應(yīng)地對消失模鑄造技術(shù)則提出了更高的要求。目前，現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域消失模鑄造生產(chǎn)線多數(shù)為開放線，滿足了規(guī)模較小化工企業(yè)的生產(chǎn)需求，但是對于規(guī)模較大企業(yè)，尤其是企業(yè)在鑄造生產(chǎn)批量大、生產(chǎn)周期短的情況下，開放線難以滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，而消失模鑄造自動化生產(chǎn)線的設(shè)計恰恰能夠彌補(bǔ)開放線的種種生產(chǎn)弊端，自動化生產(chǎn)可以大幅提高生產(chǎn)效率，并能保證鑄件質(zhì)量。因此對消失模鑄造自動化生產(chǎn)線的設(shè)計進(jìn)行分析研究對推動工業(yè)的發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)格要求
生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)客戶對鑄件的需求，如尺寸規(guī)格、材質(zhì)設(shè)計砂箱尺寸，確定產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)，進(jìn)而根據(jù)企業(yè)車間的實(shí)際生產(chǎn)能力設(shè)計生產(chǎn)線，對生產(chǎn)線進(jìn)行整體布局。有關(guān)技術(shù)人員要計算出生產(chǎn)線每天每小時的產(chǎn)量，以此計算出生產(chǎn)線每天每小時的砂處理量，分析數(shù)據(jù)進(jìn)而選取適合生產(chǎn)線生產(chǎn)的消失模砂處理系統(tǒng)。生產(chǎn)規(guī)格計算主要分為以下幾個步驟： 第一，生產(chǎn)綱領(lǐng)計算；第二，根據(jù)鑄件圖樣對工藝進(jìn)行分析；第三，結(jié)合生產(chǎn)綱領(lǐng)、企業(yè)生產(chǎn)水平，擬定鑄件的報廢率、造型及制模報廢率；第四，對砂箱尺寸及每箱樣模鑄件數(shù)量進(jìn)行確定；第五，計算出真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)的規(guī)格型號、技術(shù)參數(shù)及數(shù)量；第六，合理選擇鑄造生產(chǎn)線的生產(chǎn)線布局形式，合理設(shè)置生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。
2. 消失模鑄造全自動化生產(chǎn)線的砂處理系統(tǒng)分析
2.1.落砂篩分
落砂篩分主要分為兩級。一級篩分是通過振動篩分機(jī)對篩箱子中的雜物進(jìn)行篩除處理，主要是篩除直徑大于5mm的雜物；二級篩分是分層直線振動篩分機(jī)將砂箱中直徑在10目到100目的雜物及細(xì)沙篩除，其目的是為了增加砂子的透氣性能。
2.2.風(fēng)選、磁選功能
通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)功能將干熱砂風(fēng)設(shè)置為風(fēng)幕狀下落，干熱砂分級主要是靠調(diào)節(jié)閥調(diào)量大小控制；永磁分離滾筒將砂、鐵分離，磁選分離后的干砂流入到下一工序設(shè)備中，磁選分離出干砂中摻雜的雜物，并流入廢料箱中。分離工藝過程中產(chǎn)生的粉塵通過風(fēng)機(jī)口進(jìn)入除塵系統(tǒng)。
2.3.二級舊砂冷卻方式可確保生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)。
熱砂冷卻技術(shù)是消失模鑄造生產(chǎn)線設(shè)計的重要核心技術(shù)之一，熱砂冷卻技術(shù)水平將關(guān)系著鑄造自動化生產(chǎn)線設(shè)計質(zhì)量。由于消失模生產(chǎn)過程中，熱砂具有冷卻速度較慢的特點(diǎn)，因此該設(shè)計將選用二級舊砂冷卻的方式作為設(shè)計思想。鑄造落砂時通常要經(jīng)此工藝將熱砂的溫度將下來。此工藝一級冷卻采用水冷式沸騰冷卻床冷卻，二級冷卻采用砂溫調(diào)解器調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備冷卻熱砂。其中，沸騰冷卻床冷卻過程中熱交換的形式較為多樣，包括水與熱砂、空氣與熱砂等熱交換形式。呈沸騰狀態(tài)的熱砂熱交換的效率較高，固采用二級舊砂冷卻方式。熱交換過程中沸騰的熱砂所產(chǎn)生的風(fēng)塵將隨著熱空氣被吸入除塵器，冷卻后的干砂純度較高，即保證了干砂的透氣性能，又起到了降溫的作用。砂溫調(diào)節(jié)器主要是通過砂子和循環(huán)水管間接觸發(fā)生熱交換起到降低砂溫度的作用，宜用于自動化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化生產(chǎn)。
2.4.砂輸送環(huán)節(jié)
砂輸送在落砂時溫度極高，振動輸送機(jī)可有效將高溫砂子輸送到指定位置。此外冷卻中的砂可通過帶式提升機(jī)或者是皮帶輸送機(jī)將砂子提升到一定高度及水平距離輸送。
2.5.生產(chǎn)線控制
采用PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動控制。包括：計算機(jī)控制模、擬屏控制和觸摸屏控制方式。
2.6.除塵系統(tǒng)
消失模鑄造是目前較為先進(jìn)的鑄造工藝，該工藝的主要優(yōu)勢在于綠色、環(huán)保。消失模鑄造生產(chǎn)線在砂處理過程中所使用的除塵系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)砂處理量及生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力選取設(shè)備。根據(jù)砂處理系統(tǒng)除塵風(fēng)量確定除塵器風(fēng)機(jī)功率。除塵系統(tǒng)設(shè)計完畢后，每個揚(yáng)塵點(diǎn)要設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，目的是確保每個管路風(fēng)量適合生產(chǎn)需求。
3. 消失模鑄造自動化生產(chǎn)線的砂箱運(yùn)行
砂箱在液壓推箱機(jī)、電動過渡小車及全自動液壓翻箱子機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)了砂箱在系統(tǒng)軌道上的全自動運(yùn)行。通過計算設(shè)置各設(shè)備參數(shù)，砂箱運(yùn)行節(jié)拍和生產(chǎn)線節(jié)拍保持一致。觸摸屏控制運(yùn)行節(jié)拍，砂箱全自動化運(yùn)行。
4. 真空負(fù)壓系統(tǒng)
消失模鑄造鑄件的造型及澆筑都是在真空條件下進(jìn)行。真空負(fù)壓系統(tǒng)是由特制砂箱和負(fù)壓系統(tǒng)共同組成，形成一個封閉的系統(tǒng)。在真空消失模鑄造工藝中真空泵是最基本最主要的設(shè)備。真空負(fù)壓系統(tǒng)主要組成部件包括；真空泵、穩(wěn)壓罐、濕法除塵器和汽水分離器。選取真空本時要保證其吸氣量大，而對于真空泵的其它要求并不是很嚴(yán)格。其中真空泵吸氣量大小可根據(jù)澆鑄件體積、鑄件的金屬材質(zhì)、砂箱的體積及澆注過程中所用的砂箱數(shù)量進(jìn)行選擇判斷。
5. 消失模鑄造自動化生產(chǎn)線加砂方式
消失模鑄造的加砂方式主要有軟管人工加砂、螺旋給料加砂及雨淋加砂。其中，雨淋加砂是目前消失模鑄造自動化生產(chǎn)線中應(yīng)用最為廣泛的加砂方式。該加砂方式主要是通過對多孔板中動板、靜板相對位置的調(diào)節(jié)來改變漏沙孔橫截面積。進(jìn)而控制砂雨的大小。該加砂方式加砂速度快、加砂均勻，提高了消失模鑄造自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。
6.結(jié)語
消失模鑄造技術(shù)是目前鑄造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，加強(qiáng)對消失模鑄造技術(shù)的研究，科學(xué)合理地設(shè)計出消失模鑄造生產(chǎn)線自動化運(yùn)行方案對提高行業(yè)的生產(chǎn)效率有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：
關(guān)鍵詞：自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；物料搬運(yùn)站；設(shè)計方案；可編程控制器
中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1引言
