自动化生产线安装与调试的教学体会与思考
摘 要：自动化生产线安装与调试是一门综合性较强的课程，它涵盖了机电一体化专业的大部分专业课程。本文介绍了该门课程的教学设计，阐述了笔者的教学体会和思考。
关键词：自动化生产线安装与调试 项目教学 课程设计
天津龙洲科技有限公司的自动化生产线实训系统是一套模拟实际自动化生产线的教学设备，它囊括了绝大部分工业生产中所涉及的应用技术，是一个从综合控制中心到自动加工系统，经自动生产线装配，再到质量检测系统，最后进行物流仓储的闭环式可循环系统。此实训系统的总控平台采用西门子公司的profibus现场总线通信系统，选用了西门子的S7-300PLC作主站控制器，S7-200PLC作从站控制器，配备了Step7编程软件和WINCC监控软件等。14个单元分别是：上料单元、下料单元、加盖单元、穿销单元、模拟单元、图像识别单元、换向单元、机器人单元、加工单元、废品单元、物流仓储单元、分拣单元、液压单元、检测单元。
笔者在基于该实训设备的自动化生产线安装与调试课程中，实施项目教学，使学生的理论知识和实际操作相结合，提高学生解决实际问题的能力。
一、课程内容设计
该课程的最大特点就是综合性较强，有机地融合了多种技术。由于此实训系统的各个单元既可以独立运行，又可以由总站整体控制，所以笔者采用项目教学法，将实训系统的每一个单元作为一个教学项目，按照自动化生产线实训系统的工作过程，设计了16个教学项目。学生先进行单站的学习，教师由浅入深地讲解相关知识点，从而让学生先了解各个单元的功能和结构，再通过一个个小项目逐步掌握全部的相关知识。
1.教学项目1：上料单元的安装与调试
上料单元将工件从料槽中取出，并送入下料单元。通过此单元的安装与调试，使学生掌握电工工具的使用，识读电气原理图和气动控制回路图，掌握用PLC控制步进电动机的方法，能够对本单元进行安装与调试。
2.教学项目2：下料单元的安装与调试
下料单元储存一定数量的工件，当移动工作托盘到达下料单元设定工位时，将储存的工件放入托盘中。通过此单元的安装与调试，学生能够掌握直流电动机的控制方法，对本单元常见的故障进行排除。
3.教学项目3：机器人单元的操作与维护
机器人从托盘中抓取工件，送入加工单元进行加工，加工完毕后，从加工单元重新取出，再放入托盘。通过本单元的操作与维护，学生学会工业机器人运行控制，能排除常见故障。
4.教学项目4：加工单元的安装与调试
本单元完成对工件的加工，通过此单元的安装与调试，使学生掌握数控机床的使用方法。
5.教学项目5：加盖单元的安装与调试
加盖单元将工件从上盖料槽中取出上盖，并完成装配。通过此单元的安装与调试，学生学会用PLC控制电动机正反转，能够排除加盖单元常见故障。
6.教学项目6：穿销单元的安装与调试
穿销单元将工件销钉从销钉料槽中取出，并进行装配。通过此单元的安装与调试，学生掌握电磁阀和双作用汽缸等气动元件的使用，并能够排除穿销单元常见故障。
7.教学项目7：检测单元的安装与调试
检测单元运用多种检测传感装置对装配好的产品进行检测，并将最后检测结果送至PLC进行处理，以此作为后续站分拣单元控制方式选择的依据。通过此单元的安装与调试，学生学会电容式、电感式、光电式传感器及色彩标志检测器等的使用，能够排除检测单元常见故障。
8.教学项目8：换向单元的安装与调试
换向单元是将前站传送过来的托盘及组装好的工件产品经换向、提升等流程，将其送至传送带向模拟传送。通过此单元的安装与调试，学生综合掌握气路的搭建与控制、传感器信号的采集、电动机正反转的控制。
9.教学项目9：模拟单元的安装与调试
模拟单元完成对工件的模拟喷漆，即在工件表面喷涂油漆，并加热烘干。通过此单元的安装与调试，使学生学会用PLC控制加热炉加热和用温度传感器测量炉内温度，掌握PLC模拟量模块的使用，能够排除模拟单元常见故障。
10.教学项目10：液压单元的安装与调试
液压单元通过液压系统实现对产品的盖章操作。通过此单元的安装与调试，使学生掌握比例溢流阀、液压缸、压力传感器、流量传感器的使用，能够排除液压单元常见故障。
11.教学项目11：图像识别单元的安装与调试
图像识别单元运用电脑识别技术，对液压单元传送来的工件，通过图形摄影系统采集产品的当前画面，并与原设置合格产品进行比较，判断产品质量是否合格。我们通过此单元的安装与调试，使学生了解图像识别系统的设置和应用，熟悉接口设置，了解图像识别系统和PLC系统的连接方法。
12.教学项目12：分拣单元的安装与调试
分拣单元根据检测单元的检测结果，用气动机械手对产品进行分拣，质量符合要求的产品随托盘进入物流仓储单元；不符合要求的产品被送入废品单元。通过此单元的安装与调试，学生掌握摆动汽缸、双作用汽缸、真空吸盘等气动元件的使用，能够排除分拣单元常见故障。
13.教学项目13：废品单元的安装与调试
废品单元将质量不符合要求的产品放入废料单元的废品输送道内。当废品道上的传感器检测到有产品，PLC将控制变频器驱动输送电动机，把废品送到废品区。通过此单元的安装与调试，学生掌握变频器的使用。
14.教学项目14：物流仓储单元的安装与调试
物流仓储单元根据检测单元对销钉材质的检测结果，将工件分类入库。通过此单元的安装与调试，学生学会步进和伺服电动机的控制方法，能够排除物流仓储单元常见故障。
15.教学项目15：自动线的编程与调试
利用PLC技术和现场总线通信技术，实现对所有单元的联网与监控，学生学会生产线的组建和网络的建立。
16.教学项目16：上位机的编程与调试
利用组态软件WINCC对生产线进行监控，学生掌握组态软件的使用。
二、课程考核
本课程采用理论考试和实践考试相结合的考核方式。理论考试采用试卷的方式，主要考查学生对基础知识的掌握情况；实践考试贯穿于整个课程的项目教学活动中，学生每完成一个项目就马上进行操作考试，所有项目考核成绩相加即是学生实践考试的成绩。这种考核方式有效地调动了学生的学习积极性，使学生明确知道自己哪个地方没有学好，并会努力在下一个项目的考核中有更好的表现。
为了进一步提高学生的学习积极性，增强学生就业的竞争力，本课程还与考证相结合。如果学生考取了可编程控制器系统设计师高级证书，考试成绩加10分，这样就更有效地激发了学生的学习积极性。
三、小结
自动线安装与调试是笔者学校机电一体化专业的核心课程。此课程模拟真实的工作环境，与企业的技能要求对接。在教学中采用项目教学的教学方式，让学生边学边练、学做合一，能有效提高学生的学习积极性和主动性。
参考文献：
[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]吕景泉.自动化生产线安装与调试（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2009.
[3]姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究[M].北京：清华大学出版社，2007.
（作者单位：江苏建筑职业技术学院）