工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

KCPLC-03L型工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)

一、產(chǎn)品概述

工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)是根據(jù)人力資源和社會(huì)保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師"培訓(xùn)及國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)考核大綱內(nèi)容，適當(dāng)增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定和實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求而研制的。適合職業(yè)院校、職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校、職教中心、鑒定站/所對(duì)可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的四、三、二級(jí)開展培訓(xùn)及技能鑒定。

二、研發(fā)背景

1.工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置是根據(jù)人力資源和社會(huì)保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師"培訓(xùn)及國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)考核大綱內(nèi)容，適當(dāng)增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定和實(shí)訓(xùn)教學(xué)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(xué)需要與時(shí)俱進(jìn)設(shè)備要不斷升級(jí)，而教學(xué)還需要從基礎(chǔ)學(xué)起，同時(shí)滿足需要實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重復(fù)會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)資金和實(shí)驗(yàn)室空間。

3.一個(gè)產(chǎn)品需要多種加工工藝，導(dǎo)致工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備錯(cuò)縱復(fù)雜，一個(gè)主機(jī)不能完成所有工作，需要多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行相互配合完成。

4.不同層次的考核需要不同設(shè)備，不能有機(jī)的進(jìn)行結(jié)合，有些實(shí)訓(xùn)完成后無法進(jìn)行考量檢查學(xué)生的接受程度。

三、裝置特色

1.實(shí)訓(xùn)建設(shè)理念為一次性建設(shè)，本設(shè)備采用通用型寬展口，所有主機(jī)的I/O口都可通過擴(kuò)展口引出，可以用于插接式訓(xùn)練，也可進(jìn)行線接式實(shí)操訓(xùn)練；還設(shè)有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對(duì)不同層次的學(xué)生進(jìn)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(shí)現(xiàn)仿真化、信息化實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

3.項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線技術(shù)完成對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對(duì)象、實(shí)物模型中的邏輯、模擬、過程、運(yùn)動(dòng)等的控制。

4.仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)：通過虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)顯示PLC運(yùn)行狀態(tài)，模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，可以進(jìn)行編程訓(xùn)練、程序編寫測(cè)試等功能。

5.模塊化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用歷程構(gòu)建了一個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通訊涉及PROFINET通訊、以太網(wǎng)通等多層網(wǎng)絡(luò)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(duì)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(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

五、基本配置及功能

實(shí)訓(xùn)裝置由S7-1200單元、變頻調(diào)速單元、小車運(yùn)動(dòng)控制單元、、實(shí)訓(xùn)組件單元、二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、交流電機(jī)等組成。

1.S7-1200單元

S7-1200單元主要由主機(jī)1215C和信號(hào)轉(zhuǎn)接板組成。

主機(jī)1215C,125 KB 工作存儲(chǔ)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(gè)高速計(jì)數(shù)器和 4 個(gè)脈沖輸出；信號(hào)板擴(kuò)展板載 I/O；多達(dá) 3 個(gè)用于串行通信的通信模塊；多達(dá) 8 個(gè)用于 I/O 擴(kuò)展的信號(hào)模塊；0.04 ms/1000 條指令；2 個(gè) 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(jī)以太網(wǎng)通訊，控制和顯示各單元的運(yùn)行狀態(tài)。

3.以太網(wǎng)交換機(jī)

以太網(wǎng)交換機(jī)采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機(jī)，自帶8個(gè)雙絞線端口，RJ45 接口；用于構(gòu)建小型星形和總線形拓?fù)浣Y(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(diǎn)設(shè)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(hù)，變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)，短路保護(hù)等。

5.實(shí)訓(xùn)組件

實(shí)訓(xùn)組件主要由電源掛箱虛實(shí)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(shí)訓(xùn)掛箱和電機(jī)實(shí)訓(xùn)單元提供動(dòng)力源；設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕，各相電源工作指示，具有過流、過壓、短路等保護(hù)。

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(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成。

伺服電機(jī)用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數(shù)字信號(hào)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(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。

步進(jìn)電機(jī)用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，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(hù)等功能。

7.三相交流電機(jī)

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(jí)E級(jí)。

六、工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置主要配置清單

七、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

PLC基本技能實(shí)訓(xùn)

MCGS組態(tài)棒圖實(shí)驗(yàn)教學(xué),利用已編輯好組態(tài)棒圖,對(duì)以下任何實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤教學(xué)實(shí)驗(yàn)針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求，學(xué)生自行編輯組態(tài)棒圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（一）PLC認(rèn)知實(shí)訓(xùn)（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(yīng)用實(shí)訓(xùn)