自動化生產(chǎn)線因其效率高，柔性好，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要發(fā)展方向。自動化生產(chǎn)線將機(jī)械工程與電子工程結(jié)合，使得待加工的產(chǎn)品能夠自動的在機(jī)械加工裝置上完成預(yù)定的各個工序和工藝過程，大大的提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動成本。一個典型的自動化生產(chǎn)過程主要包括原料供給、自動加工裝配、自動檢測、自動包裝等環(huán)節(jié)，在這些環(huán)節(jié)之間，物料（加工工件）的傳輸是依靠物料搬運(yùn)站完成的，因此物料搬運(yùn)的運(yùn)行效率直接影響整個生產(chǎn)線的效率，本文以S7-200PLC作為物料搬運(yùn)站的控制器，以氣動元件作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，詳細(xì)論述了以2-自由度機(jī)械操作手為核心的物料搬運(yùn)站控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)工件的夾取搬運(yùn)放置這三個工作環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置很好的模擬了實(shí)際加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中工件的運(yùn)輸過程，采用移位指令編寫的梯形圖程序，具有一定的創(chuàng)新性。該設(shè)計能讓學(xué)生更好的接觸實(shí)際工作中的整機(jī)設(shè)備，能夠系統(tǒng)的培養(yǎng)電氣設(shè)備的設(shè)計、組裝、調(diào)試和維護(hù)等職業(yè)素養(yǎng)，并有效的訓(xùn)練了學(xué)生PLC程序設(shè)計的能力。
2物料搬運(yùn)站硬件設(shè)計
2.1PLC系統(tǒng)設(shè)計
物料搬運(yùn)站的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其主要功能是實(shí)現(xiàn)工件的抓取、搬運(yùn)、放置，在這一環(huán)節(jié)中包含的動作有：氣動手抓的打開與夾緊，提取模塊的帶動氣動手抓的上升與下降，滑動模塊的左移和右移。物料搬運(yùn)站的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
提取模塊由氣動手抓、薄型單活塞防轉(zhuǎn)氣缸組成，薄型單活塞防轉(zhuǎn)氣缸用于氣動手爪機(jī)構(gòu)的提升與下降；在其行程位置處安裝有磁感應(yīng)接近開關(guān)，用于判斷其提升與下降運(yùn)行的到位情況。氣動手爪：用于夾取工件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并在氣動手爪上安裝磁感應(yīng)接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)其張開的限位檢測。 滑動模塊主要由磁性耦合式無桿氣缸和固定支架組成，其主要作用是在夾取工件完成后，將提取模塊輸送到行程位置。在無桿氣缸的兩個行程位置安裝有磁感應(yīng)接近開關(guān)，用于判斷其左移與右移的到位情況。＼
2.2物料搬運(yùn)站氣動控制回路設(shè)計
物料搬運(yùn)站的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動控制。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是通過PLC控制實(shí)現(xiàn)的。
從氣源出來的氣體經(jīng)過二聯(lián)件處理后進(jìn)入到匯流板。通過相應(yīng)的電磁換向閥可進(jìn)入氣動執(zhí)行元件，分別驅(qū)動磁性耦合式無桿氣缸的左右運(yùn)動，薄型單活塞防轉(zhuǎn)氣缸的上升下降運(yùn)動、氣動手抓的抓料和松料動作。整個氣動系統(tǒng)的3個氣缸全部采用出氣節(jié)流調(diào)速，電磁閥采用1個三位五通閥和2個二位五通閥。選用集裝式電磁換向閥，將所有電磁換向閥由電磁閥島集裝在一起，以減小占用空間。物料搬運(yùn)站氣動控制回路原理圖如圖2所示。
2A為氣動手抓控制回路，氣動手抓的動作分為兩種：2Y1得電2Y2失電，電磁閥處于左位工作，氣爪處于松開狀態(tài)；2Y2得電2Y1失電，電磁閥處于右位工作，氣爪處于夾緊狀態(tài)。
3A為薄型活塞桿防轉(zhuǎn)氣缸氣動控制回路：3Y1得電，電磁閥切換到左位工作，薄型單活塞桿氣缸伸出下降狀態(tài)；3Y1失電，電磁閥自動切換右位工作，薄型單活塞桿氣缸縮回上升狀態(tài)。3物料搬運(yùn)站軟件系統(tǒng)設(shè)計
物料搬運(yùn)站的控制要求是：當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，夾爪打開、提取模塊上升到上限位處、無桿氣缸驅(qū)動提取模塊移動到最左端。接下來進(jìn)入工作運(yùn)行模式，按啟動按鈕，夾爪下降并夾取工件，上升后移向右工位，到達(dá)最右端后夾爪下降釋放工件，之后夾爪上升并移動到最左端，等待下一個工作信號。在工作過程中設(shè)置復(fù)位、開始指示燈，用于指示系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)。3.1流程圖設(shè)計
物料搬運(yùn)站動作簡單，動作主要由長行程無桿缸和氣動夾爪部完成，當(dāng)接受到工作指令后夾爪開始下降，下降到為后夾爪閉合，夾取工件后開始上升，上升到位后向右邊橫向移動到位后夾爪下降并打開，將工件放置到下一站后上升并橫向左移至最左端。設(shè)計流程圖如圖3所示。
3.2PLC程序設(shè)計
物料搬運(yùn)站的PLC程序設(shè)計，可采用順序控制指令實(shí)現(xiàn)，也可采用移位指令實(shí)現(xiàn)，在此根據(jù)搬運(yùn)站工作流程圖，采用移位指令來實(shí)現(xiàn)，物料搬運(yùn)站PLC控制程序如圖4所示。
4結(jié)論
搬運(yùn)工作站設(shè)計完成后，先進(jìn)性硬件的組裝、電氣線路和氣動控制回路連接。然后用Step7編程軟件編寫程序并下載至PLC中進(jìn)行單站調(diào)試運(yùn)行。單站運(yùn)行無誤后，可采用PPI通訊方式與其他工作站進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。
經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行測試，基于PLC控制的物料搬運(yùn)站能夠?qū)崿F(xiàn)將物料從上一工作站搬運(yùn)到下一工作站的功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)物料的自動循環(huán)搬運(yùn)。在調(diào)試運(yùn)行時，應(yīng)該有人守侯在設(shè)備旁，時刻注意設(shè)備的運(yùn)行情況，一旦發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)相互沖突的事件，應(yīng)及時操作保護(hù)設(shè)施，如切斷設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號回路、切斷氣源等，以避免造成設(shè)備的損壞。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》；職業(yè)教育；試驗(yàn)臺；教學(xué)效果
《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》是工科類高等職業(yè)院校一門重要的、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，要求學(xué)生不但能夠很好的掌握自動化生產(chǎn)線的理論知識，（包括硬件結(jié)構(gòu)，各元器件的作用，氣動回路的構(gòu)成，氣缸的結(jié)構(gòu)、工作原理），而且能夠熟練的利用編程軟件對PLC進(jìn)行現(xiàn)場編程，對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，在設(shè)備運(yùn)行過程中能夠自主并且快速的確定并排除故障。目前隨著我國自動化生產(chǎn)線的不斷發(fā)展和完善，大中型企業(yè)在生產(chǎn)中使用生產(chǎn)線的比例不斷提高，所需要的人工操作崗位越來越少，也就是說所需要的熟練操作工人數(shù)量在不斷減少，柔性自動化設(shè)備的操作和維護(hù)人員的比例在不斷的提高，這就需要培養(yǎng)出理論和實(shí)際操作能力都很強(qiáng)的高素質(zhì)技能型人才，而高等職業(yè)教育的特點(diǎn)是既重視講授理論知識，又突出實(shí)踐操作技能的訓(xùn)練，以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才為目標(biāo)。實(shí)踐操作訓(xùn)練主要形式是實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。從2003年評估開始，很多高職院校都陸續(xù)建立了自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)室，花費(fèi)巨資購置了自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。但通過這幾年的調(diào)研和教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計劃及教學(xué)實(shí)施過程中存在一些問題：
