CN114093214A - 一种应用于教学的plc防接错实训设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于教学的PLC防接错实训设备，属于实训设备制造领域。技术方案：包括实训台、电气安装执行区和嵌入式电脑编程及检测区，所述电气安装执行区主要实训功能为接线训练，嵌入式电脑编程及检测区主要实训功能为程序编写及接线状态检测，当实训设备完成接线后可以启动接线状态检测系统，能够完成电气设备接线状态的采集，并能够与预先输入系统的正确接线关系进行比对，从而完成实训设备所有接线状态的检验，若存在接线错误，系统将启动报警功能，提示操作者，以防在错误接线情况下电气设备上电造成电气设备损坏及危及人员安全，减小了经济损失和造成的社会影响。

Description

一种应用于教学的PLC防接错实训设备

技术领域

本发明涉及一种应用于教学的PLC防接错实训设备，属于实训设备制造领域。

背景技术

在我国高等职业教育方面，为了让学生更全面的了解掌握PLC、变频器、电机等等各电器部件的功能及接线原理，各高校为在校生提供了大量的实训设备，以供学生练习接线、控制、调试练习，授权公告号为：CN211857812U的专利公开了“一种应用于教学的PLC电气控制编程及应用实训台”，能够完成常用经典电路的接线、编程、上电调试等实训练习。

但是在实训课程上课期间，因班级容量较大，一般都是由教师提供学习任务的接线图及任务要求，而后学生自行接线，老师不可能随时都能照看到每个学生和每台设备，一但学生接线时出错，上电后轻则烧毁限流元器件，重则导致如PLC、变频器等核心贵重器件烧毁，乃至危及人身安全，我国高等职业教育方面每年因维修实训设备需要一笔不菲的资金。且维修需要时间，设备一旦故障，直接导致设备使用率下降，学生练习不充分等情况。

以上情况不仅仅导致设备损坏造成经济损失，更危及操作人员安全，造成不良社会影响，影响生产、实训效率。

针对以上问题，在对目前常规电气控制系统及校内常用实训设备进行研究后，提出了一种应用于教学的PLC防接错实训设备。

发明内容

本发明提供了一种应用于教学的PLC防接错实训设备，通过对现有设备的分析及研究，设计了一种带有接线状态检测的实训设备，当实训设备完成接线后可以启动接线状态检测系统，完成实训设备所有接线状态的检验，并与录入的正确接线状态进行比对，若存在接线错误，系统将启动报警功能，提示操作者，以防在错误接线情况下实训设备通电造成电气设备损坏及危及人员安全，避免了潜在安全隐患，提高了实训设备寿命和使用率，解决了背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于教学的PLC防接错实训设备，包括实训台、电气安装执行区和嵌入式电脑编程及检测区，所述实训台包括台面顶部、底部，所述台面顶部的左侧固定安装有电气安装执行区，所述台面顶部的右侧固定安装接有嵌入式电脑编程及检测区，所述台面的底部设置有底箱，所述台面底部的左侧设置有抽屉。

所述电气安装执行区主要实训功能为接线训练，将电气安装执行区各电器元件按照接线图完成接线，若此区域学生在接线练习中接线错误，上电后往往造成零件烧毁，乃至造成安全事故，所述电气安装执行区包括PID实训单元、电磁阀、V配电端子排、编码器、步进驱动器、步进电机、异步电机、直流电机、真空发生器、断路器、地线端子、熔断器、实训料槽、香蕉插座、指示灯、按钮、光电开关、光纤传感器、步进气动机械手、接近开关、同步带、直线导轨滑块和同步带轮。

嵌入式电脑编程及检测区主要实训功能为程序编写及接线状态检测，通过计算机编写PLC及变频器程序，结合电气安装执行区元器件接线，最终通过执行机构如直流电机的转速、传感器的信号验证接线及程序编写正确与否，嵌入式电脑编程及检测区包括微型计算机主机、输入控制模块、输出控制模块、键盘、显示屏、电脑鼠标、双线检测端子、蜂鸣器、固态继电器、PLC、变频器和报警灯，所述双线检测端子包括冷压端子、输入信号线和输出信号线，输入信号线、输出信号线与冷压端子固连且导通。

