CN220984025U - 一种plc智能教学实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学实训设备技术领域，公开了一种PLC智能教学实训系统，系统包括：多个功能不同的工位及中心工业交换机，其中，工位之间贯穿通讯连接；每个工位均与中心工业交换机连接；工位包括：PLC控制模块、人机交互模块、电气及机械模块、传感器模块，PLC控制模块的第一端与传感器模块连接；PLC控制模块的第二端与电气及机械模块连接；PLC控制模块的第三端与人机交互模块连接。本实用新型相对于普通的PLC实训装置，公开了准工厂级的自动控制生产线，提供了更加贴近现实自动化生产实际的实训平台，让学生能够直观了解实际的生产细节，并能由浅入深、由简单到复杂进行PLC控制的实操和训练，极大提高高校工程训练中PLC控制的实践教学效率和质量。

Description

一种PLC智能教学实训系统

技术领域

本实用新型涉及教学实训设备技术领域，具体涉及一种PLC智能教学实训系统。

背景技术

在产业转型升级的智能化时代，PLC除满足控制功能外，还具备数据分析、流程优化、网络安全防护、故障预测等功能,并从经典控制到智能控制的转变。PLC作为自动化技术中的重要一环，在智能制造中扮演着不可或缺的角色。因此，在大学生工程训练环节中加入PLC智能控制相关的实训教学内容，对培养智能制造领域人才，对接国家产业转型升级需求显得尤为重要。

以PLC智能控制的实训教学设备也受到越来越多高校的重视。但目前，针对PLC智能控制实训的教学设备，更多的是教学级别的设备，脱离生产现场实际，无法让学生直观了解生产控制现场；另一方面，大部分实训设备功能简单，只能实现单个场景的应用，无法让学生理解在完整生产线的应用，综合性和系统性不足。基于上述两点，现有的实训教学设备不能很好地满足实训需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的PLC智能控制实训装备的缺陷，提供一种PLC智能教学实训系统。

本实用新型提供了一种PLC智能教学实训系统，包括：多个功能不同的工位及中心工业交换机，其中，工位之间贯穿通讯连接；每个工位均与中心工业交换机连接。

本实用新型引入一种PLC智能教学实训系统，其中多个功能不同的工位可通过中心工业交换机实现贯通，进而实现产线的贯通，从而实现整条生产线的完整实操和验证。

在一种可选的实施方式中，工位包括：PLC控制模块、人机交互模块、电气及机械模块、传感器模块，PLC控制模块的第一端与传感器模块连接；PLC控制模块的第二端与电气及机械模块连接；PLC控制模块的第三端与人机交互界面及其他设备连接。

本实用新型在每个工位配备独立的PLC控制模块、人机交互模块、电气及机械模块、传感器模块，使学生可在某个单独的工位上进行PLC控制的实操和训练。

在一种可选的实施方式中，工位还包括：编程仿真系统，其与PLC控制模块的第四端连接。

本实用新型在每个工位引入编程仿真系统，可供学生进行PLC编程和仿真练习。

在一种可选的实施方式中，工位还包括：实训桌。

本实用新型在每个工位配备有实训桌，供学生进行仿真练习

在一种可选的实施方式中，当工位为上盒工位、装糖工位、称重工位、出入库工位中任意一种时，工位还包括：伺服电机，伺服电机与PLC控制模块的第五端连接。

本实用新型中引入伺服电机，可以在PLC单元的控制下进行各工位协调有序的工作，其中上盒工位负责物料盒的输送、抓取物料盒进入生产流水线、以及物料盒的开盒工作；装糖工位负责原料的传送、将原料抓取到物料盒、以及盖上物料盒的工作；称重工位用于将包装好的物料盒产品的质量检测、贴上标签；出入库工位负责将物料盒产品出库的工作。

在一种可选的实施方式中，称重工位还包括：称重仪及标签打印机均与PLC控制模块的第三端连接。

本实用新型中称重工位上设置称重仪及标签打印机，负责将包装好的物料盒产品质量检测、贴上标签。

在一种可选的实施方式中，出入库工位还包括：喷枪机及扫码机均与PLC控制模块的第三端连接。

本实用新型中出入库工位上设置喷枪机及扫码机，负责将物料盒产品出库。

在一种可选的实施方式中，工位还包括：多种协议通讯接口，PLC控制模块通过通讯接口与工位内其他设备连接。

本实用新型中PLC控制模块通过多种协议通讯接口连接其他模块或装置。

在一种可选的实施方式中，工位还包括：工业交换机，工位均通过工业交换机与中心工业交换机连接；工业交换机，其第一端通过通讯接口与PLC控制模块的第三端连接，其第二端与工位内其他设备连接。