1、 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足
《自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)主要包括相關(guān)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)，但目前很多院校因?yàn)樵O(shè)備、場地、課時分配等原因不能保證足夠的實(shí)踐教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計劃都過于“理論化”，沒有突出課程“實(shí)踐性”和“應(yīng)用性”的教學(xué)特點(diǎn)，不利于實(shí)現(xiàn)本課程在高職院校中的教學(xué)目標(biāo)。
2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不夠
目前各院校都加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，購買大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但隨著各院校招生規(guī)模的擴(kuò)大及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的加強(qiáng)，需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺口很大，而一臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備動輒幾十萬，大部分高職院校由于經(jīng)費(fèi)有限，購置的生產(chǎn)線設(shè)備仍不能滿足教學(xué)需求，有的學(xué)校甚至沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不合適
很多院校購置了生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的成品實(shí)驗(yàn)裝置，而這些設(shè)備往往和實(shí)際教學(xué)脫節(jié)，有的設(shè)備功能單一，結(jié)構(gòu)簡單，只能進(jìn)行“簡單驗(yàn)證式”和“非真實(shí)器件模擬”的實(shí)驗(yàn)，不能使學(xué)生深刻理解生產(chǎn)線的工作原理，全面了解真實(shí)的控制過程，不能實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)后“零距離上崗”的最終目標(biāo)。
4、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的呆板及滯后
在一些學(xué)校至今仍沿用老師編好詳盡的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，講固定的程序，缺乏多模式多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，而學(xué)生“依葫蘆畫瓢”，學(xué)生只需要進(jìn)行簡單的程序輸入就可以完成實(shí)驗(yàn)，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合職業(yè)能力的目的。
因此，我們急需設(shè)計一種綜合性強(qiáng)，價格低廉，能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合職業(yè)能力，在同行業(yè)中各項(xiàng)技術(shù)和指標(biāo)都比較先進(jìn)，既能做各種模擬演示實(shí)驗(yàn)又能展示工廠實(shí)際生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線綜合實(shí)驗(yàn)臺。同時結(jié)合我們的實(shí)驗(yàn)臺，要調(diào)整實(shí)踐和理論課時的比例，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使其能更好的完成對于高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
在我國，高等職業(yè)教育規(guī)模已經(jīng)很大，高職院校有1000多所，大部分院校由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)問題，不能及時的更換或者購買最新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺和工廠實(shí)際的生產(chǎn)線存在著不小的差距，從而直接影響到高職學(xué)生的就業(yè)和擇業(yè)，而本課題將研究設(shè)計一種自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺，達(dá)到以下目標(biāo)：
（1）具有綜合性和真實(shí)性：既能做自動化生產(chǎn)線真實(shí)過程的展示實(shí)驗(yàn)，又能做PLC一般演示實(shí)驗(yàn)，能解決高職院校實(shí)驗(yàn)設(shè)備不合適的問題。
（2）具有可開發(fā)性：可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，引出PLC的I/O插口，為平臺開發(fā)出其他實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自己動手，設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)動學(xué)生自我能動性，進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，可以解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式呆板落后的問題。
（3）能真實(shí)展現(xiàn)自動化生產(chǎn)線工作的實(shí)際過程，同時學(xué)生可以自主設(shè)計設(shè)備動作過程和動作順序，通過動作過程和動作順序，自主設(shè)計出相應(yīng)的控制程序，以提高學(xué)生的動手能力和PLC編程能力；
參考文獻(xiàn)
[1]李斯興 加強(qiáng)技能素質(zhì)培訓(xùn) 培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性人才。 職教縱橫，2001
【關(guān)鍵詞】教學(xué)設(shè)計 系列微課 自動化生產(chǎn)線 電氣自動化技術(shù)
【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】0450-9889（2016）12C-0161-02
自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試是高職電氣自動化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的核心課程，它綜合性強(qiáng)，涵蓋光、機(jī)、電、氣、信等學(xué)科領(lǐng)域，綜合了機(jī)械技術(shù)、傳感技術(shù)、PLC技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種專業(yè)核心技術(shù)知識。正因?yàn)槿绱耍趯I(yè)課程體系中它存在既“重要”又“難學(xué)”的矛盾。如何有效化解這一矛盾成為當(dāng)前亟需解決的教學(xué)改革熱點(diǎn)問題。
“微課”是近幾年來興起并得到快速發(fā)展的教學(xué)視頻載體，它具有短小精悍的特點(diǎn)，推動了“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式改革。它主要將課程的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)、易忘點(diǎn)、易混淆點(diǎn)等以視頻形式進(jìn)行呈現(xiàn)，學(xué)生可以反復(fù)觀看、模仿學(xué)習(xí)和實(shí)踐，有利于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)?！拔⒄n”資源的開發(fā)應(yīng)用對高職課程改革注入了一針久違的“強(qiáng)心劑”，如何開發(fā)、設(shè)計并制作整門課程的微課（即“系列微課”）資源對于課程的教學(xué)改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而微課的教學(xué)設(shè)計也必將成為微課資源開發(fā)的重中之重。
