CN216671014U - 一种机电一体化教学实训综合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了：一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于包括框架、控件外挂和机械驱动外挂，所述的控件外挂安装于框架之上，并且采用标准化的挂孔和把手，可快速拆装，控件外挂有七种，分别为电源板挂件、S7‑1500挂件、S7‑1200挂件、ET200SP挂件、触摸屏挂件、G120挂件和V90及步进控制器挂件，几个外挂通过网络连接在一起进行复杂的教学培训，将每个外挂单独拆下，进行独立的培训，所述的机械驱动外挂放置于桌面上，机械驱动外挂有三种，分别为运料小车外挂、分拣机外挂和机械手外挂，老师可根据不同的培训内容选择机械驱动外挂，实训内容及功能丰富。

Description

一种机电一体化教学实训综合装置

技术领域

本实用新型涉及教学实训装置领域，具体用于一种机电一体化教学培训综合装置。

背景技术

机电一体化技术实训是一个重要的教学内容，是学生将理论知识与实际结合起来的重要手段，学生们可以通过机电一体化实训了解并掌握实际生产设计中的重要过程，并将其从理论转化为实际中来，目前的实训设备功能比较单一，扩展不容易，对实训教学带来了一定的不便，影响教学效果。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种机电一体化教学实训综合装置，其实训内容及功能丰富，并且多元化，即能满足简单的教学需求，同时也可以多个外挂通过网络连接，满足复杂的教学需求，老师可以根据学生的水平和教学内容，合理选择教学实训装置，而且拆装方便，解决了目前机电一体化教学实训装置功能单一的缺陷，有效提高了教学效果，为培养机电一体化专业技术人才起到积极的推进作用。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种机电一体化教学实训综合装置，包括框架、7个控件外挂和3个机械驱动外挂组成，这些挂件可以很方便地在框架上拆装，也可以独立的放置于桌台之上，用于做不同课程的培训。

所述的框架为40120铝合金型材制作，灵活轻巧，坚固耐用，结构尺寸为 W*H＝800*1800mm，并配有滚轮及锁定装置，便于移动。

所述的7个控件外挂分别为电源板挂件、S7-1500挂件、S7-1200挂件、 ET200SP挂件、触摸屏挂件、G120挂件和V90及步进控制器挂件，7个控件外挂可以分别安装在框架上，每个控件外挂也可以单独拆下，放置在桌子上，做单独的培训教学，也可以几个挂件通过网络连在一起，做较为复杂的技能培训，控件外挂采用标准化的挂孔及把手，便于不同培训内容时的更换操作。

所述的3个机械驱动外挂分别为运料小车外挂、分拣机外挂和机械手外挂， 3个机械驱动外挂单独置于桌台之上。

所述的电源板挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为 30*30mm防火阻燃行线槽，电源板挂件上主要安装有航空插头公头1个、航空插头母头7个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，进线为四芯航空插头公头，分出六路电源至四芯航空插头母头，分别为其它挂件提供电源，另供一个四芯航空插头母头及预制电缆及四芯插头，用于从桌台的插板上取电，实训装置充分地考虑了操作人员的安全性。

所述的S7-1500挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，S7-1500挂件上主要安装有S7-1516CPU 1个、DI/DO 1个、AI/AO 1个、CPU存储卡1个、导轨1个、微型断路器a 1个、开关电源a 1个、端子台a 1个、5口百兆交换机1个、四联灯按钮a 2个、端子排a 80个、航空插头a 1个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，当S7-1500挂件总电源闭合时，一个相线及一个零线给开关电源a提供220VAC进线电源，开关电源a输出 24VDC电源供其它设备工作，PLC的CPU、交换机均采用24VDC作为工作电源，挂板已经将相应的电源线连接，继电器模组预接24VDC电源的M端，当有DO点(有源24VDC)接入时，相应的继电器触点闭合，继电器模组的主要功能，一方面是将有源的DO变成干接点信号，一方面是放大DO点的负载能力。

