浅谈光机电设备编程教学方法的特点与应用
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摘 要：光机电实习是机电一体化专业的重要课程之一，光机电设备YL235A的编程是本文研究的重点内容，如何才能使学生顺利完成编程实训课题是难点。本文以一个实训课题为例，介绍在编程教学上笔者的一些经验，与大家交流分享。
关键词：光机电 YL235A 编程 数据储存器
近年来，随着工业4.0与中国制造2025概念的提出，国家对技能人才的培养越来越重视。YL235A型号的设备可塑性强，涉及知识面广，包含电源三相五线制、变压整流、PLC应用技术、变频器应用技术、传感器技术、气压传动、直流电动机控制、三相电动机控制、机械装配等知识的应用，可模拟很多工业流程，如物料搬运、物料分拣、组合装配等，故近些年被定为＂全国职业院校技能大赛机电一体化设备安装与调试项目＂的竞赛设备，在全国各大院校中成为机电一体化专业的重要实训设备之一。本文将以一个实训课题为例，浅谈光机电设备YL235A编程教学方法的特点与应用。
一、学生在光机电实习中遇到的问题及问题分析
（一）实训课题
黑白金三种物料按照一定的组合方式可以组装成不同的工件。安装图为YL235A标准图（即物料由料盘转出、经机械手搬运至皮带、自左向右运送、依次路过ABC三个斜槽）。
按下试运行按钮，气缸ABC依次做出伸出缩回的顺序动作。C气缸缩回后电动机以中速35 Hz的频率反转启动，皮带运行10 秒后停止，进入运行模式。
按下运行按钮后，设备启动，料盘旋转，将物料从料盘中依次送至料台，当料台传感器检测到物料时，料盘停止转动，机械手将物料搬运到皮带机下料口处，皮带机按低速20 Hz的速度从A→C方向运行，将物料送至某需要该料的工位。
斜槽A是组装工件一的工位，要求送入的物料是黑白金的顺序组合;斜槽B是组装工件二的工位，要求送入的物料是金白的无序组合;料槽C是废料回收站，不符合工件一和工件二要求的物料被送入该处进行回收再利用。
按下停止按钮后，直接停止。
（二）学生在实训中遇到的问题
学生在YL235A光机电设备上可完成机械装配、电路连接、PLC编程等方面的实训课题。机械装配和电路连接的实训课题重在锻炼学生的动手能力和坚持不懈的耐力，PLC编程的实训课题重在锻炼学生的逻辑思维能力，使学生掌握分析问题和解决问题的方法。
参与本次实习的学生，都有一定的PLC入门基础，对PLC原理有一定的了解，能正确完成PLC的电路接线，能正确使用PLC编程软件的基本指令和常用的软元件（输入X、输出Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、数据存储器D等），能完成基础的电动机控制电路编程任務（电动机的点动控制电路、正反转控制电路、顺序控制电路、降压控制电路等等），但这些实训课题之前都是在PLC模拟控制箱上完成的。这次实训中，学生第一次接触到光机电设备YL235A编程实训课题，他们需要编程控制的设备由PLC模拟控制箱转变成实体装置，由之前大量按钮和只有基本开关的LED灯，转变成各式各样的传感器（红外线传感器、光纤传感器、磁敏传感器等）、能控制气缸伸缩的电磁阀、能发出声音的蜂鸣器、能控制三相异步电动机正反转及调速的变频器，以及配套的设备部件机械手、料盘、皮带等等。
学生在着手完成课题过程中，会出现三类问题：第一类是刚接触设备时，无从下手，无法把已掌握的知识应用在这套设备上;第二类是在完成编程课题过程中，出现一些路线选择不合理的问题（如机械手臂在抓取物料时是先伸出再下降，还是先下降再伸出）;第三类是在程序运行时，发生一些编程逻辑错误，导致不能顺利地完全完成课题任务。
二、针对不同类别的问题的解决方法
（一）对于出现第一类问题的学生
