CN104820396A - 组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，包括基座，在所述基座上设置有实训面板和控制面板，在实训面板左侧设置有电源单元，在实训面板的右侧设置有挂接机构用于挂接可编程控制器，在控制面板的下方设置有模拟量电路、位置/转速脉冲信号发生器、开关量输入电路、执行器电路。本发明的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，以可移动模块化方式，根据教学或科研的实际需要，满足多种类型的可编程控制器实训要求，灵活组装出各种实训硬件。以求减小实训设备所占空间，降低设备造价，增强学员对可编程控制器的感性认识和实际接线训练，方便集中培训或大型技术竞赛的需要。

Description

组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台

技术领域

   本发明涉及一种多功能实训台，特别涉及一种组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台。

背景技术

   目前，现代工业自动控制设备PLC在集团公司的应用越来越普及，随着技术进步和设备更新，对现场技术人员和操作维护人员的要求也越来越高。但是实际情况是，很多电工技师甚至技术人员对现代工业控制PLC知识的掌握，严重滞后于现场设备的实际需求。造成上述状况的主要原因，是现场人员缺少PLC等现代控制设备的“实训”机会。只有搞好平时培训，让现场人员对PLC系统有机会摸、能编、能试，充分掌握设备性能，设备有事时才能心中有数，敢修能修，工艺变化或技术革新时可以进行工艺优化或改进程序，挖掘设备潜力，降低故障率并快速判断处理故障，减少对设备生产厂家或设计部门的依赖。

   目前，国内的职业技术院校或煤矿选用的电工PLC实训设备，多为通用型教学演示设备。其典型如上海博才科教设备有限公司生产的BCW-01C型维修电工技能培训考核实训装置、北京科大的机电系统教学试验台等。这些设备的特点是：

  1)、通用性强，专业性、针对性弱。培训设备的电路原理与矿区实际设备相去甚远；

  2)、重理论，重编程，元件实际接线训练少；

  3)、教学演示性强，学员实际动手设计和组态系统的内容少；

  4)、造价高，昂贵的价格限制了购置数量，难以形成规模培训；

  5)、体积大，移动困难，不利于实施淮北矿区制定的培训（竞赛）模式。

由此产生的通病是: 培训后的学员往往局限于对PLC等一般设备的泛泛了解，缺乏对实际设备的动手能力，导致培训流于形式。经过调研发现，国内目前尚没有较为理想的PLC实训设备。可以说，搞好现场人员的PLC可编程序控制器的培训工作，并以此为龙头，提升整体煤矿电气从业人员的技术水平，是提高淮北矿区技术软实力的重要一环。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是现有的实训台存在局限，不能满足现有的设备的通用实训，不能满足提高实际动手能力的需求。

   为解决上述技术问题，本发明提供了一种组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，包括基座，在所述基座上设置有实训面板和控制面板，在实训面板左侧设置有电源单元，在实训面板的右侧设置有挂接机构用于挂接可编程控制器，在控制面板的下方设置有模拟量电路、位置/转速脉冲信号发生器、开关量输入电路、执行器电路。本发明的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，以可移动模块化方式，根据教学或科研的实际需要，满足多种类型的可编程控制器实训要求，灵活组装出各种实训硬件。以求减小实训设备所占空间，降低设备造价，增强学员对可编程控制器的感性认识和实际接线训练，方便集中培训或大型技术竞赛的需要。

其中，所述电源单元包括直流电源、交流电源、空气开关和漏电保护器，所述模拟量电路包括数字电量表、电阻、电位器和辅助元件，电阻和电位器串联并且由直流电源供电，数字电量表由交流电源供电，输出由电位器进行调节，用于向可编程控制器提供模拟量信号、检测外电路输入的模拟量信号或可编程控制器模块输出的模拟量信号，上述模拟量信号为电流或电压，所述位置/转速脉冲信号发生器包括轴编码器和相关电路，所述开关量输入电路包括多个按钮、多个转换开关和相关电路，所述执行器电路包括多个中间继电器、LED数码管、指示灯、电笛和相关电路，LED数码管设置在电源单元旁边。

所述可编程控制器固定在连接板上，连接板通过挂接机构挂接到实训面板右侧，在连接板上还固定有至少两个PLC端子排，分别位于可编程控制器的上方和下方，可编程控制器的所有端子均引至PLC端子排，再通过PLC端子排与外部电路相接，每个可编程控制器设置有编程接口、电源接口和总线接口，LED数码管的端子先引至专用端子排，再通过专用端子排与外部电路相接。为保护PLC主机的接线端子在频繁的实训接线中不至于损坏，PLC（三菱与西门子）的所有端子均引至PLC电路板的端子排，再与外部电路相接，LED数码管的端子引至专用端子排，再与外部电路相接。