所述的S7-1200挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，S7-1200挂件上主要安装有S7-1214C CPU 1个、 S7-1200信号板1个、CM1241 MODBUS模块1个、微型断路器b 1个、开关电源b 1 个、端子台b 1个、四联灯按钮b 1个、端子排b1个、航空插头b 1个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，当S7-1200挂件总电源闭合时，一个相线及一个零线给开关电源b提供220VAC进线电源，开关电源b输出24VDC电源供其它设备工作，PLC，即CPU-1214C采用24VDC作为工作电源，DI/DO部分(与CPU集成)采用24VDC供电(本质上来讲，DI处的供电是为了提供的电平的M基准，DO侧的供电是为了DO点为1时信号端输出24VDC电平)，继电器模组预接24VDC电源的M端，当有DO点(有源24VDC)接入时，相应的继电器触点闭合，继电器模组的主要功能，一方面是将有源的DO变成干接点信号，一方面是放大DO点的负载能力。

所述的ET200SP挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，ET200SP挂件上主要安装有ET200SP教学包1个、微型断路器c 1个、开关电源c 1个、端子台c 1个、四联灯按钮c 2个、端子排c 60 个、航空插头1个、SCSI中继端子台1个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，当ET200SP挂件总电源闭合时，一个相线及一个零线给开关电源c提供 220VAC进线电源，开关电源c输出24VDC电源供其它设备工作，接口模块，即 IM-155-6，采用24VDC作为工作电源，DI/DO模块，采用24VDC供电，继电器模组预接24VDC电源的M端，当有DO点(有源24VDC)接入时，相应的继电器触点闭合, 继电器模组的主要功能，一方面是将有源的DO变成干接点信号，一方面是放大 DO点的负载能力,端子台c将24VDC电源转接至外挂待用。

所述的触摸屏挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为 30*30mm防火阻燃行线槽，由于触摸屏有一定的厚度安装在板内，所以该挂件支脚较长，便于在桌台上摆放，触摸屏挂件上主要安装有精智面板1个、SCALANCE XC208 1个、微型断路器d 1个、开关电源d 1个、航空插头1个，电源统一采用 380VAC电源，三相四线制，当触摸屏挂件总电源闭合时，一个相线及一个零线给开关电源d提供220VAC进线电源，开关电源d输出24VDC电源供其它设备工作，触摸屏(TP700)和交换机(SCALANCE XC208)采用24VDC作为工作电源。

所述的G120挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为 30*30mm防火阻燃行线槽，挂件设有支脚，便于在桌台上摆放，G120挂件上主要安装有G120 1个、智能操作面板1个、存储卡及授权1个、微型断路器1个、电压指针表1个、电位器1个、二联摇臂灯开关1个、四联摇臂开关1个、端子排30个、航空插头1个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，当G120挂件总电源闭合时，三相380VAC的电源送至变频器G120的进线端，G120的输出驱动分拣机皮带工作。

所述的V90及步进控制器挂件，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，挂件设有支脚，便于在桌台上摆放，V90及步进控制器挂件上主要安装有V90变频器2个、微型断路器3个、步进控制器电源 1个、步进控制器1个、四联摇臂灯开关3个、端子排35个、航空插头1个，电源统一采用380VAC电源，三相四线制，步进控制器的动力电源模块(SPS2410)一直带电，输入电压为220VAC，输出为24VDC，该24VDC将作为步进控制器的动力电源，当伺服控制器电源闭合时，三相380VAC的电源送至两台变频器V90(即伺服控制器)的进线端，V90变频器的输出分别驱动机械手的X轴和Y轴，当步进控制器电源闭合时，24VDC的电源送步进控制器DM2C-RS522的进线端，步进控制器的输出驱动机械手的Z轴。

所述的运料小车外挂，使用驱动器控制，在步进电机的驱动下，丝杠可以进行转动，从而使小车在轴向进退，丝杠带着小车可以实现起停控制、速度控制及方向控制，丝杠下面有标尺，可以指示小车所处位置，还有四个接近开关，当小车经过接近开关时，接近开关上的常开点闭合。

所述的分拣机外挂，使用变频器控制，在减速电机的驱动下，皮带可以实现起停控制、速度控制及方向控制。

所述的机械手外挂，使用两台V90变频器控制，分别驱动机械手的X轴和Y 轴中的伺服电机，通过丝杆传动和齿轮传动，使机械手实现前后左右运动，通过步进电机控制器驱动步进电机，使机械手实现上下运动。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的结构图；

