摘 要：技工类院校肩负的职能就是为社会培养合格的、实用的技能应用型人才。通过市场调研，可以了解到企业对一名合格的电气设备安装与操作人员所须具备的基本知识和实践技能。对比市场现有的相关教学设备，再结合本校的实际教学需求，提出一种基于松下FP0系列PLC为核心的面向工厂应用的实训装置。该装置适用于大中专院校、技校、职业学校中的机电一体化、电气控制、自动化、机器人专业，可作为机、电、气一体化的综合实训装置。
关键词：面向工厂；应用 PLC；实训装置
中图分类号：TM76 文献标识码：A
一、研究背景及设计要求
PLC技术渗透在工业控制的各个领域，它体积小、可靠性高，是计算机、自动控制、软件技术发展相结合的产物，在先进工业国家中，PLC已成为工业控制的标准设备。是机电专业中必开的课程。目前我校机电专业的PLC课程教学，采用的是教学仪器生产企业生产的成套设备。在教学过程中，我们发现，这些成套设备采用的是模拟操作的形式，即利用发光二极管来模拟控制设备，体现PLC控制程序的执行过程和结果，这样就造成了与工厂的实际应用产生脱节的情况。学生毕业到工厂工作时，面临从模拟操作到实际操作的一个磨合和转换过程，需要再次学习。随着学校的发展，我们意识到这类教学设备与当前的职教理念、技工院校学生的特点都是不相匹配的。对于我们技工类院校，更要注重学生对技能的掌握以及与工厂的结合，这对教学过程、教学设备提出了较高的要求，这种仿真设备难以满足教学的需要。
本文提出的“面向工厂应用”即是针对上述矛盾和问题，将工厂车间机电部分实际情况加以还原，来开发新的PLC教学实训装置。首先提炼大量工作场景：在工厂里，大批量的自动化生产中，比如“加工中心”中的自动换刀操作、自动化生产线的上、下料等操作；在不断变换生产品种的中小批量自动化的生产中，比如实现自动抓取、分拣、搬运等操作。进而对该装置提出了这样的一种设计要求：即要求该装置是一种能够按照使用者编写好的PLC程序、运行轨迹和生产过程的要求，实现工厂中比如自动抓取、分拣、搬运等一系列操作的自动化机械装置。
二、实训装置的组成
面向工厂应用的PLC实训装置主要由5部分组成，分别是控制系统、驱动系统、执行机构以及检测装置、工件等。这5部分互相关联，共同实现功能，实训装置组成方框图如图1所示。
（一）控制系统
控制系统采用了PLC作为实训装置的控制中心，利用PLC的逻辑控制实现对执行机构的点位控制。根据工厂实际生产要求，确定装置动作流程，编写对应的程序，实现相应的功能。方便快捷、易用易维护。学生通过各种场景的工作要求，进行编程训练，提升技能。
（二）驱动系统
驱动系统采用气压传动方式。由于气动控制具备动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁、工作环境适应性好的特点，气动元件具备结构简单、便于加工制造、成本低廉、使用寿命长、可靠性高的特点，综合各方面考虑，本装置采用气压传动方式。同时，学生可以通过气动系统学习气动回路的设计、元器件的选用、安装调试的知识。
（三）执行机构
本实训装置设计有水平伸缩运动、垂直升降（上下）运动、顺时针方向及逆时针方向旋转运动，采用气缸和立柱实现。末端执行装置的夹紧、放松动作采用夹爪气缸实现。
（四）检测装置
检测到执行机构的位置信息或物料的信息，按照程序要求，控制执行机构的动作。有位置传感器、霍尔开关、接近开关、气缸传感器、金属、非金属检测传感器等。
（五）工件
工件可以是多种形式的，可以通过更换配套的检测装置实现不同功能。此处我们可以设计一处有坡度的导轨槽，内放金属球体和非金属球体。当执行机构夹起工件分拣后，放至导轨槽内，工件顺坡度滚下，可以实现自动循环送工件，方便实训装置动作展示。
三、实训装置的设計
（一）气压传动系统设计
气压传动由气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组成。气源由空气压缩机提供，经分水滤气器净化、油雾器改善空气润滑性能，消声器消除噪声，管子联接件传导等，进入气动控制阀来调节气流的方向、压力和流量，把压缩气体的压力能转换为机械能，用来驱动工作部件动作。
气动回路的设计主要是根据控制要求，通过选用合适的控制阀、换向阀，来调节气缸的速度，控制气缸的动作方向。本装置设计的气动回路图，如图2所示。
本实训装置通过在气缸的进出口回路处设置单向节流阀，来调节气缸的运动速度。通过选用两位五通电磁阀，来控制气缸的运动方向。通过机械方式，实现气缸水平限位。实训装置气动回路元件见表1。
（二）PLC控制系统的设计
本实训装置采用可编程序控制器（PLC）进行控制， 采用原有PLC实训室松下PF0系列可编程序控制器。
通过分析，该装置的动作主要有水平伸、缩运动；垂直升降（上下）运动、顺时针方向及逆时针方向旋转运动，以及末端执行装置的夹紧、放松动作。
1.实训装置的工作流程
假设此实训装置用于分拣场所工作时：
当按下实训装置启动按钮之后，实训装置有如下动作：
初始位→下降至下限位开关→夹爪抓紧，抓取物品→检测物品性质为非金属→上升至上限位开关→逆时针转动90°→伸长至右限位开关→夹爪松开→延时T→收缩至水平左限位开关→顺时针转动90°→下降至下限位开关→夹爪抓紧，抓取物品→检测物品性质为金属→上升至上限位开关→伸长至水平右限位开关→夹爪松开→收缩至水平左限位开关（初始位）。至此，一个工作循环完毕。
2.输入输出（I/0）分配
根据系统输入输出点的数目，选用松下FP0-C32T的PLC，它有16个输入点，标号分别为X0-XF，16个输出点，标号为Y0-YF。本系统的输入输出分配表见表2。
3.程序（略）
四、实训装置效果图（如图3所示）
结论
本文提出的“面向工厂应用的PLC实训装置”是将工厂车间机电部分实际情况加以还原，来开发的PLC教学实训装置，工业应用场所多，具有代表性。通过该实训装置的操作、学习及实训，机电类学生可以更好的了解、掌握气动传动方式、气动元件结构、气动回路设计等，掌握电气控制技术、PLC可编程序控制技术、编程方法等，实现机电一体化的学习，快速适应工业现场工作。
参考文献
[1]施海锋，吴江柳.机械自动化系统设计指导书[M].北京：清华大学出版社，2008.
[2]吴振顺.气压传动及控制[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
[3]郑洪生.气压传动及控制[M].北京：机械工业出版社，2007.
[4]徐钢涛.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2008.
[5]于靖军.机械原理[M].北京：机械工业出版社，2013.
[6]戴明宏，张君霞.电气控制与PLC应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[7]汤以范.机电传动控制[M].北京：清华大学出版社，2010.
[8]常斗南.可编程序控制器原理应用实验[M].北京：机械工业出版社，2008.
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