CN208637020U - 工业现场传感器测试应用实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学装置技术领域，尤其涉及一种工业现场传感器测试应用实训装置，包括主实验台以及设置在所述主实验台上的可编程控制模块、数据采集模块、传感器模块安装支架、传感器测试应用模块、主电源单元、时间管理器单元、电路辅助单元、直流电源单元。该实训装置的使用能够让学生更好的掌握传感器工作原理、种类的划分、输出信号类型、基本参数测试方法和选型技巧等相关知识和技能，实验设备的使用过程与真实的工业现场传感器选型、安装、调试、测试过程相对应，与应用技术型人才培养目标相一致，且操作简单易上手。

Description

工业现场传感器测试应用实训装置

技术领域

本实用新型涉及教学装置技术领域，尤其涉及一种工业现场传感器测试应用实训装置。

背景技术

伴随着高职与应用技术型本科教学改革与建设的推进，为更好的满足高职及应用技术型本科层次人才培养需求，“传感器应用技术”、“自动检测系统专项实训”等课程即需要加强基础理论方面的内容，又需要重视学生的工程实践能力的培养。现有的传感器技术实验室的实验设备大多只能够完成原理性验证实验，学生在对实验设备的使用中缺乏对传感器的感性认识，实验设备的使用过程也与真实的工业现场传感器选型、调试、安装、测试过程有较大的差距，与应用技术型人才培养目标有一定的距离；其次，传统的传感器实验设备实验过程固化，实验的目的往往也只是为了验证传感器工作原理的准确性，这样就削弱了整个实验过程的灵活性和扩展性，学生只能一步步按照实验指导手册，完成固化的实验内容，缺少对学生自主创新能力的培养；此外，传统的传感器实验设备数据采集端功能比较单一，只能对传感器所采集信息进行简单的显示，缺少针对采集数据的处理分析；最后，传感器是自动化系统的重要组成部分，但传统的传感器实验设备的组成却比较单一，缺少自动化系统必需的控制器模块和执行器模块，没能呈现一个完整的自动化系统，加大了学生学和用之间的差距。为了更好适应应用技术型人才培养的需求，结合以往相关课程的教学经验及工业现场传感器应用实例，设计了工业现场传感器测试应用实训装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种工业现场传感器测试应用实训装置。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：包括主实验台以及设置在所述主实验台上的可编程控制模块、数据采集模块、传感器模块安装支架、传感器测试应用模块、主电源单元、时间管理器单元、电路辅助单元、直流电源单元；

所述可编程控制模块主要由可编程控制器、输入端子台、输出端子台、模拟量输入输出模块和可编程控制器电源组成；所述输入端子台和输出端子台以及模拟量输入输出模块都采用插拔式的接线端子分别与所述可编程控制器连接，可编程控制器电源用于为可编程控制器供电；

所述数据采集模块用于从传感器等测试单元中采集电量信号，并将信号送到上位机中进行分析、处理；

所述传感器模块安装支架用于固定所述传感器测试应用模块，所述传感器测试应用模块包括近传感器测试应用模块、光纤传感器测试应用模块、光电传感器测试应用模块、以及色标传感器测试应用模块；

所述主电源单元用于为整个装置进行供电；

所述时间管理器单元用于根据实验需求设置电源工作时间；

所述电路辅助单元由指示灯单元、蜂鸣器/选择开关单元、按钮单元和继电器单元组成；

所述直流电源单元包括直流电源模块、直流数字电压表、直流数字电流表和数字频率计，直流电源模块提供可调直流电压(0-10V)和直流电流(4-20mA) 输出以及DC24V、DC12V直流电压。

优选地，所述近传感器测试应用模块包括近传感器实验板、步进电机、传感器夹具、转盘以及螺旋测微器，所述近传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述步进电机安装在所述近传感器实验板的底部，所述步进电机的输出端穿过所述近传感器实验板与所述转盘的中心连接，所述转盘的上部安装有所述螺旋测微器，所述传感器夹具固定在所述转盘的周围，传感器夹具上固定有不同规格的传感器。

