CN203562136U

CN203562136U - 一种运动控制的教学实验装置

Info

Publication number: CN203562136U
Application number: CN201320724942.5U
Authority: CN
Inventors: 陈赤; 张尚昆
Original assignee: Guangxi Normal University
Current assignee: Guangxi Normal University
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2023-11-15

Abstract

本实用新型为一种运动控制的教学实验装置，支架竖直固定于底座，滑块嵌于支架上的导轨，支架顶部固装电机，电机轴与线轮轴驱动连接，线轮的线缆连接滑块，电机正反向转动，带动线轮转动，收放线缆，滑块沿导轨上下运动。在导轨侧的支架上安装电感式接近开关和/或个行程开关，还可安装光电传感器。电机的控制线和各开关的信号线分别连接到接线排的控制进线端子和不同信号进线端子，控制和信号出线端子分别接入中心处理器的输出输入端。操作者在接线排选择连接不同开关，观察滑块运动控制程序的实现。本装置可用于对多种运动控制的实验，结构直观清晰，连线简便；各部件的受控动作和滑块运动效果可视，可显著提高实验教学的效果。

Description

一种运动控制的教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及教学实验技术领域，具体为一种运动控制的教学实验装置。

背景技术

工业自动化的基础之一是各种机械运动的自动控制。而自动控制中运动控制的实验教学即是让学生掌握通过工控计算机、可编程控制器、或基于单片机、CPLD、FPGA、DSP、ARM的各种开发板对各种电机及所连接的机械装置的运动控制。这是工业自动化专业学生的入门训练课程。这类课程要解决的最重要的问题就是提高学生对实际运动控制系统的设计能力，这只能通过实验教学训练才能实现。

现在也有一些商业化的运动控制教学实验设备，但不仅价格昂贵，而且集成度过高，直观性差。控制系统的各部件严密包装，处于类拟黑匣子的箱内，学生只是通过的面板上的插线来用控制对象及传感器等硬件来构建控制系统，难以了解控制系统最底层的硬件构建状况。课程结束，学生仍是对相关软件程序与硬件的关系一知半解，更难以对控制系统的中心处理器如何获取主令信号、传感信号，控制信号如何控制相应的设备，程序的改变对被控对象的影响等得到感性认识。而且市场所售的实验设备，功能单一，一套设备只能对一种电机进行实验。这样的教学实验无法让学生掌握并具备可实际应用的工业运动控制基本技能。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种运动控制的教学实验装置，设置在导轨上运动的滑块，电机与线轮的轴驱动连接，线轮的线缆连接滑块，导轨侧安装有电感式接近开关和/或行程开关。各部件的控制线和信号线均连接到接线排上，接线排上的控制线和信号线接入中心处理器的输出端和输入端。学生可在接线排上选择相关部件构建运动控制实验系统，并直观各部件的运动状态。

本实用新型设计的运动控制的教学实验装置，包括中心处理器、接线排，还包括底座、支架、电机及电感式接近开关和/或行程开关。支架竖直固定于底座上，支架上有垂直于水平面的导轨，滑块背面与导轨配合、嵌于导轨，二者之间为动配合，滑块可沿导轨上下移动，支架顶部有电机安装架，其上固定安装电机，支架顶部还安装线轮，电机的轴与线轮的轴驱动连接，线轮的线缆连接滑块，当电机正向转动，线轮也正向转动，收卷线缆，滑块沿导轨向上运动，反之，电机反向转动，线轮也反向转动，放出线缆，重力使滑块沿导轨向下运动，在支架上、于导轨侧安装相互有间距的1～5个电感式接近开关和/或1～5个行程开关。当滑块经过某个电感式接近开关和/或行程开关，该开关发出信号。

电机的控制线连接到接线排的控制进线端子上，各电感式接近开关和/或行程开关的信号线也连接到接线排上不同信号进线端子上，接线排上有与控制进线端子和信号进线端子一一对应的控制出线端子和信号出线端子，控制出线端子和信号出线端子分别接入中心处理器的输出端和输入端。

在支架上、于导轨侧安装相互有间距的1～5个光电传感器，滑块上有挡光片，当滑块经过某个光电传感器，挡光片阻挡该光电传感器的光路、其发出信号。各光电传感器的信号线也连接到接线排上不同信号进线端子上。

在导轨顶部支架上还安装有保护限位开关，当滑块触及保护限位开关，电机停止，以免滑块冲出导轨，损坏实验设备。保护限位开关的信号线直接连接到接线排上的信号出线端子上，或直接与中心处理器输入端连接。

所述电机为带减速器具有自锁功能的直流电机，或者为具有制动功能的变频电机、步进电机和伺服电机中的任一种，电机的安装底座与支架顶部的电机安装架相配合。

所述中心处理器为工业控制计算机、或者可编程控制器、或者为基于单片机、复杂可编程逻辑器件(CPLD英文为complex programmable logicdevice)、现场可编程门阵列（FPGA英文为Field－Programmable GateArray）、数字信号处理器（DSP英文为Digital singnal processor）和ARM（英文为Advanced RISC Machine的缩写，意为高级精简指令集计算机）的开发板中的任一种。

所述接线排安装在底座上。

当进行运动控制实验时，操作者可在选择不同的电机固定于支架的电机安装架上，可在接线排选择不同位置的接近开关和/或行程开关，或者光电传感器。根据运动控制要求编写相应的滑块运动控制程序，根据导轨侧的位置开关的信号实现对滑块的运动控制。本装置可模拟自动运料小车运行的控制、四层电梯运行的控制、滑台的运动控制等。