首先，向学生介绍传感器和电磁阀等设备，使他们深刻理解什么是PLC的输入和输出控制，并能准确地分辨出哪些是输入设备、哪些是输出设备;然后逐一演示这些传感器及电磁阀的使用方法及效果，使学生能直观地认识到这些新接触的设备和之前学习过的PLC模拟控制箱中的按钮和LED灯在本质上的同一性。这样能使学生把已学知识应用到实践中。通过这一环节，能使学生对理论知识进一步强化，做到理论联系实际，从而完成编程实训课题的基础训练。
（二）对于出现第二类问题的学生
要求学生以组队的形式运用已掌握的知识去解决这一实训课题，充分发挥学生的主体作用。这时教师的主要任务是巡回辅导，对容易存在安全用电隐患、可能发生机械碰撞的部分予以警示，同时引导各组学生做出多种路线的选择，通过进行各种路线的效果对比，来分析为什么要进行＂路线优化＂以及＂路线优化＂在工业生产中的重要性，使学生切身体会到在完成同样任务的情况下，路线不同效果有很大差别。在这个环节中，优先引导学生通过自己或团队的智慧来解决大部分问题，这样能使学生熟练掌握PLC编程在工厂工作设备中的应用方法，有利于拓展学生的想象力，提高其逻辑思维能力，还能培养学生的团队合作精神。同时，可以启发学生在今后做出选择判断时，多思考是否还有更合适的方法。
（三）对于出现第三类问题的学生
在实训过程中笔者发现，学生基本上都是在＂组合装配＂这一环节发生编程逻辑错误的，可能会出现以下几种不合理的情况：不能完成工件A和工件B的装配，只有少部分物料能按要求送到;能完成工件A的装配，但不能完成工件B的装配;能完成工件B的装配，但不能完成工件A的装配;能同时完成工件A和工件B的装配，但仅限一套或少数几套以及程序不能形成很好的循环等其他错误。综合上述情况，学生们的编程思路大体为如下两种。
第一种是只使用一些基本指令，主要以计数器C为主，定时器T及其他基本指令为辅。先使用一些计数器的排列组合方式，来解决物料类型的辨别问题，然后再使用大量的计数器，对照各工位对物料的需求，进行不同的排列组合，最终将物料送至相应工位。这种思路的优势是编程时基本用不到功能指令，不需要对太多的功能指令去记忆和理解，但缺点是编程时必须构建一张庞大的逻辑思维网络，将每一种排列组合方式都考虑到并制定相应的解决方案，其中的复杂逻辑是最容易出错的地方。大部分学生在考虑排列组合时，总会漏掉一些排列组合，有的少考虑几种情况，有的漏缺几个复位，有的排序的先后顺序有误等等，而且修改起来较难，牵一发而动全身，导致前几块物料都能准确地送到，但很快就会出现错送、漏送的情况。
第二种是使用一些功能指令，甚至是一些生僻难懂的功能指令。这种组合方法的好处是不需要太复杂的思维构图，编程的步数也较少，但缺点是在使用功能指令时，很多学生对其原理及用法并没有完全搞明白，只知其然而不知其所以然，最终程序在执行和跳转时，莫名地发生一些故障，而且难以排除，致使有些功能指令有效，有些则无法实现。
为了拓宽学生的思路，教师应给学生提供一种新的解决方案，如提出一个＂用数字来解决问题＂的编程思路，即通过数据寄存器D和比较指令相互配合来做到识别物料并将物料运送到指定工位：通过传感器检测状态，使数据寄存器D中存储不同的数据，再比较这些数据值，来决定下一步选择什么流程。这种方法的特点是使用常用的基本指令和少量简单易懂的功能指令，基本不会发生功能指令错用、误用的情况，在设计流程图时思路清晰明了，在识别物料时简单易懂，在完成工件装配时无须过多的排列组合，学生学起来容易上手，正确率也高。
通过拓展思路，为学生提供新的思维方法，使学生对已学过的一些知识有新的认识，拓展了这些知识的应用方向，开拓了学生的思维，使学生在顺利完成编程实训课题的同时，还能认识到知识具有延伸性和交互性，对学过的知识可以从多方面去应用。
三、小结
随着工业技术的不断进步，光机电设备不断更新，将会增加更多模块，PLC编程技术也会更趋复杂。如何引导学生拥有一套自己的编程思路去解决各类问题显得格外重要。在学生学习PLC编程时，既要引导他们思考，总结出适合自己的一套方法，又要适当地予以矫正，针对一些复杂易错的部分给学生提供一些新的思维方法，这样才能使学生形成完成不同任务的灵活思维。