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機(jī)床電氣PLC控制實(shí)驗(yàn)裝置《機(jī)床電氣控制與可編程序控制器》
機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā)研究針對(duì)《機(jī)床電氣控制與可編程序控制器》課程教學(xué)的需要,上海碩博科技設(shè)備有限公司開發(fā)研究出適合本科教學(xué)需要的綜合實(shí)驗(yàn)裝置,機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置將工程實(shí)踐與教學(xué)緊密結(jié)合,為培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、科技創(chuàng)新能力提供了良好的條件。
機(jī)床電氣;可編程控制器;實(shí)驗(yàn)裝置
1 .引言：20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的將接觸器、各種繼電器、定時(shí)器、其它電器及觸頭按一定邏輯關(guān)系連接的繼電接觸器控制系統(tǒng),它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、便于掌握等特點(diǎn)在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用。
1.2隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展,生產(chǎn)控制的柔性化需要,傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。
3.4同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展也為新的工業(yè)控制方法奠定了基礎(chǔ)
5.6可編程序控制器（PLC）將計(jì)算機(jī)的功能完善、通用性、靈活性好的優(yōu)點(diǎn)與繼電接觸器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、便于掌握等特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合,在現(xiàn)代工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。
7.8 機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置將機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自
動(dòng)化技術(shù)等學(xué)科熔為一體,結(jié)合工程實(shí)踐,綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng),又以開放性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主,改變了
原有的單一實(shí)驗(yàn)單一設(shè)備或單一課程單一實(shí)驗(yàn)裝置的模式,適應(yīng)以電氣控制與PLC為主的多門課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的需要,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置一方面模擬機(jī)床電氣控制系
統(tǒng)的繼電器-接觸器硬接線邏輯,提供多種控制對(duì)象或模型,克服了 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置功能單一,只能針對(duì)固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的缺陷。另一方面引入計(jì)算機(jī)控制技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力。
2. 機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)實(shí)例為了體現(xiàn)綜合性和開放性,實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)需要以機(jī)床電氣控制系統(tǒng)原型為基礎(chǔ),具有很好的自由度和適應(yīng)性,體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的思想,保證系統(tǒng)很好的擴(kuò)展性和延伸性。
2.1 機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置原理分析首先建立實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)的理論模型。
一個(gè)完整的控制系統(tǒng)由系統(tǒng)輸入、邏輯控制、系統(tǒng)輸出、比較元件、測(cè)量元件所組成,其控制部分又分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種,一個(gè)反饋控制系統(tǒng)的基本組成。一般機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)原理并不復(fù)雜,是由輸入設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和邏輯控制三部分所組成的控制系統(tǒng),也可以依據(jù)被控生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)反饋控制。輸入設(shè)備用于系統(tǒng)的信號(hào)采集,接收從開關(guān)、按鈕、
繼電器觸點(diǎn)、傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào),邏輯控制部分實(shí)現(xiàn)電路控制或通過PLC對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理,轉(zhuǎn)換之后的控制信號(hào)用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)接觸器、
電磁閥和指示元件 等負(fù)載。控制部分為兩類:一類為傳統(tǒng)的以繼電器、
接觸器為主的電氣控制系統(tǒng),其控制邏輯完全由硬件構(gòu)成;另一類為基于可編程控制器PLC的電氣控制系統(tǒng),其控制邏輯由編程軟件來實(shí)現(xiàn)。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的原理，因此機(jī)床電氣與 PLC
控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思想是:以繼電器-接觸器為主的硬接線邏輯和以 PLC 為核心的軟件編程完成系統(tǒng)的控制功能。機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的輸入由按鈕、選擇開關(guān)等開關(guān)量實(shí)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)裝置的輸出由各種執(zhí)行部件組成,提供各種控制對(duì)象用于實(shí)現(xiàn)各種不同的控制要求。
2.2 機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)組成根據(jù)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的基本原理,實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制電路（各種低壓電器所組成）、控制面板（指示燈與控制按鈕）、可編程控制器
PLC、計(jì)算機(jī)、各種控制對(duì)象（電機(jī)、機(jī)床動(dòng)力頭等）組成。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分為兩大模塊:
以接觸器-繼電器為主的電氣控制通過選擇接觸器、繼電器、熱繼電器等各種電氣元件,經(jīng)過布線、接線與調(diào)試,完成傳統(tǒng)的硬接線邏
