《自动化生产线安装与调试》-教案3模块三柔性生产线加工单元设计与调试

**************学院教案副页课程名称自动化生产线安装与调试授课学时2授课日期授课班级授课地点项目名称模块三柔性生产线加工单元设计与调试任务名称任务1：硬件设备安装与调试教学目标知识目标了解加工单元的工作过程掌握加工单元的结构及安装方法能力目标能够正确安装加工单元的机械组件、调整传感器位置素质目标具备较细致的观察和学习能力具备较强的动手能力教学重点加工单元的结构及组成加工单元的传感器和气动元件解决办法查阅工作手册等相关资料教师引导小组讨论，分工合作教师巡回指导教学难点机械组装教学手段板书、多媒体、线上资源、教材配套微课视频等教学方法教师示范、小组讨论、实操训练教学环境PLC实训室、自动化生产线实训室教学资源教材及配套微课视频、智慧树线上课程资源、网络资源、视频、动画教学过程1）小组展示各自查找的关于不同流水线的工作过程及应用的技术并进行讨论。2）观看视频了解加工单元的工作流程。3）学习加工单元的结构及组成4）熟悉加工单元的传感器及气动元件。教学环节（时间）教学内容教师活动（主导）学生活动（主体）课前1）观看加工单元的工作过程视频；2）查找关于传感器的种类及功能；3）查找气动元件的功能及种类；4）观看加工单元的组装过程。平台发布学习资源及任务完成教师分配的任务，平台上学习、互相讨论、查阅资料。课中一、加工单元的工作过程加工单元是工件处理单元之一，在整个系统中，起着对输送站送来工件进行模拟冲孔处理或工件冲压等作用。加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。二、加工单元的结构加工单元装置侧主要结构组成为：加工台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端子排组件，底板等。1）加工台及滑动机构加工台用于固定被加工件，并把工件移到加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。它主要由气动手爪、手指、加工台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。滑动加工台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出，加工台气动手指张开的状态。当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧→加工台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→加工台重新伸出→到位后气动手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。为下一次工件到来加工做准备。2）加工（冲压）机构加工机构用于对工件进行冲压加工。它主要由冲压气缸、冲压头、安装板等组成。冲压台的工作原理是：当工件到达冲压位置时，即伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲压缸伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压缸缩回，为下一次冲压做准备。冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲头安装在冲压缸头部。安装板用于安装冲压缸，对冲压缸进行固定。三、加工单元的检测元件1.漫射式光电传感器：用来检测工件不足或工件有无是漫射式放大器内置型光电接近开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出）。主要用于物料台工件检测。动作选择开关的功能是选择受光动作(Light)或遮光动作(Drag)模式。2.磁性开关:气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，用于提供反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。3.传感器接线原理图：1）磁性开关原理图如下所示：2）光电开关的接线原理图四、实操训练1）小组合作拆卸加工单元的机械部分2）小组协作完成加工单元的机械组装3）根据以下安装调试单，总结归纳调试过程中存在的问题及解决方案，优化安装方案。播放加工单元动作视频，引导学生观察并分析加工单元的控制要求提出问题：供料单元由哪几部分组成？给出正确答案，并留白思考引导学生观察加工单元的气缸有几种？