所述可编程控制器还连接到计算机。

作为本发明的优选技术方案，所述挂接机构为设置在实训面板上突出的挂接扣，并且在固定可编程控制器的连接板相对应的位置设置有相适配的挂接孔；所述基座为L型，实训面板竖直设置在基座的竖直面上，在实训面板与基座之间留有空腔，控制面板倾斜设置在基座的水平面上，在控制面板与基座之间留有空腔，并且实训面板与基座之间的空腔和控制面板与基座之间的空腔相通，在实训面板周围设置有一圈连接孔连通到实训面板后面的空腔，所述控制面板上端转动连接在基座上，在控制面板的下方还设置有把手。空腔方便接线端子的接线，实训面板周围的连接孔方便实训面板上的接线端子接到空腔后与控制面板上的元器件相连接。

   本发明的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台的特点是：

   (1)、教学培训——可用以三菱FX2N、西门子S7-200和西门子S7-300可编程控制器实操培训。

   (2)、科研平台——用三菱FX2N、西门子S7-200和西门子S7-300可编程控制器做科研平台，充分挖掘矿区现有生产工艺流程潜力和探索开发矿区生产工艺新流程。

   (3)、竞赛功能——配置与技术竞赛相关的统一标准部件和快捷接线方式，为煤矿或矿区开展PLC技术技能竞赛提供服务。

   (4)、应急备件——选用矿区在线使用的主流PLC机型和各种软硬件，特殊情况下可临时移作应急备件。

   (5)、实际接线训练——目前市场上的PLC教学实训台存在的普遍问题是模拟演示功能强，而实际接线训练不足，学员面对实际元件时往往不知如何接线，本实训台在实际接线的训练效果方面有重大突破。

   (6)、性价比——以满足矿山电气的常规需求为主，要求操作安全、性能可靠、经济实用。

   该组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台以可移动模块化方式，根据教学或科研的实际需要，满足多种类型的可编程控制器实训要求，灵活组装出各种实训硬件。以求减小实训设备所占空间，降低设备造价，增强学员对可编程控制器的感性认识和实际接线训练，方便集中培训或大型技术竞赛的需要。

   该实训台集可编程控制器和接线端子排于一体，单元模块组合式设计，结构合理，功能齐全，实训方便。该设备硬件、软件配置齐全，每个机种都可以单独进行实操训练，也可以进行组合功能实训。使学员全面地、系统地掌握目前流行的工业自动化控制设备，结构原理、编程技巧、数字量、模拟量、PID、高速计数器、通讯等综合应用实操训练，安装操作及检修维护。

附图说明

   图1是本发明的主视图；

   图2是本发明的左视图；

   图3是本发明的结构框图；

   图4是本发明的模拟量电路图；

   图5是实施例的主电路图；

   图6是实施例的PLC接线图；

   其中，1-基座，2-实训面板，3-控制面板，4-电源单元，5-可编程控制器，6-连接板，7-PLC端子排，8-专用端子排，9-挂接扣，10-挂接孔，11-连接孔，12-把手。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

   如图所示，本发明的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，包括基座1，在所述基座1上设置有实训面板2和控制面板3，在实训面板2左侧设置有电源单元4，在实训面板2的右侧设置有挂接机构用于挂接可编程控制器5，在控制面板3的下方设置有模拟量电路、位置/转速脉冲信号发生器、开关量输入电路、执行器电路。

其中，所述电源单元4包括直流电源、交流电源、空气开关和漏电保护器，所述模拟量电路包括数字电量表、电阻、电位器和辅助元件，电阻和电位器串联并且由直流电源供电，数字电量表由交流电源供电，输出由电位器进行调节，用于向可编程控制器提供模拟量信号、检测外电路输入的模拟量信号或可编程控制器模块输出的模拟量信号，上述模拟量信号为电流或电压，所述位置/转速脉冲信号发生器包括轴编码器和相关电路，所述开关量输入电路包括多个按钮、多个转换开关和相关电路，所述执行器电路包括多个中间继电器、LED数码管、指示灯、电笛和相关电路，LED数码管设置在电源单元旁边。多个中间继电器设置在实训面板专用端子排下方，轴编码器设置在控制面板右上角，电位器设置在控制面板的左侧中间位置，另外在控制面板上设置有多个按钮和转换开关以及指示灯、电笛等。