输出控制模块接收微型计算机主机指令并向微型计算机主机反馈操作信息，输出控制模块每一个输出端口均通过信号线及固态继电器与双线检测端子的输入信号线相连，在微型计算机主机发出指令后输出控制模块开始工作。

输入控制模块接收微型计算机主机指令并向微型计算机主机反馈检测信息，输入控制模块每一个输入端口均通过信号线及固态继电器与双线检测端子的输出信号线相连，在微型计算机主机发出指令后输入控制模块开始工作。

微型计算机主机控制输出控制模块、输入控制模块，并能够接收输出控制模块、输入控制模块上报的信息，微型计算机主机能够接收键盘的输入信息，并将输出控制模块、输入控制模块上报的接线信息与键盘的输入的正确接线信息进行比对，完成接线状态的判断，并在接线有误的情况下控制报警灯、蜂鸣器发出声光报警信号。

键盘完成信息的输入，使用人员将电气系统正确的的接线信息在键盘完成输入，上报至微型计算机主机。

显示屏接收微型计算机主机的信息，显示微型计算机主机发出的接线状态等信息。

固态继电器串联于输出控制模块、输入控制模块与双线检测端子的输入信号线、输出信号线，在接线状态检测时，固态继电器闭合，完成检测回路的联通，测试无误后断开，电气设备通电工作，因电气设备工作电压较大，固态继电器断开后能有效隔离接线状态检测系统与电气设备，防止接线状态检测系统因电压过高而损坏。

报警灯和蜂鸣器与微型计算机主机相连，在接线有误时间断闪烁，提醒设备安装调试人员，以免在接线有误的情况下为设备上电，为设备及工作人员带来安全隐患。

该实训设备基本满足通用型教学实训，当教学需要或社会用人需求某一项特定技能时，结合实训设备功能，设计实训项目，完成实训练习。

实训设备出厂前，将电气安装执行区及嵌入式电脑编程区及检测区所有元器件的所有接线端均固定连接一枚双线检测端子，并将接线端与所连接的双线检测端子统一编号，并以此编号标记该双线检测端子对应的输出控制模块的输出端口、输入控制模块的输入端口，将编号后的各双线检测端子的输出控制模块的输出端口、输入控制模块的输入端口及电气设备接线端子对应信息通过键盘输入上传至微型计算机主机，输入过程中在显示屏实时显示输入信息，以防信息有误。

使用实训装置时，教师将实验任务的正确接线关系以及编号对应关系通过键盘上传至微型计算机主机，学生按照实训任务接线图接线，待接线人员完成接线后，启动接线状态检测，首先固态继电器闭合，输出控制模块接收微型计算机主机指令后输出控制模块编号1的输出端口输出高电平，其他输出端口输出低电平，输入控制模块检测除编号1的输入端口以外的所有输入端口，若其他输入端口存在高电平，则证明编号1的输入端口对应的电气设备接线端子与高电平输出端口编号对应的电气设备接线端子有导线连接，依次将输出控制模块及输入控制模块所有端口遍历以上过程，便可得到当前状态下真实的接线状态。微型计算机主机将真实接线关系与录入的正确接线关系进行对比，完成接线关系的判断，若接线正确，通过显示屏显示接线成功，固态继电器断开，实训设备上电正常工作，观察实训现象，若接线有误，则驱动报警灯，蜂鸣器发出声光报警信号，并在显示屏显示错误接线的接线端子号码。