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(dòng)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(jī)控制                                12.自動(dòng)洗衣機(jī)控制

13.電鍍生產(chǎn)線控制                                14.自控軋鋼機(jī)控制

15.郵件分揀機(jī)控制                                16.自動(dòng)售貨機(jī)控制

17.機(jī)械手控制控制                                18.四層電梯控制

(二)PLC實(shí)物控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

19.直線運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)、定位控制                    20.步進(jìn)電機(jī)定位控制

21.步進(jìn)電機(jī)的速度控制                            22.步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制

23.伺服電機(jī)定位控制                              24.伺服電機(jī)的速度控制

25.伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制                          26.伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的綜合控制

(三)典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操實(shí)訓(xùn)

27.三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)和自鎖PLC控制        28.三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)正反轉(zhuǎn)PLC控制

29.三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)帶延時(shí)正反轉(zhuǎn)PLC控制      30.三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換起動(dòng)PLC控制

（四）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)

31.變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作                      32.外部端子點(diǎn)動(dòng)控制

33.變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)                          34.多段速度選擇變頻調(diào)速

35.變頻器無級(jí)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(jī)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(xí)

41.基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制

(4)網(wǎng)絡(luò)通訊綜合實(shí)訓(xùn)

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(yīng)用實(shí)訓(xùn)

八、四層電梯實(shí)訓(xùn)模型

（一）四層電梯實(shí)訓(xùn)模型簡(jiǎn)介

系統(tǒng)由機(jī)械傳動(dòng)和電氣控制兩部分組成：機(jī)械部分控制門的開，閉和轎箱的上下移動(dòng)；控制部分由PLC控制各項(xiàng)功能開關(guān)和指示燈，以完成電梯的各項(xiàng)動(dòng)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(dòng)平層、自動(dòng)關(guān)門、集選控制功能、順向響應(yīng)轎內(nèi)外呼梯信號(hào)、直駛、電梯安全運(yùn)行保護(hù)、照明等功能。且具有性能可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、能耗低和便于教學(xué)等特點(diǎn)。此模塊可以擴(kuò)展單片機(jī)接口，也就是說亦可以通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了一套系統(tǒng)多種教學(xué)用途。

系統(tǒng)構(gòu)成：電梯模型包括升降電機(jī)、極限開關(guān)、導(dǎo)軌、隨行電纜、廳門、召喚按鈕、樓層顯示裝置、轎廂、開關(guān)門機(jī)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(jī)：拽引機(jī)是電梯的驅(qū)動(dòng)裝置，它主要包括：①驅(qū)動(dòng)電機(jī)②拽引輪：拽引機(jī)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(shí)現(xiàn)轎廂的升降。③導(dǎo)向輪：為保證轎廂端和配重端拽引繩各自垂直于轎廂和對(duì)重，且保持平行，并保證拽引輪有足夠大的包角，故一般常設(shè)置導(dǎo)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(shè)計(jì)不同。

3.導(dǎo)軌：導(dǎo)軌通過導(dǎo)軌支架被固定在井道壁上，導(dǎo)軌的位置限定了轎廂和對(duì)重的位置，導(dǎo)軌是轎廂上下運(yùn)行的軌道。

4.對(duì)重裝置：對(duì)重裝置由對(duì)重輪、對(duì)重架、對(duì)重砣、拽引繩等組成。對(duì)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(dāng)轎廂運(yùn)行超過端站時(shí)，用于切斷電源的安全裝置。

6.電梯內(nèi)呼按鈕：在本教學(xué)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(dá)的樓層，并可以顯示電梯轎廂運(yùn)行位置和運(yùn)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(dá)你所在的樓層，并可以顯示電梯轎廂運(yùn)行位置。

（三）電梯控制原理

1.本教學(xué)電梯是一種由乘客自己操作的自動(dòng)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(shè)有一個(gè)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(shè)有上下召喚按鈕。左上角的電梯內(nèi)呼按鈕設(shè)有與層數(shù)相等的相應(yīng)指令按鈕。當(dāng)進(jìn)入轎廂的乘客按下指令按鈕時(shí)，指令信號(hào)被登記，當(dāng)?shù)却陂T外的乘客按下上下樓層按鈕時(shí)，此信號(hào)被登記。電梯在向上運(yùn)行的過程中按登記的指令信號(hào)和向上的召喚信號(hào)逐一給予停靠，直至信號(hào)登記的最高層站，然后又反向向下運(yùn)行，順次相應(yīng)向下指令信號(hào)和召喚信號(hào)給予?？俊Ｃ看瓮？繒r(shí)，電梯自動(dòng)進(jìn)行減速、平層、開門。當(dāng)乘客進(jìn)出轎廂完畢后，又自行關(guān)門，直至完成最后一項(xiàng)工作。如有信號(hào)再出現(xiàn)，則電梯根據(jù)信號(hào)位置選擇方向自行啟動(dòng)運(yùn)行。若無工作指令，則轎廂停留在最后?？康膶訕恰?/span>