輯電路,實(shí)現(xiàn)不同的控制要求,如電機(jī)起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等控制功能、機(jī)床執(zhí)行部件的工作循環(huán)等�；赑LC的電氣控制用于PLC的應(yīng)用程序設(shè)計(jì),通過計(jì)算機(jī)編程完成應(yīng)用程序的設(shè)計(jì),并傳送到
PLC上實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（具體的接線過程細(xì)節(jié)略）至此,我們搭建了機(jī)床電氣與PLC
控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的基本結(jié)構(gòu)原型,由于系統(tǒng)是開放的和可擴(kuò)展的,因此可以根據(jù)需要增加電氣元件、執(zhí)行部件和其他功能模塊。
2.3 機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)實(shí)例與應(yīng)用 “機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置”
由電路接線面板、控制面板、執(zhí)行元件工作臺(tái)、PLC、計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件所組成。 可編程控制器PLC選用歐姆龍 （OMRON）公司生產(chǎn)的
SYSMAC CP1H 系列,40 點(diǎn)開關(guān)量輸入輸出,具有 模擬量輸入輸出功能。CP1H配備了標(biāo)準(zhǔn) USB
端口和2個(gè)串行通信接口(RS-232C 和 RS-485),可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊,將多臺(tái)實(shí)驗(yàn)臺(tái)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制。
PLC與上位計(jì)算機(jī)使用 USB
端口通信。電路接線面板用于學(xué)生的電氣控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)際接線操作,提高學(xué)生的動(dòng)手能力。執(zhí)行元件工作臺(tái)提供各種執(zhí)行元件,如三相異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等各種電機(jī)和機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)。機(jī)床電氣與
PLC 控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用過程分為接觸器-繼電器的硬接線控制和基于PLC的軟件控制。
3. 機(jī)床電氣與 PLC 控制實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)
3.1 實(shí)踐性強(qiáng)
此實(shí)驗(yàn)裝置是針對(duì)機(jī)床電氣與PLC課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而設(shè)計(jì),而且與工程應(yīng)用密切相關(guān),因此具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。機(jī)床電氣與PLC控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用真實(shí)的電氣元件或?qū)嶋H模型,直觀性很強(qiáng)。
如機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái),模擬機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn),快進(jìn)、工進(jìn)、快退等整個(gè)工件加工過程,學(xué)生從中可以很清楚地看到理論與實(shí)際的具體結(jié)合,因此具有更強(qiáng)的實(shí)踐性。學(xué)生通過對(duì)各類電器及電氣元件的認(rèn)識(shí)、接線和組裝,從而可以熟悉并掌握各類機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化裝置的常用結(jié)構(gòu)和工作原理.另外,學(xué)生在這些模型的組裝和調(diào)試中,需要進(jìn)行大量的實(shí)際操作,從而提高了
自身的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。如電機(jī)控制,首先要熟悉電機(jī)控制原理圖,繪制電路圖和接線圖,然后完成主電路和控制電路的連接,再通電試車、
調(diào)試,最后觀察電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 此外,通過計(jì)算機(jī)的軟件編程完成PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)可以全面提高解決實(shí)際問題的能力。
3.2 開放性好
和機(jī)械類專業(yè)其他課程實(shí)驗(yàn)相比,以此為平臺(tái)的電氣控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及面很廣,具有開放性和綜合性的特征。在執(zhí)行件中可以提供多種電機(jī)、多種控制對(duì)象模型供選擇,如以機(jī)械手為執(zhí)行件,可以完成用機(jī)械手移動(dòng)工件控制要求的實(shí)驗(yàn)課題;提供電梯模型,可以實(shí)現(xiàn)電梯模擬控制。由此看出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求,增加相應(yīng)的功能,具有很好的開放性。充分體現(xiàn)機(jī)電一體化,多學(xué)科領(lǐng)域交叉的思想,通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握機(jī)械、電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識(shí),全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
3.3 創(chuàng)新性強(qiáng)
課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,因此學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不僅僅是對(duì)已學(xué)的理論知識(shí)的驗(yàn)證和理解,而是把課程知識(shí)充分應(yīng)用到工程應(yīng)用中去。學(xué)生可以自由選題,自主設(shè)計(jì),提高創(chuàng)新能力。此實(shí)驗(yàn)裝置的不僅可以完成課程實(shí)驗(yàn),同時(shí)讓學(xué)生掌握PLC及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法,以便應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。
4 .結(jié)束語(yǔ) 總之,機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置將機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)
技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等學(xué)科熔為一體,綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng)。機(jī)床電氣與PLC控制實(shí)驗(yàn)裝置將機(jī)電控制實(shí)踐引入教學(xué)實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,給學(xué)生一個(gè)自主發(fā)揮的創(chuàng)新平臺(tái),為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了
良好的條件。