本实训设备能够完成实训设备接线状态的采集，并能够与预先输入系统的正确接线关系进行比对，从而完成电气设备所有接线状态的检验，若存在接线错误，系统将启动报警功能，提示操作者，以防在错误接线情况下电气设备上电造成设备损坏及危及人员安全，减小了经济损失和社会影响。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述台面底部的四角均固定连接有支柱，支柱的底部通过转轴活动连接有万向轮，抽屉的数量为两个，所述抽屉的内腔分别放置有电工工具和实训测试线，底箱表面的左侧分别固定连接有电源接口和气源接口，底箱的左侧固定连接有气源三联件。实训台采用220V，50HZ交流电，其220V配电电路布置在背面封闭机柜。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：台面顶部的电气安装执行区上侧安装有端子排，电气安装执行区所有元器件的接线端均通过导线经由实训台内腔走线，接入端子排下侧端子，端子排上侧端子连接有双线检测端子的冷压端子，将检测接线状态的导线与实训过程的接线练习的导线分离，以免实训结束后学生拆线时将实训设备检测接线状态的导线误拆除。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述输出控制模块、输入控制模块为多管脚STM32芯片电路板。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述多管脚STM32芯片电路板中的芯片型号为STM32F103ZCT6。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述输入信号线、输出信号线与冷压端子固连的方式为烙铁钎焊。

本发明的有益效果是：通过设计一种应用于教学的PLC防接错实训设备，当实训设备完成接线后可以启动接线状态检测系统，能够完成电气设备接线状态的采集，并能够与预先输入系统的正确接线关系进行比对，从而完成实训设备所有接线状态的检验，若存在接线错误，系统将启动报警功能，提示操作者，以防在错误接线情况下电气设备上电造成电气设备损坏及危及人员安全，减小了经济损失和社会影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的实训设备主视图示意图；

图2是本发明的实训设备的接线检测系统框图；

图3是本发明的实训设备的双线检测端子结构示意图；

图中：电气安装执行区-1000、PID实训单元-1001、电磁阀-1002、V配电端子排-1003、编码器-1004、步进驱动器-1005、步进电机-1006、异步电机-1007、直流电机-1008、嵌入式电脑编程及检测区-2000、微型计算机主机-2001、输入控制模块-2002、输出控制模块-2003、键盘-2004、显示屏-2005、电脑鼠标-2006、双线检测端子-2007、冷压端子-2008、输入信号线-2009、输出信号线-2010、蜂鸣器-2011、固态继电器-2012、PLC-2013、变频器-2014、报警灯-2015、底箱-3000、抽屉-4000、支柱-5000、万向轮-6000、电源接口-7000、气源接口-8000、端子排-9000。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，请参阅图1-3，一种应用于教学的PLC防接错实训设备，包括实训台、电气安装执行区1000和嵌入式电脑编程及检测区2000，所述实训台包括台面顶部、底部，所述台面顶部的左侧固定安装有电气安装执行区1000，所述台面顶部的右侧固定安装接有嵌入式电脑编程及检测区2000，所述台面的底部设置有底箱3000，所述台面底部的左侧设置有抽屉4000。

所述电气安装执行区1000主要实训功能为接线训练，将电气安装执行区1000各电器元件按照接线图完成接线，若此区域学生在接线练习中接线错误，上电后往往造成零件烧毁，乃至安全事故，所述电气安装执行区1000包括PID实训单元1001、电磁阀1002、V配电端子排1003、编码器1004、步进驱动器1005、步进电机1006、异步电机1007、直流电机1008、真空发生器、断路器、地线端子、熔断器、实训料槽、香蕉插座、指示灯、按钮、光电开关、光纤传感器、步进气动机械手、接近开关、同步带、直线导轨滑块和同步带轮。

嵌入式电脑编程及检测区2000主要实训功能为程序编写及接线状态检测，通过计算机编写PLC及变频器程序，结合电气安装执行区1000元器件接线，最终通过执行机构如直流电机的转速、传感器的信号验证接线及程序编写正确与否，嵌入式电脑编程及检测区2000包括微型计算机主机2001、输入控制模块2002、输出控制模块2003、键盘2004、显示屏2005、电脑鼠标2006、双线检测端子2007、蜂鸣器2011、固态继电器2012、PLC2013、变频器2014和报警灯2015，所述双线检测端子2007包括冷压端子2008、输入信号线2009和输出信号线2010，输入信号线2009、输出信号线2010与冷压端子2008固连且导通。