查阅资料了解其功能及特点提问：加工单元有几个传感器？它们是什么类型的传感器？在加工单元中的功能？展示传感器的外观结构示范传感器的安装步骤和调试方法。展示磁性开关的外形及其在加工单元中的应用讲解磁性开关的工作原理及安装调试规范讲解光电开关、磁性开关的引线及功能示范接线操作流程及规范引导学生发现问题并给出答案示范传感器电气图形符号的画法讲解并引导学生画图播放加工单元的组装视频；讲解安装过程中的注意事项。引导学生按照操作规范完成，并做好记录。观看视频小组讨论仔细观察小组讨论回答问题仔细观察，深入思考，回答问题。查阅相关资料小组讨论学习加工单元传感器的工作原理、引线功能及接线方法小组协作组装实操发现问题并寻求解决方案小组讨论并记录操作过程，总结归纳操作规范，优化安装方案。课后1）查阅相关传感器的资料，了解传感器引线功能及接线方法；2）查阅电路接线规范和标准；3）查找相关电工工具的使用方法；4）做好总结归纳的笔记发布相关任务要求，引导学生自主学习小组讨论完成课后任务、提出疑虑并找到解决方案效果分析教学反思与诊改教学改革与创新

**************学院教案副页课程名称自动化生产线安装与调试授课学时2授课日期授课班级授课地点项目名称模块三柔性生产线加工单元设计与调试任务名称任务2：控制线路连接与查验教学目标知识目标掌握IO信号分配的规则及原理图绘制方法与技巧能力目标能够规范绘制原理接线图能够按图接线并正确查验电路素质目标具备较细致的观察和学习能力具备较强的动手能力教学重点电路接线原理图绘制电路连接方法与技巧电路查验方法和技巧解决办法查阅工作手册等相关资料教师引导小组讨论，分工合作教师巡回指导教学难点电路连接及查验教学手段板书、多媒体、线上资源、教材配套微课视频等教学方法教师示范、小组讨论、实操训练教学环境PLC实训室、自动化生产线实训室教学资源教材及配套微课视频、智慧树线上课程资源、网络资源、视频、动画教学过程1）小组讨论并确定IO信号分配表。2）小组讨论、查阅绘图规范，正确绘制电路接线原理图。3）小组协作完成电路的连接工作。4）小组协作完成电路查验工作。教学环节（时间）教学内容教师活动（主导）学生活动（主体）课前1）观看加工单元的工作过程视频；2）查找关于传感器的种类及功能；3）查找气动元件的功能及种类；4）观看加工单元的组装过程。平台发布学习资源及任务完成教师分配的任务，平台上学习、互相讨论、查阅资料。课中一、加工单元的IO信号分配加工单元装置侧的接线端口上各电磁阀和传感器的引线布置如表接线时应注意，装置侧接线端口中，输入信号端子的上层端子（+24V）只能作为传感器的正电源端，切勿用于电磁阀等执行元件的负载。电磁阀等执行元件的正电源端和0V端应连接到输出信号端子下层端子的相应端子上。装置侧接线完成后，应用扎带绑扎，力求整齐美观。根据工作单元装置的I/O信号分配和工作任务的要求，装置侧传感器信号占用6个输入点，PLC侧启停和方式切换占4个输入点，输出3个电磁阀和3个指示灯，则所需的输入输出点数分别为10点输入和6点输出。加工单元PLC选用CPU1214CAC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。二、加工单元的接线原理图1M和1L接直流DC24V光电传感器：棕色线——24V黑色线——PLC信号蓝色线——0V注意：区别传感器的电气符号区别不同按钮开关的电气符号三、加工单元的电路连接电气接线的工艺应符合国家职业标准的规定，例如，导线连接到端子时，采用压紧端子压接方法；连接线须有符合规定的标号；每一端子连接的导线不超过2根等等。1、电线连接时必须用冷压端子，电线金属材料不外露。2、冷压端子金属部份不外露。3、传感器护套线的护套层，应放在线槽内，只有线芯从线槽出线孔内穿出。绝缘没有完全剥离4、线槽与接线端子排之间的导线，不能交叉。5、传感器不用芯线应减掉，并用热塑管套住或用绝缘胶带包裹在护套绝缘层的根部，不可裸露。6、不要损伤电线绝缘部分。7、传感器芯线进入线槽应与线槽垂直，且不交叉。8、电缆在走线槽里最少保留10cm，如果是一根短接线的话，在同一个走线槽里不要求。四、电路查验1）测量连接线路是否为通路时，一般在未上电之前，使用蜂鸣器档位，表笔分别连接要测量的两个点位，听到蜂鸣器声，表示是通路。2）上电之后，可用电压测量两点之间的电压，为0V表示为通路；测量电源电压之前，要确定是直流电压还是交流电压，选择对应档位。五、电路调试根据上述安装调试单，总结归纳调试过程中存在的问题及解决方案，调整传感器位置。六、整理工位、总结线路查验无误后整理工位，清扫台面和地上，工具归位，做好接线过程中的问题总结记录。