CN101853590B - 一种自动化柔性综合实训系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化柔性综合实训系统及方法，一种自动化柔性综合实训系统由公共模块、功能控制模块和控制实训设备组成；其中公共模块包括实训台、交直流电源、PLC主控制器、HMI和引出端子组成；控制功能模块包括逻辑控制功能模块、运动控制功能模块和过程控制功能模块，过程控制功能模块包括温度过程控制功能模块和液位过程控制功能模块；本发明专利将公共模块作为实训项目的平台，利用加载不同的功能控制模块和与各种控制实训设备的连接，来实现自动化柔性综合实训的目的，本发明配置合理，功能完善，使用方便，能够模拟企业工作环境，从而大幅度提高学生的操作能力。

Description

一种自动化柔性综合实训系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动化系统及方法，特别涉及一种自动化柔性综合实训系统及方法。 

背景技术

在职业教育特别是在自动化专业的职业教育中，采用一些试验实训设备对学生进行技能训练和考核是非常必要的，它能够使学生在接近工厂环境下掌握自动化专业控制方面的技能，为企业提供优秀的技术人才。 

目前，职业教育中自动化类的实训系统都是一些程式化的设备，一套设备针对一个实训项目制作，不能针对多种不同类型的实训项目，设备利用率低，灵活性差；元器件间的接线都固定在控制柜中，无法修改与变动，对于学生来说开放性较差，学生所能做的就是练习定好的一些外部接线，教学工作主要以实验性验证为主；设备更新时，需要更新整套设备，教学成本高。现有的实训系统其结构配置有限，构成单一，功能少，使用不灵活，与企业工作环境相差较大，在学生能力的训练上有很多不足和局限性。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种自动化柔性综合实训系统及方法。 

为实现以上的目的，本发明采用的技术方案是： 

一种自动化柔性综合实训系统由公共模块、功能控制模块和控制实训设备组成；其中公共模块包括实训台、交直流电源、PLC主控制器、HMI和引出端子；功能控制模块包括逻辑控制功能模块、运动控制功能模块和过程控制功能模块，其中运动控制功能模块包括变频器运动控制功能模块、步进运动控制功能模块、伺服运动控制功能模块，过程控制功能模块包括温度过程控制功能模块和液位过程控制功能模块。

所述的公共模块和功能控制模块各元器件合理排布在网控板上。 

所述的公共模块是基本模块，是每一项实训都使用的模块；其中实训台用于放置公共模块板和针对实训内容选用的控制功能模块板； 

所述的功能控制模块搭载不同的控制实训设备，从而满足学生不同实训项目的设备要求。 

所述的公共模块是基本模块，是每一项实训都使用的模块；公共模块与控制功能模块相连接，能够进行通信控制和指令的传达；实现学生对实训内容的指令输入、控制操作；功能控制模块和控制实训设备相连，对控制设备进行控制，对指令进行实现操作。公共模块中的实训台用于放置公共模块板和针对实训内容选用的控制功能模块板；交直流电源用于对实训设备提供电源；PLC主控制器用于操作指令控制；HMI用于方便的人机界面交互、输入操作指令；引出端子用于和后续设备相连。 

所述的逻辑控制功能模块包括多个逻辑开关、多个继电器和相关连线，可对逻辑开关和继电器操作用于实现逻辑控制；变频器运动控制模块包括变频器及相关连线，可对变频器进行参数设置，用于实现变频器运动控制操作；步进运动控制模块包括变频器、步进控制器、步进电机及相关连线，可通过公共模块的控制指令对步进电机操作， 实现步进运动控制；伺服运动控制模块包括伺服控制器、交流伺服电机及相关电气连线，可通过公共模块的控制指令实现对伺服电机操作，实现伺服运动控制；温度过程控制模块主要包括温度变送器、电加热丝及相关电气连线，可通过公共功能模块，实现温度信息通信与控制；液位过程控制模块包括液位检测器、液体输送泵及相关电气连线，可通过公共功能模块，实现液位信息通信与控制。控制实训设备可以由不同的载体组成，作为控制对象完成整个实训设备的操作。 