输出控制模块2003接收微型计算机主机2001指令并向微型计算机主机2001反馈操作信息，输出控制模块2003每一个输出端口均通过信号线及固态继电器2012与双线检测端子2007的输入信号线2012相连，在微型计算机主机2001发出指令后输出控制模块2003开始工作。

输入控制模块2002接收微型计算机主机2001指令并向微型计算机主机2001反馈检测信息，输入控制模块2002每一个输入端口均通过信号线及固态继电器2012与双线检测端子2007的输出信号线2010相连，在微型计算机主机2001发出指令后输入控制模块2002开始工作。

微型计算机主机2001控制输出控制模块2003、输入控制模块2002，并能够接收输出控制模块2003、输入控制模块2002上报的信息，微型计算机主机2001能够接收键盘2004的输入信息，并将输出控制模块2003、输入控制模块2002上报的接线信息与键盘2004的输入的正确接线信息进行比对，完成接线状态的判断，并在接线有误的情况下控制报警灯2015、蜂鸣器2011发出声光报警信号。

键盘2004完成信息的输入，使用人员将电气系统正确的的接线信息在键盘2004完成输入，上报至微型计算机主机2001。

显示屏2005接收微型计算机主机2001的信息，显示微型计算机主机2001发出的接线状态等信息。

固态继电器2012串联于输出控制模块2003、输入控制模块2002与双线检测端子2007的输入信号线2009、输出信号线2010，在接线状态检测时，固态继电器2012闭合，完成检测回路的联通，测试无误后断开，电气设备通电工作，因电气设备工作电压较大，固态继电器2012断开后能有效隔离接线状态检测系统与电气设备，防止接线状态检测系统因电压过高而损坏。

报警灯2015和蜂鸣器2011与微型计算机主机2001相连，在接线有误时间断闪烁，提醒设备安装调试人员，以免在接线有误的情况下为设备上电，为设备及工作人员带来安全隐患。

该实训设备基本满足通用型教学实训，当教学需要或社会用人需求某一项特定技能时，结合实训设备功能，设计实训项目，完成实训练习。

实训设备出厂前，将电气安装执行区1001及嵌入式电脑编程区及检测区2000所有元器件的所有接线端均固定连接一枚双线检测端子2007，并将接线端与所连接的双线检测端子2007统一编号，并以此编号标记该双线检测端子2007对应的输出控制模块2003的输出端口、输入控制模块2002的输入端口，将编号后的各双线检测端子2007的输出控制模块2003的输出端口、输入控制模块2002的输入端口及电气设备接线端子对应信息通过键盘2004输入上传至微型计算机主机2001，输入过程中在显示屏2005实时显示输入信息，以防信息有误。

实施例2，请参阅图1-3，所述台面底部的四角均固定连接有支柱5000，支柱5000的底部通过转轴活动连接有万向轮6000。抽屉4000的数量为两个，所述抽屉4000的内腔分别放置有电工工具和实训测试线。底箱3000表面的左侧分别固定连接有电源接口7000和气源接口8000，底箱3000的左侧固定连接有气源三联件。实训台采用220V，50HZ交流电，其220V配电电路布置在背面封闭机柜。

实施例3，请参阅图1-3，台面顶部的电气安装执行区1000上侧安装有端子排9000，电气安装执行区1000所有元器件的接线端均通过导线经由实训台内腔走线，接入端子排9000下侧端子，端子排9000上侧端子连接有双线检测端子2007的冷压端子2008，将检测接线状态的导线与实训过程的接线练习的导线分离，以免实训结束后学生拆线时将实训设备检测接线状态的导线误拆除。