一、微課的內(nèi)涵解析和教學(xué)設(shè)計的意義
（一）微課的內(nèi)涵解析
微課簡稱微課堂，廣義講它是一個完整的“課堂”教學(xué)過程，包括教學(xué)的目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、課后作業(yè)和教學(xué)反思等。但它又區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)課堂，傳統(tǒng)的教學(xué)課堂主要以教師現(xiàn)場的講授、操作、組織實(shí)施完成，一般不具有“重復(fù)性”，教學(xué)過程中的一些重點(diǎn)、難點(diǎn)需要反復(fù)強(qiáng)調(diào)，學(xué)生要有針對性地做筆記，而學(xué)生對其中感興趣的內(nèi)容也不可再現(xiàn)。而“微課”以視頻為載體，將整個教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程、課后作業(yè)和教學(xué)反思等“傳統(tǒng)課堂”這一完整教學(xué)過程以視頻的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，繼承了傳統(tǒng)教學(xué)課堂的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生可以不受時間、地點(diǎn)和環(huán)境的限制，通過PC機(jī)、手機(jī)等操作終端進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)。同時，“微課”又具有很好的“重復(fù)性”，可以反復(fù)播放學(xué)習(xí)，加深理解，特別是一些動手實(shí)踐的內(nèi)容，學(xué)生可以邊學(xué)邊做，提升學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和能動性。
（二）教學(xué)設(shè)計的意義
“微課”是一種特殊的“微視頻”，雖以視頻形式呈現(xiàn)，但并非是普通的視頻文件，而是內(nèi)含豐富的教學(xué)設(shè)計?？梢哉f沒有教學(xué)設(shè)計的“微課”不能稱之為“微課”，而是“微視頻”。教學(xué)設(shè)計的意義就在于發(fā)揮“傳統(tǒng)的課堂”的優(yōu)點(diǎn)，將完整的教學(xué)過程植入“微課堂”，為微課的開發(fā)、設(shè)計和制作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、微課教學(xué)設(shè)計方法及步驟
按照本課程的教學(xué)大綱和專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求，將整門課程的教學(xué)內(nèi)容按照必須掌握的知識點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)、易忘點(diǎn)、易混淆點(diǎn)設(shè)計了29個微課，每個微課的教學(xué)設(shè)計過程包括教學(xué)設(shè)計思路、學(xué)情分析、教學(xué)策略的安排、教學(xué)過程的組織和教學(xué)反思等環(huán)節(jié)。
（一）微課的選題
微課的選題非常重要，也是微課資源開發(fā)的首要任務(wù)。也就是說首先要考慮設(shè)計什么內(nèi)容，這些內(nèi)容選題不能太大，也不能太小，還要考慮整門課程的微課是否能夠形成系列，既要考慮微課選題的整體性，也要考慮其個體性，使兩者得到很好的統(tǒng)一。自動線安裝與調(diào)試是一門綜合實(shí)訓(xùn)課程，內(nèi)容多，專業(yè)知識抽象，技術(shù)性強(qiáng)，要求掌握供料、加工、裝配、分揀和輸送等5個工作站的工作原理、電氣安裝及編程調(diào)試，最后能完成整體聯(lián)機(jī)調(diào)試。在微課的選題上，要做到“全”“精”“益”。一是“全”，即選題全面，所有選題要覆蓋整門課程大綱規(guī)定的必須掌握的知識點(diǎn)，力爭通過這些微課視頻的輔助，能夠使學(xué)生自主完成相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)并掌握必備的專業(yè)知識和技能。二是“精”，即每個微課的選題盡可能做到精煉，且獨(dú)一無二，沒有重復(fù)。三是“益”，即微課選題要有意義，要建立以學(xué)生為中心的理念，對他們的學(xué)習(xí)有幫助。根據(jù)“全、精、益”的設(shè)計思想，自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試課程的系列微課選題包括生產(chǎn)線的整體認(rèn)識、各工作站的電路安裝、氣路安裝、編程設(shè)計和聯(lián)機(jī)調(diào)試等五個模塊，共計29個微課選題，見表1所示。
（二）微課的教學(xué)設(shè)計思路
選題確定后，接下來第二步是構(gòu)思教學(xué)設(shè)計的設(shè)計思路，即要回答“為什么做”“做什么”“怎么樣做”這三個問題。針對當(dāng)前教學(xué)過程中存在的一些問題、困難或典型事例等進(jìn)行改革創(chuàng)新，力爭通過本設(shè)計來解決當(dāng)前存在的若干問題。例如，針對“供料站的單站運(yùn)行”這一微課選題，其設(shè)計思路是要讓學(xué)生充分了解供料站的功能和工藝控制過程，包括正常的啟動工作過程，正常的停止工作過程和異常工作狀態(tài)，建立良好感性認(rèn)識。具體的教學(xué)過程則圍繞這幾個方面來安排。
（三）微課的學(xué)情分析
教學(xué)設(shè)計還要考慮學(xué)情，即授課的對象是高年級學(xué)生還是低年級學(xué)生，是高職學(xué)生還是中職學(xué)生，根據(jù)他們的學(xué)歷層次、學(xué)習(xí)經(jīng)歷、學(xué)習(xí)能力進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)策略設(shè)計。
（四）微課的教學(xué)策略
微課的教學(xué)策略包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)、學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)資源設(shè)計、教學(xué)方法手段等幾個方面。以“供料站的單站運(yùn)行”微課為例，教學(xué)目標(biāo)分為知識、能力和素質(zhì)三大目標(biāo)。知識目標(biāo)為理解供料站的工藝控制過程；能力目標(biāo)為具有一定工業(yè)控制觀察能力和理解能力；素質(zhì)目標(biāo)為培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和素養(yǎng)、積極的工作態(tài)度和責(zé)任感、良好的溝通交流能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。教學(xué)內(nèi)容為供料站的單站啟動、供料站的單站停止、供料站的異常運(yùn)行狀態(tài)。教學(xué)重點(diǎn)是供料站的單站啟動、停止，教學(xué)難點(diǎn)是供料站的異常運(yùn)行狀態(tài)。學(xué)習(xí)環(huán)境有電子教室、局域W、因特網(wǎng)、校園網(wǎng)。學(xué)習(xí)資源類型有課件、多媒體資源庫和仿真軟件等。教學(xué)方法包括演示法和任務(wù)驅(qū)動法。
（五）微課的教學(xué)過程
微課的教學(xué)過程是微課視頻制作的“理論指導(dǎo)”，是微課視頻拍攝、錄制和制作過程的文字表述。整個過程一般包括片頭、課題引入、任務(wù)描述、任務(wù)展開、小結(jié)和片尾等幾個步驟。各部分的作用、教學(xué)手段及用時見表2所示。
（六）微課的教學(xué)反思
教學(xué)反思是教學(xué)設(shè)計的最后環(huán)節(jié)，是一種微課教學(xué)過程的反饋和思考，根據(jù)教學(xué)的效果進(jìn)行反思，如存在哪些問題，還有哪些需要改進(jìn)，需要怎樣去進(jìn)一步解決，同時思考如何更進(jìn)一步將本微課應(yīng)用于教學(xué)，提高學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣。
微課作為一種新興的教學(xué)資源，已逐漸深入人心，也引發(fā)了廣大高職院校教學(xué)一線教師投入制作微課的熱潮。如何開發(fā)整門課程、特別是專業(yè)核心課程的系列微課資源已成為當(dāng)前高職院校專業(yè)教師任重道遠(yuǎn)的一項(xiàng)任務(wù)和使命。因此設(shè)計課程系列微課的教學(xué)設(shè)計變得更加重要，因?yàn)樗窍盗形⒄n資源開發(fā)的理論指導(dǎo)和制作前提條件。