   所述可编程控制器固定在连接板6上，连接板6通过挂接机构挂接到实训面板2右侧，在连接板6上还固定有至少两个PLC端子排7，分别位于可编程控制器5的上方和下方，可编程控制器5的所有端子均引至PLC端子排7，再通过PLC端子排7与外部电路相接，每个可编程控制器5设置有编程接口、电源接口和总线接口，LED数码管的端子先引至专用端子排8，再通过专用端子排8与外部电路相接。所述可编程控制器5还连接到计算机。

所述挂接机构为设置在实训面板2上突出的挂接扣9，并且在固定可编程控制器5的连接板6相对应的位置设置有相适配的挂接孔10；所述基座1为L型，实训面板2竖直设置在基座1的竖直面上，在实训面板2与基座1之间留有空腔，控制面板3倾斜设置在基座1的水平面上，在控制面板3与基座1之间留有空腔，并且实训面板2与基座1之间的空腔和控制面板3与基座1之间的空腔相通，在实训面板2周围设置有一圈连接孔11连通到实训面板2后面的空腔，所述控制面板3上端转动连接在基座1上，在控制面板3的下方还设置有把手12。空腔方便接线端子的接线，实训面板周围的连接孔方便实训面板上的接线端子接到空腔后与控制面板上的元器件相连接。

其中，电源单元包括直流电源、交流电源、空气开关和漏电保护器，空气开关的跳闸整定值为6安，漏电保护器的动作值为30mA、0秒，确保发生短路故障和人身触电时及时跳闸。直流电源包括220VAC/24VDC 5A直流电源一块和相应的配电电路。24VDC作为PLC输入输出电路的主操作电源，可保证操作者的人身安全和PLC的设备安全。

模拟量电路，由数字电量表（V/mA型）、电阻、电位器和相关辅助元件组成。可由人工调节给定，向PLC的A/D模块提供0-20mA或0-10V的模拟量信号；也可以检测外电路输入的模拟量信号或PLC的D/A模块输出的模拟量信号。

“位置/转速”脉冲信号发生器，由轴编码器和相关电路组成。人工转动轴编码器操作盘，向PLC的高速计数模块输出脉冲信号，经PLC的程序处理后转化为位置或转速参量，参与程序控制。

开关量输入电路，由若干按钮、转换开关组成，向PLC的输入开关量控制信号。

执行器电路，由若干中间继电器、LED数码管、指示灯、电笛等组成，接收PLC开关量输出的控制信号，并作出相应的反应。

为保护PLC主机的接线端子在频繁的实训接线中不至于损坏，PLC（三菱与西门子）的所有端子均引至PLC电路板的端子排，再与外部电路相接。

LED数码管的端子引至专用端子排，再与外部电路相接。

其它元件利用本身端子对外接线。

各元件或单元电路之间无任何连线。实训电路由实训人员自己设计并接线，完成实训电路组态。

为保证学员的人身安全和PLC设备的安全，各种I/O接口元件均为24VDC电压等级，24V电源模块有过电流保护，实训接线中基本上不出现220VAC及以上等级的危险电压。

编程实施例：

如图5、图6所示，实训平台三相异步电动机的正反转控制，电动机从正向旋转到反向旋转，以及从反向旋转转换到正向旋转的运行控制称为电动机的正反转控制。

从分析可见，三相异步电动机接触器联锁的正反转控制优点是工作安全可靠，缺点是操作不便，因电机从正转变为反转时，必须先按下停止按钮后，才能按反转启动按钮，否则由于接触器的联锁作用，不能实现反转。为克服此线路的不足，在实训过程中我们可采用按钮联锁或按钮和接触器双重联锁的正反转控制线路。

   通过对煤矿现有机电子系统控制设备进行了充分调研，目前常用的可编程控制器主要包括三菱和西门子，需要电气维护人员掌握的知识点集中在基本程序设计能力的掌握及开关量、模拟量输入/输出、总线通讯、PID、高速计数器、数码管显示等接线及程序处理方面的内容。

