自动化生产线仿真教学

2017年信息化教学设计大赛

 

 

 

 

 

 

《自动化生产线加工站的运行仿真》

教学设计方案

 

 

 

 

 

 

 

参赛单位：天津石油职业技术学院

           参赛教师：李传文

                 参赛时间：2017年4月

 

设计摘要
教学题目	自动化生产线加工站的运行仿真
课    程	自动化设备安装与调试
学时安排	授课2课时（90分钟），学生设计4个课时。
授课地点	电气智能控制技术实验室C207
参考教材	自动化生产线拆装与调试说明书 基于2011年承担的华北油田公司的科研项目《*************》
设计依据
在自动化上产线拆装与调试中PLC编程方面，我采用了仿真教学的方式。属于2011年我承担的油田公司科研项目的应用。即将自动化生产线的某个站点通过摄像机生成的视频文件，再转换成SWF格式。要求学生我自制的SWF播放器逐帧播放，找到传感器和驱动设备工作时的关键，帧记录下每个工作过程的帧范围，并填入动作运行表中，通过运行表的的数据设计MCGS组态工程各PLC控制程序。从而达到训练学生掌握自动化生产线加工站的工作过程、组态仿真原理以及PLC控制程序设计。
教学目标
1．能力目标
（1)能使用我自制的SWF播放器找到传感器和各种执行机构的关键帧。做出本站的动作表。 （2)能够根据动作表的传感器动作关键帧设计组态工程，包括实时数据库、PLC设备端口、用户窗体，以及启动脚本和循环脚本设计。 （3)能够根据动作表的传感器动作关键帧和各种执行机构的动作关键帧，设计PLC梯形图。
2.知识目标
（1)掌握加工站的工作原理； （2)能够设计MCGS环境下的组态工程; （3)能够设计本工程的PLC控制梯形图。
3、素质目标
（1)具备一定的MCGS组态工程设计能力； （2)通过我自制的SWF播放器，提高学生的创新能力； （3)具备可编程控制器的梯形图的设计能力。
教学重点及难点
教学重点： （1)传感器动作帧的定位。 （2)MCGS组态软件DDE功能的运用。 （3)PLC图形图设计。 教学难点：PLC梯形图设计。
学情分析
（1)教学对象是电气自动化大二的学生，他们PLC基础编程已经学完和本课程同步的还有MCGS组态工程设计。 （2）自动化生产线的机械装置可以通过教材、设备参观（去图书馆自动化生产线实训室）认识装置的机械部分和气动部分、演示工作过程、采集视频录像，从中掌握自动化生产线的工作过程。 （3）在PLC实验室分析视频动画。找出传感器和执行机构的动作关键帧。 （4）设计仿真组态和PLC梯形图。
教学方法、手段
演示法教学：电气智能控制实验室有学生机14台，平均3人一台电脑，通过极域电子教室平台授课。本课程基本是软硬件结合的课程，每台电脑都连接PLC主机。教师通过屏幕广播教学控制学生的屏幕讲解PLC工程的设计步骤、梯形图设计。完后在上学生练习，教师机通过学生机监视，并指导学生完成工程。完成后的工程项目通过电子教室软件上传给教师机。教师根据实时监视学生做作业的情况以及最终的工程文件，给出平时成绩。
授课内容
一、 实训目的   1. 掌握加工单元的结构及功能。 2. 掌握S7-200PLC基本指令。 3. 掌握S7-200PLC的编程方法。 4. 熟悉加工单元的工作过程。 5. 了解传感器、气缸的工作原理。 二、实训内容   1、分析加工站 传感器和执行机构动作关键帧    打开自制的mcgsswf.exe软件，在文件栏选择加工板，此时加载了加工站的视频动画文件。   