PLC應(yīng)用技術(shù) 教案 項(xiàng)目八 灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

PLC控制技術(shù)（西門子）項(xiàng)目八專項(xiàng)應(yīng)用配套教案機(jī)械工業(yè)出版社項(xiàng)目八灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)（理論）課題灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)理論課時(shí)2周次項(xiàng)目序號(hào)教學(xué)分析知識(shí)目標(biāo)了解灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程；掌握PLC相關(guān)指令的應(yīng)用方法；掌握常用傳感器的基本原理及使用方法。能力目標(biāo)能夠安裝灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的電氣線路；能編寫PLC控制程序并調(diào)試程序使其滿足控制要求；能夠?qū)ιa(chǎn)線的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控、管理并解決實(shí)際問(wèn)題。思政目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通協(xié)作能力；引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)責(zé)任和環(huán)保問(wèn)題，使學(xué)生樹(shù)立綠色生產(chǎn)的理念。重點(diǎn)遞增、遞減指令的使用方法難點(diǎn)樣例程序的調(diào)試方法學(xué)法指導(dǎo)學(xué)情分析同學(xué)們之前學(xué)習(xí)過(guò)PLC的基本指令及部分應(yīng)用指令，也可以完成一些簡(jiǎn)單項(xiàng)目的接線、編程調(diào)試；本項(xiàng)目學(xué)習(xí)時(shí)采用任務(wù)引領(lǐng)，小組合作、理實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)任務(wù)引導(dǎo)同學(xué)們由理論到實(shí)踐，再通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)遞增、遞減、計(jì)數(shù)、比較等指令，實(shí)現(xiàn)灌裝生產(chǎn)線的控制。教法選擇案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法教具學(xué)具PLC、多媒體視頻、課件教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課近年來(lái)，我國(guó)的飲料市場(chǎng)發(fā)展迅速，包括碳酸飲料，果汁、蔬菜汁飲料，乳品飲料、瓶裝礦泉水、茶飲品等在內(nèi)各種飲料不斷發(fā)展。隨著各種飲料產(chǎn)量上的不斷增加，使生產(chǎn)飲料的各種設(shè)備也變得火熱起來(lái)。灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是將液體產(chǎn)品裝入固體容器中，并在容器外貼上標(biāo)簽，此系統(tǒng)需高速高精確的灌裝工藝、傳輸帶連續(xù)給料、高速準(zhǔn)確貼標(biāo)等性能，一般應(yīng)用于各種液體、膏體、半流體等物料的清洗、灌裝、旋蓋、貼標(biāo)、噴碼等工作。教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)目的場(chǎng)景引入圖片、視頻展示各種灌裝生產(chǎn)線的工作場(chǎng)景1.視頻、圖片展示灌裝生產(chǎn)線。問(wèn)題1：灌裝生產(chǎn)線的工作任務(wù)有哪些？問(wèn)題2：PLC如何感知灌裝線中已灌裝的和正在灌裝中的數(shù)量。2.觀看視頻，分組討論生活情境引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高學(xué)生積極探索新知能力以及小組合作意識(shí)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)目的一、遞增指令和遞減指令1.遞增指令遞增指令是對(duì)輸入值IN加1并將結(jié)果輸入OUT中。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象的不同，200SMART中共有3種遞增指令，分別是字節(jié)型遞增INC_B、字型遞增INC_W和雙字型遞增INC_DW，如圖8-2所示。需要注意的是：字節(jié)遞增(INC_B)運(yùn)算為無(wú)符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為0到255；字遞增(INC_W)運(yùn)算為有符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為-32768到+32767；雙字遞增(INC_DW)運(yùn)算為有符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為-2147483648到+2147483647。