光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1構(gòu)建理實(shí)一體化教學(xué)模式專業(yè)培訓(xùn)的核心是提高學(xué)生的實(shí)踐能力，分析和解決實(shí)際問題。傳統(tǒng)的職業(yè)教育模式是專業(yè)理論課和實(shí)訓(xùn)課分開進(jìn)行,其弊端是理論和實(shí)踐相分離,重理論而輕實(shí)踐,教師教學(xué)缺乏新意,上課枯燥乏味,學(xué)生聽課不感興趣,上課昏昏欲睡,這樣直接造成的后果就是培養(yǎng)的學(xué)生動(dòng)手能力差,解決實(shí)際問題的能力差,課程教學(xué)難以達(dá)到職業(yè)教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求。解決該問題的關(guān)鍵是適當(dāng)引入實(shí)訓(xùn)設(shè)備,探索理實(shí)一體化教學(xué)模式。理實(shí)一體化教學(xué)作為職業(yè)院校專業(yè)教學(xué)中探索創(chuàng)新的一種教學(xué)模式,它強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,將理論學(xué)習(xí)和實(shí)際訓(xùn)練緊密結(jié)合起來,注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架,豐富課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高教學(xué)質(zhì)量。理實(shí)一體化教學(xué)要求學(xué)校建立專業(yè)教室,配備相應(yīng)的專業(yè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)施,將有關(guān)專業(yè)設(shè)備和教學(xué)設(shè)備同置一室,將專業(yè)理論課和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)安排在專業(yè)教室中進(jìn)行教學(xué)。高職高專機(jī)電類課程教學(xué)大多需要實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的支撐。傳統(tǒng)的教學(xué)儀器設(shè)備主要為了滿足某門課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的需要,缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置融合了機(jī)械、電氣、PLC、氣動(dòng)、傳感等多種技術(shù),采用了開放式和模塊式結(jié)構(gòu),可滿足《電氣控制與PLC》、《機(jī)電一體化設(shè)備安裝與維護(hù)》等多門課程理論實(shí)踐一體化教學(xué)的需要。正是基于以上考慮,我校在省財(cái)政的支持下,面向機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)、電氣自動(dòng)化等專業(yè)課程教學(xué)的需要,引入了光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置和模塊化生產(chǎn)線等設(shè)備,并積極探索理實(shí)一體化教學(xué)模式,取得了初步成效,顯著提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。2光機(jī)電綜合訓(xùn)練裝置的基本組成2.1光機(jī)電一體化設(shè)計(jì)光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置由型材導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)、典型機(jī)電一體化設(shè)備機(jī)械部件、PLC模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、低壓電器模塊、模擬生產(chǎn)設(shè)備實(shí)訓(xùn)模塊(包含上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手、皮帶輸送線、物件分揀等)、接線端子排、各種傳感器、警示燈和氣動(dòng)電磁閥等組成。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式設(shè)計(jì),學(xué)生可以組裝、接線、編程和調(diào)試由上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、皮帶輸送線和物料分揀組成的光機(jī)電一體化設(shè)備。裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。2.2bop接口電路設(shè)計(jì)1)PLC主機(jī):采用了CPU226AC/DC/晶體管(24路數(shù)字量輸入/16路晶體管輸出)、兩個(gè)RS-485通信口、EM222(8路數(shù)字量輸出),在PLC的每個(gè)輸入端均有開關(guān),PLC主機(jī)的輸入/輸出接口均已連到面板上,方便用戶使用。2)變頻器模塊:采用西門子MM420變頻器,三相380V供電,輸出功率0.75KW。集成RS-485通訊接口,提供BOP操作面板;集成3路數(shù)字量輸入/1路繼電器輸出,1路模擬量輸入/1路模擬量輸出;具備過電壓、欠電壓保護(hù),電機(jī)過熱保護(hù),短路保護(hù)等。提供調(diào)速電位器,所有接口均采用安全插連接。3)電機(jī)模塊:包括三相交流異步電動(dòng)機(jī),步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。4)低壓電器模塊:配備了交流接觸器、熱繼電器、電子式時(shí)間繼電器、中間繼電器、變壓器、整流電路、能耗制動(dòng)電阻、帶燈按鈕、斷路器、熔斷器、行程開關(guān)、組合開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器、磁性開關(guān)、急停按鈕、復(fù)位按鈕、自鎖按鈕等低壓電器。