引导学生根据加工单元的结构特点，给出PLC选型方案：确定I/O点数，检测信号及输出信号。引导学生根据加工单元的结构特点，给出PLC选型方案：确定I/O点数，检测信号及输出信号。根据学生讨论的情况，及时引导、重点讲解、详细解读控制要求、提出问题、给出正确答案根据PLC选型和IO信号分配，绘制IO接线原理图关注学生绘图过程的问题；共性问题强调说明；示范绘图标准强化速度强调：1）PLC输入输出公共端的信号连接。2）传感器的三线和两线的颜色及连接方法。播放相关视频，讲解导线制作规范，分别展示规范的和错误的接线方式供学生参考。在学生接线实操过程中巡回指导，共性问题集中讲解。播放视频，并亲身示范讲解电路查验的方法，强调查验过程中的注意事项。针对学生出现的问题给予指导。引导学生完成电路调试，确保传感器安装位置正确。引导学生及时总结归纳，并按照8S规范整理工位查阅相关资料小组讨论设计电路接线方案；确定IO信号分配方案，并记录小组讨论，根据控制要求明确输入设备安装的位置及功能听取老师讲解根据信号分配方案，参考绘图标准，绘制本单元原理接线图小组协作讨论结合国家职业标准规范制作导线；并优化导线制作技巧。听取老师讲解的接线规范和技巧，小组协作完成本单元的电路连接，并做好总结归纳工作。认真听讲并做好记录，认真观看老师的示范和视频讲解；小组分工协作共同完成本单元的电路连接工作。小组共同使用万用表查验接线成果，信号是否接错、虚接或电源的是否接反等。根据老师建议，规范调试，并做好记录做好总结归纳等记录工作，填好电路调试工作单。课后1）优化接线图的绘制2）优化导线制作水平及速度3）优化加工单元的绑扎工艺指导学生优化成果小组讨论完成课后任务、提出疑虑并找到解决方案效果分析教学反思与诊改教学改革与创新

**************学院教案副页课程名称自动化生产线安装与调试授课学时2授课日期授课班级授课地点项目名称模块三柔性生产线加工单元设计与调试任务名称任务3：气动回路设计与连接教学目标知识目标掌握加工单元中气路元件的工作原理及应用掌握气路连接步骤、调试方法掌握气路绑扎的专业技术规范和气动系统安全操作规范能力目标能够完成加工单元气动控制回路的设计及绘制气动回路原理图具备识读、绘制气动回路原理图的能力能够完成气动回路的连接、调试及检查气动回路故障，并进行排故素质目标具备吃苦耐劳的劳动精神和精益求精的工匠精神具备较强的动手实操能力教学重点1.气动控制回路的设计；2.气动控制回路图的绘制及气路的连接、调试与绑扎。解决办法1.通过智慧树线上平台发布课程资源，将线下有限课堂时间延伸，协助学生自主学习，反复学习，帮助学生解决重点知识；2.通过教师示范、实操训练、技能比拼、训练学生的实践能力。3.通过观看视频，讲授专业技术标准和规范，给学生建立规范意识和安全意识。教学难点1.气路的调试、检查与排故；2.在气动系统作业中自觉遵守安全操作规程、工艺符合专业技术规范标准。1.气路的调试、检查与排故；2.在气动系统作业中自觉遵守安全操作规程、工艺符合专业技术规范标准。教学手段板书、多媒体、线上资源、教材配套微课视频等教学方法教师示范、小组讨论、实操训练教学环境PLC实训室、自动化生产线实训室教学资源教材及配套微课视频、智慧树线上课程资源、网络资源、视频、动画教学过程1）认识了解气动回路设计与连接的任务内容及要求。2）通过合作研学分角色进行小组探讨、共同研学，实操训练，完成任务。3）通过技能比拼，提高实际操作技能水平和竞争意识、规范意识。4）学生通过组内自检自评，组间互检互评，双师评判，完成评价考核。教学环节（时间）教学内容教师活动（主导）学生活动（主体）课前1）预习供料系统气动回路组成。2）了解供料系统气动控制回路安装注意事项。3）自主学习GB/T7932-2003《气动系统通用技术条件》国家标准。4）完成平台的测验和调查问卷平台发布学习资源及任务完成教师分配的任务，平台上学习、互相讨论、查阅资料。课中一、加工单元的气动元件1.薄膜气缸属于省空间气缸类，气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大减小的气缸。具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。薄膜气缸用于冲压，这主要是考虑气缸行程短的特点。2.手指气缸气爪用于抓取、夹紧工件。气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。本加工站所使用的是滑动导轨型气动手指。3.