CN213611479U - 一种元件可视化电液控制系统实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学实验台领域，公开了一种元件可视化电液控制系统实验平台，包括实验台，实验台面板上设有电源模块、PLC控制模块、接口模块、PLC实训模块、控制系统模块和电‑机械转换模块；PLC控制模块用于控制PLC实训模块、控制系统模块和电‑机械转换模块；接口模块用于使PLC控制模块和计算机通信连接。本实用新型在实现复杂控制策略的同时，提高相关学科技术交叉性和元件可视化程度。

Description

一种元件可视化电液控制系统实验平台

技术领域

本实用新型涉及教学实验台领域，具体是指一种元件可视化电液控制系统实验平台。

背景技术

电液比例和电液伺服控制系统作为液压传动技术的典型，在充当现代微电子技术和大功率被控对象联通桥梁的同时，也担负着现代运动控制的重要分支的作用，而实验平台是作为学习、研究和开发液压传动技术的关键设备。在现有模式下，实验平台存在内容固定，复杂控制策略难以实现、相关学科技术交叉性低，元件可视化程度低等缺点，学生无法对液压伺服控制方面知识产生较为直观的认识，不利于学生对电-液“伙伴技术”的理解。忽视实际教学需求，严重制约人才培养质量和学科发展。

实用新型内容

基于以上技术问题，本实用新型提供了一种元件可视化电液控制系统实验平台，在实现复杂控制策略的同时，提高相关学科技术交叉性和元件可视化程度。

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种元件可视化电液控制系统实验平台，包括实验台，实验台面板上设有电源模块、PLC控制模块、接口模块、PLC实训模块、控制系统模块和电-机械转换模块；PLC控制模块用于控制PLC实训模块、控制系统模块和电-机械转换模块；接口模块用于使PLC控制模块和计算机通信连接。

作为一种优选的方式，控制系统模块包括电液比例控制系统、电液伺服控制系统和电磁开关阀控制系统；电-机械转换模块包括比例电磁铁、力矩马达和开关电磁铁；其中，电液比例控制系统与比例电磁铁电连接，电液伺服控制系统与力矩马达电连接，电磁开关阀控制系统与开关电磁铁电连接。

作为一种优选的方式，PLC控制模块包括PLC主机、PLC电源开关、模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口；模拟量输入/输出接口用于连接电液比例控制系统、电液伺服控制系统；数字量输入/输出接口用于连接电磁开关阀控制系统、PLC实训模块。

作为一种优选的方式，电液比例控制系统包括用于驱动比例电磁铁的比例放大器和用于采集比例电磁铁位移参数的LVDT位移传感器。

作为一种优选的方式，电液伺服控制系统包括用于驱动力矩马达的伺服放大器。

作为一种优选的方式，电磁开关阀控制系统包括用于驱动开关电磁铁的中间继电器。

作为一种优选的方式，PLC实训模块镶嵌于实验台面板之上，并与实验台面板可拆装连接。

作为一种优选的方式，电源模块包括电控模块和直流电源。

作为一种优选的方式，电控模块包括来电指示灯、电控总开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮。

作为一种优选的方式，直流电源包括5V直流电源、24V直流电源、±12V直流电源、0-15V稳压电源、0-20mA恒流电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供了一种元件可视化电液控制系统实验平台，其整体结构紧凑、功能完善、占地面小，易于实现复杂控制策略，提高元件可视化程度，通过软硬件配合，本实用新型既可满足不同应用对象、不同应用范围的需求，又可增强实验台的柔性和可使用性，提高了教学效率。

(2)本实用新型不仅能满足常见的验证性实验的测试要求，同时还能发挥组合式实验台的特点，学生能够对综合性实验涉及元件进行性能测试和分析。

(3)本实用新型能够加深学生对液压系统微机控制的典型构成方式的深刻理解和感性认识；将相关学科的技术交叉性提高，为学生提供一个对电-液“伙伴技术”的理解的实验平台，加强学生综合知识应用及创新意识，增强实际工程能力。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述，其中：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型控制结构示意图。

图3为本实用新型实验台面板布置示意图。

图4为PLC实训模块上实验项目分布示意图。

图5为电液比例控制系统电路结构示意图。

图6为电液伺服控制系统电路结构示意图。

图7为电磁开关阀控制系统电路结构示意图。

其中，1PLC实训模块，2PLC控制模块，3控制系统模块，4电-机械转换模块，5接口模块，6实验台，7滚轮，8储物柜，9抽屉，10电源模块。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1～7是本申请一些实施例所示的元件可视化电液控制系统实验平台的结构示意图，以下将结合图1～7对本申请所涉及的元件可视化电液控制系统实验平台进行介绍。需要注意的是，图1～7仅作为示例，并不对元件可视化电液控制系统实验平台的具体形状和结构形成限定。