遞減指令遞減指令是對(duì)輸入值IN減1并將結(jié)果輸入OUT中。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象的不同，200SMART中共有3種遞減指令，分別是字節(jié)型遞減DEC_B、字型遞減DEC_W和雙字型遞減DEC_DW，如圖8-4所示。和遞增指令一樣：字節(jié)遞減(DEC_B)運(yùn)算為無(wú)符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為0到255；字遞減(DEC_W)運(yùn)算為有符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為-32768到+32767；雙字遞減(DEC_DW)運(yùn)算為有符號(hào)運(yùn)算，其數(shù)據(jù)范圍為-2147483648到+2147483647。1.教師講解指令的功能2.講解之后教師將指令應(yīng)用的程序輸入到編程軟件中并下載到PLC中運(yùn)行3.教師運(yùn)行PLC程序，演示給學(xué)生看程序運(yùn)行的效果。（1）遞增遞減4.教師讓學(xué)生分組學(xué)習(xí)討論，每組派一個(gè)代表進(jìn)行講解例題。并根據(jù)學(xué)生講解情況進(jìn)行更正及總結(jié)。1.學(xué)生聽(tīng)完教師的講解后，在老師給出的程序上進(jìn)行分析并講解原理。2.學(xué)生將老師給出的程序自己輸入到PLC中并運(yùn)行，觀察程序執(zhí)行情況。小組討論比較指令格式及數(shù)據(jù)類型每組派一名代表發(fā)言理論與實(shí)踐相結(jié)合，講完學(xué)完接著進(jìn)行練習(xí)分析，讓學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握更牢固通過(guò)學(xué)生自習(xí)，小組討論，讓學(xué)生能夠各抒己見(jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力及小組合作的精神。老師及時(shí)總結(jié)給正確答案加以強(qiáng)化，使學(xué)生能夠記憶深刻。二、傳感器的基本工作過(guò)程和使用方法1.光電式傳感器的基本工作過(guò)程其主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測(cè)物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)光接收器的量將會(huì)發(fā)生變化。光接收器的敏感元件將檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，進(jìn)行輸出。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)色來(lái)判斷顏色）和紅外光。按照接收器接收光的方式的不同，光電式接近開(kāi)關(guān)可分為對(duì)射式、反射式和漫射式3種。2.光電傳感器的接線方法光電式傳感器是三線制傳感器，其接線方法采用漏型輸入。傳感器接線如圖8-6所示，傳感器棕色線接DC2V電源的正極、藍(lán)色線接DC24V電源的負(fù)極、黑色線接PLC的輸入端。3.磁性開(kāi)關(guān)的安裝及使用磁性開(kāi)關(guān)是用于檢測(cè)氣缸的活塞桿位置，磁性開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“1”，LED亮；磁性開(kāi)關(guān)不動(dòng)作時(shí)，輸出信號(hào)“0”，LED不亮。4.磁性開(kāi)關(guān)的接線方法磁性開(kāi)關(guān)是二線制傳感器，其接線方法采用漏型輸入。傳感器接線如圖8-8所示，傳感器棕色線接PLC輸入端、藍(lán)色線接PLC輸入的公共端（輸入DC24V電源負(fù)極）。教師講解傳感器的基本工作原理教師講解傳感器的接線方法學(xué)生按照老師提供的接線方法對(duì)傳感器進(jìn)行接線4.教師讓學(xué)生分組學(xué)習(xí)討論，每組派一個(gè)代表進(jìn)行講解例題。并根據(jù)學(xué)生講解情況進(jìn)行更正及總結(jié)。1.學(xué)生聽(tīng)完教師的講解后，分組相互講解原理。2.學(xué)生按照老師指導(dǎo)的接線方法進(jìn)行傳感器的接線。3.觀察傳感器的使用現(xiàn)象。小組討論傳感器的不同類型；不同傳感器的接線方法。理論與實(shí)踐相結(jié)合，講完學(xué)完接著進(jìn)行練習(xí)分析，讓學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握更牢固通過(guò)學(xué)生自習(xí)，小組討論，讓學(xué)生能夠各抒己見(jiàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力及小組合作的精神。老師及時(shí)總結(jié)給正確答案加以強(qiáng)化，使學(xué)生能夠記憶深刻。