2.自動(dòng)開關(guān)門：當(dāng)電梯慢速平層時(shí)，經(jīng)過平層延遲后門機(jī)動(dòng)作，自動(dòng)開門，當(dāng)門開到位是，門開到位開關(guān)動(dòng)作，門機(jī)停止。電梯靠樓層開門后，經(jīng)大約2秒延時(shí)，門電機(jī)向關(guān)門方向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)門關(guān)到位時(shí)，門關(guān)到位開關(guān)動(dòng)作，門機(jī)停止。但當(dāng)乘客按下關(guān)門按鈕時(shí)電梯就立刻關(guān)門。當(dāng)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(dòng)、加速和滿速運(yùn)行

電梯的啟動(dòng)由PLC、變頻器及電磁制動(dòng)器共同控制。首先PLC根據(jù)指令信號(hào)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(yīng)的正傳或反轉(zhuǎn)及預(yù)置速度，并將開閘指令給電磁制動(dòng)器使制動(dòng)器抱閘松開。變頻器經(jīng)過內(nèi)部設(shè)定預(yù)置速度控制電梯的啟動(dòng)、加速和滿速運(yùn)行。

（四）實(shí)驗(yàn)程序介紹

第一部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1.了解電梯的基本結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理；

2.掌握采用遠(yuǎn)程I/O通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)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(dòng)機(jī)、變頻器、傳感器（用于平層定位）、旋轉(zhuǎn)編碼器（產(chǎn)生高速計(jì)數(shù)脈沖）的原理及使用。

第二部分：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、實(shí)驗(yàn)步驟及調(diào)試方法

（1）把四層電梯實(shí)訓(xùn)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(dāng)在一層按下一層上樓按鈕后，轎廂會(huì)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(dá)的樓層，樓層指示燈會(huì)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(huì)顯示當(dāng)時(shí)電梯轎廂所在樓層。當(dāng)?shù)竭_(dá)了所指定的樓層時(shí)，轎廂門會(huì)打開，過一會(huì)再自動(dòng)閉合。

（3）在其他樓可按上樓或下樓按鈕，電梯轎廂會(huì)到達(dá)所在層，然后轎廂門打開，再按下想要到達(dá)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(dá)指定樓層后，轎門打開，過一會(huì)再自動(dòng)關(guān)閉。

（4）在電梯轎廂運(yùn)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(hào)會(huì)按照順序依次相應(yīng)，消除召喚信號(hào)。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(shí)還有二層下降按鈕召喚，電梯轎廂會(huì)在上升過程中先響應(yīng)三層上升按鈕，消除三層召喚信號(hào)。再響應(yīng)四層內(nèi)呼按鈕，最后再下降到二樓響應(yīng)二層下樓按鈕，但只有最后響應(yīng)的樓層電梯轎廂門會(huì)打開。電梯在執(zhí)行完最后一個(gè)指令而停靠時(shí)，這時(shí)如有乘客進(jìn)入轎廂，則其指令信號(hào)可優(yōu)先決定電梯運(yùn)行方向。

（5）電梯未平層或運(yùn)行時(shí)，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(yùn)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(hào)輸出24V/0V）

3、輸入IO分配（無源信號(hào)輸入）

（五）智能電梯控制器

1、智能電梯控制系統(tǒng)由液晶、藍(lán)牙模塊、指紋模塊、刷卡模塊及電梯控制聯(lián)動(dòng)模塊組成，模擬樓宇自動(dòng)化，實(shí)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(shí)電梯當(dāng)前運(yùn)行樓層狀態(tài)及故障，可實(shí)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(gè)指紋，適用于小區(qū)及辦公樓宇場(chǎng)所的應(yīng)用

3）藍(lán)牙模組可實(shí)現(xiàn)手機(jī)呼梯、手機(jī)查看電梯樓層及狀態(tài)，適用于當(dāng)今疫情環(huán)境的無接觸乘梯

4) 刷卡模組可實(shí)現(xiàn)IC卡管理，刷卡樓層自動(dòng)點(diǎn)亮，便于物業(yè)的管理，阻止陌生人進(jìn)去小區(qū)