本实用新型引入工业交换机及工业通信系统，各个工位的PLC控制模块之间可通过工业交换机或者工业通信系统进行串联互通，从而实现各个工位的贯通，进而实现了产线的贯通。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型的一种PLC智能教学实训系统；

图2是根据本实用新型的四台PLC相互联通的框架示意图；

图3是根据本实用新型的上盒PLC电气信号连接示意图；

图4是根据本实用新型的装糖PLC电气信号连接示意图；

图5是根据本实用新型的称重PLC电气信号连接示意图；

图6是根据本实用新型的出入库PLC电气信号连接示意图；

图7～图11均是根据本实用新型的具体工作过程示意图；

图12是运输皮带结构示意图；

图13是根据本实用新型的实训桌与工位PLC连接示意图。

附图标记：

1-运输皮带，2-上盒装置，3-装糖装置，4-称重装置，5-出库装置，6-载盘，11-阻挡气缸，12-顶升气缸，21-进盒皮带，22-上盒偏移装置，23-第一负压头，24-上盒夹爪，31-原料振动盘，32-原料偏移装置，33-第二负压头，41-称重偏移装置，42-称重夹爪，43-称重仪，44-打标机，45-打标偏移装置，46-第三负压头，51-出库偏移装置，52-出库夹爪，53-出库传送带，61-装盒槽，62-装盖槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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。

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1，本实施例提供一种PLC智能教学实训系统，包括：多个功能不同的工位及中心工业交换机，其中，工位之间贯穿通讯连接；每个工位均与中心工业交换机连接。

本实施例中，每个工位的PLC之间可通过中心工业交换机或者工业通信系统进行串联互通，从而实现多个功能不同的工位的贯通，进而实现产线的贯通。

本实施例提供的一种准工厂级的PLC智能控制实训系统，综合机械技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、工业通信技术等，并综合应用到PLC智能控制中，实景式呈现PLC在完整生产线上的应用。在众多技术的结合下,生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在PLC的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起，组成了系统的整体，具有综合性和系统性的特点。本实用新型能够解决目前PLC控制实训装置脱离生产现场实际，综合性和系统性不足的问题。需要说明的是，工位之间贯穿通讯连接的方法为本领域常用的通讯连接方法，在此不再赘述。

在一些可选的实施方式中，本实施例中工位包括：PLC控制模块、人机交互模块、电气及机械模块、传感器模块，PLC控制模块的第一端与传感器模块连接；PLC控制模块的第二端与电气及机械模块连接；PLC控制模块的第三端与人机交互界面及其他设备连接。

本实施例中，传感器模块完成多种信号的采集；PLC控制模块根据传感器模块采集的信号来控制电气及机械模块动作，从而控制生产流程；工位在人机交互界面中配置独立的开始、停止、复位、急停按钮，用于控制本工位的设备。

示例性地，本实施例中工位为上盒工位、装糖工位、称重工位、出入库工位，但仅以此举例，并不以此为限制。

在一些可选的实施方式中，如图2所示，本实施例中工位还包括：编程仿真系统(即图中的编程仿真平台)，其与PLC控制模块(即图2中的上盒PLC、称重PLC、装糖PLC及出入库PLC)的第四端连接，该编程仿真系统用于在各PLC控制模块中建立仿真模型，并且编程仿真系统可以为现有技术成熟的各种功能的系统，在此不再赘述。

需要说明的是，图2中的PLC控制模块的第三端通过工业交换机与人机交互界面及其他设备连接，实则如图13所示，PLC控制模块的第三端可以直接与人机交互界面及其他设备连接(其中其他设备未画出，其可以为图2中的标签打印、称重仪、机器人、喷码机及扫码机等)。

在一些可选的实施方式中，本实施例中编程仿真系统还包括：编程仿真系统上的PLC程序和人机交互模块的人机界面程序分别上传至对应工位的PLC控制模块。

本实施例中，每个工位通过编程仿真系统和人机交互模块将PLC程序和人机界面程序上传至工位的PLC内，可供学生进行单个工位的PLC编程和仿真练习。在进行完整生产线的PLC控制实训时，则通过编程仿真系统将PLC程序分别上传至各个工位的PLC内。如图2～图5所示，4台PLC(即上盒PLC、装糖PLC、称重PLC、出入库PLC)通过工位内的工业交换机，采用以太网通信连接到中心工业交换机，实现各工位的数据实时共享和生产线内数据的互通，进而实现整条生产线的贯通。

