PLC变频器综合应用物料自动分拣系统设计教学设计.docx

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PLC变频器综合应用物料自动分拣系统设计教学设计

【PLC、变频器综合应用】

物料自动分拣系统设计

【教学设计】

一、引入

随着当今物流业的发展，人们常常需要把大量的不同材料、不同颜色、不同规格、不同去向的物料进行分拣归类，过去人工分拣的方法,生产效率低,成本高,企业的竞争能力差，已不适应发展的需要，物料的自动分拣已成为企业的唯一选择。

二、结合我们的实际

经过我们对本地企业的考察发现，目前应用最广泛的是基于PLC控制、传感技术及变频技术的自动分拣系统。

而结合我院技师部的教学计划，前两年我们对相关独立学科进行了教学实训，第三年的实训重点则转移到各学科的综合应用训练，以及在最大程度上贴近企业生产的需要上。

鉴于以上原因我们带学生进行下企参观，洽谈、了解企业的需求，将本次综合实训的的任务确定为：

物料自动分拣系统设计，主要完成铁磁性材料和非铁磁性材料的分拣工作。

三、教材

综合实训课题在教材中很难找到相关的实训指导，为此，我们电气教研室通过调研，结合教学与企业发展对学生的需求，编写了《新技术综合实训》一书，用于指导学生进行综合课题的实训。

《物料自动分拣系统设计》是本教材课题一的内容，是今后进行复杂系统设计的一个基础。

四、重难点分析

对于电气控制系统设计来说，原理图设计和系统调试是最关键的两个环节。

原理图是系统设计的基础，需综合考虑各学科知识，尤其本课题主要通过传感器的检测来区分不同物料，设计时需要重点考虑特殊器件的接线，所以是本次课的重点内容。

系统调试是检验设计成功与否的最终环节，涉及到软件与硬件、机械与电气的配合，学生往往会因为思路不清晰、考虑不周全，而出现诸如PLC程序正确而执行器件动作不正常的情况，所以清晰的系统调试思路是本次课的重点也是难点内容。

五、详细解析重难点的解决办法

鉴于以上原因，并综合考虑技师部学生有较强的自觉性和自学能力，具有一定的研究能力的特点，在教学中，

1、真正实现边讲边练。

电工一体化实习的特点是理论与实践没有严格的界限，可以边理论边实践，在实训过程中，根据学生需求，灵活安排理论讲解，回顾传感器选用、PLC编程并补充传感器的应用知识点，由此完善原理图的设计。

2、贯穿“授人以鱼，不如授人以渔”的教学思想，通过发现问题→启发思考→提供工具→传授方法的步骤，放手让学生通过自学、讨论，来解决自己遇到的问题，培养学生的自学能力和使用工具书的习惯。

3、任务实施中，特意设计合作完成原理图设计、分工实现各子任务、合作完成调试和文件的编写，既让学生对系统有整体把握，达到教学目标的要求；又让每个同学能发挥自己的优势力量，高质高效的完成任务，培养学生的就业能力。

下面我详细叙述一下我的教学过程：

一、明确任务、直观分析

通过任务书的方式，向同学们下达具体任务要求。

对控制系统的实现，是建立在对控制要求做严密详细的分析基础之上的。

我结合企业参观学习的感性认识，做出一个动画课件，直观再现具体的控制要求，让学生明确把握各动作要求。

①传感器检测到有物料过来，将信号传递给PLC，PLC通过程序控制变频器，进而控制电动机拖动传送带运动起来；

②当不同的物料过来，不同类型的传感器会动作，并将动作信号传给PLC，通过程序去控制相应的气动器件动作，将物料分类存放。

③当10S之内传感器检测到没有物料过来，将停止传送带的运行。

纵观整个控制功能

传感器就好比侦察员，将侦察到的信息传送给PLC；PLC是整个系统的指挥官，要对信息进行接收、加工处理，并发出动作命令；而变频器、气动器件在接收到PLC的指令后执行相应的动作。

通过对控制过程的形象再现，我将进一步启发学生思考：

要想实现控制功能，你认为需要用到哪些学科的哪些知识呢？

学生独立思考之后，进行小组讨论，我引导学生先对知识系统做一个整体把握，并将讨论结果进行归纳：

在这个任务中，将会用到传感器的原理与选用、PLC的编程与选用、变频器的选用及参数调整、气动器件的选用与安装。

其中传感器的原理、PLC的编程、变频器的参数调整、气动器件的安装，已经在相关的一体化教学中学习或实训过，学生有一定的基础。

但是独立学科教学中，我们很少涉及到设备的选用，设备选用的标准是什么？

在选用之后该如何把这些硬件设备连成一个系统呢？

在连接的过程中，又有哪些需要特别注意的事项呢？

二、原理设计，新旧综合

于是自然而然的引出硬件的选用和系统原理图的设计。

为了在任务教学中，对学生做到"导读,导听,导思,导做"，我给每个同学配发了一份学案。

对于硬件设备的选用，我引导学生结合《电力拖动》中器件的选择，并考虑到本系统的特殊性，师生共同完成元件的选择，初步拟定元件明细表，并结合下面的设计环节对明细表进行调整和修改。

