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SBGYW-02型工業(yè)運動控制技術(shù)實訓裝置
一、產(chǎn)品概述
工業(yè)運動控制技術(shù)實訓臺是根據(jù)人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內(nèi)容，適當增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實訓教學要求而研制的。適合職業(yè)院校、職業(yè)培訓學校、職教中心、鑒定站/所對可編程序控制系統(tǒng)設計師的四、三、二級開展培訓及技能鑒定。
二、研發(fā)背景
1.工業(yè)運動控制技術(shù)實訓裝置是根據(jù)人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內(nèi)容，適當增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實訓教學要求而研制的。
2.工業(yè)迅速發(fā)展處理器要求不斷提高，教學需要與時俱進設備要不斷升級，而教學還需要從基礎學起，同時滿足需要實驗室建設重復會導致浪費資金和實驗室空間。
3.一個產(chǎn)品需要多種加工工藝，導致工業(yè)現(xiàn)場設備錯縱復雜，一個主機不能完成所有工作，需要多個站點進行相互配合完成。
4.不同層次的考核需要不同設備，不能有機的進行結(jié)合，有些實訓完成后無法進行考量檢查學生的接受程度。
三、裝置特色
1.實訓建設理念為一次性建設，本設備采用通用型寬展口，所有主機的I/O口都可通過擴展口引出，可以用于插接式訓練，也可進行線接式實操訓練；還設有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對不同層次的學生進行考核。
2.采用模塊組合式結(jié)構(gòu)，含開關(guān)量、模擬量、變頻調(diào)速、觸摸屏、通信模塊等，配套HMI工控組態(tài)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)仿真化、信息化實訓教學。
3.項目實訓模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線技術(shù)完成對工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對象、實物模型中的邏輯、模擬、過程、運動等的控制。
4.仿真實訓教學：通過虛擬環(huán)境實時顯示PLC運行狀態(tài)，模擬工業(yè)現(xiàn)場控制，可以進行編程訓練、程序編寫測試等功能。
5.模塊化網(wǎng)絡系統(tǒng)：網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)主要由西門子S7-1200構(gòu)成，根據(jù)工業(yè)中西門子PLC應用歷程構(gòu)建了一個工業(yè)網(wǎng)絡，網(wǎng)絡通訊涉及PROFINET通訊、以太網(wǎng)通等多層網(wǎng)絡通訊。
四、技術(shù)性能
1.輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3.裝置容量：＜0.5kVA
4.重 量：100kg
5.外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm
6.安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準
五、基本配置及功能
實訓裝置由S7-1200單元、變頻調(diào)速單元、小車運動控制單元、、實訓組件單元、二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、交流電機等組成。
1.S7-1200單元
S7-1200單元主要由主機1215C和信號轉(zhuǎn)接板組成。
主機1215C,125 KB 工作存儲器；24VDC 電源，板載 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板載 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板載 6 個高速計數(shù)器和 4 個脈沖輸出；信號板擴展板載 I/O；多達 3 個用于串行通信的通信模塊；多達 8 個用于 I/O 擴展的信號模塊；0.04 ms/1000 條指令；2 個 PROFINET 端口，用于編程、HMI 和 PLC 間數(shù)據(jù)通信
2.觸摸屏單元
觸摸屏單元采用西門子KTP700 Basic 7寸彩色觸摸屏，用于1200主機以太網(wǎng)通訊，控制和顯示各單元的運行狀態(tài)。
3.以太網(wǎng)交換機
以太網(wǎng)交換機采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機，自帶8個雙絞線端口，RJ45 接口；用于構(gòu)建小型星形和總線形拓撲結(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
4.變頻調(diào)速單元