5)氣動(dòng)模塊:包括了靜音氣泵、單桿氣缸、雙桿氣缸、氣動(dòng)手爪、單控電磁閥、雙控電磁閥、旋轉(zhuǎn)氣缸等。6)傳感器模塊:具備了電感傳感器、漫反射式光電傳感器、對(duì)射式光電傳感器、光纖傳感器,可區(qū)分金屬物料和非金屬物料、不同顏色的物料。7)觸摸屏與組態(tài)模塊:配備了深圳步科EVIEWMT4200工業(yè)觸摸屏和EV5000組態(tài)編程軟件。2.3山魚手料的前伸和調(diào)整工作當(dāng)存放料臺(tái)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)物料到位后,機(jī)械手手臂前伸,手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,手爪氣缸下降,手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,氣動(dòng)手爪抓取物料,手爪夾緊限位傳感器檢測(cè)到夾緊信號(hào)后;延時(shí)0.5秒,手爪氣缸上升,手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂氣缸縮回,手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后;手臂向右旋轉(zhuǎn),手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后,手臂前伸,手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后,手爪氣缸下降,手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,氣動(dòng)手爪放開物料,手爪氣缸上升,手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂氣缸縮回,手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂向左旋轉(zhuǎn),等待下一個(gè)物料到位,重復(fù)上面的動(dòng)作。在分揀氣缸完成分揀后,再將物料放入輸送線上。21材料篩選機(jī)構(gòu)3結(jié)構(gòu)的多門課程內(nèi)容設(shè)計(jì)集料設(shè)計(jì)理實(shí)一體化教學(xué)產(chǎn)品的單一化產(chǎn)品全面鋪合的產(chǎn)品全面鋪合式設(shè)備氣在模式上的應(yīng)用,拓展了課程內(nèi)容體系光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置融合了機(jī)械、電氣、電動(dòng)機(jī)、PLC、氣動(dòng)、傳感等多項(xiàng)技術(shù),并面向職業(yè)教育發(fā)展的需要,采用了開放式和拆裝式結(jié)構(gòu),可根據(jù)課程內(nèi)容需要選用不同的模塊組合,滿足《電氣控制與PLC》、《液壓與氣動(dòng)控制》、《變頻調(diào)速技術(shù)》、《檢測(cè)與傳感技術(shù)》、《機(jī)電一體化設(shè)備安裝與維護(hù)》等多門課程理實(shí)一體化教學(xué)的需要。表1為利用該實(shí)訓(xùn)裝置開發(fā)的課程模塊和教學(xué)項(xiàng)目。4基于實(shí)踐教育設(shè)備的理實(shí)一體化教育4.1光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)室傳統(tǒng)的職業(yè)教育模式是理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)分開進(jìn)行,造成理論與實(shí)踐分離,而且實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室功能單一,設(shè)備利用率低。為了改變這種現(xiàn)狀,突出職業(yè)教育的實(shí)踐性,我校引入了光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)化教學(xué)的需要,將教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)模式,建立理論與實(shí)踐一體化教學(xué)的專業(yè)教室,融教室、實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、考工于一體,使專業(yè)教室具有傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)、實(shí)物展示、演練實(shí)訓(xùn)、考工強(qiáng)化訓(xùn)練和考工等多種功能,營(yíng)造出良好的職業(yè)氛圍和環(huán)境。整個(gè)一體化實(shí)訓(xùn)室面積達(dá)150m2,室內(nèi)配備了九臺(tái)光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置,一套MPS模塊化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)裝置,以及46臺(tái)電腦和投影、音響教學(xué)設(shè)備,配備了統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)桌椅、黑板、儀器柜等,可滿足單班課程現(xiàn)場(chǎng)化教學(xué)的需要,實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)做于一體,教學(xué)場(chǎng)地布置如圖2所示。電腦與操作臺(tái)區(qū)屬于基礎(chǔ)教學(xué)部分,主要用于知識(shí)講解、課程討論、軟件編程、低壓電器實(shí)訓(xùn)等。實(shí)驗(yàn)桌上安裝了網(wǎng)孔板,既用于液晶顯示器的保護(hù),又可固定常用的低壓電器,作電工實(shí)訓(xùn)用。光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)區(qū)屬于應(yīng)用部分,既可用于單門課程的實(shí)訓(xùn)需要,也可滿足課程綜合教學(xué)的需要,如PLC實(shí)訓(xùn)、變頻調(diào)速實(shí)訓(xùn)、機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試操作等。