图2为本实用新型优选实施例的电源板挂件结构图；

图3为本实用新型优选实施例的S7-1500挂件结构图；

图4为本实用新型优选实施例的S7-1200挂件结构图；

图5为本实用新型优选实施例的ET200SP挂件结构图；

图6为本实用新型优选实施例的触摸屏挂件结构图；

附图标记：

1.框架，21.电源板挂件，22.S7-1500挂件，23.S7-1200挂件，24.ET200SP 挂件，25.触摸屏挂件，26.G120挂件，27.V90及步进控制器挂件，211.航空插头公头，212.航空插头母头，213.线槽，221.S7-1516CPU，222.DI/DO，223. AI/AO，224.微型断路器a，225.开关电源a，226.端子台a，227.5口百兆交换机，228.四联灯按钮a，229.端子排a，231.CM1241MODBUS模块，232.S7-1214C CPU，233.微型断路器b，234.开关电源b，235.端子台b，236.四联灯按钮 b，237.端子排b，241.ET200SP教学包，242.微型断路器c，243.开关电源 c，244.端子台c，245.四联灯按钮c，246.SCSI中继端子台，247.端子排c， 251.微型断路器d，252.开关电源d，253.精智面板，254.SCALANCE XC208

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例及附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图5，本实用新型实施例提供一种技术方案：

一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于包括框架、控件外挂和机械驱动外挂，所述的控件外挂安装于框架之上，并且采用标准化的挂孔和把手，可以快速拆装，控件外挂有七种，分别为电源板挂件、S7-1500挂件、S7-1200 挂件、ET200SP挂件、触摸屏挂件、G120挂件和V90及步进控制器挂件，几个外挂可以通过网络连接在一起进行复杂的教学培训，也可以将每个外挂单独拆下，放置于桌面上，进行独立的培训，所述的机械驱动外挂放置于桌面上，机械驱动外挂有三种，分别为运料小车外挂、分拣机外挂和机械手外挂，老师可根据不同的培训内容选择机械驱动外挂。

所述的机电一体化教学实训综合装置，S7-1500挂件可以利用I/O模块上接的操作元件及显示元件，通过程序实现各种逻辑处理，这些操作元件及显示元件包括：8个灯按钮、继电器模组KA1可以使四路DO点转换成干接点并使容量增大、I/O上的剩余端子都接到了端子排X1上，便于学员外接时的使用，学员可以让S7-1500挂件与S7-1200挂件、ET200SP挂件及V90挂件配合，对运料小车外挂进行逻辑控制、S7-1500挂件与S7-1200挂件、ET200SP挂件及G120挂件配合，对分拣机外挂进行逻辑控制、S7-1500挂件与S7-1200挂件、ET200SP 挂件及V90挂件配合，对机械手外挂进行逻辑控制，通过S7-1500挂件上或者触摸屏挂件的交换机，可以实现S7-1500与ET200SP、S7-1200以及触摸屏TP700 甚至伺服控制器V90之间的以太网通讯,进而构建更为复杂的控制系统。

所述的机电一体化教学实训综合装置，S7-1200挂件可以利用I/O模块上接的操作元件及显示元件，通过程序实现各种逻辑处理，这些操作元件及显示元件包括：4个灯按钮、4个按钮、继电器模组KA2可以使四路DO点转换成干接点并使容量增大、I/O上的剩余端子都接到了端子排X2上，便于学员外接时的使用，S7-1200外挂左侧的CM1241串口模块，支持MODBUS等协议，可以与第三方智能仪表通讯，在本实训装置中，可以支持与变频器G120以及扫码枪等设备通讯，学员可以让S7-1200挂件与ET200SP挂件及V90挂件配合，对运料小车外挂进行逻辑控制、S7-1200挂件与ET200SP挂件及G120挂件配合，对分拣机外挂进行逻辑控制、S7-1200挂件可以与ET200SP挂件及V90挂件配合，对机械手外挂进行逻辑控制，通过S7-1200挂件上或者触摸屏挂件的交换机，可以实现S7-1200与ET200SP、S7-1500以及触摸屏TP700甚至伺服控制器V90之间的以太网通讯，进而构建更为复杂的控制系统。