参阅图1～7，在本实施方式中，元件可视化电液控制系统实验平台，包括实验台6，实验台6面板上设有电源模块10、PLC控制模块2、接口模块5、PLC实训模块1、控制系统模块3和电-机械转换模块4；PLC控制模块2用于控制PLC实训模块1、控制系统模块3和电-机械转换模块4；接口模块5用于使PLC控制模块2和计算机通信连接。

在本实施例中，实验台6通过其面板上设置的电源模块10、PLC控制模块2、接口模块5、PLC实训模块1、控制系统模块3和电-机械转换模块4配合完成电液比例和电液伺服控制系统的相关教学实验项目。其中，接口模块5用于使PLC控制模块2和计算机通信连接。具体的，接口模块5由一个RS232接口，两个USB接口、一个以太网接口组成。

优选的，与实验台6连接的计算机上设有人机交互界面，方便对PLC控制模块2的参数进行赋值和读取。计算机在实验完成之后还可生成曲线报表，并导出数据，完成实验数据的实时监控。

上述模块均可视化的布置在实验台6台面之上，其元器件上方可覆有透明面板，方便教学时学生能够直观观察各元器件的动作状态。

参阅图1，具体的，实验台6下方还设有抽屉9和储物柜8，方便用于存储实验设备。具体的，实验台6底板还设有滚轮7，方便对实验台6进行搬运。

本实施例的模块可共同完成电液比例和电液伺服控制系统的教学实验，且现有电液比例和电液伺服控制系统的教学实验主要包括两类：

一是PLC基础性实验，主要实验项目包括音乐喷水池、抢答器、装配流水线、交通信号灯、自动供水设备、天塔之光、搅拌器、邮件分拣系统、自动售货机、自动轧钢机、自动送料装车、四层电梯；

二是PLC综合性实验，主要实验项目包括基于PLC的液压系统逻辑性实验、基于PLC的电液轴控制系统实验、PLC+模拟量+典型模拟电液比例控制放大器控制比例电磁铁开环实验、PLC+模拟量+典型模拟电液伺服控制放大器控制伺服马达实验、基于PLC控制的比例控制系统闭环控制实验、基于比例放大器的比例控制系统闭环控制实验、基于LABVIE和PLC的比例控制系统闭环控制实验。

其中，基于PLC的液压系统逻辑性实验中又主要包括以下实验项目：开关电磁铁逻辑控制实验、三相异步电动机的Y—△启动逻辑实验、三相异步电动机点动控制实验、三相异步电动机直接启动(自锁)实验、三相异步电动机正反转实验；基于PLC的电液轴控制系统实验中又主要包括多液压缸顺序逻辑实验。

上述实验中，对于PLC基础性实验，主要是通过PLC控制模块2和PLC实训模块1配合完成，在PLC实训模块1上设置若干实验单元，再根据实验要求将具体实验单元与PLC控制模块2通过线缆连接，便可通过PLC控制模块2控制实验单元完成相应实验，不同实验的区别仅在于PLC控制单元与实验单元的接线不同。

优选的，PLC实训模块1镶嵌于实验台6面板之上，并与实验台6面板可拆装连接。PLC实训模块1为可拆装结构，在实验台6上预留空间方便装卸PLC实训模块1。由此可在不同PLC实训模块1上预装不同的实验单元，以通过更换PLC实训模块1的方式完成不同的PLC基础性实验。通过PLC实训模块1的更换，可增加基础实验可完成数目，节省实验台6空间。具体的，多块PLC实训模块1上的实验单元分布如图4所示。

对于PLC综合性实验，则是通过PLC控制模块2和控制系统模块3、电-机械转换模块4共同配合完成。

优选的，控制系统模块3包括电液比例控制系统、电液伺服控制系统和电磁开关阀控制系统；电-机械转换模块4包括比例电磁铁、力矩马达和开关电磁铁；其中，电液比例控制系统与比例电磁铁电连接，电液伺服控制系统与力矩马达电连接，电磁开关阀控制系统与开关电磁铁电连接。以通过具体实验元件完成上述PLC综合性实验。

具体的，电液比例控制系统包括用于驱动比例电磁铁的比例放大器和用于采集比例电磁铁位移参数的LVDT位移传感器。电液比例控制系统驱动比例放大器的典型电路如图5所示。

其中，LVDT位移传感器用于向PLC控制模块2反馈比例电磁铁的位移参数，以实现比例电磁铁的闭环控制。具体的，参阅图3，图中还设有控制方式选择器，该控制方式选择器包含两个按钮，用于开环和闭环实验控制方式的切换，同时可以保护元器件和节省控制面板空间。