打开实训指导书，找到控制对象列表 控制对象列表 动作名称 帧范围 传感器输入 执行器件输出 料台传感器加载 0..66 M0.0  =1; Q0.4  =1 夹紧   M0.3  =1; Q0.0 = Q0.1 = Q0.2 = Q0.3 =1 移料   M0.1  =0;   移料到位   M0.2  =1; Q0.5  =Q0.6  =1；Q0.0  = Q0.2  =0 离开主轴上限   M0.5  =0   到达主轴下限   M0.4  =0；M0.5  =1 Q0.6  = Q0.5  =0 主轴返回到上限   M0.4  =1；M0.5  =0 Q0.0  = Q0.1  =0；Q0.2  = Q0.3  =1 到达主轴上线       滑台返回   M0.2  =0   滑台返回到原点   M0.1  =1; Q0.0  = Q0.2  = Q0.4  =0 松开   M0.3  =0;   移走物料   M0.0  =0;       连续点击前进一帧按钮让搬运站机器手将物料放到加工站物料台，直到机器手松开，记录下当前视频帧料台传感器加载的终止帧（66），加紧动作起始帧是上动作的终止帧+1（67），继续点击前进一帧，档观察到物料由上跳的小动作，则是加紧动作的终止帧71，移料动作动作的起始帧72，如果不确定可以按后退一帧按钮，反复仔细观察，如果确定继续观察下一动作—移料，起始帧73，挡滑台停止移动时为移料动作的终止帧。依次把所有动作完成。     2、建立组态工程     打开mcgs组态软件，新建工程，工程另存为：E盘以自己的班级和姓名为文件夹工程名为加工站。 建立实时数据库： 根据下表建立实时数据库    建立设备窗口，将PLC与mcgs连接   首先新建设备窗口，在窗口中单击鼠标右键，添加通用串口父设备和设备0-西门子——S7200PPI   双击通用串口父设备，弹出下图，修改端口号为0-COM1，数据校验方式为2-偶校验。       双击设备0-西门子——S7200PPI ，再点击设置设备内部属性， 弹出下图      将其所有删除，点击增加通道   设置6个M寄存器，作为仿真传感器。设置8个Q寄存器作为执行机构。如下图： 将PLC的寄存器与传感器或执行机构进行连接  创建用户窗口，并设为启动窗口。     右键—设为启动窗口，然后再右键—属性，窗口名称为：加工站，窗口位置：最大化显示。并确认。               双击加工站窗口，使用工具画一个圆，画一个标签，在标签处右键—该字符为“物料台检测”，   双击图形圆，在颜色动画连接下面的“填充属性”处打钩 点击上面的填充颜色，表达式处连接物料台检测 将标签和圆复制12个，按照通道连接的顺序，将传感器放到上排，执行机构放到下排。逐个修改表达式内容和对应的标签字符。 添加一个按钮，双击按钮，标题改为“启动”，点击窗体上面的操作属性，为取反，连接变量为“启动”点击确认。 编写程序脚本： 启动脚本，也就是变量初始化，在窗体处单击鼠标右键-属性，点击启动脚本       点击循环脚本，编写代码如下：下面接收数据的范围依据前面检测的数据。 点击确认。   将我自制的flash播放器与mcgs建立DDE连接设置：点击主菜单上的工具——DDE连接管理。    将“发送”变量连接DDE输出， 接收连接DDE输入 DDE连接将数据发送端定位服务节点，还要对节点进行配置，服务并填写播放器可执行程序的名称mcgsswf，该软件是VB编写的，服务节点名填写VB，VB的主窗体为Form1，点击确认，   连接项目，是VB编写的mcgsswf软件中主窗体Form1里面的文本框Text1. 下面就是该编写PLC梯形图了 根据下表设计PLC梯形图： 动作名称 帧范围 传感器输入 执行器件输出 料台传感器加载 0..66 M0.0  =1; Q0.4  =1 夹紧   M0.3  =1; Q0.0 = Q0.1 = Q0.2  = Q0.3  =1 移料   M0.1  =0;   移料到位   M0.2  =1; Q0.5  =Q0.6  =1；Q0.0  = Q0.2  =0 离开主轴上限   M0.5  =0   到达主轴下限   M0.4  =0；M0.5  =1 Q0.6 = Q0.5 =0 主轴返回到上限   M0.4  =1；M0.5  =0 Q0.0 = Q0.1 =0；Q0.2 = Q0.3 =1 到达主轴上线       滑台返回   M0.2  =0   滑台返回到原点   M0.1  =1; Q0.0 = Q0.2 = Q0.4 =0 松开   M0.3  =0;   移走物料   M0.0  =0;
学生利用4个学时的时间完成该设计，制作过程中教师通过电子教室监控观察各组完成的情况。实时进行指导，直到成功为止，最后按完成的顺序评定成绩。