   通过本发明的设备配置，可实现以下理论实训内容：

   PLC控制系统的感性认识、编程软件的安装、使用；

   I/O接口和外围元件的接线；

   PLC编程基本指令、功能指令；

   PLC编程技巧。

   基本程序设计能力、开关量、模拟量输入/输出、总线通讯、PID、高速计数器、数码管显示等接线及程序处理等方面多功能实训。

   通过本发明的设备配置，可以完成的实训项目：

（1）、实训学员对PLC的八段码显示、天塔之光程序编写；

（2）、实训学员对PLC的抢答器实验程序编写；

（3）、实训学员对PLC的优先级别判断程序编写；

（4）、实训学员对PLC的数值运算实验程序编写；

（5）、实训学员对PLC的闪烁灯光控制程序编写；

（6）、实训学员对PLC的发射型灯光控制程序编写；

（7）、实训学员对PLC的流水型灯光控制程序编写；

（8）、实训学员对PLC的红绿灯自动控制程序编写；

（9）、实训学员对PLC的红绿灯手动控制程序编写；

（10）、实训学员对PLC的红绿灯开闭时间可控程序编写；

（11）、实训学员对PLC的水池水位自动控制程序编写；

（12）、实训学员对PLC的水塔水位自动控制程序编写；

（13）、实训学员对PLC的带自诊断的水塔水位自动控制程序编写；

（14）、实训学员对PLC的成型机的半自动控制程序编写；

（15）、实训学员对PLC的成型机的全自动控制程序编写；

（16）、实训学员对PLC的成型机带计数的全自动控制程序编写；

（17）、实训学员对PLC的二种液体自动混合控制程序编写；

（18）、实训学员对PLC的三种液体自动混合控制程序编写；

（19）、实训学员对PLC的三种液体自动混合加热控制程序编写；

（20）、实训学员对PLC的自动送料装车控制程序编写；

（21）、实训学员对PLC的单一邮件分拣控制程序编写；

（22）、实训学员对PLC的多邮件分拣控制程序编写；

（23）、实训学员对PLC的邮件分拣的全自动控制程序编写；

（24）、实训学员对PLC的四层电梯控制系统程序编写；

（25）、实训学员对PLC的机械手控制系统程序编写；

（26）、实训学员对PLC的皮带运输机控制系统程序编写；

（27）、实训学员对PLC的相对位置控制程序编写；

（28）、实训学员对PLC的凸轮控制增量分方式程序编写；

（29）、实训学员对PLC的交通灯控制实训（位逻辑、定时器指令应用）程序编写；

（30）、实训学员对PLC的机械手控制实训（传送指令应用）程序编写；

（31）、实训学员对PLC的译码计数器控制实训（计数指令应用）程序编写；

（32）、实训学员对PLC的按钮开关量信号的检测程序编写；

（33）、实训学员对PLC的限位开关量信号的检测程序编写；

（34）、实训学员对PLC的传感器信号的检测程序编写；

（35）、实训学员对PLC的基于FX2N-4AD模块的电压输入通道调节与检测程序编写；

（36）、实训学员对PLC的基于FX2N-4AD模块的电流输入通道调节与检测程序编写；

（37）、实训学员对PLC的基于FX2N-4DA模块的电压输出通道调节与检测程序编写；

（38）、实训学员对PLC的基于FX2N-4DA模块的电流输出通道调节与检测程序编写；

（39）、实训学员对与、或、非逻辑功能程序编写；

（40）、实训学员对跳转、分支功能程序编写；   

（41）、实训学员对数据处理功能程序编写；   

（42）、实训学员对自动售货机程序编写；

（43）、实训学员对自动洗衣机控制系统程序编写；

（44）、实训学员对定时器、计数器功能测试程序编写；

（45）、实训学员对移位寄存器测试程序编写； 

（46）、实训学员对微分、位操作程序编写； 

（47）、实训学员对艺术彩灯造型的PLC控制程序编写；

（48）、实训学员对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制程序编写；

（49）、实训学员对三相鼠笼式异步电动机联动正反转控制程序编写；

（50）、实训学员对三相鼠笼式异步电动机带延时正反转控制程序编写；

（51）、实训学员对三相鼠笼式异步电动机 Y/△ 转换起动控制程序编写；

（52）、变频器多段速度选择变频调速；

（53）、变频器外部端子点动控制；

（54）、变频器外部电压变频调速；

（55）、变频器外部电流变频调速；

（56）、变频器三相异步电动机的变频开环调速；

（57）、PLC 控制变频器调速；

（58）、步进电机控制实训；

（59）、基于热电阻传感器检测的PID控制实训；

（60）、基于热电偶传感器检测的PID控制实训；

（61）、PLC与变频器通讯控制实训；

（62）、PLC与人机界面触摸屏通讯控制实训；