課堂小結(jié)1.掌握遞增、遞減指令的使用方法；2.掌握常用傳感器的接線方法。3.了解光電傳感器、磁性開(kāi)關(guān)的工作現(xiàn)象。作業(yè)布置牢記并默寫遞增、遞減指令；查看任務(wù)的控制要求，了解系統(tǒng)的輸入輸出要點(diǎn)，為實(shí)訓(xùn)做好備;教學(xué)后記項(xiàng)目四霓虹燈控制系統(tǒng)教案（實(shí)訓(xùn)）項(xiàng)目名稱灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課時(shí)4周次項(xiàng)目序號(hào)實(shí)訓(xùn)目標(biāo)掌握PLC控制灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)的外部接線及操作；2.學(xué)會(huì)PLC編寫PLC控制灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)程序，能完成程序的調(diào)試；3.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作的規(guī)范意識(shí)、節(jié)約意識(shí)，強(qiáng)化安全意識(shí)。作業(yè)準(zhǔn)備各組長(zhǎng)按照器材列表準(zhǔn)備實(shí)訓(xùn)器材技術(shù)要求準(zhǔn)確設(shè)置PLC參數(shù)；合理進(jìn)行I/O分配；注意事項(xiàng)1、通電調(diào)試前一定先用萬(wàn)用表測(cè)量確保各線路連接完好無(wú)誤。2、梯形圖無(wú)誤。實(shí)訓(xùn)時(shí)間40分鐘評(píng)分準(zhǔn)備項(xiàng)目?jī)?nèi)容評(píng)估內(nèi)容評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)配分學(xué)生自評(píng)學(xué)生互評(píng)教師評(píng)價(jià)專業(yè)技能知識(shí)掌握情況1.能掌握傳感器的基本工作原理得3分；2.能掌握遞增及遞減指令得4分；3.了解系統(tǒng)的工作過(guò)程及要點(diǎn)得3分。10前期準(zhǔn)備和安全檢查1.未檢查電動(dòng)機(jī)狀況扣2分；2.未檢查器件狀況扣2分；3.未檢查確認(rèn)量工、量具扣2分；4.未檢查確認(rèn)耗材扣2分；5.未清潔工位扣2分。10元器件安裝1.不按圖紙安裝扣5分；2.元件安裝不牢固,每只扣2分；3.元件安裝不整齊、不勻稱、不合理,每只扣2分4.損壞元件扣5分；5.走線槽安裝不符合要求,每處扣1分。10電路安裝工藝1.錯(cuò)、漏、多接一根線扣5分；2.導(dǎo)線沒(méi)有使用插針每處扣1分；3.連接的導(dǎo)線沒(méi)有套打印的號(hào)碼管每處扣1分；4.損傷導(dǎo)線絕緣或線芯,每根扣4分；5.接地線不完整扣10分；6.多余的導(dǎo)線沒(méi)有放入線槽每處扣3分；7.配線不美觀、不整齊、不合理,每處扣2分。20程序檢查與運(yùn)行不能按照控制要求實(shí)現(xiàn)功能每處扣2分。20方法自主學(xué)習(xí)能力預(yù)習(xí)及做好上課準(zhǔn)備5理解、總結(jié)能力能正確理解任務(wù)，善于總結(jié)5創(chuàng)新能力選用新方法、新工藝效果好5職業(yè)素養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力積極參與、小組協(xié)作5語(yǔ)言表達(dá)能力觀點(diǎn)表達(dá)清楚，展示效果好5安全操作能力1.未穿工作服扣1分；2.未清潔、未歸位工、量具扣2分；3.操作過(guò)程損壞元器件或工量具、有安全隱患扣2分。5合計(jì)100教法選擇項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教具學(xué)具課件、編程軟件、PLC等操作步驟（詳寫）活動(dòng)一：在教師引領(lǐng)、實(shí)訓(xùn)組長(zhǎng)示范下，按任務(wù)規(guī)范要求，進(jìn)行單項(xiàng)技能訓(xùn)練（3課時(shí)）任務(wù)1：確定I/O分配表（5分鐘）輸入輸出PLC地址元器件符號(hào)功能說(shuō)明PLC地址元器件符號(hào)功能說(shuō)明I0.0S1一級(jí)傳輸帶A點(diǎn)光電傳感器Q0.0KM1一級(jí)傳輸帶運(yùn)行I0.1S2一級(jí)傳輸帶B點(diǎn)光電傳感器Q0.1KM2二級(jí)傳輸帶運(yùn)行I0.2S3壓蓋機(jī)壓蓋點(diǎn)光電傳感器Q0.2KA1灌裝機(jī)料閥打開(kāi)I0.3S4二級(jí)傳輸帶C點(diǎn)光電傳感器Q0.3YV1壓蓋機(jī)氣缸伸出I0.4S5二級(jí)傳輸帶D點(diǎn)光電傳感器Q0.4YV2壓蓋機(jī)氣缸縮回I0.5S6貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)點(diǎn)光電傳感器Q0.5YV3貼標(biāo)機(jī)氣缸伸出I0.6S7壓蓋機(jī)氣缸上限傳感器Q0.6YV4貼標(biāo)機(jī)氣缸縮回I0.7S8壓蓋機(jī)氣缸下限傳感器Q0.7KA2機(jī)械手動(dòng)作信號(hào)I1.0S9貼標(biāo)機(jī)氣缸上限傳感器Q1.0I1.1S10貼標(biāo)機(jī)氣缸下限傳感器Q1.1I1.2S11一級(jí)傳輸帶末端光電傳感器Q1.2任務(wù)2：閱讀電氣原理圖（10分鐘）任務(wù)3：電氣線路的安裝與測(cè)量（60分鐘）（1）安裝元器件的技術(shù)規(guī)范1).