專利名稱：自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及教學(xué)教具，尤其是一種自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置。
技術(shù)背景隨著近年來我國制造業(yè)、加工業(yè)的快速發(fā)展，尤其是在數(shù)控、冶金、石化、電力以及食品加工等行業(yè)中，以可編程邏輯控制器(PLC)為核心，輔以 變頻器、交流電機、步進電機、傳感器、觸摸屏及各種低壓電器組成的自動 化控制系統(tǒng)在各種大、中型設(shè)備的運行中無處不在，這些自動化控制系統(tǒng)的 普及實現(xiàn)了對不同設(shè)備的檢測、監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。但操作自動化控制系統(tǒng) 需要大量熟練掌握自動化技術(shù)和設(shè)備操作、維護的高素質(zhì)技能人才。目前我 國高校本科及高職院校自動化、機電等專業(yè)，講授PLC技術(shù)以及相關(guān)學(xué)科知 識，大多仍停留在理論教學(xué)層面上，學(xué)校開設(shè)的一些實驗和實訓(xùn)課程中，學(xué) 生缺少真正的動手機會，距離培養(yǎng)以PLC為核心技術(shù)的應(yīng)用性人才相距甚遠(yuǎn)。 根據(jù)對相關(guān)院校的調(diào)査，過去PLC課程實驗大多在模擬實驗臺上進行，該模 擬實驗臺由PLC以及一些發(fā)光二極管構(gòu)成，發(fā)光二極管用來模擬執(zhí)行機構(gòu)， 即通過發(fā)光二極管的亮與滅來表征電機的轉(zhuǎn)與停；輸入信號(如傳感器信號) 均采用按鈕代替，學(xué)生根據(jù)題目中的控制的要求編寫程序，然后通過按鈕和 發(fā)光二極管的通、斷來驗證程序的執(zhí)行結(jié)果；而與PLC技術(shù)緊密相關(guān)的變頻 器控制、步進電機、傳感器、觸摸屏等重要技術(shù)一般只能作理論講授，無法 通過實驗實現(xiàn)。目前，除驗證性的實驗教學(xué)設(shè)備以外，我國一些教學(xué)設(shè)備公 司開發(fā)了一些具有一定實踐性的自動控制教學(xué)設(shè)備，為實踐教學(xué)設(shè)備的缺失 起到了彌補作用。但該類設(shè)備仍然存在以下幾方面的問題 1.設(shè)備技術(shù)單一該自動控制教學(xué)設(shè)備，通常是根據(jù)某一自動化小系統(tǒng)，在滿足基本教學(xué) 要求情況下而仿制的，因此具有一定的專門性。比如一個機械手，雖然有較 完備的檢測和控制技術(shù)，但基本功能就是抓緊、松開和旋轉(zhuǎn)，所用電器類型 有限，不涉及觸摸屏技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)；又如某材料分撿裝置，雖然涵蓋 了 PLC、傳感器、氣動等技術(shù)，但沒有涉及到變頻調(diào)速、步進控制、觸摸屏 等技術(shù)；又如某組合式多層電梯模型雖然涉及了變頻調(diào)速、觸摸屏技術(shù)，但 所使用的傳感器類型單一，而且不涉及步進控制技術(shù)以及氣動控制技術(shù)等。 由此可見市場上出售的教學(xué)設(shè)備由于控制方式固定，涉及的控制技術(shù)領(lǐng)域狹 窄。使得整個學(xué)習(xí)過程比較單一，不能幫助學(xué)生從更廣泛的意義了解和認(rèn)識工業(yè)自動化。2. 實際操作機會有限該自動控制教學(xué)設(shè)備， 一般是電器類型固定、結(jié)構(gòu)固定、接線固定，不 允許學(xué)生隨意拆卸或組合。由此可見，這樣的專用設(shè)備不能為學(xué)生提供真正 的動手操作。學(xué)生的所謂實踐，實際只能利用現(xiàn)有設(shè)備練習(xí)程序的編寫和調(diào) 試。此外，由于受到技術(shù)保密和專利保護的限制，目前教學(xué)設(shè)備公司開發(fā)出 的自動控制教學(xué)設(shè)備品種非常有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)要求。3. 價格昂貴該自動化控制教學(xué)設(shè)備是仿真開發(fā)，因此，設(shè)計成本、尤其機械部分的 加工成本比較高，使設(shè)備整體價格大幅度增加。少則幾萬元，動輒幾十萬元， 甚至更高。