專利名稱：自動控制模塊化教學實訓裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及教學教具，尤其是一種自動控制模塊化教學實訓裝置。
背景技術：
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和設備操作、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技術以及相關學科知 識，大多仍停留在理論教學層面上，學校開設的一些實驗和實訓課程中，學 生缺少真正的動手機會，距離培養(yǎng)以PLC為核心技術的應用性人才相距甚遠。 根據(jù)對相關院校的調(diào)查，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)光二極管構成，發(fā)光二極管用來模擬執(zhí)行機構， 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)行結果；而與PLC技術緊密相關的變頻 器控制、步進電機、傳感器、觸摸屏等重要技術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設備以外，我國一些教學設備公 司開發(fā)了一些具有一定實踐性的自動控制教學設備，為實踐教學設備的缺失 起到了彌補作用。但該類設備仍然存在以下幾方面的問題 1.設備技術單一
該自動控制教學設備，通常是根據(jù)某一自動化小系統(tǒng)，在滿足基本教學 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，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、變頻調(diào)速技術；又如某材料分撿裝置，雖然涵蓋 了 PLC、傳感器、氣動等技術，但沒有涉及到變頻調(diào)速、步進控制、觸摸屏 等技術；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，但 所使用的傳感器類型單一，而且不涉及步進控制技術以及氣動控制技術等。 由此可見市場上出售的教學設備由于控制方式固定，涉及的控制技術領域狹 窄。使得整個學習過程比較單一，不能幫助學生從更廣泛的意義了解和認識工業(yè)自動化。
2. 實際操作機會有限
該自動控制教學設備， 一般是電器類型固定、結構固定、接線固定，不 允許學生隨意拆卸或組合。由此可見，這樣的專用設備不能為學生提供真正 的動手操作。學生的所謂實踐，實際只能利用現(xiàn)有設備練習程序的編寫和調(diào) 試。
此外，由于受到技術保密和專利保護的限制，目前教學設備公司開發(fā)出 的自動控制教學設備品種非常有限，遠遠不能滿足教學要求。
3. 價格昂貴
該自動化控制教學設備是仿真開發(fā)，因此，設計成本、尤其機械部分的 加工成本比較高，使設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。學校一般只購買一兩臺，多則三四臺作為教學演示，不能滿足學 生的實訓要求。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服已有技術的不足，提供一種結構簡單、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、實訓及綜合開 發(fā)的自動控制模塊化教學實訓裝置。
本實用新型采取的技術方案是
一種自動控制模塊化教學實訓裝置，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安裝有接線端子板；所述的 傳感器檢測單元、電機單元、傳送帶單元分別安裝在基板的上部；所述的PLC 單元、繼電接觸器控制單元、觸摸屏分別安裝在基板的下部。
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；所述的電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感 器分別分別安裝在傳送帶單元一側(cè)設置的傳感器支架的上端部并懸垂于傳送 帶單元的上方；所述的旋轉(zhuǎn)編碼器同軸安裝在傳送帶單元任一端的轉(zhuǎn)動軸上;
所述的光柵傳感器的發(fā)射器和接收器分別安裝在與傳感器支架相對一側(cè)的傳 送帶單元兩端的基板上。
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；所 述的按鈕、急停按鈕分別安裝在設置在基板下部左側(cè)的按鈕支撐架的上表面， 指示燈和蜂鳴器分別安裝在設置在基板下部左側(cè)的指示燈支撐架上表面；所 述的三相四線斷路器、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器和時間繼電器均安裝在基板下部的右側(cè)。
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；所述的三相交流電機同軸安裝在傳送帶單元任 一端的轉(zhuǎn)動軸上，步進電機安裝在基板上。
而且，所述的傳送帶單元由皮帶傳動機構組成。
而且，所述的電源單元采用開關型電源，輸出電壓為24V、正負12V和 正負5V。
本實用新型的優(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，全部電器端線可被弓I到附近設置的接線端子， 板面上并提供線槽。學生通過動手操作，能夠了解和認識不同電器元件的結 構和工作特點，進一步掌握它們的工作原理和電器設備的接線，并且學習和 掌握PLC軟件、觸摸屏軟件、變頻器及組態(tài)軟件。學生可以按照實際的需要 進行自動化的系統(tǒng)設計，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. 本裝置可進行設備單元式訓練，如觸摸屏技術訓練、各種傳感器檢測 訓練、變頻器控制技術訓練等；也可以進行設備單元組合式訓練，如觸摸屏、 步進電機與PLC組合控制訓練或者傳感器檢測、三相電機與變頻器及PLC組 合調(diào)速訓練等等；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)軟件等組成復雜的控制系統(tǒng)，并且多臺實訓 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、觸摸屏技術、變頻器技術、傳感器技術、電機 控制技術及計算機組態(tài)軟件監(jiān)控技術，集自動控制技術于一身，各種電器及 設備均為市售，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，而且成本遠遠低于目前市場出售的自動控制教學設備。
4. 本裝置可以組合出幾十種不同的實際操作訓練題目，即可構成小的控 制系統(tǒng)，也可以構成較大規(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生的理論學習和動手能力的培養(yǎng)，它以PLC技術 為核心且?guī)恿讼嚓P學科的學習，為系統(tǒng)學習自動化控制起到了積極作用， 為培養(yǎng)工業(yè)自動化應用技術人才提供了一個平臺，是一套融合實驗、實訓及 綜合開發(fā)的培訓裝置。