所述的机电一体化教学实训综合装置，ET200SP挂件作为一个分布式I/O从站存在，它采用PRONET接口，可以作为S7-1500或者S7-1200的I/O从站， ET200SP挂件上的操作元件及显示元件，可以通过进入I/O模块进一步被PLC进行处理，这些操作元件及显示元件包括：8个灯按钮、继电器模组KA3可以使四路DO点转换成干接点并使容量增大、I/O上的剩余端子都接到了端子排X3上，便于学员外接时的使用，运料小车、分拣机及机械手上的接近开关(光电开关)，通过14P的排线引入了ET200SP挂件的I/O通道，分拣机上的电磁阀，由ET200SP 挂件的DO通道并经继电器模组进行驱动，也就是说，S7-1500挂件或者S7-1500 与S7-1200挂件的组合，再加上ET200SP挂件，以及G120及V90挂件(作为驱动)，再加上触摸屏外挂，可以对运料小车、分拣机及机械手进行编程及操作，通过ET200SP挂件上或者触摸屏挂件的交换机，可以实现S7-1200与ET200SP、 S7-1500以及触摸屏TP700甚至伺服控制器V90之间的以太网通讯，进而构建更为复杂的控制系统。

所述的机电一体化教学实训综合装置，触摸屏TP700作为人机接口(HMI) 而存在，它可以作为控制器的显示和操作终端，触摸屏挂件上的交换机，可以将实训综合装置中所有具备以太网或者PROFINET接口的设备，进行互联互通。

所述的机电一体化教学实训综合装置，G120挂件在实训综合装置中，它作为分拣机皮带电机驱动器而存在，G120挂件上的操作元件及显示元件，预接入了变频器的I/O端子操作员可以利用这些I/O信号对变频器进行操作，这些操作元件及显示元件包括：2个灯摇臂开关、4个摇臂开关、1个电压表、1个电位器、I/O上的所有端子都接到了端子排X5上，便于学员外接时的使用，G120 挂件可以作为一个MODBUS从站，接收S7-1200的控制(通过CM1241MODBUS通讯模块)，G120挂件可以完成分拣机皮带电机的驱动，与S7-1200挂件及ET200SP 挂件、触摸屏挂件配合使用，可以完成分拣机各种功能的编制与测试。

所述的机电一体化教学实训综合装置，V90及步进控制器挂件主要由两个 V90伺服控制器及一个DM2C-RS522步进控制器组成，分别用于驱动机械手的XYZ 轴，DM2C-RS522步进控制器也可以驱动运料小车的步进电机，V90及步进控制器挂件上的操作元件及显示元件，预接入了一台伺服控制器(V90-1)的I/O端子,操作员可以利用这些I/O信号对V90-1进行操作(通常情况下，V90是利用通讯信号进行控制的，这个用I/O信号进行控制)，这些操作元件及显示元件包括：4个灯摇臂开关、V90-1及V90-2的I/O上的所有端子都接到了端子排X6 上，便于学员外接时的使用，V90及步进控制器挂件上的操作元件及显示元件，预接入了步进控制器的I/O端子,操作员可以利用这些I/O信号对步进控制器进行操作(通常情况下，步进控制器是利用通讯信号进行控制的，这个用I/O信号进行控制)，这些操作元件及显示元件包括：7个灯摇臂开关、步进控制器的 I/O上的所有端子都接到了端子排X6上，便于学员外接时的使用，V90及步进控制器挂件可以完成机械手XYZ轴的驱动，与S7-1200挂件及ET200SP挂件、触摸屏挂件配合使用，可以完成机械手各种功能的编制与测试。

所述的机电一体化教学实训综合装置，运料小车挂件由步进电机进行驱动，步进电机由V90挂板上的步进控制器驱动，运料小车挂件轨道上的接近开关引入ET200SP挂板，ET200SP作为S7-1200或者S7-1500上的I/O从站，这些信号可以被PLC识别，运料小车、S7-1500、S7-1200、CM1241、EP200SP、步进控制器、触摸屏、交换机进行组合，可以完成运料小车挂件的程序编制和控制操作。

所述的机电一体化教学实训综合装置，分拣机挂件由异步电机(含减速机) 进行驱动，异步电机由G120挂件上的变频器驱动，分拣机挂件皮带两侧的光电开关引入ET200SP挂板，ET200SP作为S7-1200或者S7-1500上的I/O从站，这些信号可以被PLC识别，ET200SP挂板上的DO信号经常继电器模组驱动气动拨爪上的电磁阀，完成拨爪动作控制，分拣机挂件物料识别是通过条码扫描枪来完成的，条码枪通过MODBUS通讯的方式与S7-1200挂板上的CM1241通讯，进而将条码信息读至PLC，分拣机、S7-1500、S7-1200、CM1241、EP200SP、步进控制器、触摸屏、交换机进行组合，可以完成分拣机挂件的程序编制和控制操作。