【參考文獻(xiàn)】
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[關(guān)鍵詞]自動化生產(chǎn)線；操作手單元；機(jī)械結(jié)構(gòu)；控制程序設(shè)計
中圖分類號：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）22-0095-01
引言
至今時期，因?yàn)橛兄咚侔l(fā)展的科學(xué)技術(shù)為依托，機(jī)械制造業(yè)中的自動化生產(chǎn)技術(shù)也取得了更加廣泛的運(yùn)用，所據(jù)地位變得越來越重要。近年來各種各樣的自動化生產(chǎn)線已經(jīng)在汽車制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、食品行業(yè)、化工行業(yè)、冶金行業(yè)等領(lǐng)域研究和制造出并投入使用。隨著自動化生產(chǎn)線投入的使用，不僅提高了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率、同時也在改善作業(yè)員工作環(huán)境、減小能源消耗、降低原料成本等方面均取得了顯著的成效。
1 自動化生產(chǎn)線設(shè)計
1.1 自動化生產(chǎn)線設(shè)計流程
自動化生產(chǎn)線的設(shè)計需要在熟悉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)，首先只有在熟悉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的及產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上來對自動化生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計，同時產(chǎn)品生產(chǎn)工藝也是一個產(chǎn)品裝配過程的完整體現(xiàn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的每一道工序都對產(chǎn)品的每一步生產(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)的要求與說明，并對相應(yīng)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說明。因此，在對自動化生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計之前首先要對產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析、熟悉。
1.2 自動化生產(chǎn)線的設(shè)計原則
在自動化生產(chǎn)線的設(shè)計過程中需要在滿足使用功能的前提下盡可能的對工藝步驟進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)計過程最簡化、設(shè)計成本最小化。在自動化生產(chǎn)線的設(shè)計過程中對于自動化生產(chǎn)線所使用的各個零件如傳感器、PLC 等的部件應(yīng)當(dāng)盡量選擇統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而在降低自動化生產(chǎn)線成本的同時能夠方便的對其進(jìn)行管理、互換。
2 自動化生產(chǎn)線機(jī)械手發(fā)展概述
在科技日新月益的推進(jìn)更新下，機(jī)械工作的靈活度與耐用度日益增強(qiáng)，機(jī)械手的出現(xiàn)促進(jìn)了生產(chǎn)工作的進(jìn)步。機(jī)械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行為功能，依設(shè)定程序進(jìn)行拿取、搬送物品或操控工具的自動操作裝置。只需我們利用編寫程序來實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)想動作，在結(jié)構(gòu)和功能上就能同時擁有人和機(jī)械手種種的優(yōu)點(diǎn)。常用的機(jī)械手一般由手部、活動機(jī)構(gòu)兩大部分組成。手部的首要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)工件的抓取，然后按照被抓取工件的材質(zhì)、尺寸大小、形狀、重量和動作需要設(shè)計成如托取型、吸貼型、夾持型等滿足要求的各種結(jié)構(gòu)類型。運(yùn)動機(jī)構(gòu)也就是讓手部按照不同的角度不同運(yùn)動軌跡進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移或混合運(yùn)動來滿足產(chǎn)品的加工需要。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的伸展與收縮、上升與下降、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)自活動形式，被叫做機(jī)械手的自由度。要能夠拿取任何地方或不同狀態(tài)的工件，只要擁有 6 個或以上自由度的機(jī)械手就可以做到。因此機(jī)械手的自由度就最初設(shè)計時必須謹(jǐn)慎合理地考慮的重要參數(shù)。機(jī)械手的自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。普通專用機(jī)械手有 2～3 個自由度。投入使用機(jī)械手，可以使生產(chǎn)線完全自動化，不僅能大幅削減人工，同時勞動強(qiáng)度也大大降低，而且系統(tǒng)穩(wěn)定好、使用方便，同時還可以適時快速便捷地監(jiān)控生產(chǎn)實(shí)際情況。當(dāng)然對企業(yè)來講最大的優(yōu)勢就是能夠降低長期帶來的人工成本，提高企業(yè)利潤率。
3 自動化生產(chǎn)線操作手單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制程序設(shè)計
3.1 操作手單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)
操作手單元主要由支架模塊、滑槽模塊、Pic Alfa 模塊、I/O 接線端口，CPV 閥組、控制面板組成。
3.1.1 支架模塊
接收上一個單元傳送來的工件，并由漫射式光電傳感器檢測工件顏色。
3.1.2 Pic Alfa 模塊
該模塊由氣抓手、氣動無桿氣缸、漫射式光電傳感器等組成。主要完成工件的提取和傳送。該模塊具有高度的靈活性，末端位置傳感器的安裝位置可以任意調(diào)節(jié)。在提取裝置上裝有氣抓手，通過給不同的缸體送氣，控制氣抓手的打開和關(guān)閉。
3.1.3 滑槽模塊
在本單元中有兩個滑槽模塊，可以存儲多個工件，其傾斜角度可以任意調(diào)節(jié)。
3.1.4 CPV 閥組
本單元的閥組由 3 個閥組成，分別控制無桿氣缸、提升缸和氣抓手。在結(jié)構(gòu)上，它們都是帶手控裝置的單控電磁閥。
3.2 操作手單元的程序設(shè)計
工件到達(dá)支架后，由支架上的漫射式光電傳感器檢測工件顏色。檢測到工件后，氣抓手打開，操作手臂下行，到達(dá)工件位置。當(dāng)氣抓手上的漫射式光電傳感器檢測到有工件后，氣抓手閉合夾住工件，操作手臂上行提取工件。在水平軌道上移動到達(dá)下一個工位上方，操作手臂下行到工位，打開氣抓手將工件放置在 ROBOTINO（機(jī)器人）單元的檢測區(qū)域。操作手臂上升，氣抓手閉合，手臂返回到初始的左限位置。
按圖1的控制流程，應(yīng)用 PLC 編程，將所編寫程序通過通信電纜下載到 CPU 中，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，經(jīng)過調(diào)試修改完善控制程序。
結(jié)語
隨著自動化生產(chǎn)線的廣泛應(yīng)用，隨著自動化控制技術(shù)發(fā)展的日新月益，對自動化生產(chǎn)線操作手單元機(jī)械組成的分析，可以為今后設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)與排故奠定良好的基礎(chǔ)。對控制程序的設(shè)計及分析，可以有效擴(kuò)展單元的功能，提高生產(chǎn)率。
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【關(guān)鍵詞】氣動 PLC 裝配下料 自動化
1前言
我校自主研發(fā)的自動化生產(chǎn)線是一套基于PLC控制的教學(xué)系統(tǒng)，也是一套模塊化的生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。它集電氣控制、PLC應(yīng)用、傳感器、氣動等多種技術(shù)于一體，由自動上料、傳輸檢測、真空分揀、顏色分揀、位置調(diào)整、配件供給和裝配下料等七個工作站組成。裝配下料站的功能是對部件進(jìn)行壓裝并完成自動下料動作。