圖l是本實用新型的主視圖； 圖2是本實用新型的立體圖。
具體實施方式

以下結合附圖，對本實用新型進一步說明，它僅僅是說明性的，不是限 定性的，不能用來限定本實用新型的保護范圍。本自動控制模塊化教學實訓裝置的基板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，其它未標出)、時間繼電器16、急停按鈕22、按鈕23 (共五個，其它 未標出)、指示燈25 (共四個，其它未標出)、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8和變頻器17構成， 或者由二者共同構成；傳送帶單元由傳送帶2、傳送帶支撐架7 (共四個，其 它未標出)、傳送帶主動輪33和傳送帶從動輪34組成；電源采用開關型電源， 其輸出電壓為24V、正負12V和正負5V。本自動控制模塊化教學實訓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 到附近設置的接線端子板5 (其它未標出)，這樣使用者操作時只需連接各接 線端子板以構成實驗系統(tǒng)。基板上設置有線槽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、磁性開關等組成，該氣動單元不僅 可使學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，附圖中未畫出。當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，可將相應的電路元件插接在基板的面包板上?；迳系碾娫礊槊姘逄?供24V、正負12V和正負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FP0-16T;觸摸屏選用松下GT01; 變頻器選用松下VFO (0.4KW);其它公司的相應電器元件均適用于本實用新 型。本裝置每個控制單元既是一個模塊，模塊內(nèi)的電器和設備可根據(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平臺上，可完成如下多種訓練1.通過動手操作和測試，了解和認識各種不同電器及設備的結構、特點和使用，進一步掌握它們的工作原理。學習電器設備的正確接線。2. 進行軟件學習和使用訓練。包括PLC軟件、觸摸屏軟件編程訓練。3. 計算機組態(tài)監(jiān)控技術訓練。4. 進行模塊式訓練。(1) 傳感器檢測技術訓練。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訓練。(2) 觸摸屏應用訓練。(3) 變頻器控制訓練。(4) 電動機驅(qū)動技術訓練。如交流電機變頻調(diào)速技術訓練；步進電機控 制訓練配合旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)閉環(huán)反饋速度控制訓練；定位檢測訓練；(5) 氣動技術訓練。5. 進行模塊組合訓練。如觸摸屏、步進電機與PLC組合控制訓練；三相 電機與變頻器及PLC組合調(diào)速訓練；PLC采集旋轉(zhuǎn)編碼器信號進行位置、速 度控制訓練、PLC與氣動裝置組合訓練等。6. 利用傳動機構將傳感器、氣動元件、觸摸屏、各種低壓電器以及PLC 等組合一起，構成多種復雜控制系統(tǒng)。將多臺實訓裝置進行聯(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)十種實際操作訓練題目。由于每個 題目都是生產(chǎn)一線具體的、具有實際應用價值的典型控制。因此，實訓教學 可以采取"任務驅(qū)動"和"項目教學"。在教師的指導下，帶領學生共同實施 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 設置在基板的左下方，以確保其工作可靠。其它設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。
權利要求1、一種自動控制模塊化教學實訓裝置，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安裝有接線端子板；所述的傳感器檢測單元、電機單元、傳送帶單元分別安裝在基板的上部；所述的PLC單元、繼電接觸器控制單元、觸摸屏分別安裝在基板的下部。
2、 根據(jù)權利要求l所述的自動控制模塊化教學實訓裝置，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；所述的電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器分別分 別安裝在傳送帶單元一側(cè)設置的傳感器支架的上端部并懸垂于傳送帶單元的 上方；所述的旋轉(zhuǎn)編碼器同軸安裝在傳送帶單元任一端的轉(zhuǎn)動軸上；所述的 光柵傳感器的發(fā)射器和接收器分別安裝在與傳感器支架相對一側(cè)的傳送帶單 元兩端的基板上。
3、 根據(jù)權利要求l所述的自動控制模塊化教學實訓裝置，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；所述的按鈕、 急停按鈕分別安裝在設置在基板下部左側(cè)的按鈕支撐架的上表面，指示燈和 蜂鳴器分別安裝在設置在基板下部左側(cè)的指示燈支撐架上表面；所述的三相 四線斷路器、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器和時間繼電器均安裝在基板下 部的右側(cè)。
4、 根據(jù)權利要求l所述的自動控制模塊化教學實訓裝置，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；所述的三相交流電機同軸安裝在傳送帶單元任一端的轉(zhuǎn)動 軸上，步進電機安裝在基板上。
5、 根據(jù)權利要求l所述的自動控制模塊化教學實訓裝置，其特征在于-所述的傳送帶單元由皮帶傳動機構組成。
6、 根據(jù)權利要求l所述的自動控制模塊化教學實訓裝置，其特征在于 所述的電源單元采用開關型電源，輸出電壓為24V、正負12V和正負5V。
專利摘要本實用新型涉及一種自動控制模塊化教學實訓裝置。該裝置是在基板上安裝有電源及分別安裝有PLC單元、傳感器檢測單元、繼電接觸器控制單元、電機單元、觸摸屏與傳送帶單元，各個單元的各電器元件均有端線引腳或者在基板上對應安裝有接線端子板；所述的傳感器檢測單元、電機單元、傳送帶單元分別安裝在基板的上部；所述的PLC單元、繼電接觸器控制單元、觸摸屏分別安裝在基板的下部。本實用新型非常有利于學生的理論學習和動手能力的培養(yǎng)，它以PLC技術為核心且?guī)恿讼嚓P學科的學習，為系統(tǒng)學習自動化控制起到了積極作用，為培養(yǎng)工業(yè)自動化應用技術人才提供了一個平臺，是一套融合實驗、實訓及綜合開發(fā)的培訓裝置。
文檔編號G09B25/02GK201163468SQ20072009896
公開日2008年12月10日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權日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)技術學院