電氣控制測試臺,電氣工作實(shí)訓臺:上海碩博教學(xué)設備公司

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2023年9月13日電氣控制測試臺,電氣工作實(shí)訓臺

SBDQ-02電氣控制測試臺

電氣控制測試臺、機電控制實(shí)驗室設備是基于S7-300PLC的西門(mén)子先進(jìn)自動(dòng)化實(shí)驗室,改變傳統的以單一PLC為基礎的實(shí)驗模式,通過(guò)PROFIBUS、PROFINET將PLC的控制技術(shù)、工業(yè)通訊技術(shù)整合在一起,并且配備實(shí)際的被控對象,使學(xué)生能夠模擬實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的控制,為其提供PLC應用技術(shù)良好的實(shí)踐平臺。結合開(kāi)設的課程,闡述實(shí)驗項目的設計思路。通過(guò)實(shí)驗教學(xué)的實(shí)踐證明,該實(shí)驗室可以任意組合,實(shí)現需要的控制體系配置方案,滿(mǎn)足多個(gè)課程的實(shí)驗教學(xué)需要。

4.2主控制臺

1）設備實(shí)訓臺

實(shí)訓桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板、結構堅固，造型美觀(guān)大方。桌子左右各設有兩個(gè)抽屜（帶鎖），并帶有柜子，分別可放置掛件和實(shí)訓物品底部裝有4個(gè)導向輪，方便實(shí)訓臺架移動(dòng)，分揀模塊、機械手模塊、三軸運動(dòng)、機械傳動(dòng)模塊可以放置在實(shí)訓臺上，整體結構為開(kāi)放式和可拆裝式。外形尺寸為：2500mm×700mm×1500 mm。

參考圖

2）主要技術(shù)參數

a.供電電源：三相五線(xiàn) 380V±5％ 50Hz；

b.使用功率：≤12.0kW；

c.框架材料：半弧形鋁合金立柱框架；

d.桌面材料：高密度壓縮板材制作，表面具有防靜電桌墊；

e.封板材料：優(yōu)質(zhì)鈑金；

f.通訊方式：以太網(wǎng)，profinet總線(xiàn)通訊

g.實(shí)驗臺尺寸：約2500mm*700mm*1500mm。

3）設備配置

a.主控制臺電氣元器件布置合理，線(xiàn)路敷設"橫平豎直"，人機界面友好。

b.主控制臺可編程控制器，電機控制器的控制IO端子，控制端子引至面板，輸入端子采用用線(xiàn)快速插接，輸出端子采用指示燈，實(shí)現控制功能，并配備20%冗余接線(xiàn)。

c.分揀模塊、機械手模塊、三軸運動(dòng)、機械傳動(dòng)等4個(gè)分系統分別獨立運行，也可以聯(lián)機運行；

d.4個(gè)分系統觸摸屏（HMI），可編程控制器（PLC）和電機控制器（變頻器，伺服控制器，步進(jìn)控制器）等安裝至主控制臺。

e.配備主控制臺元器件之間、主控制臺與4個(gè)分系統之間的電力，控制，通訊等連接接口及線(xiàn)纜。

f.配備可編程控制器及電機控制器與調試軟件連接的通訊電纜。

g.主控備采用模塊化結構，即 PLC 主機、觸摸屏及各種場(chǎng)景控制單元，均為掛箱式，可根據實(shí)驗項目、網(wǎng)絡(luò )要求進(jìn)行組合，以后如果需要增加實(shí)驗，只需添加部件即可。信號接口通過(guò)端子排引出到面板，避免長(cháng)期訓練，損壞PLC主機自身的端子。

h.實(shí)訓導線(xiàn)：配備護套結構手槍插連接線(xiàn)，無(wú)氧銅抽絲而成插頭采用實(shí)芯銅質(zhì)件外套鈹輕銅彈片，強弱電導線(xiàn)的插頭插座尺寸分開(kāi)。

i. 場(chǎng)景實(shí)訓桌：采用鋁合金導軌式實(shí)訓臺，以經(jīng)氧化處理的高材質(zhì)40mm×40mm、20mm×80mm鋁合金作為設備主要框架材料，底部裝有4個(gè)導向輪，方便實(shí)訓臺架移動(dòng)，整體結構為開(kāi)放式和可拆裝式。