安裝前必須檢查元器件有無(wú)損壞。2).安裝要橫平豎直，各器件留有一定的間距。3).不同電壓等級(jí)的器件要分開(kāi)安裝。4).PLC要遠(yuǎn)離干擾源。5).元器件的安裝要牢固可靠。（2）電氣線路安裝的要求1）.布線橫平豎直、不凌亂、不架空，導(dǎo)線連接可靠、不松動(dòng)；2）.導(dǎo)線顏色、線徑使用正確；3）.導(dǎo)線兩端均使用冷壓插針、不傷線芯、不破皮、不露銅；4）.連接的導(dǎo)線套有寫有編號(hào)的號(hào)碼管；5）.導(dǎo)線正確進(jìn)線槽，線槽外過(guò)長(zhǎng)的要使用纏繞管；6）.接地可靠、完整。（3）測(cè)量電路測(cè)量電路正確性的目的是為通電調(diào)試做好準(zhǔn)備，排除接線可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，杜絕安全事故的發(fā)生。應(yīng)測(cè)量的部位：電源部分、終端電路部分、輸入電路部分、輸出電路部分。任務(wù)4.組態(tài)觸摸屏（15分鐘）圖8-10觸摸屏界面表2觸摸屏控件與PLC地址對(duì)照表序號(hào)控件名稱PLC地址數(shù)據(jù)類型1“啟動(dòng)系統(tǒng)”按鈕M10.0位2“停止系統(tǒng)”按鈕M10.1位3“已灌裝瓶數(shù)”數(shù)據(jù)顯示VW112整型4“已壓蓋瓶數(shù)”數(shù)據(jù)顯示VW114整型5“已貼標(biāo)瓶數(shù)”數(shù)據(jù)顯示VW116整型6“已裝箱瓶數(shù)”數(shù)據(jù)顯示VW108整型7“已裝箱箱數(shù)”數(shù)據(jù)顯示VW110整型8灌裝參數(shù)設(shè)置VW100整型任務(wù)5：編寫程序并調(diào)試（45分鐘）（1）圖8-11為系統(tǒng)啟動(dòng)程序，M10.0是觸摸屏中“系統(tǒng)啟動(dòng)”按鈕、M10.1是觸摸屏“系統(tǒng)停止”按鈕。圖8-11啟動(dòng)控制程序（2）圖8-12為一級(jí)傳輸帶和二級(jí)傳輸帶的驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)啟動(dòng)后Q0.0和Q0.1同時(shí)得電，一級(jí)傳輸帶和二級(jí)傳輸帶同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)處于灌裝（M1.0得電）、壓蓋（M1.1得電）、貼標(biāo)（M1.2得電）時(shí)，線圈斷電、傳輸帶停止。圖8-12一級(jí)傳輸帶和二級(jí)傳輸帶的驅(qū)動(dòng)程序（3）圖8-13為統(tǒng)計(jì)一級(jí)傳輸帶上的瓶數(shù)，首端（A點(diǎn)）光電傳感器檢測(cè)到瓶放入后VW104加一、末端光電傳感器檢測(cè)到瓶到達(dá)整理平臺(tái)后VW104減一。圖8-13統(tǒng)計(jì)一級(jí)傳輸帶上的瓶數(shù)程序（4）圖8-14為灌裝程序，B點(diǎn)光電傳感器檢測(cè)到空瓶達(dá)到灌裝位置后，打開(kāi)料閥進(jìn)行灌裝，灌裝的容量由觸摸屏進(jìn)行設(shè)置（VW100），用時(shí)間繼電器T37控制灌裝的時(shí)間，灌裝完成后VW112加一。圖8-14灌裝控制程序（5）圖8-15為壓蓋程序，壓蓋機(jī)壓蓋點(diǎn)傳感器檢測(cè)到瓶子后，驅(qū)動(dòng)壓蓋機(jī)氣缸下降對(duì)瓶子進(jìn)行壓蓋。壓蓋氣缸到達(dá)下限后，延時(shí)2秒再自動(dòng)返回到上限，完成壓蓋工作。圖8-15壓蓋機(jī)壓蓋控制程序（6）圖8-16為整理平臺(tái)的瓶數(shù)統(tǒng)計(jì)及機(jī)械手的控制程序。當(dāng)整理平臺(tái)上的瓶數(shù)大于0且二級(jí)傳輸帶上的瓶數(shù)小于10時(shí)，機(jī)械手即動(dòng)作開(kāi)始搬運(yùn)瓶子。Q0.7是送給工業(yè)機(jī)器人的控制信號(hào)，每3秒一個(gè)控制周期。圖8-16整理平臺(tái)的瓶數(shù)統(tǒng)計(jì)及機(jī)械手的控制程序（7）圖8-17為統(tǒng)計(jì)二級(jí)傳輸帶上的瓶數(shù)，首端（C點(diǎn)）光電傳感器檢測(cè)到瓶放入后VW106加一、末端光電傳感器檢測(cè)到瓶到達(dá)整理平臺(tái)后VW106減一。圖8-17整理平臺(tái)的瓶數(shù)統(tǒng)計(jì)及機(jī)械手的控制程序（8）圖8-18為貼標(biāo)程序，貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)點(diǎn)傳感器檢測(cè)到瓶子后，驅(qū)動(dòng)貼標(biāo)機(jī)氣缸下降對(duì)瓶子