优选地，所述光纤传感器测试应用模块包括光纤传感器实验板、安装底座、电源端子、I/O端子、滑轨以及步进电机，所述光纤传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述滑轨安装在所述光纤传感器实验板的中部，滑轨上设有滑块，所述滑块由设置在光纤传感器实验板底部的所述步进电机驱动，所述步进电机由设置在所述光纤传感器实验板右侧的步进驱动器控制，所述安装底座为六个，其中四个设置在滑轨的一侧，另外两个对应设置在滑轨的另一侧，每个安装底座上都装有光纤探头，所述光纤探头与设置在所述光纤传感器实验板右侧的光纤放大器连接，所述滑轨的两端分别设有限位开关SQ1和SQ2。

优选地，所述光电传感器测试应用模块包括光电传感器实验板、输入输出接口、光电开关传感器、步进电机驱动器、步进电机以及按键、指示灯；所述光电传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述光电传感器实验板的中部设有卡槽，所述卡槽上设有滑块，所述滑块上安装被测物体，所述滑块由设置在光电传感器实验板底部的步进电机驱动，所述步进电机驱动器通过接线端与步进电机连接，所述光电传感器实验板的左侧安装所述输入输出接口，主要为I/O接口与电源接口，用于光电式传感器的输出、控制按键的输出、指示灯的输入和步进电机驱动器的输入与电源的连接，所述按键做为步进电机启动/停止及正反转的控制按钮，指示灯用于显示传感器的工作状态。

优选地，所述色标传感器测试应用模块包括色标传感器实验板以及分别安装在所述色标传感器实验板上的数字式光纤传感器、色标放大器、检测球、驱动器、步进电机、步进电机联动装置、物料通道、物料盒、接线端子台以及控制按键；所述数字式光纤传感器采集的色标信号经过所述色标放大器放大并传送给可编程控制模块，所述检测球装在所述物料盒内，物料盒的底部设有三条所述物料通道，每条物料通道上都安装一个所述步进电机，每个步进电机的输出端都连接一个所述步进电机联动装置，步进电机联动装置用于将检测球推入相应的物料通道内，每个步进电机都由一个驱动器控制。

本实用新型的有益效果是:该实训装置的使用能够让学生更好的掌握传感器工作原理、种类的划分、输出信号类型、基本参数测试方法和选型技巧等相关知识和技能，实验设备的使用过程与真实的工业现场传感器选型、安装、调试、测试过程相对应，与应用技术型人才培养目标相一致，且操作简单易上手；工业现场传感器测试应用实训装置架构上采用平台结构形式，实验内容采用模块化形式，参加实训的同学按照实训要求，在该实训装置上可完成传感器特性实验、传感器线路实验及满足系统要求的各模块组合的系统综合实验内容，实验方式较为灵活，功能扩展方便，大大减少了实验内容受实训装置硬件和软件的限制，加强了对学生自主创新能力的培养；此外，工业现场传感器测试应用实训装置的数据采集模块不但可以从传感器测试单元中采集电量信号，还可将信号送到上位机中进行数据的分析、处理，所使用的数采板卡可支持多路输入输出，包括：4～20mA电流输入输出和0～10V电压输入输出，可向可编程控制器端传输信息，使实训装置具有较强的数据处理和传输能力；工业现场传感器测试应用实训装置除了包含多种工业现场实际使用的传感器外，还包含了可编程控制器、I/O信号采集卡和步进电机，继电器等多个执行器，这些组件与传感器一起共同构成了一个完整的自动化系统，使得实训装置功能扩展方便，学生在该实训台上除了完成与传感器相关实训，还可以自主完成控制程序、数据采集程序的编写等训练，对专业核心技能起到巩固作用，进一步缩小了学生学和用之间的差距。

该工业现场传感器测试应用实训装置主要由多种类型的工业现场最为常用也较为先进的传感器测试应用模块、数据采集模块、可编程控制模块及PC机组成，各模块相结合组成完整的自动化系统，为传感器应用技术、自动检测技术、现代控制技术等技术应用和研发方向的学生及老师，提供了一个以提高学生的工程实践能力为目标，开放及技术实操性强的实训环境。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中主电源单元的结构示意图；