在硬件选用之后，我会让同学们参照已有PLC、变频器的接线知识、按照自己的想法设计系统的硬件接线图。

学生手头需放置大量的书籍资料，以备查阅，让学生以任务为目标，学会灵活支配和应用各有效知识点。

我将采用张贴板教学法，让同学们对不同的设计进行比较讨论，找一找别人的优点，看一看自己不足，想一想还有哪些地方没有考虑全面？

学生的设计经过展示，首先可以帮助老师了解学生对旧知识点的掌握情况，以便确定指导重点；其次是会发现学生设计中出现的共性问题。

那么，问题出在哪里呢？

我们来看原理草图，多数学生会出现以下两个共性问题：

一是缺少系统的安全和保护设计，学生只是简单的把各个设备信号进行了连接，各设备的接地如何设计？

采取哪种接地方法最安全？

电磁阀负载在接通或断开瞬间产生的大电流会对PLC有一定的冲击作用，会减少其使用寿命，这一方面你是怎么考虑的呢？

如果你是企业的老板，可靠性和安全性不高的系统你会用吗？

我们常说电工安全放首位，我们具体把它体现在哪里了？

在以往的学科教学中，我们通常采用在一体化教仪上模拟接线的方式，相关的安全、保护已经由厂家做在了设备内部，无需我们深入考虑。

但对实际应用的系统来说，如果仍停留在采用原先的方式，就会出现很多安全隐患，必将会影响到设备的使用安全和寿命及生产的连续性、企业的效益等，所以没有安全保护设计的系统，是绝对不能用的。

这也是我们为什么要设计这一课题的原因之一。

二是传感器的接法不正确。

物料分拣系统需要用到多个传感器（电感式、电容式、光电式），传感器比较特殊，是需要24V直流电源供电的有源开关。

回想我们在模拟实训中，一般使用无源的开关和按钮。

那么，传感器怎样与PLC进行连接呢？

传感器所需的电源又该从哪里取得？

这么多传感器同时使用，该选用多大的容量的电源呢？

学生仔细回顾教材内容，却很难在教科书上查找到详细的相关资料。

该怎么办呢？

同学们都有买家电、手机的经验，买回来的产品都会附有说明书，产品怎么用，该注意哪些问题，在说明书上都有详细的说明。

同样，我们所选用的电气设备也都配备有使用说明书，有关产品的规格、安装、安全、配线在说明书上都有详细的叙述。

对于维修电工来说，设备使用说明书是今后进行安装、调试、维护、维修的根本依据。

特别是技师部的同学，毕业后会从事较高层次的电气维修、调试方面的工作，面对日新月异的电工新技术，学生在校期间接触的知识远远不能满足实际工作的需要，养成会读、会用说明书的好习惯，是他们工作中的制胜法宝。

并将通过实例讲解突出说明书的重要地位。

因此，我将给学生提供丰富的资料：

电子版、书籍版的使用手册，同时也给同学们提供一些实用的学习交流网站，如“中国工控网”“21IC”，给学生的自学提供一些途径，拓宽学生的知识面。

拿过一本厚厚的使用说明，面对众多的专业术语，学生的感想只有一个字“愁”，根本无兴趣而言，这一点我非常理解，我想兴趣是建立在有成功体验的基础之上的。

为此，我将首先指导学生针对任务有重点的看，寻找以上共性问题的解决办法。

在“安全方面的注意事项”部分，明确提出采用2mm2以上的电线实行第三种接地，即单独接地。

在感性负载两端并联整流二极管或浪涌吸收器，可以解决自感电动势对设备的冲击损害作用，延长触点使用寿命、减少噪声。

而24V直流电源，可以由PLC直接提供，其容量参数学生可依照说明书进行核算、判断。

提高学生的设计分析能力。

其接入方法同样可参照传感器的说明书。

然后再此基础上，学生继续修正自己的硬件原理接线图，并集小组合力，拿出一份完整的小组设计方案，作为后续环节的指导依据。

完美的设计来自对设备的整体把握。

重点阅读之后，我会继续通过提出问题的方式，（用课件来反映相关的问题：

安全、外部配线、试运行及异常检查），让学生以小组学习的方式带着问题有目的去阅读说明书，找到答案。

之后，我将对基本知识点进行归纳讲解，加深学生记忆，让学生熟悉设备的运行性能，以便在后续的系统调试环节对设备情况做到心中有数。

三、具体分工，发挥优势

小组方案出来之后，接下来是具体步骤的实施，我将采用项目教学法，由各组分工完成项目的各个步骤。

分组时充分考虑到学生的个性发展和优势力量，进行小组合理搭配和分工，做到扬长避短，各尽其能。

用集体的力量高质高效的完成任务。

其中硬件接线兼安全员1人、程序设计兼系统联络员1人、CAD画图1人，机械部件组装1人。

每个成员以小组方案为基础，查阅相关书籍资料，做好自己的子任务。

子任务实施的过程中，就需要学生对以往的学科知识有个总体的回顾，并通过提出问题、查阅资料、组间讨论、解决问题、积累经验的步骤，将原先所学的知识应用到任务设计中，即是对原先学科知识的一个总体回顾，又达到了“学以致用”的目的。