（63）、PLC、人机界面触摸屏数字量调速实训；

（64）、PLC、人机界面触摸屏模拟量调速实训。

原来各矿在进行可编程控制器培训时，多以理论讲解为主，电气维修技术人员对于PLC实际接线、编程等缺乏直观的认识。可编程控制器教学实训平台以可移动模块化方式，根据教学或科研的实际需要，满足多种类型的可编程控制器实训要求，灵活组装出各种实训电路。减小了实训设备所占空间，降低设备造价，增强了学员对元件的感性认识和实际接线能力训练，方便集中培训或大型技术竞赛的需要。可编程控制器平台采用可移动模块式结构，在同一个平台上可以挂接三菱和西门子等多种类型PLC。采用可编程控制器实训平台进行实训操作，提高了学员的动手能力及基本程序设计能力，可编程控制器平台可以完成煤矿自动化监控子系统维护所需掌握的开关量、模拟量输入/输出、变频传动、总线通讯、高速计数器、数码管显示等知识点的实训操作技能。通过对电气维修技术人员的培训，提高他们的业务技术水平及装备管理水平，在控制系统出现故障时能够迅速排查处理，减少影响生产的时间，社会经济效益显著。该平台提高了现场维护人员技术水平和熟练程度, 因而大大有利于保证矿井机电设备安全运转，进而促进安全生产, 降低成本, 减少浪费, 提高设备运行寿命。

本发明的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台：

1、可编程控制器平台采用可移动模块式结构，在同一个平台上可以挂接三菱和西门子等多种类型PLC，实现了模块化组合式；

2、可编程控制器平台可以完成煤矿自动化监控子系统维护所需掌握的开关量、数字量、模拟量、变频传动、PID调节、通讯等多功能的实训操作；

3、真正实现了动手接线能力的训练，满足了对煤矿最复杂控制电路关键技能点的程序编程及程序控制等理论实训和动手能力训练；

4、该项目与国内同类项目比较，单元模块组合式设计，结构合理，功能齐全，实训方便，达到了国内先进水平。

Claims (6)

1.一种组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：包括基座，在所述基座上设置有实训面板和控制面板，在实训面板左侧设置有电源单元，在实训面板的右侧设置有挂接机构用于挂接可编程控制器，在控制面板的下方设置有模拟量电路、位置/转速脉冲信号发生器、开关量输入电路、执行器电路。

2.如权利要求1所述的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：所述电源单元包括直流电源、交流电源、空气开关和漏电保护器，所述模拟量电路包括数字电量表、电阻、电位器和辅助元件，电阻和电位器串联并且由直流电源供电，数字电量表由交流电源供电，输出由电位器进行调节，用于向可编程控制器提供模拟量信号、检测外电路输入的模拟量信号或可编程控制器模块输出的模拟量信号，上述模拟量信号为电流或电压，所述位置/转速脉冲信号发生器包括轴编码器和相关电路，所述开关量输入电路包括多个按钮、多个转换开关和相关电路，所述执行器电路包括多个中间继电器、LED数码管、指示灯、电笛和相关电路，LED数码管设置在电源单元旁边。

3.如权利要求2所述的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：所述可编程控制器固定在连接板上，连接板通过挂接机构挂接到实训面板右侧，在连接板上还固定有至少两个PLC端子排，分别位于可编程控制器的上方和下方，可编程控制器的所有端子均引至PLC端子排，再通过PLC端子排与外部电路相接，每个可编程控制器设置有编程接口、电源接口和总线接口，LED数码管的端子先引至专用端子排，再通过专用端子排与外部电路相接。

4.如权利要求3所述的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：所述可编程控制器还连接到计算机。

5.如权利要求3所述的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：所述挂接机构为设置在实训面板上突出的挂接扣，并且在固定可编程控制器的连接板相对应的位置设置有相适配的挂接孔。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的组合式多功能煤矿生产工艺控制程序开发实训台，其特征在于：所述基座为L型，实训面板竖直设置在基座的竖直面上，在实训面板与基座之间留有空腔，控制面板倾斜设置在基座的水平面上，在控制面板与基座之间留有空腔，并且实训面板与基座之间的空腔和控制面板与基座之间的空腔相通，在实训面板周围设置有一圈连接孔连通到实训面板后面的空腔，所述控制面板上端转动连接在基座上，在控制面板的下方还设置有把手。