图3为本实用新型中接近式传感器测试应用模块的结构示意图；

图4为本实用新型中光纤传感器测试应用模块的结构示意图；

图5为本实用新型中光电传感器测试应用模块的结构示意图；

图6为本实用新型中色标传感器测试应用模块的结构示意图；

图7为本实用新型中接近式传感器测试应用模块接线图；

图8为本实用新型中可编程控制器与步进电机驱动器的接线图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示，工业现场传感器测试应用实训装置由主实验台1和多种类型的传感器测试应用模块组成。主实验台由可编程控制模块2、数据采集模块3、传感器模块安装支架4、传感器测试应用模块、主电源单元5、时间管理器单元6、电路辅助单元 7、直流电源单元8组成，为了方便系统的搭建各个模块信号输出输入端、电源端都与对应的插拔式端子排连接。如图3、4、5、6所示，多种类型的传感器测试应用模块包括图3接近式传感器测试应用模块、图4光纤传感器测试应用模块、图5光电传感器测试应用模块和图6色标传感器测试应用模块。

如图2所示，主电源单元由三相漏电保护开关、熔断器、直流电源启动按钮、直流电源停止按钮、急停开关和通断电指示灯组成，当三相漏电保护开关闭合上电，相应的带电指示灯会点亮，出现紧急情况，按下急停开关，自动断电；三相漏电保护开关闭合后，按下直流电源台启动按钮直流电源供电，按下直流电源停止按钮直流电源失电；时间管理器单元6提供的时间管理组件可根据实验需求设置电源工作时间，实现对供电时间的精确控制；电路辅助单元7由指示灯单元、蜂鸣器/选择开关单元、按钮单元和继电器单元组成：指示灯单元和按钮单元提供了4个指示灯、2个常开触点按钮和2个常闭触点按钮，可以根据测量电路需要，接入电路中使用；蜂鸣器/选择开关单元提供了蜂鸣器和选择开关，可以根据测量电路需要，接入电路中使用；继电器单元提供2组继电器，可以根据测试系统需要，接入电路中使用；直流电源单元8包括直流电源模块、直流数字电压表、直流数字电流表和数字频率计：直流电源模块提供可调直流电压 (0-10V)和直流电流(4-20mA)输出以及DC24V、DC12V直流电压，直流数字电压表、直流数字电流表和数字频率计各一个。

如图2所示，可编程控制模块主要由可编程控制器9、输入端子台10、输出端子台11、模拟量输入输出模块12和可编程控制器电源13组成。主实验台的可编程控制器模块主要功能为：学生首先根据实训需求和所用到实训模块编写控制程序，通过PC机或编程器向可编程控制器下载用户程序，可编程控制器执行用户指令、运行逻辑运算，实现对步进电机驱动器等执行器的顺序控制、定时和计数等工作，进而驱动相应传感器测试应用模块上的电机和电动位移台，进而起到控制检测体运动的目的；当传感器测试应用模块上的传感器检测到检测体后，输出相应的数字量或模拟量，并通过可编程控制器模块的数字量或模拟量输入端子将信号传递给可编程控制器，应用程序中相应信息状态发生改变后，可接着执行后续的指令；同时可编程控制器中与传感器信号输出端连接的输入点信号标识及输入指示灯状态也会发生变化，从而传递给学生最感官的检测认识，方便学生控制整个实验过程。为了方便学生接线我们将可编程控制器电源和它的输入输出信号的接线端子全部转换为插拔形式的接线端并固定在实验板上，这样学生能根据实际需要对其相应的选择单元进行灵活的相连，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。同时可编程控制器应用程序可以对数字量输入、模拟电压电流输入进行监控以及控制数字量输出、模拟输出电压电流量。

如图2所示，数据信号采集模块由数据采集卡、输入端子台和输出端子台组成，数据信号采集模块支持多路I/O输入输出，包括4～20mA电流输入输出和0～10V 电压输入输出，使用时注意需要按照引脚接线，信号输入不可以超过量程范围。数据信号采集模块主要用来从传感器等测试单元中采集电量信号，并将信号送到上位机中进行分析、处理。主实验台的数据采集模块是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统，课程中学生可以根据采集信号特点编写相应的采集程序。