本发明提供一种自动化柔性实训方法，是根据不同的实训设备，选择不同的功能控制模块、设备载体模块和公共模块搭配来完成实训操作，其具体实现的方法如下： 

步骤a：确定实训的实训内容； 

步骤b：学生根据实训内容，选择功能控制模块板和控制实训设备，将功能控制模块板挂接到带有公共模块板的实训台上； 

步骤c：将公共模块板上的元件进行电气接线； 

步骤d：将功能控制模块板上的元件进行电气接线； 

步骤e：将公共模块和功能控制模块之间进行电气连线； 

步骤f：将功能控制模块和控制实训设备进行电气连线； 

步骤g：在计算机上进行程序的编写，将程序上载到HMI和PLC； 

步骤h：在公共模块上进行指令操作，并进行实训数据记录； 

步骤i；教师根据实训过程和实训数据，给出成绩。 

步骤c、d、e还包括： 

步骤cde1：进行电气连线； 

步骤cde2：检查电气连线是否正确，若正确则执行cde3，若不正确则执行cde1； 

步骤cde3：通上电源； 

步骤g还包括： 

步骤g1：进行计算机和HMI、PLC通信连线； 

步骤g2：检查通讯是否正确，若正确则执行cde3，若不正确则执行cde1； 

步骤g3：程序上传。 

附图说明

图1本发明的各功能模块搭配结构简图； 

图2实训台模块板放置示意图； 

图3公共模块电气接线图； 

图4逻辑控制模块电气接线图； 

图5变频器运动控制模块电气接线图； 

图6步进运动控制电气接线图； 

图7伺服运动控制模块电气接线图； 

图8过程控制模块电气接线图； 

具体实施方式：

如图1所示，一种自动化柔性综合实训系统由公共模块1、功能控制模块2和控制实训设备3组成；其中公共模块1包括实训台11、交直流电源12、PLC主控制器13、HMI14和引出端子15；功能控制模块2包括逻辑控制功能模块21、运动控制功能模块22和过程控制功能模块23，其中运动控制功能模块22包括变频器运动控制功能模块221、步进运动控制功能模块222、伺服运动控制功能模块223，过程控制功能模块23包括温度过程控制功能模块231和液位过程控制功能模块232；具体实施时，学生根据实训内容，选择功能控制模 块2和控制实训设备3，将功能控制模块2挂接到带有公共模块1的实训台11上，依次将公共模块1上的元件、功能控制模块2上的元件、公共模块1和功能控制模块2、功能控制模块2和控制实训设备3之间分别进行电气连线；检查电气连线是否正确；接通电源后，在计算机上进行程序的编写，将程序上传到HMI14和PLC主控制器13上；在公共模块1上进行指令操作，并进行实训数据记录；教师根据实训过程和实训数据，给出成绩。 

实训台由台桌和台架组成，台桌上配有控制开关、指示灯、电压表、多圈电位器及相关电气连接线；台架用来挂在公共模块板，和功能控制模块板，其中，公共模块板每个实训项目都需要使用，所以固定在台架上，功能控制模块板可以根据实训内容更换。 

公共模块中通过外部电源为本模块提供220V、380V交流电源，24V、5V直流电源，HMI和PLC通过本模块电源供电。实训时，PLC和HMI连接进行指令通讯。 

本模块包括多个逻辑开关和继电器。本模块与公共模块集合使用，完成实训设备的顺序控制(顺序启动、顺序停机、故障处理)的电气控制部分。配合设备载体可以完成仿真生产线的制作、调试、运行等实训内容。为了进行逻辑故障的设定及排除，所有热继电器的辅助触头引致接线端子，参与整个逻辑控制。M5为电动机往返运动电机。所有逻辑有PLC程序进行控制。 

本模块包括三只变频器及相关电源开关、电气接线。本模块与公共模块的电源、PLC设备配合使用，可以完成多电动机同步控制的变频器运动控制系统的电气控制部分训练。与设备载体配合使用完成整个运动控制仿真生产线的综合训练。 

如图6所示，本模块包括两只变频器、步进控制器及步进电机和相关电气接线。本模块与公共模块1的电源、PLC主控制器13配合使用，连接到步进控制器上可以完成步进电机的运动控制实训。 

如图7所示，本模块与公共模块1的电源、PLC主控制器13配合使用，可以完成伺服运动控制的电气部分实训，与设备载体可以完成伺服单轴位置控制系统的训练。若在加上变频运动控制模块，可以完成多电动机伺服电子齿轮比控制系统的训练。 

如图8所示，本模块包括温度控制和液位控制。温度控制包括温度变送器、PT100测温电阻、电加热丝、固态继电器和相关电气连线；液位控制包括液位控制器、液体输送泵和相关电气连线。本过程控制控制模块包含两部分控制内容：温度控制及液位控制。与公共模块1集合使用，可以完成液体温度的自动控制及液体液位的控制两部分。温度检测信号送入PLC，有PLC运算输出PWM控制信号，控制本模块的SSR频繁动作达到温度的自动控制；变频器传动液体输送泵，液位的检测有液位传感器完成；当液位超出设定值，应降低变频器的输出频率导致液体泵转速下降；本模块与具体设备载体结合，就能实现温度压力两种过度过程控制对象的控制。 

本发明专利将公共模块作为实训项目的平台，利用加载不同的功能控制模块和与各种控制实训设备的连接，来实现自动化柔性综合实训的目的，本发明配置合理，功能完善，使用方便，能够模拟企业工作环境，从而大幅度提高学生的操作能力。 

Claims (1)

1.一种自动化柔性综合实训系统，其特征在于：该系统由公共模块、功能控制模块和控制实训设备组成；其中公共模块包括实训台、交直流电源、PLC主控制器、HMI和引出端子；功能控制模块包括逻辑控制功能模块、运动控制功能模块和过程控制功能模块，其中运动控制功能模块包括变频器运动控制功能模块、步进运动控制功能模块、伺服运动控制功能模块，过程控制功能模块包括温度过程控制功能模块和液位过程控制功能模块；控制实训设备包括逻辑控制实训设备、运动控制实训设备和过程控制实训设备；

具体实现方法为：

步骤a：确定实训的实训内容；

步骤b：学生根据实训内容，选择功能控制模块板和控制实训设

备，将功能控制模块板挂接到带有公共模块板的实训台上；

步骤c：将公共模块板上的元件进行电气接线；

步骤d：将功能控制模块板上的元件进行电气接线；

步骤e：将公共模块和功能控制模块之间进行电气连线；

步骤f：将功能控制模块和控制实训设备进行电气连线；

步骤g：在计算机上进行程序的编写，将程序上载到HMI和PLC；

步骤h：在公共模块上进行指令操作，并进行实训数据记录；

步骤i；教师根据实训过程和实训数据，给出成绩；

步骤c、d、e还包括：

步骤cde1：进行电气连线；

步骤cde2：检查电气连线是否正确，若正确则执行cde3，若不正确则执行cde1；

步骤cde3：通上电源；

步骤g还包括：

步骤g1：进行计算机和HMI、PLC通信连线；

步骤g2：检查通讯是否正确，若正确则执行cde3，若不正确则执行cde1；

步骤g3：程序上传。