學(xué)校一般只購買一兩臺，多則三四臺作為教學(xué)演示，不能滿足學(xué) 生的實訓(xùn)要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、 各模塊可自由組合且完全可仿真工業(yè)現(xiàn)場并融合實驗、實訓(xùn)及綜合開發(fā)的自 動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，在基板上安裝有電源及各個控制單 元，其特征在于所述的基板上安裝的控制單元是PLC單元、傳感器檢測 單元、繼電接觸器控制單元、電機單元、觸摸屏、傳送帶單元，構(gòu)成各個單 元的各電器元件均有端線引腳或者在基板上對應(yīng)安裝有接線端子板。而且，所述的傳感器檢測單元由電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器、 旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵傳感器組成。而且，所述的繼電接觸器控制單元由三相四線斷路器、熔斷器、交流接 觸器、熱繼電器、時間繼電器、按鈕、指示燈、急停按鈕、蜂鳴器組成。而且，所述的電機單元由三相交流電機和變頻器組成或步進電機和驅(qū)動 器組成，或由二者共同組成。而且，所述的傳送帶單元由皮帶傳動機構(gòu)組成。而且，所述的電源單元采用開關(guān)型電源，輸出電壓為24V、正負(fù)12V和正負(fù)5V。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是1.本裝置中全部電器元件采用裸接形式，以供學(xué)生進行接線操作。為避 免因接線造成電器端線的損壞，全部電器端線可被引到附近設(shè)置的接線端子， 基板面上提供用于走線的線槽。學(xué)生通過動手操作，能夠了解和認(rèn)識不同電器元件的結(jié)構(gòu)和工作特點，進一步掌握它們的工作原理和電器設(shè)備的接線， 并且學(xué)習(xí)和掌握PLC軟件、觸摸屏軟件、變頻器及組態(tài)軟件。學(xué)生可以按照 實際的需要進行自動化的系統(tǒng)設(shè)計，在動手過程中體驗工程實踐。本裝置可 將提供的各種電器元件進行適當(dāng)組合，形成不同功能的自動化系統(tǒng)，并且可 大可小。
2. 本裝置可進行設(shè)備單元式訓(xùn)練，如觸摸屏技術(shù)訓(xùn)練、各種傳感器檢測 訓(xùn)練、變頻器控制技術(shù)訓(xùn)練等；也可以進行設(shè)備單元組合式訓(xùn)練，如觸摸屏、 步進電機與PLC組合控制訓(xùn)練或者傳感器檢測、三相電機與變頻器及PLC組 合調(diào)速訓(xùn)練等等；還可以將各種傳感器、傳送帶、觸摸屏、步進電機、變頻 調(diào)速、低壓電器以及PLC、組態(tài)軟件等組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，并且多臺實訓(xùn) 裝置進行聯(lián)網(wǎng)和通信，形成小規(guī)模的集散控制系統(tǒng)。
3. 本裝置涉及PLC技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、變頻器技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機 控制技術(shù)及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù)，集自動控制技術(shù)于一身，各種電器及 設(shè)備均為市售，并且采用模塊式配置，整套裝置新穎靈活，安全可靠，并可 擴展，而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前市場出售的自動控制教學(xué)設(shè)備。
4. 本裝置可以組合出幾十種不同的實際操作訓(xùn)練題目，即可構(gòu)成小的控 制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成較大規(guī)模的控制系統(tǒng)，而且可以實現(xiàn)多臺裝置的聯(lián)網(wǎng)和 通信。本裝置非常有利于學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和動手能力的培養(yǎng)，它以PLC技術(shù) 為核心且?guī)恿讼嚓P(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)，為系統(tǒng)學(xué)習(xí)自動化控制起到了積極作用， 為培養(yǎng)工業(yè)自動化應(yīng)用技術(shù)人才提供了一個平臺，是一套融合實驗、實訓(xùn)及 綜合開發(fā)的培訓(xùn)裝置。