2系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1動作過程
裝配下料單元主體由氣動機(jī)械手、壓裝氣缸和下料氣缸組成。主要功能是控制氣爪，把經(jīng)傳輸帶傳送過來的由位置調(diào)整和配件供給單元配對成功的工件成功抓取，然后放到壓裝缸下。壓裝缸把配對成功的工件壓緊，然后下料缸將壓裝完畢的工件打到工件盒內(nèi)。
2.2氣動回路設(shè)計
在裝配下料單元中，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主體是氣動機(jī)械手和兩個直線氣缸。氣動機(jī)械手在結(jié)構(gòu)上由1個氣爪、2個直線氣缸和1個擺動氣缸組成。歸位狀態(tài)為：氣爪開，平移缸進(jìn)，升降缸落，打料缸退。動作順序?yàn)椋簹庾﹂]平移缸退升降缸升擺缸1800壓裝缸壓壓裝缸退平移缸退打料缸打打料缸退一擺缸00升降缸落平移缸進(jìn)氣爪開。工作原理如圖1所示。
圖1中氣動機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)手臂平移、升降、擺轉(zhuǎn)、抓取和松放動作。由安裝每個氣缸上的磁性接近開關(guān)來檢測直線氣缸的兩個極限工作位置。4個二位五通的帶手控開關(guān)的雙電控電磁閥集中安裝在匯流板上，分別控制機(jī)械手的手臂進(jìn)行平移、升降、擺動、氣爪的夾緊和松開動作。匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器。
2.3 PLC控制
在裝配下料單元中，檢測各氣缸工作位置的磁性開關(guān)、檢測配對后的裝配件位置的電感式接近開關(guān)，加上保證生產(chǎn)線連續(xù)動作的各種標(biāo)志輸入和兩個控制按鈕后在內(nèi)，PLC共需15個輸入端子接收外界信號。電磁閥控制的輸出動作，加上故障信號和標(biāo)志信號共需15個輸出端子。選用S7-226主單元。其I／O接線原理如圖2所示。本單元在自動模式須與其它單元聯(lián)機(jī)才能完成動作，手動模式無需聯(lián)機(jī)。
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計
PLC梯形圖程序的設(shè)計方法有經(jīng)驗(yàn)法和順序控制法兩種。根據(jù)裝配下料站氣動機(jī)械手的動作過程，采用順序控制法編寫的自動運(yùn)行程序如圖3所示。
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關(guān)鍵詞：水泥生產(chǎn) 全集成自動控制 PLC DCS
中圖分類號：X951 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）09（c）-0064-02
水泥大規(guī)模集成自動化生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的理化反應(yīng)過程，不僅其調(diào)控系統(tǒng)具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，同時整個生產(chǎn)線的運(yùn)行工況較為復(fù)雜多變、設(shè)備相互間聯(lián)鎖眾多、各種檢測信號間相互影響較大，如果采用常規(guī)的現(xiàn)地人工控制或繼電器儀表靜態(tài)監(jiān)視控制，很難達(dá)到現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)工藝自動化控制要求。本文針對水泥生產(chǎn)線自動控制需求，采用以PLC可編程控制器為核心的DCS控制系統(tǒng)，設(shè)計具有面向水泥全廠總生產(chǎn)過程在線監(jiān)控的全廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)全過程各階段動態(tài)監(jiān)控管理一體化，使水泥在生產(chǎn)過程中不僅具有先進(jìn)的過程控制自動化水平，同時為水泥生產(chǎn)管理信息化提供重要信息源。
1 全集成自動控制系統(tǒng)總體方案
水泥生產(chǎn)線中主流控制系統(tǒng)依然以PLC+DCS控制系統(tǒng)為主，且PLC+DCS控制系統(tǒng)將會在很長一段時間內(nèi)在水泥全集成生產(chǎn)線中發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果。尤其在網(wǎng)絡(luò)集成集約化功能需求的當(dāng)今，具有聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息通信共享的PLC控制器已成為控制系統(tǒng)的核心，能夠有效支持現(xiàn)場總線協(xié)議，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)線中DCS與PLC在全過程在線監(jiān)視控制系統(tǒng)中的有效集成。根據(jù)現(xiàn)代化水泥集成自動化生產(chǎn)線實(shí)際功能需求，筆者提出一套水泥生產(chǎn)線全過程各環(huán)節(jié)計算機(jī)在線監(jiān)控與管理方案，全線采用具有聯(lián)網(wǎng)通信功能的PLC控制器+DCS構(gòu)筑完善的水泥生產(chǎn)線在線監(jiān)控系統(tǒng)?；贑AN總線的水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
從圖1可知，以PLC為核心的現(xiàn)場站完成控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的模擬量/數(shù)字量數(shù)據(jù)采集和集中控制功能。工程師站和操作員工作站主要實(shí)現(xiàn)在中控室對現(xiàn)地所有監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)程操控、故障報警、運(yùn)行狀態(tài)仿真顯示、運(yùn)算數(shù)據(jù)分析存儲、統(tǒng)計分析報表、趨勢顯示，可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求和調(diào)控要求定時或隨時打印出監(jiān)控人員所需的各種運(yùn)行工況狀態(tài)數(shù)據(jù)信息?？稍O(shè)總工程師和廠長指揮信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等，使總工程師和廠長能夠?qū)崟r掌握和了解現(xiàn)場水泥生產(chǎn)線的運(yùn)行工況狀態(tài)，便于其制定科學(xué)合理的調(diào)控決策，提高全廠科學(xué)合理、高效經(jīng)濟(jì)的管理水平。
2 全集成自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
根據(jù)水泥生產(chǎn)線操作、監(jiān)視、控制等實(shí)際功能需求，在全集成自動化控制系統(tǒng)設(shè)計過程中力求功能結(jié)構(gòu)的簡明清晰、投資性價比較高、運(yùn)行安全可靠性較高、功能集成完善的特性，按照分層分布式結(jié)構(gòu)構(gòu)筑控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)按照功能結(jié)構(gòu)要求，分為現(xiàn)場設(shè)備層、過程控制層、以及主站監(jiān)控層三層。現(xiàn)場設(shè)備層通過過程控制層通信網(wǎng)絡(luò)與主站監(jiān)控層進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時共享。采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)，通訊速率可以達(dá)到100Mbps，同時具有非常良好的抗干擾能力。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用成熟的SuperInfo2.0數(shù)據(jù)采集智能模塊，其可以滿足水泥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息接口、實(shí)驗(yàn)室調(diào)速數(shù)據(jù)接口、人工輸入數(shù)據(jù)接口等相關(guān)工單元共同構(gòu)成，其中自動控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口主要采集水泥生產(chǎn)線中已運(yùn)行和正在實(shí)施的DCS分散集控系統(tǒng)、PLC現(xiàn)地控制單元等控制系統(tǒng)中的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，同時按照擴(kuò)容擴(kuò)展功能需求預(yù)留控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)間交互通信的接口，接口均按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議要求配置獨(dú)立網(wǎng)關(guān)模式，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議就可以完成不同控制系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)連接。