传感器测试应用模块包括：接近传感器测试应用模块、光纤传感器测试应用模块、光电传感器测试应用模块和色标传感器测试应用模块。

如图3所示，接近式传感器测试应用模块包括实验板、步进电机、传感器夹具19、步进电机驱动器20、转盘21以及螺旋测微器23、检测工件24，所述步进电机安装在所述实验板的底部，所述步进电机的输出端穿过所述实验板与所述转盘的中心连接，所述转盘的上部安装有所述螺旋测微器，所述传感器夹具固定在所述转盘的周围，传感器夹具上固定有不同规格的传感器18。所述实验板的下部设置有按键和指示灯22两个按钮SB1和按钮SB2和两个指示灯HL1 和HL2。所述实验板的左侧安装有电源端子和I/O端子25。步进电机驱动器20通过接线端与步进电机连接，当步进电机驱动器接收到可编程控制器发来的脉冲信号后，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度；接近式传感器是代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称，能将检测对象的移动信息和存在信息转换为电信号。

接近式传感器测试应用模块所模拟的典型的工业环境：对于企业现场的工程技术人员，工作中面临着多种接近式传感器的选型和调试问题，对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近传感器，以使其在系统中具有高的性能价格比，接近式传感器测试应用模块的设计就是为了满足我们的学生在工业现场对以上情景的需求。

功能实现：首先，接近式传感器测试应用模块的安装夹具上安装接近式电感式传感器、接近式电容式传感器和接近式霍尔式传感器组不同种类不同型号的接近式传感器；接着，将接近式传感器测试应用模块上各组件通过模块上的端子排与可编程控制模块、实验控制单元等模块相应端连接；转盘在步进电机的带动下匀速转动，步进电机由步进电机驱动器驱动，转盘启动停止、正反转及工作状态由转盘控制按键及状态指示灯控制并显示，转盘上的螺旋测微器所安装的检测物在转盘的带动下顺序到达模块中6组接近式传感器的检测范围，学生通过观察这一测试状态下每个传感器指示灯的反应及与可编程控制器相应输入端子连接的信号指示灯的反应，得出每个传感器的检测物体、检测距离、动作状态及应答频率并记录。通过接近式传感器测试应用模块不但可以进行各类接近式传感器的功能演示，还可以让学生对不同工作原理、安装及接线方式的接近传感器进行检测距离、检测物体、动作状态和应答频率等技术指标检测。

如图4所示，光纤传感器测试应用模块包括实验板、光纤探头安装支架26、光纤放大器27、步进电机驱动器28、限位开关30、位移台方向控制按键及状态指示灯31、端子排32、滑轨以及步进电机，所述滑轨安装在所述实验板的中部，滑轨上设有滑块，滑块上装有被测物29，所述滑块由设置在实验板底部的所述步进电机驱动，通过丝杠的方式进行连接，所述步进电机由设置在所述实验板右侧的步进驱动器7控制，所述安装底座为六个，其中四个设置在滑轨的一侧，另外两个对应设置在滑轨的另一侧，每个安装底座上都装有光纤探头33，所述光纤探头与设置在所述实验板右侧的光纤放大器连接。四个不同类型和型号的光纤探头安装在安装底座上，安装底座是可以伸缩的，通过安装底座的拉伸可以改变光纤探头到被测物的距离。前两个位置可以安装对射式光纤探头，后两个位置可以安装反射式光纤探头，不同类型和型号的光纤探头具有不同的测量距离和测量最小直径。光纤探头中间有一个滑轨，被测物在步进电机的带动下左右移动，步进电机安装在实验板内部。

图4光纤传感器测试应用模块所模拟的典型的工业环境：企业现场的工程技术人员，工作中面临着光纤传感器的选型和调试问题。根据现场情况，即需要确定待选择的光纤传感器的外形尺寸、响应速度、电源电压、调节灵敏度，还需要确定需求的光纤传感器是反射式还是对射式，还要根据控制电路特点确定光纤传感器输出方式是NPN集电极开路型还是PNP集电极开路型，另外还需考虑光纤传感器工作模式是亮通还是暗通。光纤传感器测试应用模块的设计就是为了满足工业现场对以上情景的需求。