圖l是本發(fā)明的主視圖；圖2是本發(fā)明的立體圖。 '具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是 限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。本自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置的基板1上安裝有電源11及各個控制單 元，控制單元是PLC單元18、傳感器檢測單元、繼電接觸器控制單元、電 機單元、觸摸屏21、傳送帶單元。其中，傳感器檢測單元由傳感器支架3 (共 三個，其它未標(biāo)出)、旋轉(zhuǎn)編碼器29、電容傳感器30、電感傳感器31、顏色 傳感器32、光柵傳感器發(fā)射端10、光柵傳感器接收端28組成；繼電接觸器 控制單元由三相四線斷路器12、交流接觸器13、熱繼電器14、熔斷器15 (共 三個，其它未標(biāo)出)、時間繼電器16、急停按鈕22、按鈕23 (共五個，其它 未標(biāo)出)、指示燈25 (共四個，其它未標(biāo)出)、蜂鳴器26及按鈕支撐架24和指示燈支撐架27組成；電機單元由步進電機6、步進電機支撐座4、步進電機驅(qū)動器19或三相交流電機9、三相交流電機減速機構(gòu)8和變頻器17構(gòu)成， 或者由二者共同構(gòu)成；傳送帶單元由傳送帶2、傳送帶支撐架7 (共四個，其 它未標(biāo)出)、傳送帶主動輪33和傳送帶從動輪34組成；電源采用開關(guān)型電源， 其輸出電壓為24V、正負(fù)12V和正負(fù)5V。本自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置的各單元中的各電器元件均有端線引 腳，但頻繁的使用易造成各電器元件端線的損壞。全部電器端線還可以被引 到附近設(shè)置的接線端子板5 (其它未標(biāo)出)，這樣使用者操作時只需連接各接 線端子板以構(gòu)成實驗系統(tǒng)?；迳显O(shè)置有線槽35用于走線。在基板上還可以安裝氣動單元20，氣動單元由二聯(lián)體帶氣壓表、圓柱氣 缸、快接頭、匯流板、限流器、電磁閥、磁性開關(guān)等組成，該氣動單元不僅 可使學(xué)生了解并掌握各種氣動元件的工作原理及各氣動元件之間、氣動元件 與電磁閥之間如何進行協(xié)調(diào)和工作配合，而且氣動單元可與基板上的其它電 器單元配合使用以實現(xiàn)培訓(xùn)內(nèi)容的擴展。因氣動單元中的各電器元件及其連 接方式為公知技術(shù)，附圖中未畫出。當(dāng)需要通過顯示器顯示數(shù)據(jù)或使用單片機及接口電路代替PLC進行控制 時，可將相應(yīng)的電路元件插接在基板的面包板上。基板上的電源為面包板提 供24V、正負(fù)12V和正負(fù)5V電壓以滿足電路工作的需要。各電器元件均為市場購買，PLC選用松下FPO-16T;觸摸屏選用松下GT01; 變頻器選用松下VFO (0.4KW);其它公司的相應(yīng)電器元件均適用于本發(fā)明。本裝置每個控制單元既是一個模塊，模塊內(nèi)的電器和設(shè)備可根據(jù)需要增 減。采用不同模塊組合可以完成不同的控制。因此，控制系統(tǒng)可大可小，可 簡可繁。在不到一平方米的實訓(xùn)平臺上，可完成如下多種訓(xùn)練1. 通過動手操作和測試，了解和認(rèn)識各種不同電器及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、特點 和使用，進一步掌握它們的工作原理。學(xué)習(xí)電器設(shè)備的正確接線。2. 進行軟件學(xué)習(xí)和使用訓(xùn)練。包括PLC軟件、觸摸屏軟件編程訓(xùn)練。3. 計算機組態(tài)監(jiān)控技術(shù)訓(xùn)練。4. 進行模塊式訓(xùn)練。(1) 傳感器檢測技術(shù)訓(xùn)練。如顏色傳感器、電感傳感器、電容傳感器、 光柵傳感器檢測技術(shù)訓(xùn)練。(2) 觸摸屏應(yīng)用訓(xùn)練。(3) 變頻器控制訓(xùn)練。(4) 電動機驅(qū)動技術(shù)訓(xùn)練。如交流電機變頻調(diào)速技術(shù)訓(xùn)練；步進電機控 制訓(xùn)練配合旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)閉環(huán)反饋速度控制訓(xùn)練；定位檢測訓(xùn)練；(5) 氣動技術(shù)訓(xùn)練。
5. 進行模塊組合訓(xùn)練。如觸摸屏、步進電機與PLC組合控制訓(xùn)練；三相 電機與變頻器及PLC組合調(diào)速訓(xùn)練；PLC采集旋轉(zhuǎn)編碼器信號進行位置、速度控制訓(xùn)練、PLC與氣動裝置組合訓(xùn)練等。