使用实训装置时，教师将实验任务的正确接线关系以及编号对应关系通过键盘2004上传至微型计算机主机2001，学生按照实训任务接线图接线，待接线人员完成接线后，启动接线状态检测，首先固态继电器2012闭合，输出控制模块2003接收微型计算机主机2001指令后输出控制模块2003编号1的输出端口输出高电平，其他输出端口输出低电平，输入控制模块2002检测除编号1的输入端口以外的所有输入端口，若其他输入端口存在高电平，则证明编号1的输入端口对应的电气设备接线端子与高电平输出端口编号对应的电气设备接线端子有导线连接，依次将输出控制模块2003及输入控制模块2002所有端口遍历以上过程，便可得到当前状态下真实的接线状态。微型计算机主机2001将真实接线关系与录入的正确接线关系进行对比，完成接线关系的判断，若接线正确，通过显示屏2005显示接线成功，固态继电器2012断开，实训设备上电正常工作，观察实训现象，若接线有误，则驱动报警灯2015，蜂鸣器2011发出声光报警信号，并在显示屏2005显示错误接线的接线端子号码。

本实训设备能够完成实训设备接线状态的采集，并能够与预先输入系统的正确接线关系进行比对，从而完成电气设备所有接线状态的检验，若存在接线错误，系统将启动报警功能，提示操作者，以防在错误接线情况下电气设备上电造成设备损坏及人员安全，减小了经济损失和社会影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种应用于教学的PLC防接错实训设备，包括实训台、电气安装执行区（1000）和嵌入式电脑编程及检测区（2000），所述实训台包括台面顶部、底部，所述台面顶部的左侧固定安装有电气安装执行区（1000），所述台面顶部的右侧固定安装接有嵌入式电脑编程及检测区（2000），所述台面的底部设置有底箱（3000），所述台面底部的左侧设置有抽屉（4000），所述电气安装执行区（1000）包括PID实训单元（1001）、电磁阀（1002）、V配电端子排（1003）、编码器（1004）、步进驱动器（1005）、步进电机（1006）、异步电机（1007）、直流电机（1008）、真空发生器、断路器、地线端子、熔断器、实训料槽、香蕉插座、指示灯、按钮、光电开关、光纤传感器、步进气动机械手、接近开关、同步带、直线导轨滑块和同步带轮，其特征在于：所述嵌入式电脑编程及检测区（2000）包括微型计算机主机（2001）、输入控制模块（2002）、输出控制模块（2003）、键盘（2004）、显示屏（2005）、电脑鼠标（2006）、双线检测端子（2007）、蜂鸣器（2011）、固态继电器（2012）、PLC（2013）、变频器（2014）和报警灯（2015），所述双线检测端子（2007）包括冷压端子（2008）、输入信号线（2009）和输出信号线（2010），输入信号线（2009）、输出信号线（2010）与冷压端子（2008）固连且导通，所述电气安装执行区（1000）各元器件接线端均通过双线检测端子（2007）与输入控制模块（2002）、输出控制模块（2003）连接。

2.根据权利要求1所述的一种实训设备，其特征在于：所述台面底部的四角均固定连接有支柱（5000），支柱（5000）的底部通过转轴活动连接有万向轮（6000），抽屉（4000）的数量为两个，所述抽屉（4000）的内腔分别放置有电工工具和实训测试线，底箱（3000）表面的左侧分别固定连接有电源接口（7000）和气源接口（8000），底箱（3000）的左侧固定连接有气源三联件，实训台采用220V，50HZ交流电，其220V配电电路布置在背面封闭机柜。

3.根据权利要求1所述的一种实训设备，其特征在于：台面顶部的电气安装执行区（1000）上侧安装有端子排（9000），电气安装执行区（1000）所有元器件的接线端均通过导线经由实训台内腔走线，接入端子排（9000）下侧端子，端子排（9000）上侧端子连接有双线检测端子（2007）的冷压端子（2008）。

4.根据权利要求3所述的一种实训设备，其特征在于：所述输出控制模块（2003）、输入控制模块（2002）为多管脚STM32芯片电路板。

5.根据权利要求4所述的一种实训设备，其特征在于：所述多管脚STM32芯片电路板中的芯片型号为STM32F103ZCT6。

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