所述的机电一体化教学实训综合装置，机械手挂件的XY轴由伺服电机进行驱动，伺服电机由V90挂板上的两个伺服控制器驱动，机械手挂件的Z轴由步进电机进行驱动，步进电机由V90挂板上的步进控制器驱动，机械手挂件每个轴上有两个接近开关(共计6个)信号引入ET200SP挂板，ET200SP作为S7-1200 或者S7-1500上的I/O从站，这些信号可以被PLC识别，机械手、S7-1500、 S7-1200、CM1241、EP200SP、步进控制器、触摸屏、交换机进行组合，可以完成机械手挂件的程序编制和控制操作。

Claims (9)

1.一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于包括框架(1)、控件外挂(2)和机械驱动外挂(3)，所述的控件外挂(2)安装于框架(1)之上，并且采用标准化的挂孔和把手，可以快速拆装，控件外挂(2)有七种，分别为电源板挂件(21)、S7-1500挂件(22)、S7-1200挂件(23)、ET200SP挂件(24)、触摸屏挂件(25)、G120挂件(26)和V90及步进控制器挂件(27)，几个外挂通过网络连接在一起进行复杂的教学培训，将每个外挂单独拆下，放置于桌面上，进行独立的培训，所述的机械驱动外挂(3)放置于桌面上，机械驱动外挂(3)有三种，分别为运料小车外挂(31)、分拣机外挂(32)和机械手外挂(33)，老师可根据不同的培训内容选择机械驱动外挂。

2.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的框架(1)，采用40120铝合金型材制作，灵活轻巧，坚固耐用，结构尺寸为W*H＝800*1800mm，并配有滚轮及锁定装置，便于移动。

3.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的电源板挂件(21)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，电源板挂件上主要安装有航空插头公头(211)1个、航空插头母头(212)7个。

4.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的S7-1500挂件(22)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，S7-1500挂件(22)上主要安装有S7-1516CPU(221)1个、DI/DO(222)1个、AI/AO(223)1个、CPU存储卡1个、导轨1个、微型断路器a(224)1个、开关电源a(225)1个、端子台a(226)1个、5口百兆交换机(227)1个、四联灯按钮a(228)2个、端子排a(229)80个、航空插头1个。

5.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的S7-1200挂件(23)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，S7-1200挂件(23)上主要安装有S7-1214C CPU(232)1个、S7-1200信号板1个、CM1241MODBUS模块(231)1个、微型断路器b(233)1个、开关电源b(234)1个、端子台b(235)1个、四联灯按钮b(236)1个、端子排b(237)1个、航空插头1个。

6.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的ET200SP挂件(24)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，ET200SP挂件(24)上主要安装有ET200SP教学包(241)1个、微型断路器c(242)1个、开关电源c(243)1个、端子台c(244)1个、四联灯按钮c(245)2个、端子排c(247)60个、航空插头1个、SCSI中继端子台(246)1个。

7.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的触摸屏挂件(25)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，由于触摸屏有厚度安装在板内，所以该挂件支脚较长，便于在桌台上摆放，触摸屏挂件(25)上主要安装有精智面板(253)1个、SCALANCE XC208(254)1个、微型断路器d(251)1个、开关电源d(252)1个、航空插头1个。

8.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的G120挂件(26)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，挂件设有支脚，便于在桌台上摆放，G120挂件(26) 上主要安装有G120 1个、智能操作面板1个、存储卡及授权1个、微型断路器1个、电压指针表1个、电位器1个、二联摇臂灯开关1个、四联摇臂开关1个、端子排30个、航空插头1个。

9.根据权利要求1所述的一种机电一体化教学实训综合装置，其特征在于：所述的V90及步进控制器挂件(27)，尺寸为W*H＝720*400mm，材质为喷塑冷轧板，行线槽为30*30mm防火阻燃行线槽，挂件设有支脚，便于在桌台上摆放，V90及步进控制器挂件(27)上主要安装有V90变频器2个、微型断路器3个、步进控制器电源1个、步进控制器1个、四联摇臂灯开关3个、端子排35个、航空插头1个。

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