直线导轨直线导轨又称线轨、滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时也可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。直线导轨分为方形滚珠直线导轨、双轴芯滚轮直线导轨、单轴芯直线导轨。它的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。直线导轨主要用在精度比较高的机械结构上。二、加工单元气动控制回路原理图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸，1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在顶料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料气缸和顶料气缸的电磁阀的电磁控制端。两个电磁阀分别对顶料气缸和推料气缸进行控制，以改变各自的动作状态。三、加工单元的气路连接1）气路连接步骤；气路安装从汇流排开始，按图1-4-5所示的气动控制回路原理图连接电磁阀、气缸。连接时注意气管走向应按序排布，均匀美观，不能交叉、打折；气管要在快速接头中插紧，不能够有漏气现象。2）在气动系统作业中自觉遵守安全操作规程、工艺符合专业技术规范标准。3）组织学生在规定时间完成技能比拼任务：自动化生产线供料系统中，对气动控制回路进行连接、调试及气路绑扎。四、加工单元的气路连接注意事项气路连接要完全按照自动生产线气路图进行。气路连接时，气管一定要在快速接头中插紧，不能够有漏气现象。气路中的气缸节流阀调整要适当，以活塞进出迅速、无冲击、无卡滞现象为宜，以不推倒工件为准。如果有气缸动作相反，将气缸两端进气管位置颠倒即可。气路气管在连接走向时，应该按序排布，均匀美观。不能交叉打折，顺序凌乱。所有外露气管必须用黑色尼龙扎带进行绑扎，松紧程度以不使气管变形为宜，外形美观。电磁阀组与气体汇流板的连接必须压在橡胶密封垫上固定，要求密封良好，无泄漏。五、气路调试根据上述安装调试单，总结归纳调试过程中存在的问题及解决方案，调整传感器位置。气路调试包括如下两个步骤：1.用电磁阀上的手动换向加锁钮验证顶料气缸和推料气缸的初始位置和动作位置是否正确。2.调整气缸节流阀以控制活塞杆的往复运动速度，伸出速度以不推倒工件为准。六、归纳总结评价小组讨论在自主探学、合作研学、实操练学、比拼促学环节中遇到的问题、解决的方法，及小组存在的问题，后续继续努力的方向。结合微课、动画、仿真视频、元件实物和实训设备，讲解气缸、节流阀、电磁阀的工作原理及应用；引导学生设计出气动控制回路原理图；展示供料系统气动控制回路连接步骤、气路调试方法、气管绑扎技术规范。强调气路连接的注意事项，避免学生在气路连接过程中出现错误教师示范规范的调试方法和技巧，引导学生完成气路调试工作。总结本次课的理论知识联系实践情况，团队协作沟通能力，职业技能提升情况，适应社会能力；组织优秀团队进行经验分享。观看视频，认真听企业导师讲解，观看用电安全教育视频，工作中和生活中时刻注意用电安全，并与教师和同学互动回答老师问题，掌握本次课重难点内容，培育素质目标；观看教师教学示范；通过教学示范、口诀记忆，掌握气路连接、调试及绑扎的知识。听取老师建议，小组互相监督完成气路连接观看教师示范演示，小组互相监督完成气路调试工作。认真聆听教师总结，根据教师总结归纳的重难点进行记录并反思；找出其他小组的优点，并向他们学习。课后1）优化气动回路图的绘制2）优化加工单元气路的绑扎工艺3）总结归纳做好笔记发布相关任务要求，引导学生自主学习小组讨论完成课后任务、提出疑虑并找到解决方案效果分析教学反思与诊改教学改革与创新

**************学院教案副页课程名称自动化生产线安装与调试授课学时4授课日期授课班级授课地点项目名称模块三柔性生产线加工单元设计与调试任务名称任务4：控制程序设计与调试教学目标知识目标掌握供料过程步进顺序流程图的设计掌握程序设计步骤及仿真、调试方法能力目标能够正确编写加工单元的控制程序能够调试并实现供料控制素质目标培养学生善于思考实践的创新思维能力具备良好的沟通技巧和团队合作能力教学重点1.加工单元的控制方案设计2.PLC控制程序编写及调试解决办法自主学习、小组协作，共同研讨教师示范、实操训练教学难点PLC控制程序的编写与调试1.气路的调试、检查与排故；2.在气动系统作业中自觉遵守安全操作规程、工艺符合专业技术规范标准。教学手段板书、多媒体、线上资源、教材配套微课视频等教学方法教师示范、小组讨论、实操训练教学环境PLC实训室、自动化生产线实训室教学资源教材及配套微课视频、智慧树线上课程资源、网络资源、视频、动画教学过程1）观看加工单元运行视频，教师引导解读控制要求。