在一些可选的实施方式中，本实施例中工位还包括：多种协议通讯接口，PLC控制模块通过通讯接口与工位内其他设备连接。

本实施例中，PLC控制模块通过多种协议通讯接口连接其他模块或装置。

在一些可选的实施方式中，本实施例中工位还包括：工业交换机，工位均通过工业交换机与中心工业交换机连接；其第一端通过通讯接口与PLC控制模块的第三端连接，其第二端与工位内其他设备连接。

如图2～图6所示，4台PLC通过工位内的工业交换机与人机交互界面及其他设备连接，采用以太网通信连接到中心工业交换机，实现各工位的数据实时共享和生产线内数据的互通，进而实现整条生产线的贯通。

可选地，本实施例中工位还包括实训桌，与工位配置连接。

在一些可选的实施方式中，工位还包括：伺服电机，伺服电机与PLC控制模块的第五端连接。伺服电机为：图2中的称重Y轴伺服、贴标X/Y轴伺服、喷码Y轴伺服，图3中的上盒X/Y轴伺服，图4中的装糖X/Y/X轴伺服，图5中的称重Y轴伺服、贴标X/Y轴伺服，图6中的喷码Y轴伺服。

本实施例中，上盒工位负责物料盒的输送、抓取物料盒进入生产流水线、以及物料盒的开盒工作；装糖工位负责原料的传送、将原料抓取到物料盒、以及盖上物料盒的工作；称重工位负责包装好的物料盒产品的质量检测、贴上标签的工作；出入库工位负责将物料盒产品出库的工作。伺服电机用于配合PLC控制模块执行上述各工位的工作。

可选地，本实施例中称重工位还包括：称重仪及标签打印机均与PLC控制模块的第三端连接。

可选地，本实施例中出入库工位还包括：喷枪机及扫码机均与PLC控制模块的第三端连接。

在编程仿真系统上完成PLC的编程与仿真后，通过USB线将程序上传至对应PLC中。

上盒PLC电气信号连接示意图如图3所示。上盒PLC接收到SCADA系统发送的生产指令后，开启接驳台上下气缸电磁阀、接驳机皮带线电机和上皮线带电机，皮带运动，将载盘从下皮带运送至上皮带，并传送至上盒工位；接收到载盘进料感应信号后，开盒载盘阻挡气缸电磁阀工作，将载盘停留在上盒工位；开盒载盘顶升气缸电磁阀工作，将载盘托起；上盒X/Y轴伺服工作，控制取料上下气缸电磁阀至对应的物料盒处，取料真空电磁阀开启；通过真空，取料上下气缸电磁阀完成取料，将物料盒放置在载盘上；接收到开盒载盘感应信号后，开盒夹爪气缸电磁阀工作，完成物料盒的开盒；开盒载盘顶升气缸电磁阀工作，载盘下沉；开盒载盘阻挡气缸电磁阀工作，解除阻挡；上皮带线电机工作，载盘继续向前传送，抵达装糖工位，为装糖工位做好准备。

在该工位上，传感器系统完成多种信号的采集：采集A/B/C三种物料盒皮带上的物料信息，PLC根据物料信息控制A/B/C物料盒皮带电机的运动，确保物料盒传输到位；采集安全光栅的信号，确保生产安全；采集载盘位置信号、取盒上下气缸上下位、开盒夹爪气缸上下位、开盒上下气缸上下位、上盒X/Y轴伺服原点位和极限位、开盒载盘阻挡/顶升气缸上下位等信息，PLC根据信号来控制生产流程。

同时，工位配置独立的开始、停止、复位、急停按钮，用于控制本工位的设备。

装糖PLC电气信号连接示意图如图4所示。装糖工位接收到载盘到位感应信号后，装糖载盘阻挡气缸电磁阀工作，将载盘停留在装糖工位；装糖载盘顶升气缸电磁阀工作，将载盘托起；装糖X/Y/Z轴伺服工作，控制装糖吸盘运动至对应的原料处，吸糖真空电磁阀开启；通过真空，装糖吸盘完成取料，将原料放置在物料盒内；取盒盖真空电磁阀工作，完成盖盒动作；装糖载盘顶升气缸电磁阀工作，载盘下沉；装糖载盘阻挡气缸电磁阀工作，解除阻挡；上皮带线电机工作，载盘继续向前传送，抵达称重工位，为称重工位做好准备。