4）主要配置清單

序號	名稱(chēng)	型號	數量
1	工作臺1	1、交流電源控制單元三相四線(xiàn)380V交流電源經(jīng)空氣開(kāi)關(guān)后給裝置供電，電網(wǎng)電壓表監控電網(wǎng)電壓，設有帶燈保險絲保護，控制屏的供電由鑰匙開(kāi)關(guān)和啟停開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)具有漏電告警指示及告警復位。提供三相四線(xiàn)380V、單相220V電源各一組，由啟停開(kāi)關(guān)控制輸出，并設有保險絲保護。 2、定時(shí)器兼報警記錄儀定時(shí)器兼報警記錄儀，平時(shí)作時(shí)鐘使用，具有設定時(shí)間、定時(shí)報警、切斷電源等功能；還可自動(dòng)記錄由于接線(xiàn)或操作錯誤所造成的漏電告警次數。 3、直流電源、直流電壓/電流表、直流電壓：0～10V可調輸出；直流電流：4～20mA可調輸出；直流數字電壓表/電流表；電壓表量程0～200V、輸入阻抗為10MΩ、精度0.5級；電流表量程0～200 mA、精度0.5級； 2.使用功率：12.0KW 4.框架材料：鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結構； 4.桌面材料：高密度壓縮板材制作，表面具有防靜電桌墊； 5.封板材料：優(yōu)質(zhì)鈑金； 6.通訊方式：以太網(wǎng)； 7.尺寸約：2500mm700mm1500mm。	1套
3	開(kāi)關(guān)電源	輸入：AC220V 50HZ；輸出：DC24V 5A；具有電流過(guò)載保護功能。	1只
4	PLC主機1	1517T PLC	1
5	PLC主機2	1217C	1
6	PLC主機3	ST60	1
7	觸摸屏1	精智觸摸屏	1套
8	觸摸屏2	精簡(jiǎn)觸摸屏	1套
9	觸摸屏3	SAMR V4	1套
10	G120變頻器	G120變頻器	1套
12	S120	S120變頻器	3
13	步進(jìn)控制器	57步進(jìn)驅動(dòng)器	1
14	V20變頻器	6SL3210-5BB13-7UV1	1
22	交流空開(kāi)	4P40A	1只
23	熔斷器座	RT18-32X	2只
24	熔斷器	15A	2只
25	模數化插座	三芯 10A	1只
26	插頭	三芯 10A	1只
27	中間繼電器+底座	DC24V MY4N-J	4套
28	啟動(dòng)按鈕	DC24V 綠色 Φ22開(kāi)孔	1只
29	停止按鈕	DC24V 紅色 Φ22開(kāi)孔	1只
30	急停按鈕	DC24V 紅色 Φ22開(kāi)孔	4只
31	電壓表	0-10V	1只
32	電流表	4-20mA	1只
33	電壓表	AC220V	3只
34	場(chǎng)景模型	材料分揀模型	1套
		三軸運動(dòng)控制模型	1套
		機械手模型	1套
		機械傳動(dòng)模型	1套
35	工業(yè)交換機	8口	1套
36	基礎控制單元	復位按鈕4個(gè)、自鎖按鈕4個(gè)，指示燈（黃綠紅個(gè)4個(gè)）旋鈕開(kāi)關(guān)4個(gè)，急停4個(gè)，所有按鈕開(kāi)孔16，指示燈電壓DC24V，	1套

4.3材料分揀場(chǎng)景

1）場(chǎng)景介紹

材料分揀分系統采用臺式結構，配傳感器（光電式、電感式、顏色、磁感應式）、旋轉編碼器、單相交流電動(dòng)機、輸送帶、電磁閥，減壓閥，空氣濾清器，氣壓指示表等。是一套模擬工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)物料分揀過(guò)程的微縮模型，可以實(shí)現不同材料的自動(dòng)分選和歸類(lèi)，并可上位計算機監控。