6. 利用傳動機構(gòu)將傳感器、氣動元件、觸摸屏、各種低壓電器以及PLC 等組合一起，構(gòu)成多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。將多臺實訓(xùn)裝置進行聯(lián)網(wǎng)和通信，形 成小規(guī)模的集散控制系統(tǒng)，由計算機組態(tài)軟件進行監(jiān)控。將不同的模塊合理組合，可以提出數(shù)十種實際操作訓(xùn)練題目。由于每個 題目都是生產(chǎn)一線具體的、具有實際應(yīng)用價值的典型控制。因此，實訓(xùn)教學(xué) 可以采取"任務(wù)驅(qū)動"和"項目教學(xué)"。在教師的指導(dǎo)下，帶領(lǐng)學(xué)生共同實施 一個完整的"項目"。本實施例中傳送帶單元位于基板的最上方，為了降低電磁干擾將觸摸屏 設(shè)置在基板的左下方，以確保其工作可靠。其它設(shè)備按附圖位置依次安裝在 基板上。本實施例提供了一種各電器元件的布局方式，但其它的布局方式也 可以實現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的目的。
權(quán)利要求
1、一種自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，在基板上安裝有電源及各個控制單元，其特征在于所述的基板上安裝的控制單元是PLC單元、傳感器檢測單元、繼電接觸器控制單元、電機單元、觸摸屏、傳送帶單元，構(gòu)成各個單元的各電器元件均有端線引腳或者在基板上對應(yīng)安裝有接線端子板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，其特征在于 所述的傳感器檢測單元由電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼 器、光柵傳感器組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，其特征在于 所述的繼電接觸器控制單元由三相四線斷路器、熔斷器、交流接觸器、熱繼 電器、時間繼電器、按鈕、指示燈、急停按鈕、蜂鳴器組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，其特征在于 所述的電機單元由三相交流電機和變頻器組成或步進電機和驅(qū)動器組成，或 由二者共同組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，其特征在于 所述的傳送帶單元由皮帶傳動機構(gòu)組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置，其特征在于所述的電源單元采用開關(guān)型電源，輸出電壓為24V、正負(fù)12V和正負(fù)5V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動控制模塊化教學(xué)實訓(xùn)裝置。本裝置的基板上安裝有電源及各個控制單元，各控制單元是PLC單元、傳感器檢測單元、繼電接觸器控制單元、電機單元、觸摸屏、傳送帶單元，構(gòu)成各個單元的各電器元件均有端線引腳或者在基板上對應(yīng)安裝有接線端子板。本裝置可以組合出幾十種不同的實際操作訓(xùn)練題目，即可構(gòu)成小的控制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成較大規(guī)模的控制系統(tǒng)，而且可以實現(xiàn)多臺裝置的聯(lián)網(wǎng)和通信。本裝置非常有利于學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和動手能力的培養(yǎng)，它以PLC技術(shù)為核心且?guī)恿讼嚓P(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)，為系統(tǒng)學(xué)習(xí)自動化控制起到了積極作用，為培養(yǎng)工業(yè)自動化應(yīng)用技術(shù)人才提供了一個平臺，是一套融合實驗、實訓(xùn)及綜合開發(fā)的培訓(xùn)裝置。
文檔編號G09B25/00GK101281694SQ20071015106
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者馮志輝, 呂玉明, 李樹雄 申請人:天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院