模塊化生產(chǎn)線區(qū)屬于高級(jí)擴(kuò)展部分,配備了自動(dòng)傳輸、立體倉庫、三坐標(biāo)測(cè)量、模擬加工等八個(gè)模塊,模塊與模塊之間采用了以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行相互連接,側(cè)重于生產(chǎn)線的總體控制實(shí)訓(xùn)等。4.2課程實(shí)施的規(guī)范我校的《電氣控制與PLC》課程在2005年被確定為省級(jí)精品課程,四年來項(xiàng)目組老師根據(jù)我校學(xué)生的特點(diǎn)探索了多種現(xiàn)代化教學(xué)方法,其中效果最顯著的當(dāng)屬基于光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置的理實(shí)一體化教學(xué)模式。以下為實(shí)施該教學(xué)模式而采取的一些有效措施:1)課前根據(jù)實(shí)訓(xùn)裝置的特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目,編寫教學(xué)講義,制作多媒體教學(xué)課件和仿真動(dòng)畫,以提高課程教學(xué)的實(shí)用性和針對(duì)性,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和趣味性。這部分工作是關(guān)鍵所在,直接關(guān)系到理實(shí)一體化教學(xué)模式能否順利進(jìn)行。2)在課程教學(xué)之初,組織學(xué)生到校工程訓(xùn)練中心進(jìn)行參觀,增加感性知識(shí),了解普通車床、銑床、鉆床的工作原理和控制要求,以及實(shí)際的電氣控制電路;了解常用低壓電器、PLC在數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。3)在講解電氣控制部分時(shí),每個(gè)實(shí)驗(yàn)桌上放一套常用的低壓電器和電工工具,方便學(xué)生了解各種低壓電器的結(jié)構(gòu),學(xué)習(xí)基本控制電路的安裝、調(diào)試方法等。4)在講解PLC基礎(chǔ)部分時(shí),每個(gè)實(shí)驗(yàn)桌上放一個(gè)PLC和一套常用的低壓電器,方便學(xué)生了解PLC的結(jié)構(gòu)、接線方法等;方便學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、調(diào)試基于PLC的電機(jī)控制電路等。5)根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn),實(shí)行分類教學(xué),充分發(fā)揮學(xué)生間的傳、幫、帶作用。對(duì)于平時(shí)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生,給與較高的要求,安排較難的設(shè)計(jì)任務(wù),并要求不光自己學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和操作,還需要幫助組內(nèi)的同學(xué)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。對(duì)于平時(shí)表現(xiàn)一般的學(xué)生,需要加強(qiáng)引導(dǎo)和督促,適當(dāng)加以鼓勵(lì),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。對(duì)于平時(shí)表現(xiàn)較差的學(xué)生,則需要給予較多的關(guān)注,必要時(shí)采用強(qiáng)制措施,迫使他們掌握本課程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。6)加強(qiáng)中間過程考核和期末實(shí)踐考核,增添答辯環(huán)節(jié),提高學(xué)生的口頭表達(dá)能力,強(qiáng)化學(xué)生綜合技能的培養(yǎng)。對(duì)教學(xué)過程中的每個(gè)項(xiàng)目組織考核,并根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行打分,計(jì)入平時(shí)成績(jī)。在期末再安排一次實(shí)踐考核,隨機(jī)抽取平時(shí)訓(xùn)練過的項(xiàng)目任務(wù),并給予評(píng)分,計(jì)入總評(píng)成績(jī)。在實(shí)際操作過程中,這一招對(duì)平時(shí)不太愛學(xué)習(xí)的學(xué)生有很大的促進(jìn)作用。5具備綜合實(shí)踐能力,培養(yǎng)教師的教學(xué)能力將光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)裝置引入課程教學(xué),實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐一體,不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力,同時(shí)也提高了教師的教學(xué)業(yè)務(wù)能力。整個(gè)實(shí)訓(xùn)裝置包括了機(jī)械、電氣、PLC、組態(tài)設(shè)計(jì)、氣壓、傳感器等多項(xiàng)知識(shí),不僅要求教師要有過硬的理論知識(shí),更重要是具備綜合運(yùn)用知識(shí)和解決問題的能力,隨時(shí)解決學(xué)生在操作中碰到的各種問題。另外新的實(shí)訓(xùn)設(shè)備引入,也需要教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)裝置編寫合適的講義,探索新的教學(xué)模式,這樣對(duì)教師個(gè)人能力的培養(yǎng)也有很大的促進(jìn)作用。1料槽及旋轉(zhuǎn)缸動(dòng)作當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí),變頻器接收啟動(dòng)信號(hào),三相交