2）實(shí)訓內容

a.PLC與變頻器通訊及控制

b.異步電機的變頻器調速

c.變頻器的位置控制

d.各類(lèi)傳感器接線(xiàn)及使用調整

e.電氣傳動(dòng)和氣動(dòng)技術(shù)

3）主要控制要求

a.系統通過(guò)各種傳感器，能自動(dòng)實(shí)現黑色尼龍塊，白色尼龍塊，鋁塊（金屬）三種物料的識別，并進(jìn)行分揀，同時(shí)實(shí)現計數功能。

b.通過(guò)PLC的模擬量輸出作為變頻器速度給定，實(shí)現電機無(wú)極調速；

c.配置手動(dòng)、自動(dòng)切換和觸摸屏控制開(kāi)關(guān)；

d.在手動(dòng)控制模式，可以使用按鈕實(shí)現電機的點(diǎn)動(dòng)控制，氣缸動(dòng)作等，觸摸屏可設置點(diǎn)動(dòng)速度；

e.在觸摸屏控制模式，可以使用觸摸屏進(jìn)行電機的點(diǎn)動(dòng)控制，氣缸動(dòng)作等，并可設置點(diǎn)動(dòng)速度；

f.在自動(dòng)模式下，運輸帶按照給點(diǎn)速度運轉，通過(guò)傳感器自動(dòng)識別物塊，氣缸自動(dòng)將其推送至指定的分揀位置。

g.在觸摸屏和指示燈，準確顯示各物體運行狀態(tài)，在觸摸屏顯示各分揀塊計數和總計數情況；

h.所有模式下，觸摸屏都能顯示或標識分揀系統的運行狀態(tài)；

i.在控制臺和分系統都設置緊急按鈕，切斷電源；

4）網(wǎng)絡(luò )控制框圖

材料分揀系統通過(guò)觸摸屏（HMI）、可編程控制器（PLC）、變頻器、電機、編碼器等組成（控制框圖如下圖1.1），其中觸摸屏，可編程控制器，變頻器等安裝在主控制臺，電機、傳感器等其他部件安裝在材料分揀系統上。

圖1.1 材料分揀控制框圖

5）主要配置

序號	名稱(chēng)	型號	數量	單位	備注
1	三相異步電機	4IK25GN-Y+4GN7.5K17-02-14X	1	臺
2	光電傳感器	JD-E45-5L/JD-E45-T5NK	1	件	對射光電，計數
3	光電傳感器	SE01-1K	1	件	判斷顏色（黑白）
4	電感傳感器	J18-D8NK	1	件	檢測金屬
5	電容傳感器	LJC18A3-B-Z/BX	2	件	物料檢測，黑色檢測
6	基座	定制	1	套
7	物料塊		9	件	3個(gè)黑尼龍塊，3個(gè)白尼龍塊，3級鋁塊
8	單桿氣缸	CDJ2KB16-100	3	件	用于推料
9	電磁閥	SY5120-5LZE-01	3	件	控制氣缸
10	氣源過(guò)濾器	AW3000-03	1	件	過(guò)濾空氣
11	磁性開(kāi)關(guān)	CS1-M	6	件	判斷氣缸的位置
12	鋁材	3030	1	套
13	加工件	定制	1	件
14	皮帶	長(cháng)1014mm寬98mm厚2mm	1	件
15	編碼器	E6B2-CWZ6C 1000P/R	1	件
16	壓力傳感器	FK-P300-E	1	件
17	溫度傳感器	PT100	1	件
18	氣泵	550-25(45/7)	1	臺

4.4三軸運動(dòng)控制

1）場(chǎng)景介紹

三軸運動(dòng)控制分系統采用臺式結構，利用三維空間內對物體運動(dòng)進(jìn)行控制，在三個(gè)方向上進(jìn)行獨立控制，通常是通過(guò)三個(gè)互相垂直的軸來(lái)實(shí)現，分別是X、Y、Z軸。X軸通常代表前后方向，Y軸代表左右方向，Z軸代表上下方向。通過(guò)配置觸摸屏（HMI），帶運動(dòng)控制功能可編程控制器（PLC），伺服控制器，伺服電機，編碼器、滾珠絲桿等部分組成，可以實(shí)現不同材料的自動(dòng)分選和歸類(lèi)，并可上位計算機監控。