2）小组研讨确定控制方案，绘制控制流程图。3）小组协作编写PLC程序，并进行仿真调试。4）实物连机调试，故障诊断，优化程序。教学环节（时间）教学内容教师活动（主导）学生活动（主体）课前1）观看加工单元运行视频，分析控制方案。2）完成加工单元的电路和气路的连接。3）复习相关PLC控制指令。4）完成平台的测验和调查问卷平台发布学习资源及任务完成教师分配的任务，平台上学习、互相讨论、查阅资料。课中一、加工单元的控制要求解读①初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。若设备在上述初始状态，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。②运行控制：若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。③停止控制：在工作过程中，按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。二、加工单元的控制流程三、加工单元的程序设计1）加工过程程序设计。2）主程序设计3）指示灯程序设计四、程序调试引导学生分析控制要求强调：初始状态急停按钮判断HL1状态加工过程加工循环条件停止控制引导学生绘制控制流程图重点讲解加工过程的动作顺序及出发传感器信号，引导学生小组讨论，自主编写程序进行调试；指导学生调试过程中常见出现的故障诊断，并优化程序。教师在整个过程中进行引导，帮助学生找出故障原因，指引学生寻求解决方案。引导学生编写初始化程序，强调M1.0的含义和功能。根据控制要求引导学生编写加工单元出台检测的语句启动命令下和FC块步进循环的开始区分停止和急停的概念，重点强调“本工作周期结束后停止”的含义引导学生两种方法编写闪烁电路：系统自带时钟脉冲M0.5使用定时器自制一个脉冲信号根据学生调试过程中存在的问题，给与指导，帮助寻找解决方案小组讨论，逐条解读控制要求，并做好笔记。根据教师引导，确定控制方案。根据控制方案要求，小组讨论绘制控制流程图听取老师重点讲解，并进行小组讨论，确定程序编写方案；根据确定的方案录入梯形图程序，小组配合进行调试，故障诊断及维护；能够熟练使用步进编程思想，完成脚本程序的编写和调试工作。理解初始化程序的意义仔细解读控制要求，小组讨论寻找恰当的方法小组独立编程调试，故障诊断听取教师重点强调内容，并理解其含义，完成主控程序的编写和调试根据老师指示和引导，完成指示灯程序的编写和调试小组讨论和在教师指导下能够找到故障原因并自己解决。根据调试过程中的曾多次操作，不断优化程序，做到精益求精，追求完美。课后1）平台上传动作运行视频2）上传调试过程中的总结笔记查看学生的调试结果，并给与一定的指导，提出开放行问题平台作业，听取老师的指导，在下次课中继续优化和完善效果分析教学反思与诊改教学改革与创新

**************学院教案副页课程名称自动化生产线安装与调试授课学时2授课日期授课班级授课地点项目名称模块三柔性生产线加工单元设计与调试任务名称任务5：加工单元评价与优化教学目标知识目标掌握PLC控制程序设计、编程及调试方法掌握电气回路的连接与绑扎的技巧能力目标能够调整和调试硬件设备安装的位置和检测精度能够优化控制系统设计方案并总结归纳素质目标塑造精益求精、规范严谨的工匠精神强化学生数字化素养能力教学重点1.控制系统整体调试2.总结归纳，优化程序解决办法1.自主学习、小组协作，共同研讨2.观摩其他小组展示，总结优化教学难点总结归纳，小组汇报1.气路的调试、检查与排故；2.在气动系统作业中自觉遵守安全操作规程、工艺符合专业技术规范标准。教学手段板书、多媒体、线上资源、教材配套微课视频等教学方法教师示范、小组讨论、实操训练教学环境PLC实训室、自动化生产线实训室教学资源教材及配套微课视频、智慧树线上课程资源、网络资源、视频、动画教学过程1）调试优化控制程序。2）小组研讨总结归纳，制作PPT汇报展示。3）组间互相观摩学习、评价。4）优化程序，并完成课后拓展练习。教学环节（时间）教学内容教师活动（主导）学生活动（主体）课前1）上传小组展示成果和汇报PPT。2）核对控制要求、明确评价标准。3）了解拓展任务要求。平台发布学习资源及任务，并下载小组汇报展示材料完成教师分配的任务，平台上学习、互相讨论、查阅资料。课中一、根据控制要求优化并调试控制程序①初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开