功能实现：光纤传感器测试应用模块的光纤传感器安装支架上安装了对射式、漫反射式不同类型的4组光纤传感器，检测物安装在检测物安装底座上，底座安装于电动位移台上，电动位移台在步进电机的驱动下匀速移动，当检测物顺序到达模块中的光纤传感器检测范围时，不同类型的光纤传感器检测也将产生不同模式的检测信号。学生在使用光纤传感器测试应用模块进行实训时，通过更换不同形状、大小、粗细、材质的被测物和改变被测物与光纤探头的距离，可实现对光纤传感器检测距离、检测最小直径和工作模式的实时检测，从而让学生在不断尝试过程中，完成了光纤传感器的选型、安装与光纤放大器调制等工作。

如图5所示，光电传感器测试应用模块包括光电传感器安装板、光电传感器安装支架34、步进电机驱动器35、被测物体36、限位开关37、步进电机以及按键指示灯38、输入输出接口39、光电开关传感器40；所述光电传感器安装板的中部设有卡槽，所述卡槽上设有滑块，所述滑块上安装被测物体，所述滑块由设置在光电传感器安装板底部的步进电机驱动，所述步进电机驱动器通过接线端与步进电机连接，步进电机带动卡槽上的滑块前后移动，当滑块上的被测物体经过某个光电开光被检测到时，会通过输出接口输出相对应的信号给PLC/单片机/PC，并在PLC/单片机/PC上做出相应的显示。所述光电传感器安装板的左侧安装所述输入输出接口，主要为I/O接口与电源接口，用于光电式传感器的输出、控制按键的输出、指示灯的输入和步进电机驱动器的输入与电源的连接，所述按键做为步进电机启动/停止及正反转的控制按钮，指示灯用于显示传感器的工作状态。外部的PLC/单片机/PC通过输入接口给步进电机驱动器正转/反转以及前进/后退多少距离的信号，步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

光电传感器测试应用模块所模拟的典型的工业环境：企业现场的工程技术人员，工作中面临着光电传感器的选型和调试问题，根据现场情况，即需要确定待选的光电传感器的外形尺寸、响应速度、检测距离等，还需要确定光电传感器是选择漫反射式、镜反射式还是对射式，还要根据控制电路特点确定光电传感器输出控制方式是NPN型还是PNP型，最后还需要根据光学性质与物理距离决定采用何种传感模式与哪种光源最合适。光电传感器测试应用模块的设计就是为了满足工业现场对以上情景的需求。

功能实现：光电传感器测试应用模块的安装支架上安装了对射式光电传感器、漫反射式光电传感器和镜面反射式光电传感器组不同型号不同特性的光电传感器，检测物安装在检测物安装支架上，安装支架安装于电动位移台上，位移台在步进电机的驱动下匀速移动，检测物顺序到达模块中的光电传感器检测范围，不同类型的光电传感器检测到被测物后也将产生不同模式的检测信号。通过光电传感器测试应用模块不但可以进行各类光电传感器的功能演示，还可以让学生在使用光电传感器测试应用模块进行实训时，通过更换不同材质的检测物和改变被测物与光电传感器的距离，实现对不同类型光电传感器检测距离和检测范围的实时测试，进而完成根据工业现场具体需求对不同工作原理、安装方式的光电传感器进行选型的训练。

4)如图6所示，色标传感器测试应用模块主要由接线端子台41、数字式光纤传感器42、传感器安装支架、48.光纤放大器、45.检测球、47.步进电机驱动控制器、43.步进电机、50.步进电机联动装置、49.物料通道、44.物料盒、41. 以及46.控制按键组成。所述色标传感器测试应用模块包括色标传感器实验板以及分别安装在所述色标传感器实验板上的接线端子台41、数字式光纤传感器42、步进电机43、物料盒44、检测球45、控制按键46、驱动器47、色标放大器48、物料通道49、步进电机联动装置50；所述数字式光纤传感器采集的色标信号经过所述色标放大器放大并传送给可编程控制模块，所述检测球装在所述物料盒内，物料盒的底部设有三条所述物料通道，每条物料通道上都安装一个所述步进电机，每个步进电机的输出端都连接一个所述步进电机联动装置，步进电机联动装置用于将检测球推入相应的物料通道内，每个步进电机都由一个驱动器控制。