變頻調(diào)速單元采用西門子SINAMICS 系列G120變頻器，三相相380V供電，輸出功率0.75KW。集成PN通訊接口，提供BOP操作面板；具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；集成4路數(shù)字量輸入，1路模擬量輸入；具備過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。
5.實訓組件
實訓組件主要由電源掛箱虛實結(jié)合掛箱，掛箱區(qū)域采用開放式結(jié)構(gòu)可根據(jù)需求增加不同掛箱。
電源掛箱提供AC380V、AC220V、DC24V電源，為實訓掛箱和電機實訓單元提供動力源；設有啟動停止按鈕，各相電源工作指示，具有過流、過壓、短路等保護。
6.二維絲桿控制單元
二維絲桿控制單元主要由伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動組成。
伺服電機用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制。
步進電機用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓DC24V，輸出功率35W；內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護等功能。
7.三相交流電機
交流額定電壓380V/△接法，轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/min，功率40W，頻率50HZ，絕緣等級E級。
六、工業(yè)運動控制技術(shù)實訓裝置主要配置清單
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序號 |
品名 |
規(guī)格（mm） |
數(shù)量 |
單位 |
|
1 |
1215 CPU |
6ES7215-1AG40-0XB0+SM1223 |
1 |
個 |
|
2 |
V90 Profinet通訊 |
200W，單相220V |
1 |
個 |
|
3 |
G120變頻器 |
交流變頻調(diào)速部件 G120 PN標準變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)：1）G120 PN標準變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)控制單元 CU250-2 PN；2）G120標準變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)基本操作面板BOP-2；3）G120標準變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)0.75KW以上,380V電源輸入功率單元 PM240-2。 （功率輕載0.75KW重載0.55KW） |
1 |
個 |
|
4 |
觸摸屏 |
KTP700 Basic PN |
1 |
臺 |
|
5 |
步進電機 |
57步進電機 |
1 |
個 |
|
6 |
三相異步電機 |
三相異步電動機180W |
1 |
個 |
|
7 |
小車運動單元 |
定制 |
1 |
套 |
|
8 |
二維絲杠單元 |
定制 |
1 |
套 |
|
9 |
傳感器 |
光電、磁性、電感傳感器 |
1 |
套 |
|
10 |
交換機 |
8口 |
1 |
臺 |
|
11 |
試驗臺 |
定制 |
1 |
套 |
|
12 |
掛箱模塊 |
|
1 |
套 |
|
13 |
電梯模型 |
參數(shù)見附件 |
1 |
套 |
七、實訓項目
PLC基本技能實訓
MCGS組態(tài)棒圖實驗教學,利用已編輯好組態(tài)棒圖,對以下任何實驗進行動態(tài)跟蹤教學實驗針對實驗項目的具體要求，學生自行編輯組態(tài)棒圖進行實驗。
（一）PLC認知實訓（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令、接線、編程下載等）
PLC虛擬控制應用實訓
1.數(shù)碼顯示控制
2.搶答器控制
3.天塔之光控制
4.音樂噴泉控制
5.十字路口交通燈控制
6.水塔水位控制
7.自動送料裝車系統(tǒng)控制
8.四節(jié)傳送帶控制
9.裝配流水線控制
10.多種液體混合裝置控制
11.自控成型機控制
12.自動洗衣機控制
13.電鍍生產(chǎn)線控制
14.自控軋鋼機控制
15.郵件分揀機控制
16.自動售貨機控制
17.機械手控制控制
18.四層電梯控制
(二)PLC實物控制應用實訓
19.直線運動位置檢測、定位控制
20.步進電機定位控制
21.步進電機的速度控制
22.步進電機的正反轉(zhuǎn)控制
23.伺服電機定位控制
24.伺服電機的速度控制
25.伺服電機的正反轉(zhuǎn)控制
26.伺服電機和步進電機的綜合控制
(三)典型電動機控制實操實訓
27.三相鼠籠式異步電動機點動和自鎖PLC控制
28.三相鼠籠式異步電動機聯(lián)動正反轉(zhuǎn)PLC控制
29.三相鼠籠式異步電動機帶延時正反轉(zhuǎn)PLC控制
30.三相鼠籠式異步電動機Y/△轉(zhuǎn)換起動PLC控制
（四）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實訓