2）實(shí)訓內容

a.伺服系統的組成和基本操作

b.伺服驅動(dòng)器的試運行

c.伺服驅動(dòng)器的位置控制模式

d.可編程控制器指令編程

e.單軸定位運動(dòng)控制

f.二維雙軸定位運動(dòng)控制

g.直線(xiàn)插補運動(dòng)控制

h.圓弧插補運動(dòng)控制

3）主要控制要求

a.設置自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和觸摸屏控制切換開(kāi)關(guān)；

b.PLC通過(guò)報文的形式與伺服控制通訊，控制伺服控制系統；

c.在手動(dòng)模式和觸摸屏控制模式下，能設置自動(dòng)回參考點(diǎn)；

d.在手動(dòng)模式下，可以實(shí)現三軸六個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)運行，在觸摸屏設置三個(gè)軸的運行速度；

e.在觸摸屏模式下，可以實(shí)現三軸六個(gè)方向的點(diǎn)動(dòng)運行，設置三個(gè)軸的運行速度；

f.通過(guò)伺服電機上的編碼器實(shí)現速度和位置的閉環(huán)控制；

g.三個(gè)方向設置軟限位和硬限位，軟限位報警，硬限位停機；

h.在自動(dòng)模式下，使用觸摸屏，可控制畫(huà)筆繪畫(huà)出各種預制的圖形。

i.所有模式下，觸摸屏都能顯示或標識三軸運動(dòng)控制系統的運行狀態(tài)；

j.在控制臺和分系統都設置緊急按鈕，切斷電源；

k.不同半徑圓形繪制

l.不同半徑扇形繪制

m.四葉輪繪制

n.五角星繪制

o.六邊形繪制

p.三角形繪制

q.四連環(huán)繪制

r.多段運動(dòng)軌跡繪制

4）網(wǎng)絡(luò )控制框圖

三軸運動(dòng)控制系統通過(guò)觸摸屏（HMI）、帶運動(dòng)控制功能可編程控制器（PLC）、伺服控制器、伺服電機、編碼器、滾珠絲杠、滑塊等組成（控制框圖如下圖2.2），其中觸摸屏，可編程控制器等安裝在主控制臺，伺服控制器、伺服電機、滾珠絲杠等其他部件安裝在材料三軸運動(dòng)控制分系統上。

圖2.2三軸運動(dòng)控制框圖

5）主要配置

序號	名稱(chēng)	型號	數量	單位	備注
1	伺服電機	1FK37032-xAK7x-xRAx	3	套	Drive-cliqAM20 多圈
2	滾珠絲桿	有效行程500mm	2	套
3	直線(xiàn)滑塊	540mm	2	套
4	滾珠絲桿	有效行程 300mm	1	套
5	直線(xiàn)滑塊	340mm	1	套
6	電感傳感器		9	套	3個(gè)軸限位及定位
7	基座	定制	1	套
8	加工件	定制	1	套
9	緊急開(kāi)關(guān)		1	個(gè)
10	寫(xiě)字筆	定制	1	個(gè)

4.5機械手場(chǎng)景

1）場(chǎng)景介紹

機械手分系統采用臺式結構。機械手通常由機械結構、電氣控制和編程控制器三部分組成，機械機構包括機械臂、關(guān)節、未端執行器等部分，通過(guò)電動(dòng)機，減速器和傳感器等電氣控制器的控制聯(lián)動(dòng)。編程控制則是通過(guò)計算機控制機械手的運動(dòng)軌跡，姿態(tài)、速度等，從而實(shí)現自動(dòng)化作業(yè)。

2）實(shí)訓內容

a.氣動(dòng)元件的結構及工作原理

b.步進(jìn)電機控制原理

c.PLC脈沖控制步進(jìn)電機正反轉調速及運行位移；

d.編碼器實(shí)現速度和位移的閉環(huán)控制

e.系統維護和故障檢測技術(shù)