在该工位上，传感器系统完成多种信号的采集：采集A/B/C三种原料振动带上的物料信息，PLC根据物料信息控制A/B/C原料的圆振和直振电机，确保原料传输到位；采集载盘位置信号、装糖X/Y/Z轴伺服原点位和极限位、装糖载盘阻挡/顶升气缸上下位等信息，PLC根据信号来控制生产流程。

同时，工位配置独立的开始、停止、复位、急停按钮，用于控制本工位的设备。

称重PLC电气信号连接示意图如图5所示。称重工位接收称重载盘到位感应信号后，称重载盘阻挡气缸电磁阀工作，将载盘停留在装糖工位；称重载盘顶升气缸电磁阀工作，将载盘托起；称重上下气缸电磁阀和称重夹爪气缸电磁阀工作，将物料盒从载盘抓取至称重仪上，完成称重后再将物料盒抓取送回至载盘；打印机打印的标签通过贴标吸标签真空电磁阀，吸附于取标处；贴标X/Y轴伺服工作，将取标装置移动至取标处；取标真空电磁阀开启，贴标吸标签真空电磁阀关闭，标签伸缩气缸和上下气缸工作，吸附标签；贴标X/Y轴伺服再将取标装置移动至载盘物料盒处，标签伸缩气缸和上下气缸工作再次工作，取标真空电磁阀关闭，将标签粘贴在物料盒盒盖上；称重载盘顶升气缸电磁阀工作，载盘下沉；称重载盘阻挡气缸电磁阀工作，解除阻挡，上皮带线电机工作，载盘继续向前传送，抵达出入库工位，为出入库工位做好准备。

在该工位上，传感器系统完成多种信号的采集：载盘位置信号、称重上下/夹爪气缸上下位、称重Y轴伺服原点位和极限位、贴标Y/Z轴伺服原点位和极限位、称重载盘阻挡/顶升气缸上下位、取标签伸缩气缸伸出和缩回等信息，PLC根据信号来控制生产流程。

同时，工位配置独立的开始、停止、复位、急停按钮，用于控制本工位的设备。

出入库PLC电气信号连接示意图如图6所示。出入库工位接收入库载盘到位感应信号后，入库载盘阻挡气缸电磁阀工作，将载盘停留在装糖工位；入库载盘顶升气缸电磁阀工作，将载盘托起；PLC接收到入库载盘上有料盒感应信号后，机器人开始工作，将物料盒放置到出库传送带上；出库皮带电机工作，将物料盒传送到取货窗口；上皮带线电机工作，载盘继续向前传送；当PLC接收到接驳台载盘到位感应信号后，接驳台皮带电机和接驳台上下气缸工作，载盘通过接驳台进入下皮带。

在该工位上，传感器系统完成多种信号的采集：载盘位置信号、入库载盘阻挡/顶升气缸上下位、接驳台上下气缸上下位、出库传送带两端物料等信息，PLC根据信号来控制生产流程。

同时，工位配置独立的开始、停止、复位、急停按钮，用于控制本工位的设备。

进行完整生产线的PLC控制实训时，则通过编程仿真系统将PLC程序分别上传至4个工位的PLC内。如图2所示，4台PLC通过工位内的工业交换机，采用以太网通信连接到中心工业交换机，实现各工位的数据实时共享和生产线内数据的互通，进而实现整条生产线的贯通。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过对准工厂级的产线进行改造设计，将准工厂级产线设计成几个既可相对独立又可互联贯通的工位，学生可在单独的某个工位上进行PLC控制的实操和训练；进一步，在单个工位上验证后，学生可将工位进行串联，对整条生产线进行PLC控制实操和训练，实现递进式的实训培养模式。相对于普通的PLC实训装置，准工厂级的自动控制生产线线，提供了更加贴近现实自动化生产实际的实训平台，让学生能够直观了解实际的生产细节，并能由浅入深、由简单到复杂进行PLC控制的实操和训练，极大提高高校工程训练中PLC控制的实践教学效率和质量。