31.變頻器功能參數(shù)設置與操作
32.外部端子點動控制
33.變頻器控制電機正反轉(zhuǎn)
34.多段速度選擇變頻調(diào)速
35.變頻器無級調(diào)速
36.外部模擬量方式的變頻調(diào)速控制
37.基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉(zhuǎn)控制
38.基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制
39.基于PLC通信方式的變頻開環(huán)調(diào)速
40.基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習
41.基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制
(4)網(wǎng)絡通訊綜合實訓
42.PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
43.PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應用實訓
八、四層電梯實訓模型
（一）四層電梯實訓模型簡介
系統(tǒng)由機械傳動和電氣控制兩部分組成：機械部分控制門的開，閉和轎箱的上下移動；控制部分由PLC控制各項功能開關(guān)和指示燈，以完成電梯的各項動作。
電梯的電氣控制系統(tǒng)采用西門子PLC智能控制（也可以采用三菱），具有自動平層、自動關(guān)門、集選控制功能、順向響應轎內(nèi)外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護、照明等功能。且具有性能可靠、運行平穩(wěn)、操作簡單、能耗低和便于教學等特點。此模塊可以擴展單片機接口，也就是說亦可以通過單片機控制，實現(xiàn)了一套系統(tǒng)多種教學用途。
系統(tǒng)構(gòu)成：電梯模型包括升降電機、極限開關(guān)、導軌、隨行電纜、廳門、召喚按鈕、樓層顯示裝置、轎廂、開關(guān)門機構(gòu)、平層裝置、轎廂內(nèi)指層燈、轎廂照明、控制系統(tǒng)等。
（二）電梯的主要組成部件
1.拽引機：拽引機是電梯的驅(qū)動裝置，它主要包括：①驅(qū)動電機②拽引輪：拽引機上的繩索稱為拽引輪。兩端借助拽引繩分別懸掛轎廂和配重塊，并依靠拽引繩與拽引輪槽間的靜摩檫力來實現(xiàn)轎廂的升降。③導向輪：為保證轎廂端和配重端拽引繩各自垂直于轎廂和對重，且保持平行，并保證拽引輪有足夠大的包角，故一般常設置導向輪（俗稱抗繩輪）。
2.轎廂：轎廂由轎廂架、轎廂體等組成。轎廂因用途不同，規(guī)格尺寸與外形設計不同。
3.導軌：導軌通過導軌支架被固定在井道壁上，導軌的位置限定了轎廂和對重的位置，導軌是轎廂上下運行的軌道。
4.對重裝置：對重裝置由對重輪、對重架、對重砣、拽引繩等組成。對重與轎廂相襯托起平衡作用。
5.限位開關(guān)：該裝置可以裝在轎廂上，也可以裝在電梯井道上端站和下端站附近，當轎廂運行超過端站時，用于切斷電源的安全裝置。
6.電梯內(nèi)呼按鈕：在本教學電梯中，電梯內(nèi)呼按鈕裝在電梯模型面板的左上角，用于指定想要到達的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置和運行方向。
7.樓層顯示窗：它安裝在電梯模型面板的右側(cè)，通過操作帶有向上或向下箭頭的按鈕可以讓轎廂到達你所在的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置。
（三）電梯控制原理
1.本教學電梯是一種由乘客自己操作的自動電梯模型。樓層顯示窗口在電梯右側(cè)，并在頂層和底層分別設有一個向上和向下的召喚按鈕（即上下樓層按鈕），而在其他層站各設有上下召喚按鈕。左上角的電梯內(nèi)呼按鈕設有與層數(shù)相等的相應指令按鈕。當進入轎廂的乘客按下指令按鈕時，指令信號被登記，當?shù)却陂T外的乘客按下上下樓層按鈕時，此信號被登記。電梯在向上運行的過程中按登記的指令信號和向上的召喚信號逐一給予�？�，直至信號登記的最高層站，然后又反向向下運行，順次相應向下指令信號和召喚信號給予�？�。每次停靠時，電梯自動進行減速、平層、開門。當乘客進出轎廂完畢后，又自行關(guān)門，直至完成最后一項工作。如有信號再出現(xiàn)，則電梯根據(jù)信號位置選擇方向自行啟動運行。若無工作指令，則轎廂停留在最后�？康膶訕�。
2.自動開關(guān)門：當電梯慢速平層時，經(jīng)過平層延遲后門機動作，自動開門，當門開到位是，門開到位開關(guān)動作，門機停止。電梯靠樓層開門后，經(jīng)大約2秒延時，門電機向關(guān)門方向運轉(zhuǎn)。當門關(guān)到位時，門關(guān)到位開關(guān)動作，門機停止。但當乘客按下關(guān)門按鈕時電梯就立刻關(guān)門。當轎廂停在某層且門關(guān)閉，按下該層召喚按鈕，則門將被打開。
3.電梯的啟動、加速和滿速運行
電梯的啟動由PLC、變頻器及電磁制動器共同控制。首先PLC根據(jù)指令信號確定上升（Q1.4口輸出）或下降（Q1.5口輸出）指令，然后將上升或下降及速度控制指令傳遞給變頻器相應的正傳或反轉(zhuǎn)及預置速度，并將開閘指令給電磁制動器使制動器抱閘松開。變頻器經(jīng)過內(nèi)部設定預置速度控制電梯的啟動、加速和滿速運行。