色标传感器测试应用模块所模拟的典型的工业环境：对于企业现场的工程技术人员，工作中面临着色标传感器(数字式光纤传感器)的调试应用问题，色标传感器实际上检测的是检测物表面色彩的灰度，其原理是基于不同颜色物体表面的发射率差，测量物体表面反射光的相对强度。根据工作现场情况，色标传感器选型需要根据检测面的光学性质与物理距离决定采用何种光源最合适以及如何调节门槛值。色标传感器测试应用模块的设计就是为了满足工业现场对以上情景的需求。

功能描述：通过色标传感器测试应用模块不但可以进行三色小球识别、分拣的功能演示，还可以让学生在使用色标传感器测试应用模块进行实训时，根据色标传感器所产生的单色光源照射到不同颜色检测球上时色标传感器接收器所接受的受光量数值差异，完成对可编程控制器控制程序的编写，进而通过控制相应的步进电机驱动器来实现对步进电机及配套步进电机联动装置的控制，最终实现对不同颜色检测球的识别、分拣工作，让学生在不断尝试中，掌握数字光纤传感器选型、光纤放大器调试等工作，学生自主完成控制程序、信号采集程序的编写等拓展内容，进而培养学生在实际工作中运用所学专业知识解决问题的能力。

综上所述：在使用工业现场传感器测试应用实训装置进行实训时，学生首先依据教师所提出的实训要求，将相应传感器测试应用模块安装于模块支架上，通过模块上的接线端子台与总实验台、可编程控制模块、数据采集模块等其它组件连接完成实训系统的搭建，所搭建的实训系统不但有传感器实验单元，还包含了控制系统和电气驱动系统等，由此构成了完整的自动化系统，该系统可反映不同类型传感器在工业现场使用中的真实环境，每一个测试应用模块都对应一种典型的工业环境，这样既简化搭建过程，又突出了不同传感器所具有的不同的的检测手段，帮助学生强化了在使用工业传感器时所面临的选型、安装、调试、控制程序编写、数据采集和信号处理等必须的知识和技能。

实验准备：

实训开始前首先需确认将1.主实验控制单元中的三相漏电保护开关、直流电源和直流可调电源都拨到关状态，并将接近式传感器测试应用模块安装到4. 传感器安装支架上。

实验开始：

1、严格按照图7接近式传感器测试应用模块接线图进行接线，注意24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点及步进电机驱动器。

2、接线完成后，按照操作要求给主实训台上电：①将三相漏电保护开关拨到开状态；②点击启动按钮；③将直流电源输出的开关拨到ON状态；

3、将与工业现场传感器测试应用实训装置配套的PC机打开，启动安装好的与所选用可编程控制器配套的编程软件，使用编程软件打开已编写好的接近式传感器测试应用模块控制程序，并将其送到可编程控制器端，传送完成后运行可编程控制器；

4、按照图8所示，完成可编程控制器与步进电机驱动器的接线；

5、将其中一组接近式传感器的标准检测片安装到螺旋测微头前端，逐个调整每个接近式传感器检测面与标准检测片的距离，直到检测面与检测片距离相同为止，且该距离为检测面与检测件的最大距离，并在实训报告上详细记录下来；

6、按下接近式传感器测试应用模块上的步进电机启动按钮，使转盘在步进电机的带动下匀速转动，开始进行检测：

①检测距离测试：此时由于所测试接近式传感器检测面与标准检测片的距离均大于该接近式传感器的检测距离(标准实验物体垂直接近检测面时的动作距离)，所以传感器都没有发生动作，按下接近式传感器模块上的步进电机停止按钮，连续转动螺旋测微器粗调旋钮一周，每转动一周标准检测片向检测物靠近一个螺距0.5mm的距离，转动过程中观察接近式传感器的指示灯状态，当某组接近式传感器指示灯状态改变时记录下该传感器的检测距离，并同时观察可编程控制器相应输入端子的信号指示灯的反应，以此检查信号线接线是否正确，在实训报告上记录下该接近式传感器的检测距离，重复以上操作知道检测出所有接近传感器检测距离为止；