教师做好巡回指导，主要针对个别问题进行小组讲解。

分工同时也带来了很多问题：

学生无法对整个系统达到熟悉。

所以我要求各组在完成分工实施后，拿出一定的时间，每个成员在组内向大家介绍自己子任务的实施步骤和设计方法，以方便相互交流学习，达到熟悉各环节的目的，为后续的系统调试打下基础，同时锻炼每个同学的语言表达能力。

四、合作调试，实现功能

接下来进入调试环节。

调试对他们来说更有吸引力，学生非常期待看到自己系统的运行结果。

调试的步骤是：

模拟调试调程序，现场调试调全部，其中梯形图程序的调试已在PLC课程中学过，学生能熟练掌握技巧。

之后的现场总调就没有这么简单了，会出现很多软硬件的配合问题，电气与机械的配合问题，往往是牵一发动全身，所以现场调试对学生来说具有很大的挑战性和难度。

学生在这一个阶段。

这时，我将通过巡回指导，去发现主要问题，启发学生利用已有知识寻找解决问题的方法，如：

变频器运行不正常，是不是参数设置出现了问题？

机械触点的动作延时和PLC的扫描周期配合不当，是不是在编程时没考虑到PLC的扫描工作方式？

引导学生从已有知识中寻找突破点，在说明书上寻找关键点，但并不急于告诉学生具体的答案。

待学生对总调故障有了充分的感性认识之后，我将采用对比分析法，进行归纳讲解和调试演示。

系统不能正常运行，是什么？

就是出现了故障。

出现了故障之后就要找出故障、排除故障。

引导学生回顾《电力拖动》中故障排除的一般方法，那么是不是可以推而广之应用于系统的调试呢？

我们可以来对比一下：

试车、分析、测量、排除环节基本相同，只是在分析时，

要以核心部件PLC为中心，首先，向前，检查输入设备及其接入情况，

其次，向后，检查输出设备其接线情况

然后，若都没有问题，则要检查参数设置与硬件的配合，可能需要对一些内部软元件进行调整。

这时可能牵扯到要修改设计原理图，所以一定要慎重并做好各步骤的协调。

在理清总调思路之后，学生进行小组合作调试，针对出现的问题修改或完善控制功能，最终满足控要求。

教师在巡回指导中，有意识的向同学们灌输“实用”的思想，即我们所设计的系统不仅要能用，而且要本着节约投资、易于维护、方便维修的原则，即花最少的钱实现最大的经济利益，用最方便的形式实现最完整的功能。

五、编写文件，保存依据

系统调试后，应根据调试的最终结果整理出完整的技术文件，并提供给用户，以利于系统的维修和改进。

技术文件的内容包括以下几个方面：

布置图、系统接线图、带注释的梯形图；设备元件明细表、输入输出分配表；必要的总体文字说明（包括设计说明书、使用说明书）。

（三图两表一说明）。

同样由于项目教学法在分工过程中影响了学生学习的系统性，不符合我们培养全面人才的教学设计思想，所以在编写文件环节，由小组成员共同完成。

技术文件作为评分的依据。

六、归纳总结

1、学生根据整个过程，总结系统设计的步骤和方法，培养学生的归纳总结能力。

2、以组为单位分别向全班展示自己的设计，说出设计思路和设计特点，其他同学可以针对他们的设计进行现场提问，设计小组的同学要对提出的问题进行解释、说明。

3、教师进行各组点评，指出值得大家借鉴的优点，并给出需要进一步探讨的问题。

七、布置作业

1、编写技术文件，为今后的教学提供指导依据，并作为项目评分依据

2、联系工厂企业，为他们进行设备改造，全班共同研发，提高自己的实际应用能力并获得一定经济利益。

3、参观过程中，同学们看到很多触摸屏，如何把触摸屏放入我们的控制系统中，实现更智能化的控制？

课后收集有关资料，对触摸屏做些初步了解，为后续课程做好准备。

教学的主要思路：

在真实具体的情境中，进行综合而开放的学习，通过多样化的教学途径，让学生收获全面的、整体的而又富有个性的知识，本着自主性、整合性、优化性原则，通过明确项目、制定计划、实施计划、检查评估、整理归档几个步骤完成物料自动分拣的主题教学。

本着教师主导，学生主体的思想，让学生通过真实体验自主发现问题，通过教师启发引导去寻找办法，通过师生互助来解决问题。

“以练带学，以用带记”，加速学生知识内化为能力的过程。

合作、分工、合作的任务实施设计方式，让学生既学会独立思考，又懂得相互合作，使项目教学在充分发挥学生主观能动性的基础上，又很好的实现了学校教学的教学目标。

在任务指导中，我不仅仅局限于完成当前任务，而是告诉学生一般方法、掌握哦一般思路，培养学生“举一反三“的能力；教给同学们使用工具书，让学生在完成当前任务的同时做到触类旁通，为今后的就业奠定坚实的方法基础。