（四）實驗程序介紹
第一部分：實驗目的
1.了解電梯的基本結(jié)構(gòu)和動作原理；
2.掌握采用遠程I/O通信網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)了電梯的PLC控制。
3.掌握PLC控制的基本原理, 掌握三相異步電動機、變頻器、傳感器（用于平層定位）、旋轉(zhuǎn)編碼器（產(chǎn)生高速計數(shù)脈沖）的原理及使用。
第二部分：實驗內(nèi)容
1、實驗步驟及調(diào)試方法
（1）把四層電梯實訓模型的程序下載到PLC，按照接線圖把PLC輸入輸出的線接接到面板上，檢查接線無誤后上電操作。
(2)把可編程控制器撥向RUN后,若電梯轎廂停留在一層。按一下“樓層顯示窗”下面的一層上樓按鈕，即表示要乘坐電梯，若轎廂沒有在一樓，當在一層按下一層上樓按鈕后，轎廂會先下降到所在位置再開門。若在一層樓，電梯轎門打開，在“電梯內(nèi)呼按鈕”下的按鈕中按下想要到達的樓層，樓層指示燈會亮，并按關(guān)門按鈕，電梯門閉合。轎廂開始上升，在“樓層顯示窗”中會顯示當時電梯轎廂所在樓層。當?shù)竭_了所指定的樓層時，轎廂門會打開，過一會再自動閉合。
（3）在其他樓可按上樓或下樓按鈕，電梯轎廂會到達所在層，然后轎廂門打開，再按下想要到達的樓層，并按下關(guān)門按鈕，電梯轎門關(guān)閉，電梯轎廂開始上升或下降，到達指定樓層后，轎門打開，過一會再自動關(guān)閉。
（4）在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，反方向下降（或上升）的外呼梯信號會按照順序依次相應，消除召喚信號。例如，電梯轎廂在一樓，在上升到四樓的過程中，若三樓有三層上升按鈕召喚，同時還有二層下降按鈕召喚，電梯轎廂會在上升過程中先響應三層上升按鈕，消除三層召喚信號。再響應四層內(nèi)呼按鈕，最后再下降到二樓響應二層下樓按鈕，但只有最后響應的樓層電梯轎廂門會打開。電梯在執(zhí)行完最后一個指令而停靠時，這時如有乘客進入轎廂，則其指令信號可優(yōu)先決定電梯運行方向。
（5）電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關(guān)門鈕轎廂門關(guān)閉。
2、輸出IO分配（有源信號輸出24V/0V）
|
序號 |
標識 |
功能 |
序號 |
標識 |
功能 |
|
1 |
Q1 |
1層外呼上行按鈕信號 |
10 |
Q10 |
4層平層信號 |
|
2 |
Q2 |
2層外呼上行按鈕信號 |
11 |
Q11 |
開門狀態(tài) |
|
3 |
Q3 |
2層外呼下行按鈕信號 |
12 |
Q12 |
開關(guān)狀態(tài) |
|
4 |
Q4 |
3層外呼上行按鈕信號 |
13 |
Q13 |
1層內(nèi)呼按鈕信號 |
|
5 |
Q5 |
3層外呼下行按鈕信號 |
14 |
Q14 |
2層內(nèi)呼按鈕信號 |
|
6 |
Q6 |
4層外呼上行按鈕信號 |
15 |
Q15 |
3層內(nèi)呼按鈕信號 |
|
7 |
Q7 |
1層平層信號 |
16 |
Q16 |
4層內(nèi)呼按鈕信號 |
|
8 |
Q8 |
2層平層信號 |
17 |
Q17 |
開門按鈕信號 |
|
9 |
Q9 |
3層平層信號 |
18 |
Q18 |
關(guān)門按鈕信號 |
3、輸入IO分配（無源信號輸入）
|
序號 |
標識 |
功能 |
序號 |
標識 |
功能 |
|
1 |
I1 |
1層外呼上行按鈕指示燈 |
8 |
I8 |
2層內(nèi)呼按鈕指示燈 |
|
2 |
I2 |
2層外呼上行按鈕指示燈 |
9 |
I9 |
3層內(nèi)呼按鈕指示燈 |
|
3 |
I3 |
2層外呼下行按鈕指示燈 |
10 |
I10 |
4層內(nèi)呼按鈕指示燈 |
|
4 |
I4 |
3層外呼上行按鈕指示燈 |
11 |
I11 |
電梯開門 |
|
5 |
I5 |
3層外呼下行按鈕指示燈 |
12 |
I12 |
電梯關(guān)門 |
|
6 |
Q6 |
4層外呼下行按鈕1層外呼上行按鈕指示燈 |
13 |
Q13 |
電梯上行 |
|
7 |
Q7 |
1層內(nèi)呼按鈕指示燈 |
14 |
Q14 |
電梯下行 |
（五）智能電梯控制器
1、智能電梯控制系統(tǒng)由液晶、藍牙模塊、指紋模塊、刷卡模塊及電梯控制聯(lián)動模塊組成，模擬樓宇自動化，實現(xiàn)智能乘梯方便用戶出行
2、組成部分：
（1）液晶采用12864液晶，可現(xiàn)實電梯當前運行樓層狀態(tài)及故障，可實現(xiàn)指紋管理，及指紋錄入等功能
（2）指紋模組可錄入上千個指紋，適用于小區(qū)及辦公樓宇場所的應用
（3）藍牙模組可實現(xiàn)手機呼梯、手機查看電梯樓層及狀態(tài)，適用于當今疫情環(huán)境的無接觸乘梯
（4) 刷卡模組可實現(xiàn)IC卡管理，刷卡樓層自動點亮，便于物業(yè)的管理，阻止陌生人進去小區(qū)
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網(wǎng)絡型PLC可編程控制器、變頻調(diào)速、觸摸屏、電氣控制及單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)綜合實驗裝置 |
