專利名稱：一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化系統(tǒng)及方法，特別涉及一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在職業(yè)教育特別是在自動(dòng)化專業(yè)的職業(yè)教育中，采用一些試驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備對(duì)學(xué)生進(jìn) 行技能訓(xùn)練和考核是非常必要的，它能夠使學(xué)生在接近工廠環(huán)境下掌握自動(dòng)化專業(yè)控制方 面的技能，為企業(yè)提供優(yōu)秀的技術(shù)人才。目前，職業(yè)教育中自動(dòng)化類的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)都是一些程式化的設(shè)備，一套設(shè)備針對(duì)一 個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目制作，不能針對(duì)多種不同類型的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，設(shè)備利用率低，靈活性差；元器件間 的接線都固定在控制柜中，無(wú)法修改與變動(dòng)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)開放性較差，學(xué)生所能做的就是 練習(xí)定好的一些外部接線，教學(xué)工作主要以實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證為主；設(shè)備更新時(shí)，需要更新整套設(shè) 備，教學(xué)成本高。現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)配置有限，構(gòu)成單一，功能少，使用不靈活，與企業(yè) 工作環(huán)境相差較大，在學(xué)生能力的訓(xùn)練上有很多不足和局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及方法。為實(shí)現(xiàn)以上的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由公共模塊、功能控制模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備組成； 其中公共模塊包括實(shí)訓(xùn)臺(tái)、交直流電源、PLC主控制器、HMI和引出端子組成；控制功能模塊 包括邏輯控制功能模塊、運(yùn)動(dòng)控制功能模塊和過(guò)程控制功能模塊，其中運(yùn)動(dòng)控制功能模塊 包括變頻器運(yùn)動(dòng)控制功能模塊、步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制功能模塊、伺服運(yùn)動(dòng)控制功能模塊，過(guò)程控制 功能模塊包括溫度過(guò)程控制功能模塊和液位過(guò)程控制功能模塊；控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備模塊包括邏 輯控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備和過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備。所述的公共模塊和功能控制模塊各元器件合理排布在網(wǎng)控板上。所述的公共模塊是基本模塊，是每一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)都使用的模塊；其中實(shí)訓(xùn)臺(tái)用于放置 公共模塊板和針對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容選用的控制功能模塊板；所述的功能控制模塊搭載不同的控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備，從而滿足學(xué)生不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè) 備要求。所述的公共模塊是基本模塊，是每一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)都使用的模塊；公共模塊與控制功能 模塊相連接，能夠進(jìn)行通信控制和指令的傳達(dá)；實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的指令輸入、控制操 作；控制功能模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備相連，對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)指令進(jìn)行實(shí)現(xiàn)操作。公共 模塊中的實(shí)訓(xùn)臺(tái)用于放置公共模塊板和針對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容選用的控制功能模塊板；交直流電源 用于對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備提供電源；PLC主控制器用于操作指令控制；HMI用于方便的人機(jī)界面交 互、輸入操作指令；引出端子用于和后續(xù)設(shè)備相連。所述的邏輯控制功能模塊包括多個(gè)邏輯開關(guān)、多個(gè)繼電器和相關(guān)連線，可對(duì)邏輯開關(guān)和繼電器操作用于實(shí)現(xiàn)邏輯控制；變頻器運(yùn)動(dòng)控制模塊包括變頻器及相關(guān)連線，可對(duì) 變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，用于實(shí)現(xiàn)變頻器運(yùn)動(dòng)控制操作；步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制模塊包括變頻器、步進(jìn) 控制器、步進(jìn)電機(jī)及相關(guān)連線，可通過(guò)公共模塊的控制指令對(duì)步進(jìn)電機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng) 控制；伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊包括伺服控制器、交流伺服電機(jī)及相關(guān)電氣連線，可通過(guò)公共模塊 的控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)伺服運(yùn)動(dòng)控制；溫度過(guò)程控制模塊主要包括溫度變 送器、電加熱絲及相關(guān)電氣連線，可通過(guò)公共功能模塊，實(shí)現(xiàn)溫度信息通信與控制；液位過(guò) 程控制模塊包括液位檢測(cè)器、液體輸送泵及相關(guān)電氣連線，可通過(guò)公共功能模塊，實(shí)現(xiàn)液位 信息通信與控制?？刂茖?shí)訓(xùn)設(shè)備可以由不同的載體組成，作為控制對(duì)象完成整個(gè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備 的操作。