2.1 現(xiàn)場設(shè)備層
從圖1可知，水泥生產(chǎn)線中的現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備較多，需要采集的數(shù)據(jù)信號量種類較繁雜、數(shù)量較多，主要包含壓力、流量、電流、轉(zhuǎn)速等信號。數(shù)據(jù)采集智能模塊先通過內(nèi)部A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將壓力、流量等模擬量信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)信號后，通過通信通道遠(yuǎn)程傳送到水泥生產(chǎn)線集控中心，同時主站監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信信號直接額接收現(xiàn)地PLC控制單元發(fā)出的對應(yīng)控制信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)地設(shè)備系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視調(diào)控。由于水泥生產(chǎn)線較大，有些信號傳輸距離較遠(yuǎn)，且現(xiàn)場電磁干擾較為嚴(yán)重，所以在控制系統(tǒng)設(shè)計時其現(xiàn)場檢測信號宜采用4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號表；而溫度測量點(diǎn)是水泥生產(chǎn)線控制的核心，其溫度傳感器集中布設(shè)在燒成部分，且溫度范圍在100～1200℃大范圍內(nèi)波動，因此選用K和E分度的熱電偶和高精度的溫度控制器。
2.2 過程控制層
由于水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)中的數(shù)字量、開關(guān)量約占控制系統(tǒng)總輸入輸出接點(diǎn)數(shù)的80%左右，同時整個控制過程主要以順序控制、連鎖控制為主，因此，控制系統(tǒng)在設(shè)計時選用三菱A系列PLC作為整個水泥生產(chǎn)線過程控制層的控制站，以完成對現(xiàn)地設(shè)備數(shù)據(jù)信息的集成整理和主站控制層控制命令的遠(yuǎn)程傳達(dá)。
2.3 主站監(jiān)控層
主站監(jiān)控層主要完成整個水泥生產(chǎn)線的模擬仿真顯示、過程狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄分析處理、運(yùn)行趨勢分析、遠(yuǎn)程操控等功能。主站監(jiān)控層除了上述多種的可視化服務(wù)功能外，還可以通過計算機(jī)自動分析形成對應(yīng)的操控決策，通過通信網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)遠(yuǎn)程操控命令傳輸?shù)浆F(xiàn)代操現(xiàn)地電機(jī)和各種電器設(shè)備，遠(yuǎn)程操控完成電機(jī)的順序啟動、順序停車、以及事故緊急停車等遠(yuǎn)程操作。
3 全集成自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)中各控制子系統(tǒng)大多具有非線性滯后特性。非線性多變量滯后系統(tǒng)的回路間通常需要相應(yīng)功能的耦合匹配，因此常規(guī)現(xiàn)地分散控制很難滿足水泥生產(chǎn)線集成自動化控制功能。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP“自學(xué)習(xí)訓(xùn)練”算法，通過對NNC加權(quán)處理完成對非線性多變量滯后系統(tǒng)的實(shí)時調(diào)整，使水泥生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)適應(yīng)性和自整定特性，進(jìn)而達(dá)到全集成自動化控制功能。
4 系統(tǒng)應(yīng)用效果分析
水泥生產(chǎn)線全集成自動化控制系統(tǒng)，是結(jié)合水泥企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)功能進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，能在水泥企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)線中成功應(yīng)用實(shí)施，能夠滿足現(xiàn)代化集成大規(guī)模水泥生產(chǎn)要求，有助于節(jié)省原料和能源量消耗，提高控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息綜合利用效率，確?？刂葡到y(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，降低單位產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本，顯著提高了水泥生產(chǎn)企業(yè)水泥生產(chǎn)的社會經(jīng)濟(jì)效益。與改造實(shí)施前相比，噸水泥所消耗的能源資源下降了5%，產(chǎn)量提高了65%，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高了5%，工人勞動強(qiáng)度大大降低，所取得的社會經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，具有非常好的應(yīng)用前景。
5 結(jié)語
水泥生產(chǎn)現(xiàn)代化、集成化、集約化功能需求，發(fā)展基于PLC+DCS總線的全集成自動化控制系統(tǒng)以及生產(chǎn)流程的智能自動化控制算法，將成為水泥行業(yè)自動化研究發(fā)展的重點(diǎn)。在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，只有真正了解水泥生產(chǎn)工藝流程和物料特性，并優(yōu)選先進(jìn)而成熟的監(jiān)控設(shè)備和軟硬件系統(tǒng)，才能確保水泥生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到全集成高自動化程度，推動水泥企業(yè)安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行水泥產(chǎn)品生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；自動化設(shè)備及生產(chǎn)線；機(jī)械手搬運(yùn)站；MPS
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2012）12-0102-02
《自動化設(shè)備及生產(chǎn)線》是機(jī)電一體化專業(yè)、數(shù)控專業(yè)等必修的一門課程，涉及機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、可編程控制技術(shù)等相關(guān)知識，是一門綜合應(yīng)用能力較強(qiáng)的課程。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，要掌握各種自動化設(shè)備及生產(chǎn)線的運(yùn)行控制原理、安裝與調(diào)試的基本技能。要想教好、學(xué)好這門課程，必須讓學(xué)生將相關(guān)基礎(chǔ)專業(yè)課的知識有機(jī)融合在一起，構(gòu)建一個完整的知識體系。教師采用的教學(xué)方法不得當(dāng)，就不利于學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系，往往顧此失彼，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能，更不能滿足企業(yè)的要求。有鑒于此，在《自動化設(shè)備及生產(chǎn)線》課程教學(xué)過程中采用項(xiàng)目教學(xué)法，能夠調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，高質(zhì)量地完成教學(xué)目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)技能，并逐步培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力、綜合思考與動手能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、創(chuàng)造能力和進(jìn)取精神。同時，采用項(xiàng)目教學(xué)法，符合職業(yè)教育“以就業(yè)為導(dǎo)向、以能力為本位”的基本要求，符合職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)。筆者擬結(jié)合實(shí)際案例，闡述項(xiàng)目教學(xué)法在《自動化設(shè)備及生產(chǎn)線》課程中的應(yīng)用。