与现有技术相比，本实用新型运动控制的教学实验装置的优点为：1、安装有多种不同的位置开关，可学习不同类型位置传感器的使用，还可用于对多种运动控制实验；2、结构直观简单、清晰明了，便于学生学习了解相关运动控制系统硬件的构建，接线排的连线简便；3、可根据实验要求更换不同类型的控制电机，同一套装置可作为不同种类的控制电机的实验装置；4、成本低、占地面积小，便于相关实验室批量配置；5、顶部设有保护限位开关，在失控时，有效保护装置避免损坏；6、装置为开放式设计，实验中各部件的受控动作和滑块运动控制效果可视，可显著提高实验教学的效果。

附图说明

图1为本运动控制的教学实验装置实施例支架和底座的结构示意图；

图2为本运动控制的教学实验装置实施例的控制线和信号线的连接示意图。

图中标号为：1、底座，2、接线排，3、行程开关，4、电感式接近开关，5、支架，6、保护限位开关，7、电机，8、线轮，9、线缆，10、导轨，11、光电传感器，12、滑块，13、挡光片。

具体实施方式

本运动控制的教学实验装置实施例，包括中心处理器、接线排2、底座1、支架5、电机、光电传感器，电感式接近开关4和行程开关3。支架5竖直固定于底座1上，支架5上有垂直于水平面的导轨10，滑块12背面与导轨10配合、嵌于导轨10，二者之间为动配合，滑块12可沿导轨10上下移动，支架5顶部有电机安装架，其上固定安装电机7，支架5顶部还安装线轮8，电机7的轴与线轮8的轴驱动连接，线轮8的线缆9连接滑块12，当电机7正向转动，线轮8也正向转动，收卷线缆9，滑块12沿导轨10向上运动，反之，电机7反向转动，线轮8也反向转动，放出线缆9，重力使滑块12沿导轨10向下运动。在导轨10一侧的支架5上安装相互等间距的4个电感式接近开关4和相互等间距的4个行程开关3。在导轨10另一侧的支架5上安装相互等间距的4个光电传感器11，滑块12上有挡光片13。

接线排2安装在底座1上。

如图2所示，电机7的控制线连接到接线排2的控制进线端子（图2用○表示），各光电传感器11，电感式接近开关4和行程开关3的信号线也连接到接线排2上不同信号进线端子（图2用□表示），接线排2上有与控制进线端子和信号进线端子一一对应的的控制出线端子（图2用●表示）和信号出线端子（图2用■表示），控制出线端子和信号出线端子分别接入中心处理器的输出端和输入端。

在导轨10顶部支架5上还安装有保护限位开关6，保护限位开关6的信号线直接连接到接线排2上的信号出线端子上，即直接与中心处理器输入端连接。

本例的中心处理器为工业控制计算机。当中心处理器为可编程控制器、或者为基于单片机、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）和ARM的开发板中的任一种时，情况与本例相同。

本例配置了安装底座与支架5顶部的电机安装架相配合的带减速器具有自锁功能的直流电机。改用安装底座与支架5顶部的电机安装架相配合的具有制动功能的步进电机、伺服电机和变频电机中的任一种，与本例情况相同。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种运动控制的教学实验装置，包括中心处理器、接线排（2，其特征在于：

还包括底座（1）、支架（5）、电机（7）及电感式接近开关（4）和/或行程开关（3）；支架（5）竖直固定于底座（1）上，支架（5）上有垂直于水平面的导轨（10），滑块（12）背面与导轨（10）配合、嵌于导轨（10），二者之间为动配合，支架（5）顶部有电机安装架，其上固定安装电机（7），支架（5）顶部还安装线轮（8），电机（7）的轴与线轮（8）的轴驱动连接，线轮（8）的线缆（9）连接滑块（12）；在支架（5）上、于导轨（10）侧安装相互有间距的1～5个电感式接近开关（4）和/或1～5个行程开关（3）；

电机（7）的控制线连接到接线排（2）的控制进线端子上，各电感式接近开关（4）和/或行程开关（3）的信号线也连接到接线排（2）上不同信号进线端子上，接线排（2）上有与控制进线端子和信号进线端子一一对应的控制出线端子和信号出线端子，控制出线端子和信号出线端子分别接入中心处理器的输出端和输入端。

2.根据权利要求1所述的过程控制的教学实验装置，其特征在于：

所述支架（5）上、于导轨侧安装相互有间距的1～5个光电传感器（11），滑块（12）上有挡光片（13），各光电传感器（11）的信号线也连接到接线排（2）上不同信号进线端子上。

3.根据权利要求1所述的过程控制的教学实验装置，其特征在于：

所述导轨顶部支架（5）上还安装有保护限位开关（6），保护限位开关（6）的信号线直接连接到接线排（2）上的信号出线端子上，或直接与中心处理器输入端连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过程控制的教学实验装置，其特征在于：

所述电机（7）为带减速器具有自锁功能的直流电机、或者为具有制动功能的变频电机、步进电机和伺服电机中的任一种，电机安装底座与支架（5）顶部的电机安装架相配合。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的过程控制的教学实验装置，其特征在于：

所述中心处理器为工业控制计算机、或者可编程控制器、或者为基于单片机、复杂可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、数字信号处理器和ARM的开发板中的任一种。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的过程控制的教学实验装置，其特征在于：

所述接线排（2）安装在底座（1）上。