3）主要控制要求

a.通過(guò)PLC自帶高速輸入點(diǎn)通過(guò)脈沖控制步進(jìn)電機正反調速和位置控制；

b.通過(guò)旋轉編碼器實(shí)現速度和位置閉環(huán)反饋；

c.設置位置參考點(diǎn)；

d.運動(dòng)方向上設置硬限位，軟限位，運動(dòng)至軟限位報警，運動(dòng)至硬限位停車(chē)；

e.設置手動(dòng)、自動(dòng)控制和觸控屏控制切換；

f.在手動(dòng)控制模式下，用按鈕進(jìn)行電機點(diǎn)動(dòng)、卡爪上升、卡爪旋轉和卡爪的抓放等動(dòng)作，在觸摸屏調整點(diǎn)動(dòng)速度；

g.在觸摸屏模式下，在觸摸屏上進(jìn)行電機點(diǎn)動(dòng)、卡爪上升、卡爪旋轉和卡爪的抓放等動(dòng)作，還能調整點(diǎn)動(dòng)速度；

h.在自動(dòng)控制模式下，能自動(dòng)執行抓"物塊"，按照預定的速度，運行至指定地方，并且將物塊放在指定位置，機械手回到坐標參考點(diǎn)；

i.所有模式下，觸摸屏都能顯示或標識機械手的運行狀態(tài)；

j.在控制臺和分系統都設置緊急按鈕，切斷電源；

4）網(wǎng)絡(luò )控制框圖

機械手控制分系統通過(guò)觸摸屏（HMI）、可編程控制器（PLC）、步進(jìn)控制器、步進(jìn)電機、編碼器、旋轉氣缸、升降氣缸、電磁閥等組成（控制框圖如下圖3.3），其中觸摸屏，可編程控制器等安裝在主控制臺，步進(jìn)控制器、步進(jìn)電機、電磁閥等其他部件安裝在材料機械手控制分系統上。

圖3.3機械手控制框圖

5）主要配置

序號	名稱(chēng)	數量	單位
13	步進(jìn)電機	1	臺
15	電感傳感器	1	件
16	電容傳感器	2	件
17	基座	1	套
18	物料塊	4	件
19	雙桿氣缸	1	件
20	旋轉氣缸	1	件
21	升降氣缸	1	件
22	夾爪	1	件
23	電磁閥	4	件
24	氣源過(guò)濾器	1	件
25	磁性開(kāi)關(guān)	6	件
26	鋁材	1	套
27	加工件	1	件
28	絲杠	1	套
29	編碼器	1	件
30	壓力傳感器	1	件
31	直線(xiàn)軸承	2	件

4.6機械傳動(dòng)場(chǎng)景

1）場(chǎng)景介紹

1、機械傳動(dòng)配置及主要技術(shù)參數；備有30種162個(gè)自制零部件、20種標準件及8種外購件，還有4種5件拼裝工具。箱內大部分零件采用硬鋁合金精制，加工精度高，使用輕巧方便，工作臺面板為帶T形槽硬鋁型材制作，組裝方便快速。各種零件的名稱(chēng)、數量及主要技術(shù)參數如附表所示。

2、拚裝方案：利用配備的零部件可組裝數十種機械傳動(dòng)方案

主要有：

（1）單級傳動(dòng)：V帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)、槽輪機構、單十字萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)等。

（2）變速器：參照CA6132車(chē)床變速器設計。

手動(dòng)滑動(dòng)套，使兩三聯(lián)齒輪分別沿二根花鍵軸滑移，通過(guò)三根傳動(dòng)軸（二根花鍵軸及一根平鍵軸）上不同的齒輪嚙合，可得9級傳動(dòng)比。三根傳動(dòng)軸可三角形布置，也可展開(kāi)布置。卸下平鍵軸，裝上中介輪軸及介輪，可得含介輪的齒輪傳動(dòng)。

（3）多級組合傳動(dòng)：可在上述單級傳動(dòng)及變速器中任選兩種或兩種以上，用聯(lián)軸器或離合器聯(lián)接組成多級組合傳動(dòng)。