综上，仅为本实用新型的较佳实施例而己，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

具体工作过程如下：

如图7、图8所示，载盘6在运输皮带1的运输下，经上盒装置2中的阻挡气缸11限位后，运输皮带1停止，在顶升气缸12的作用下抬起，上盒偏移装置22控制第一负压头23运动至指定进盒皮带21上方，随后第一负压头23启动，将进盒皮带21上的物料盒吸起，上盒偏移装置22再控制第一负压头23运动至载盘6的装盒槽61上方，上盒夹爪24伸出夹固物料盒盒体，第一负压头23上移将盖体与盒体分离，随后控制盖体偏移至装盖槽62内，完成上盒。

如图7～图9所示，阻挡气缸11退回复位，顶升气缸12退回，运输皮带1再次启动，载盘6在运输皮带1的运输下，经装糖装置3中的阻挡气缸11限位后，运输皮带1停止，在顶升气缸12的作用下抬起，原料偏移装置32控制第二负压头33运动至指定原料振动盘31的出料端，第二负压头33启动，将指定原料吸起，原料偏移装置32再控制第二负压头33运动至装盒槽61上方，关闭负压将原料落入盒体内，重复步骤进行原料的上料操作，上料完成后，原料偏移装置32再控制第二负压头33运动至装盖槽62上方，第二负压头33吸附盖体后，再将其运动至装盒槽61上方，控制第二负压头33下行，完成装糖操作。

如图7和图10所示，阻挡气缸11退回复位，顶升气缸12退回，运输皮带1再次启动，载盘6在运输皮带1的运输下，经称重装置4中的阻挡气缸11限位后，运输皮带1停止，在顶升气缸12的作用下抬起，称重偏移装置41控制称重夹爪42将物料盒夹持后转移至称重仪43上，称重完成后将其回移至载盘6内，同时，打标机44根据重量情况打印标签，载盘移动至打标位置(根据运输皮带与阻挡气缸顶升气缸等配合移动)，打标偏移装置45控制第三负压头46将标签吸附，再运送至物料盒上将标签贴附，完成称重打标操作。

如图7和图11所示，阻挡气缸11退回复位，顶升气缸12退回，运输皮带1再次启动，载盘6在运输皮带1的运输下，经出库装置5中的阻挡气缸11限位后，运输皮带1停止，在顶升气缸12的作用下抬起，出库偏移装置51控制出库夹爪52将物料盒夹持，并将其置于出库传送带53上方，物料盒出库，至此，完成操作。

运输皮带1结构如图12所示，左右两侧设置有皮带接驳台，上皮带用以与各装置配合生产，下皮带用以循环载盘，左右接驳台用以控制载盘在上下皮带内进行循环，接驳台上还设置有接驳台皮带。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述系统包括：多个功能不同的工位及中心工业交换机，其中，

工位之间贯穿通讯连接；

每个工位均与所述中心工业交换机连接；

所述工位包括：PLC控制模块、人机交互模块、电气及机械模块、传感器模块，所述PLC控制模块的第一端与所述传感器模块连接；所述PLC控制模块的第二端与所述电气及机械模块连接；所述PLC控制模块的第三端与所述人机交互模块及其他设备连接；其他设备包括但不限于签打印、称重仪、机器人、喷码机及扫码机。

2.根据权利要求1所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述工位还包括：

编程仿真系统，其与所述PLC控制模块的第四端连接。

3.根据权利要求1所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述工位还包括：

实训桌，与所述工位配置连接。

4.根据权利要求1所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，当所述工位为上盒工位、装糖工位、称重工位、出入库工位中任意一种时，所述工位还包括：

伺服电机，所述伺服电机与所述PLC控制模块的第五端连接。

5.根据权利要求4所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述称重工位还包括：

称重仪及标签打印机均与所述PLC控制模块的第三端连接。

6.根据权利要求4所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述出入库工位还包括：

喷枪机及扫码机均与所述PLC控制模块的第三端连接。

7.根据权利要求1所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述工位还包括：多种协议通讯接口，

PLC控制模块通过通讯接口与工位内其他设备连接；其他设备包括但不限于签打印、称重仪、机器人、喷码机及扫码机。

8.根据权利要求7所述的PLC智能教学实训系统，其特征在于，所述工位还包括：工业交换机，

工业交换机，所述工位均通过工业交换机与所述中心工业交换机连接；

工业交换机，其第一端通过所述通讯接口与PLC控制模块的第三端连接，其第二端与工位内其他设备连接；其他设备包括但不限于签打印、称重仪、机器人、喷码机及扫码机。