本發(fā)明提供一種自動(dòng)化柔性實(shí)訓(xùn)方法，是根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，選擇不同的功能 控制模塊、設(shè)備載體模塊和公共模塊搭配來(lái)完成實(shí)訓(xùn)操作，其具體實(shí)現(xiàn)的方法如下步驟a 確定實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容；步驟b 學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，選擇功能控制模塊板和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備，將功能控制模 塊板掛接到帶有公共模塊板的實(shí)訓(xùn)臺(tái)上；步驟c 將公共模塊板上的元件進(jìn)行電氣接線；步驟d 將控制功能模塊板上的元件進(jìn)行電氣接線；步驟e 將公共模塊和功能控制模塊之間進(jìn)行電氣連線；步驟f 將功能控制模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行電氣連線；步驟g 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的編寫，將程序上載到HMI和PLC ；步驟h 在公共模塊上進(jìn)行指令操作，并進(jìn)行實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)記錄；步驟i ；教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)過(guò)程和實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，給出成績(jī)。較佳的，步驟c、d、e還包括步驟cdel 進(jìn)行電氣連線；步驟cde2 檢查電氣連線是否正確，若正確則執(zhí)行cd3，若不正確則執(zhí)行cdl ；步驟cde3:通上電源；較佳的，步驟e還包括步驟gl 進(jìn)行計(jì)算機(jī)和HMI、PLC通信連線；步驟g2 檢查通訊是否正確，若正確則執(zhí)行cde3，若不正確則執(zhí)行cdel ；步驟g3:程序上傳。


圖1本發(fā)明的各功能模塊搭配結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2實(shí)訓(xùn)臺(tái)模塊板放置示意圖；圖3公共模塊電氣接線圖；圖4邏輯控制模塊電氣接線圖；圖5變頻器運(yùn)動(dòng)控制模塊電氣接線圖；圖6步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制電氣接線圖；圖7伺服運(yùn)動(dòng)控制模塊電氣接線圖；圖8過(guò)程控制模塊電氣接線具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由公共模塊1、功能控制模塊2和控制 實(shí)訓(xùn)設(shè)備3組成；其中公共模塊1包括實(shí)訓(xùn)臺(tái)11、交直流電源12、PLC主控制器13、HMI14 和引出端子15組成；功能控制模塊2包括邏輯控制功能模塊21、運(yùn)動(dòng)控制功能模塊22和 過(guò)程控制功能模塊23，其中運(yùn)動(dòng)控制功能模塊22包括變頻器運(yùn)動(dòng)控制功能模塊221、步進(jìn) 運(yùn)動(dòng)控制功能模塊222、伺服運(yùn)動(dòng)控制功能模塊223，過(guò)程控制功能模塊23包括溫度過(guò)程控 制功能模塊231和液位過(guò)程控制功能模塊232，控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備模塊3包括邏輯控制實(shí)訓(xùn)設(shè) 備31、運(yùn)動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備32和過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備33 ；具體實(shí)施時(shí)，學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，選擇 功能控制模塊2和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備3，將功能控制模塊2掛接到帶有公共模塊1的實(shí)訓(xùn)臺(tái)11 上，依次將公共模塊1上的元件、功能控制模塊2上的元件、公共模塊1和功能控制模塊2、 功能控制模塊2和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備3之間分別進(jìn)行電氣連線；檢查電氣連線是否正確；接通 電源后，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的編寫，將程序上傳到HMI14和PLC主控制器13上；在公共模 塊1上進(jìn)行指令操作，并進(jìn)行實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)記錄；教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)過(guò)程和實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，給出成績(jī)。如圖2所示，實(shí)訓(xùn)臺(tái)11上安放有公共模塊1和功能控制模塊2，臺(tái)桌上配有控制開 關(guān)、指示燈、電壓表、多圈電位器及相關(guān)電氣連接線；臺(tái)架用來(lái)掛在公共模塊板和功能控制 模塊板，其中，公共模塊板每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都需要使用，控制功能模塊板可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容更 換。如圖3所示，公共模塊1中通過(guò)外部電源為公共模塊1提供220V、380V交流電源， 24V、5V直流電源，HMI14和PLC主控制器13通過(guò)公共模塊1的電源供電。實(shí)訓(xùn)時(shí)，PLC主 控制器13和HMI14連接進(jìn)行指令通訊。如圖4所示，邏輯控制模塊21包括多個(gè)邏輯開關(guān)和繼電器，本模塊與公共模塊1 集合使用，完成實(shí)訓(xùn)設(shè)備的順序控制的電氣控制部分。配合設(shè)備載體可以完成仿真生產(chǎn)線 的制作、調(diào)試、運(yùn)行等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。為了進(jìn)行邏輯故障的設(shè)定及排除，所有熱繼電器的輔助觸 頭引致接線端子，參與整個(gè)邏輯控制。M5為電動(dòng)機(jī)往返運(yùn)動(dòng)電機(jī)。所有邏輯有PLC主控制 器13進(jìn)行控制。如圖5所示，本模塊包括三只變頻器及相關(guān)電源開關(guān)、電氣接線。本模塊與公共模 塊1的電源、PLC主控制器13配合使用，可以完成多電動(dòng)機(jī)同步控制的變頻器運(yùn)動(dòng)控制系 統(tǒng)的電氣控制部分訓(xùn)練。