項(xiàng)目教學(xué)法概述
項(xiàng)目教學(xué)法是以典型產(chǎn)品為載體設(shè)計學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以工作過程為線索設(shè)置課程教學(xué)過程，按照工作的相關(guān)性來組織課程的教學(xué)內(nèi)容，以職業(yè)能力的形成為依據(jù)選擇課程內(nèi)容并以完成工作任務(wù)為主要學(xué)習(xí)目的的教學(xué)模式。項(xiàng)目教學(xué)法的最大特點(diǎn)是“以用促學(xué)”，即以任務(wù)為驅(qū)動，將工作作為課程內(nèi)容的載體，實(shí)現(xiàn)理論知識與實(shí)踐技能的有效整合，以項(xiàng)目為主線、學(xué)生為主體，改變以往“教師講，學(xué)生聽”被動的教學(xué)模式，創(chuàng)造學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的教學(xué)模式。
筆者所闡述的項(xiàng)目教學(xué)法是在自動化柔性生產(chǎn)線MPS實(shí)訓(xùn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，以生產(chǎn)線的工作過程和工作站為依據(jù)，合理設(shè)置項(xiàng)目教學(xué)的各個工作任務(wù)，把理論知識與實(shí)踐技能有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)備及生產(chǎn)線課程的一體化教學(xué)。
項(xiàng)目教學(xué)法的典型應(yīng)用
自動化柔性生產(chǎn)線MPS實(shí)訓(xùn)設(shè)備是一種最為典型的機(jī)電一體化、自動化類產(chǎn)品，它是在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場基礎(chǔ)上又針對教學(xué)進(jìn)行了專門設(shè)計，強(qiáng)化了各種控制技術(shù)和工程實(shí)踐能力。該實(shí)訓(xùn)設(shè)備由8個工作站組成，分別為上料檢測站、機(jī)械手搬運(yùn)站、工件加工站、工件分揀站、工件傳輸站、工件裝配站、裝配搬運(yùn)站及立體倉庫站，控制系統(tǒng)由西門子PLC完成，具有較好的柔性，即每站各有一套PLC控制系統(tǒng)獨(dú)立控制，可以學(xué)習(xí)簡單的基本工作站的安裝與調(diào)試，也可以學(xué)習(xí)復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。
機(jī)械手搬運(yùn)站是MPS實(shí)訓(xùn)設(shè)備中的第二站，主要完成將工件從上料檢測站搬運(yùn)到工件加工站的待料工位。下面就以機(jī)械手搬運(yùn)站的安裝與調(diào)試為例闡述項(xiàng)目教學(xué)法在自動化設(shè)備及生產(chǎn)線課程中的應(yīng)用。
創(chuàng)設(shè)情境，任務(wù)引入 首先教師通過播放MPS正常運(yùn)行視頻，并正確操作演示MPS工作流程，學(xué)生了解柔性加工生產(chǎn)線加工工藝，觀察機(jī)械手搬運(yùn)站的工作過程，并思考如何安裝與調(diào)試，通過關(guān)鍵問題的引入，分析該工作站的結(jié)構(gòu)組成與調(diào)試方法，明確工作目標(biāo)，引入工作任務(wù)。教師活動與學(xué)生活動如表1所示。
明確目標(biāo)，確定任務(wù) 通過情境設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生明確工作目標(biāo)，布置工作任務(wù)，并下發(fā)工作任務(wù)單。機(jī)械手搬運(yùn)站的安裝與調(diào)試主要涉及機(jī)械裝置、氣動裝置、控制系統(tǒng)和程序調(diào)試四部分，考慮到中職學(xué)生的特點(diǎn)和項(xiàng)目主要目標(biāo)，在該次課設(shè)計了兩個工作任務(wù)，如表2所示。
分析任務(wù)，制定計劃 學(xué)生以小組為單位開展工作，每個小組3～4人，其中1名組長，每名成員都有自己的工作角色和工作崗位，組長接到工作任務(wù)單后，根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行工作任務(wù)細(xì)分并制定工作計劃，教師可以指導(dǎo)其開展工作。根據(jù)機(jī)械手搬運(yùn)站安裝與調(diào)試的工作要求，學(xué)生制定的工作計劃如表3所示。
任務(wù)實(shí)施，互動交流 在明確工作任務(wù)和制定工作計劃后，學(xué)生在組長帶領(lǐng)下，在教師指導(dǎo)下，協(xié)作完成任務(wù)，教師深入到學(xué)生之中，了解學(xué)生的工作情況，指導(dǎo)點(diǎn)撥并幫助學(xué)生處理難解決的問題。學(xué)生在完成任務(wù)之后，在教師引導(dǎo)下對完成的項(xiàng)目任務(wù)中所涉及的相關(guān)理論知識進(jìn)行歸納總結(jié)，互相交流，并提出知識擴(kuò)展和創(chuàng)新之處。表5展示了機(jī)械手搬運(yùn)站安裝與調(diào)試的任務(wù)實(shí)施過程。
任務(wù)考核，成果展示 任務(wù)考核和成果展示，是開展項(xiàng)目教學(xué)活動不可或缺的一個環(huán)節(jié)，考核內(nèi)容分5S管理、成果展示、項(xiàng)目創(chuàng)新和工作記錄四項(xiàng)。各項(xiàng)目小組將工作成果進(jìn)行匯報交流與展示，教師對展示小組進(jìn)行考核和點(diǎn)評，同時小組間互相交流和評價。通過成果展示，小組間互相交流任務(wù)完成過程中遇到的問題、困難及解決方法、收獲和體會等。教師通過小組工作任務(wù)的驗(yàn)收和班組成員的表現(xiàn)，給各小組綜合評價。評價的方式在項(xiàng)目匯報完成以后，由教師、組長及學(xué)生個人進(jìn)行評價，讓學(xué)生明確在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中自己的優(yōu)點(diǎn)，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時了解存在的問題，完善以后的項(xiàng)目學(xué)習(xí)。
任務(wù)延伸，知識匯總 工作任務(wù)完成后，為了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的延續(xù)，教師根據(jù)下次工作任務(wù)，讓學(xué)生利用業(yè)余時間研究機(jī)械手搬運(yùn)站控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試和PLC程序調(diào)試等內(nèi)容，并將本次課所涉及的理論知識點(diǎn)匯總整理，為整個機(jī)械手搬運(yùn)站的安裝與調(diào)試做好準(zhǔn)備工作。
通過項(xiàng)目教學(xué)法在《自動化設(shè)備及生產(chǎn)線》課程中的應(yīng)用，有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，突出了工作任務(wù)的完成，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)，“做中學(xué)，做中教”的教學(xué)理念，同時注重開發(fā)培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力、強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、注重工程實(shí)踐能力的提高應(yīng)用，最終使學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力、獨(dú)立分析問題能力與解決問題的能力，在這個過程中形成良好的職業(yè)習(xí)慣與職業(yè)素養(yǎng)，為今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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