②动作状态测试：在以上测试过程中，通过观察每组接近传感器指示灯状态变化情况，得出每组接近式传感器动作状态(接近检测物体时)，并在实训报告上记录；

③应答频率测试：根据传感器产品手册，调整检测物体的间距为标准检测物体的两倍且设定距离为检测距离的1/2，同时通过调整步进电机驱动器的DI P 功能设定开关,来调节转盘的转速，转盘带动标准检测片转动，检测片依次靠近接近传感器，在转盘主轴上装有测速装置，输出开关信号经整形后，接至主实验控制单元数字频率计，频率计显示出转盘转速，逐步提高电机转速，可由频率计直接读出接近式传感器的应答频率。

④使用标准检测片完成检测距离、应答频率和动作状态的测试后，更换其它不同材质的检测片，并重复以上操作，得出该接近式传感器能够检测物体的材质，并在实训报告上记录；

⑤重复以上操作，分别检测出接近式传感器测试应用模块上每组接近式传感器的检测距离、动作状态、应答频率和检测物体，并完成实训报告。

7、查看所测试接近式传感器的产品手册，逐项与测试结果进行比对，并分析误差产生原因。

实验结束：

实验完成后将1.主实验控制单元断电，按照操作要求给主实训台断电：①将直流电源、频率计数器等模块输出的开关拨到OFF状态；②点击总实训台的电源台停止按钮；③将三相漏电保护开关拨到OFF状态，并将安全插线分类摆好。

通过使用接近式传感器测试应用模块开展上述实训，可以让学生在掌握不同类型接近式传感器工作原理、安装及接线方式等相关特性同时，对接近式传感器的检测距离、检测物体、动作状态和应答频率等技术指标实际的检测，进而加深对不同种类的接近式传感器的认识。

该工业现场传感器测试应用实训装置在“传感器应用技术”、“物联网应用”、“自动检测系统专项实训”等课程中的应用，使得课程设计，不单以验证传感器工作原理为目标，还要以工厂中的实际工作任务为依托展开设计，以传感器在自动化生产线上的具体使用案例为导向，按照工厂员工培训过程展开设计，不只是让学生单一掌握不同传感器的工作原理，还注重培养学生传感器电路的安装和调试能力，培养学生传感器故障分析与诊断能力。通过工业现场传感器测试应用实训装置使用能够让学生更好的掌握传感器工作原理、传感器种类的划分以及传感器的输出信号种类、基本参数测试方法和传感器选型等工作中要用到的传感器相关知识和技能，实验设备的使用过程与真实的工业现场传感器选型、调试、安装、测试过程相对应，与应用技术型人才培养目标一致，且操作简单易上手。

工业现场传感器测试应用实训装置架构上采用平台结构形式，实验内容采用模块化形式，参加实训的同学按照实训要求，在该实训装置上可完成传感器特性实验、传感器线路实验、及满足系统要求的各模块组合的系统综合实验内容，实验方式较为灵活，功能扩展方便，实验内容不受实训装置硬件和软件所限制，加强了对学生自主创新能力的培养；此外，数据采集模块不但可以从传感器等测试单元中自动采集非电量或者电量信号，还可将信号送到上位机中进行数据的分析、处理，支持多路I/O输入输出，包括4～20mA电流输入输出和0～10V 电压输入输出，可向可编程控制器端传输信息，增强了实验装置数据处理和传输能力。

工业现场传感器测试应用实训装置将工业对象微型化，主要部件均为工业级，工业用传感器，检测的信号源完全由对象实际产生，该装置还包含了可编程控制模块、数据采集模块和步进电机、继电器等多个执行器，这些模块共同构成了一个完整的自动化系统，为学生在实训室里搭建了工业化的实景，学生在该实训台上还可以巩固在其它课程中学习到的如可编程控制器编程、虚拟仪器专业知识，提高了专业能力，缩小了学生学和用之间的差距，使学生的能力真正达到工业企业的需求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：包括主实验台以及设置在所述主实验台上的可编程控制模块、数据采集模块、传感器模块安装支架、传感器测试应用模块、主电源单元、时间管理器单元、电路辅助单元、直流电源单元；