與設(shè)備載體配合使用完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制仿真生產(chǎn)線的綜合訓(xùn)練。如圖6所示，本模塊包括兩只變頻器、步進(jìn)控制器及步進(jìn)電機(jī)和相關(guān)電氣接線。本 模塊與公共模塊1的電源、PLC主控制器13配合使用，連接到步進(jìn)控制器上可以完成步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)。如圖7所示，本模塊與公共模塊1的電源、PLC主控制器13配合使用，可以完成伺 服運(yùn)動(dòng)控制的電氣部分實(shí)訓(xùn)，與設(shè)備載體可以完成伺服單軸位置控制系統(tǒng)的訓(xùn)練。若在加 上變頻運(yùn)動(dòng)控制模塊，可以完成多電動(dòng)機(jī)伺服電子齒輪比控制系統(tǒng)的訓(xùn)練。如圖8所示，本模塊包括溫度控制和液位控制。溫度控制包括溫度變送器、PT100 測(cè)溫電阻、電加熱絲、固態(tài)繼電器和相關(guān)電氣連線；液位控制包括液位控制器、液體輸送泵 和相關(guān)電氣連線。本過(guò)程控制控制模塊包含兩部分控制內(nèi)容溫度控制及液位控制。與公 共模塊1集合使用，可以完成液體溫度的自動(dòng)控制及液體液位的控制兩部分。溫度檢測(cè)信號(hào)送入PLC，有PLC運(yùn)算輸出PWM控制信號(hào)，控制本模塊的SSR頻繁動(dòng)作達(dá)到溫度的自動(dòng)控 制；變頻器傳動(dòng)液體輸送泵，液位的檢測(cè)有液位傳感器完成；當(dāng)液位超出設(shè)定值，應(yīng)降低變 頻器的輸出頻率導(dǎo)致液體泵轉(zhuǎn)速下降；本模塊與具體設(shè)備載體結(jié)合，就能實(shí)現(xiàn)溫度壓力兩 種過(guò)度過(guò)程控制對(duì)象的控制。 本發(fā)明專利將公共模塊作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的平臺(tái)，利用加載不同的功能控制模塊和與 各種控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)的目的，本發(fā)明配置合理，功能完 善，使用方便，能夠模擬企業(yè)工作環(huán)境，從而大幅度提高學(xué)生的操作能力。
權(quán)利要求
一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)其特征在于由公共模塊、功能控制模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備組成；其中公共模塊包括實(shí)訓(xùn)臺(tái)、交直流電源、PLC主控制器、HMI和引出端子組成；控制功能模塊包括邏輯控制功能模塊、運(yùn)動(dòng)控制功能模塊和過(guò)程控制功能模塊，其中運(yùn)動(dòng)控制功能模塊包括變頻器運(yùn)動(dòng)控制功能模塊、步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制功能模塊、伺服運(yùn)動(dòng)控制功能模塊，過(guò)程控制功能模塊包括溫度過(guò)程控制功能模塊和液位過(guò)程控制功能模塊；控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備模塊包括邏輯控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備和過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備。具體實(shí)現(xiàn)方法為步驟a確定實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容；步驟b學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，選擇功能控制模塊板和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備，將功能控制模塊板掛接到帶有公共模塊板的實(shí)訓(xùn)臺(tái)上；步驟c將公共模塊板上的元件進(jìn)行電氣接線；步驟d將控制功能模塊板上的元件進(jìn)行電氣接線；步驟e將公共模塊和功能控制模塊之間進(jìn)行電氣連線；步驟f將功能控制模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行電氣連線；步驟g在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的編寫，將程序上載到HMI和PLC；步驟h在公共模塊上進(jìn)行指令操作，并進(jìn)行實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)記錄；步驟i；教師根據(jù)實(shí)訓(xùn)過(guò)程和實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，給出成績(jī)；較佳的，步驟c、d、e還包括步驟cde1進(jìn)行電氣連線；步驟cde2檢查電氣連線是否正確，若正確則執(zhí)行cd3，若不正確則執(zhí)行cd1；步驟cde3通上電源較佳的，步驟e還包括步驟g1進(jìn)行計(jì)算機(jī)和HMI、PLC通信連線；步驟g2檢查通訊是否正確，若正確則執(zhí)行e3，若不正確則執(zhí)行e1；步驟g3程序上傳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及方法，其特征在于所述的 控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以由不同的載體組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)及方法，一種自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由公共模塊、功能控制模塊和控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備組成；其中公共模塊包括實(shí)訓(xùn)臺(tái)、交直流電源、PLC主控制器、HMI和引出端子組成；控制功能模塊包括邏輯控制功能模塊、運(yùn)動(dòng)控制功能模塊和過(guò)程控制功能模塊，過(guò)程控制功能模塊包括溫度過(guò)程控制功能模塊和液位過(guò)程控制功能模塊；本發(fā)明將公共模塊作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的平臺(tái)，利用加載不同的功能控制模塊和與各種控制實(shí)訓(xùn)設(shè)備的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化柔性綜合實(shí)訓(xùn)的目的，本發(fā)明配置合理，功能完善，使用方便，能夠模擬企業(yè)工作環(huán)境，從而大幅度提高學(xué)生的操作能力。
文檔編號(hào)G09B19/00GK101853590SQ20091013247
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者吳勇, 奚茂龍, 陸榮, 黃麟 申請(qǐng)人:無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院