例如：手輪-V帶-槽輪機構組合傳動(dòng)

手輪-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

手輪-V帶-離合器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

手輪-錐齒輪-槽輪機構-V帶組合傳動(dòng)

手輪-錐齒輪-槽輪機構-鏈輪組合傳動(dòng)

手輪-錐齒輪-變速器-柱銷(xiāo)或滾子鏈聯(lián)軸器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

手輪-各種聯(lián)軸器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

手輪-變速器（中介輪）-離合器-V帶組合傳動(dòng)

電機-V帶-槽輪機構組合傳動(dòng)

電機-V帶-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

電機-V帶-單十字萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)

電機-V帶-離合器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

電機-V帶-槽輪機構-V帶（或鏈輪）組合傳動(dòng)

電機-V帶-滑塊聯(lián)軸器-V帶（或鏈）組合傳動(dòng)

電機-V帶-錐齒輪-變速器-柱銷(xiāo)或滾子鏈聯(lián)軸器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

電機-V帶-各種聯(lián)軸器-鏈-槽輪機構組合傳動(dòng)

電機-V帶-變速器（中介輪）-離合器-V帶組合傳動(dòng)

參考圖

2）實(shí)訓內容

a.對各種類(lèi)型的機械傳動(dòng)的感性認識和理論認識。

b.拼裝各種組合傳動(dòng)方案，對比分析不同方案的傳動(dòng)特點(diǎn)。

c.拼裝各種類(lèi)型組合的機械傳動(dòng)，觀(guān)察各種單級傳動(dòng)，分析其傳動(dòng)原理及特點(diǎn)。

d.對比分析不同組合傳動(dòng)的特點(diǎn)。

3）主要控制

a.共用機械手系統PLC和觸摸屏；

b.使用PLC的輸出模擬量控制變頻器的速度和正反轉；

c.利用零部件組合多個(gè)傳動(dòng)系統；

4）網(wǎng)絡(luò )控制框圖

機械傳動(dòng)控制分系統通過(guò)觸摸屏（HMI）、可編程控制器（PLC）、變頻器、齒輪、帶輪、傳送帶、手盤(pán)等組成（控制框圖如下圖4.4），其中觸摸屏，可編程控制器等安裝在主控制臺，步進(jìn)控制器、步進(jìn)電機、電磁閥等其他部件安裝在材料機械手控制分系統上。

序號	名稱(chēng)	型號	數量	單位
10	滑動(dòng)定位機構		2	套
11	定位滑動(dòng)機構		2	套
12	緊定套圈		2	套
13	工作臺面板		1	套
14	小鏈輪	p=12.7 z=15	1	套
15	大鏈輪	p=12.7 z=20	1	套
16	滾動(dòng)軸承座1		4	套
17	支座		3	套
18	半連軸器1		1	套
19	半聯(lián)軸器2		1	套
20	變速箱墻板		2	套
21	銅套		共6	套
22	花鍵軸		2	套
23	齒輪1	m=2mm z=38	1	套
24	齒輪2	m=2mm z=32	1	套
25	三聯(lián)齒輪1	m=2mmz=30，46，26	1	套
26	齒輪3	m=2mm z=22	1	套
27	齒輪4	m=2 z=42	1	套
28	錐齒輪	m=3mm z=31	2	套
29	主動(dòng)軸		1	套
30	三聯(lián)齒輪2	m=2mmz=27，37，17	1	套
31	槽輪片		1	套
32	拔盤(pán)		1	套
33	軸		6	件
34	小帶輪	dd=75	1	套
35	大帶輪	dd=60	1	套
36	軸承蓋		8	套
37	手提箱		1	臺
38	單十字軸萬(wàn)向聯(lián)合器		1	套
39	三相異步電機		1	臺
40	安裝標準螺絲，螺帽、墊片		1	套
41	手輪		1	件
42	三角帶		1	條

2023年9月13日 電氣控制測試臺,電氣工作實(shí)訓臺

2023年9月13日電氣控制測試臺,電氣工作實(shí)訓臺