具体的，电液伺服控制系统包括用于驱动力矩马达的伺服放大器。电液伺服控制系统驱动力矩马达的典型电路如图6所示。

具体的，电磁开关阀控制系统包括用于驱动开关电磁铁的中间继电器。电磁开关阀控制系统驱动开关电磁铁的典型电路如图7所示。

参阅图5、图6、图7，在上述电路图中，还设有电压、电流显示仪表，用于在控制电路中介入多点参数测量、显示与调节环节，可在测点与万用表、示波器进行连接于数据观测。

优选的，PLC控制模块2包括PLC主机、PLC电源开关、模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口；模拟量输入/输出接口用于连接电液比例控制系统、电液伺服控制系统；数字量输入/输出接口用于连接电磁开关阀控制系统、PLC实训模块1。

具体的，PLC主机采用OMRON的CP1H系列可编程控制器(PLC)，软件上使用CX-Programmer编程软件。通过软件的设计，将相关实验程序下载到PLC主机中并完成在线监控，根据不同实验自由设定更改实验参数和所需程序。

在一些实施例中，电源模块10包括电控模块和直流电源。

具体的，电控模块包括来电指示灯、电控总开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮。

具体的，直流电源包括5V直流电源、24V直流电源、±12V直流电源、0-15V稳压电源、0-20mA恒流电源。

结合上述实施例，下面结合具体实验项目对本实用新型的元件可视化电液控制系统实验平台进行说明，实验项目为基于PLC控制的比例控制系统闭环控制实验：

打开电控总开关，观察来电指示灯是否点亮，若已亮起，则按下启动按钮，将编程器(位于计算机中)与PLC主机连接；然后按照要求，连接线缆，检查无误后，打开PLC电源开关。

编制输入程序，并检查是否正确，将PLC主机在线并处于监视模式后，下载程序至PLC主机；本实验为PLC控制的闭环实验，因此控制方式选择器选择闭环模式，打开控制电源(DC24V 10A)；在线监控程序，输入设定值，将比例电磁铁位移设定为1mm，对应模拟量输出信号为3.3V，初始设定PID参数：P＝1(单位为0.1％，)、I＝1000(单位为0.1s)、D＝1(单位为0.1s)，取样周期τ＝1(单位为10ms)。

这时，由于LVDT位移传感器将输入的电压信号反馈至PLC主机并转换为位移信号，构成闭环控制系统，因此可观察到比例电磁铁的推杆向外伸出1mm,通过改变PID参数，可观察到比例电磁铁相应位移变化，即可了解不同控制策略对应的控制效果。

如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型的验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于，包括实验台，所述实验台(6)面板上设有电源模块(10)、PLC控制模块(2)、接口模块(5)、PLC实训模块(1)、控制系统模块(3)和电-机械转换模块(4)；

所述PLC控制模块(2)用于控制PLC实训模块(1)、控制系统模块(3)和电-机械转换模块(4)；

所述接口模块(5)用于使PLC控制模块(2)和计算机通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述控制系统模块(3)包括电液比例控制系统、电液伺服控制系统和电磁开关阀控制系统；

所述电-机械转换模块(4)包括比例电磁铁、力矩马达和开关电磁铁；

其中，所述电液比例控制系统与比例电磁铁电连接，所述电液伺服控制系统与力矩马达电连接，所述电磁开关阀控制系统与开关电磁铁电连接。

3.根据权利要求2所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述PLC控制模块(2)包括PLC主机、PLC电源开关、模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口；

所述模拟量输入/输出接口用于连接电液比例控制系统、电液伺服控制系统；

所述数字量输入/输出接口用于连接电磁开关阀控制系统、PLC实训模块(1)。

4.根据权利要求2所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述电液比例控制系统包括用于驱动比例电磁铁的比例放大器和用于采集比例电磁铁位移参数的LVDT位移传感器。

5.根据权利要求2所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述电液伺服控制系统包括用于驱动力矩马达的伺服放大器。

6.根据权利要求2所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述电磁开关阀控制系统包括用于驱动开关电磁铁的中间继电器。

7.根据权利要求1所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述PLC实训模块(1)镶嵌于实验台(6)面板之上，并与实验台(6)面板可拆装连接。

8.根据权利要求1所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述电源模块(10)包括电控模块和直流电源。

9.根据权利要求8所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述电控模块包括来电指示灯、电控总开关、启动按钮、停止按钮、急停按钮。

10.根据权利要求8所述的一种元件可视化电液控制系统实验平台，其特征在于：

所述直流电源包括5V直流电源、24V直流电源、±12V直流电源、0-15V稳压电源、0-20mA恒流电源。

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