所述可编程控制模块主要由可编程控制器、输入端子台、输出端子台、模拟量输入输出模块和可编程控制器电源组成；所述输入端子台和输出端子台以及模拟量输入输出模块都采用插拔式的接线端子分别与所述可编程控制器连接，可编程控制器电源用于为可编程控制器供电；

所述数据采集模块用于从传感器测试单元中采集电量信号，并将信号送到上位机中进行分析、处理；

所述传感器模块安装支架用于固定所述传感器测试应用模块，所述传感器测试应用模块包括近传感器测试应用模块、光纤传感器测试应用模块、光电传感器测试应用模块、以及色标传感器测试应用模块；

所述主电源单元用于为整个装置进行供电；

所述时间管理器单元用于根据实验需求设置电源工作时间；

所述电路辅助单元由指示灯单元、蜂鸣器/选择开关单元、按钮单元和继电器单元组成；

所述直流电源单元包括直流电源模块、直流数字电压表、直流数字电流表和数字频率计，直流电源模块提供可调直流电压0-10V和直流电流4-20mA输出以及DC24V、DC12V直流电压。

2.根据权利要求1所述的工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：所述近传感器测试应用模块包括近传感器实验板、步进电机、传感器夹具、转盘以及螺旋测微器，所述近传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述步进电机安装在所述近传感器实验板的底部，所述步进电机的输出端穿过所述近传感器实验板与所述转盘的中心连接，所述转盘的上部安装有所述螺旋测微器，所述传感器夹具固定在所述转盘的周围，传感器夹具上固定有不同规格的传感器。

3.根据权利要求1所述的工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：所述光纤传感器测试应用模块包括光纤传感器实验板、安装底座、电源端子、I/O端子、滑轨以及步进电机，所述光纤传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述滑轨安装在所述光纤传感器实验板的中部，滑轨上设有滑块，所述滑块由设置在光纤传感器实验板底部的所述步进电机驱动，所述步进电机由设置在所述光纤传感器实验板右侧的步进驱动器控制，所述安装底座为六个，其中四个设置在滑轨的一侧，另外两个对应设置在滑轨的另一侧，每个安装底座上都装有光纤探头，所述光纤探头与设置在所述光纤传感器实验板右侧的光纤放大器连接，所述滑轨的两端分别设有限位开关SQ1和SQ2。

4.根据权利要求1所述的工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：所述光电传感器测试应用模块包括光电传感器实验板、输入输出接口、光电开关传感器、步进电机驱动器、步进电机以及按键、指示灯；所述光电传感器实验板安装在所述传感器模块安装支架上，所述光电传感器实验板的中部设有卡槽，所述卡槽上设有滑块，所述滑块上安装被测物体，所述滑块由设置在光电传感器实验板底部的步进电机驱动，所述步进电机驱动器通过接线端与步进电机连接，所述光电传感器实验板的左侧安装所述输入输出接口，主要为I/O接口与电源接口，用于光电式传感器的输出、控制按键的输出、指示灯的输入和步进电机驱动器的输入与电源的连接，所述按键做为步进电机启动/停止及正反转的控制按钮，指示灯用于显示传感器的工作状态。

5.根据权利要求1所述的工业现场传感器测试应用实训装置，其特征在于：所述色标传感器测试应用模块包括色标传感器实验板以及分别安装在所述色标传感器实验板上的数字式光纤传感器、色标放大器、检测球、驱动器、步进电机、步进电机联动装置、物料通道、物料盒、接线端子台以及控制按键；所述数字式光纤传感器采集的色标信号经过所述色标放大器放大并传送给可编程控制模块，所述检测球装在所述物料盒内，物料盒的底部设有三条所述物料通道，每条物料通道上都安装一个所述步进电机，每个步进电机的输出端都连接一个所述步进电机联动装置，步进电机联动装置用于将检测球推入相应的物料通道内，每个步进电机都由一个驱动器控制。