CN202870619U - 一种可重构单片机与plc综合实验装置 - Google Patents

Abstract

一种可重构单片机与PLC综合实验装置，涉及实验仪器设备。其结构是：在仪器面板上设置短导轨、长导轨及安装孔，控制器通过短导轨固定安装；所述的控制器为PLC或单片机应用系统；空气开关、交流接触器、中间继电器通过长导轨固定安装；按钮开关、小开关、输入/输出指示灯、接线端子、变频器、开关电源通过安装孔固定安装，在仪器面板上布置导线槽，在仪器面板的背面安装护板。该实验装置为立式台架结构，尺寸680×470×250毫米，重量约5千克，相当于一个可以移动的电气控制柜，成本2000元左右。适用于机械设计制造及其自动化、机械电子工程、电气自动化等专业的单片机原理与应用、PLC编程与应用等课程的实验教学。

Description

一种可重构单片机与PLC综合实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验仪器设备，具体说是一种可重构单片机与PLC综合实验装置。 

背景技术

目前国内各工科院校正在进行的教育教学改革主要有两种方式：CDIO工程教育模式和卓越工程师教育培养计划，目的在于提高我国工科大学生的工程实践能力，培养与国际接轨的工程师。这就需要为学生提供各种动手实践的实验装置，让他们在做中学，从而改变传统的以教师讲授为中心，学生被动学习的局面，强调学生自主学习。 

目前市场上有多种单片机和PLC综合实验装置，共同特点是：（1）成本高，每台售价在50000元左右。（2）结构上过度封装，学生无法深入了解其内部结构与控制原理，只停留在简单使用的层面上。（3）将编程用计算机、实验装置和电动机等执行元件做成台式结构，整机尺寸和重量偏大，不便于将实验装置直接控制实际的生产设备。 

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种经济实用结构开放，可功能重构的综合实验装置。 

本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的：一种可重构单片机与PLC综合实验装置，其特征在于：在仪器面板上设置短导轨、长导轨及安装孔，控制器通过短导轨固定安装；所述的控制器为PLC或单片机应用系统；空气开关、交流接触器、中间继电器通过长导轨固定安装；按钮开关、小开关、输入/输出指示灯、接线端子、变频器、开关电源通过安装孔固定安装，在仪器面板上布置导线槽，在仪器面板的背面安装护板。 

本实用新型的有益效果：本实用新型采用上述结构，选取质优价廉的元器件及相关材料将单片机应用系统或PLC作为控制器，将控制器与中间继电器、交流接触器和变频器等器件连接，通过按钮、开关控制操作，可以完成多项单片机或PLC的实验；如果控制外连的电磁阀或电动机的动作，可以控制实际的生产设备。满足学生深度参与实验装置的结构组成和控制功能。本实验装置的尺寸为680×470×250毫米，重量约5千克，相当于一个可以移动的电气控制柜，成本2000元左右。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

图2是图1的侧视图。 

图3是单片机应用系统电路原理图。 

图4 是本实验装置配备PLC控制Z3040摇臂钻床的输入输出接线图。 

图5是本实验装置配备PLC控制Z3040摇臂钻床的主电路原理图。 

具体实施方式

一种可重构单片机与PLC综合实验装置，如图1、2所示，在仪器面板17上设置短导轨15、长导轨13及安装孔，控制器1用短导轨15固定；控制器1可根据情况选用PLC或单片机应用系统。空气开关7、交流接触器12、中间继电器14用长导轨13固定；按钮4、小开关5、输入状态指示灯3、输出状态指示灯6、接线端子8、变频器9、开关电源10（+24V）、开关电源11（±12V、+5V）用安装孔固定。 

在仪器面板17上，各元件的周围布置导线槽2，各器件之间的连接导线放置在导线槽2内并实行强弱电分开走线的方式。在仪器面板17的背面安装护板16，目的是保护元件背面的接线端子、增加面板刚度和便于手提。面板正面的元件采用敞开布置，便于接线和调整。控制三相异步电动机时，仪器采用三相四线制或三相五线制供电；不控制电动机时，可以采用单相交流电源供电。在装置的底部安装支撑底脚18。 

整个实验装置为立式台架结构，尺寸680×470×250毫米，相当于一个可以移动的电气控制柜。为降低实验装置成本，减轻其重量，本实验装置中无电动机、电磁阀等执行元件。若控制对象为电动机，可将本实验装置的输出接到实际设备的电动机上，如数控综合实验台的主轴电动机，砂轮机和台钻的电动机等。此时一定要切断原来的主电路和控制电路（可在原设备的接线端子上处理）。 

本实验装置的控制器选用单片机应用系统时，其具体装配参照图3，该图中的单片机应用系统由微处理器（AT89S51）、地址锁存器（74HC373）、译码器（138）、数据存储器（6264）、模数转换器（AD574）、数模转换器（0832）、驱动器（74HC244）、电平转换芯片（MAX232）、继电器组（KA1-KA4）构成。通过该单片机应用系统控制变频器9，变频器9与控制液压泵电动机M连接。 

本实验装置的控制器选用PLC时，其具体电路参照图4、图5， PLC型号选用FX2N-20MR，KM2-KM4为交流接触器，通过PLC控制KM2-KM4，完成对摇臂的升降及液压泵正、反向运转的控制，图5中涉及的主轴及冷却电机因控制功能简单，所以仍由原来的开关控制，无需PLC程控。 

该实验装置满足学生实验使用，学生从元件选择、装配焊接、布线和硬件调试等基础工作做起，再进行单片机或PLC软件编程、调试和程序传输，最终完成预定的控制任务。使学生受到单片机和PLC从软件编程到硬件调试全方位的训练。该实验装置采用软硬件完全开放的结构形式，具有控制功能可重构的特点，可方便地扩充实验项目。学生以此装置作为项目式教学的实践平台，在“做中学”的过程中掌握单片机和PLC的开发技术，为卓越工程师的培养和CDIO工程教育改革提供一种较为理想的实验设备。 

单片机部分可进行元件装配与焊接布线、汇编语言程序设计与调试、液压泵站控制等10项实验；PLC部分可进行电动机正反转控制、电动机星-三角降压启动、Z3040摇臂钻床控制等10项实验。 

Claims (1)

1.一种可重构单片机与PLC综合实验装置，其特征在于：在仪器面板上设置短导轨、长导轨及安装孔，控制器通过短导轨固定安装；所述的控制器为PLC或单片机应用系统；空气开关、交流接触器、中间继电器通过长导轨固定安装；按钮开关、小开关、输入/输出指示灯、接线端子、变频器、开关电源通过安装孔固定安装，在仪器面板上布置导线槽，在仪器面板的背面安装护板。

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