SBGYW-02工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及運動控制自動化實訓(xùn)裝置
一、 產(chǎn)品概述
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及運動控制自動化實訓(xùn)裝置、西門子SMART200實訓(xùn)室設(shè)備通過實驗使得學(xué)生熟悉工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、系統(tǒng)設(shè)計方法，熟悉各種PLC和觸摸屏的工作特性；掌握基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)設(shè)計方法，為畢業(yè)設(shè)計及今后從事相關(guān)的工作奠定一定的實踐基礎(chǔ)。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)臺主要承擔(dān)《工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)》課程的設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。主要針對全校工科專業(yè)課程含PLC控制原理及應(yīng)用和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)等專業(yè)課的學(xué)生進行實驗的專業(yè)教學(xué)實驗室。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)臺主要用于學(xué)生對可編程控制器(PLC)的編程學(xué)習(xí) 、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)認識與熟悉 、工業(yè)以太網(wǎng)通訊及編程 、觸摸屏現(xiàn)場控制、組態(tài)軟件控制與監(jiān)控 、遠程控制及工業(yè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)控制設(shè)計 、步進電機組件、伺服及驅(qū)動器組件、傳感器組件、三相異步電機組件的認識與使用，具備現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集成相應(yīng)PLC及其擴展模塊硬件、觸摸屏、邊緣網(wǎng)關(guān)、步進電機、 模擬量傳感器、噪音傳感器、編碼器、溫濕度傳感器、三色燈等， 實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換等實訓(xùn)場景。
二、 研發(fā)背景
1. 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)裝置是根據(jù)人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計師"培訓(xùn)及國家職業(yè)標(biāo)準考核大綱內(nèi)容，適當(dāng)增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定和實訓(xùn)教學(xué)要求而研制的。
2. 工業(yè)迅速發(fā)展處理器要求不斷提高，教學(xué)需要與時俱進設(shè)備要不斷升級，而教學(xué)還需要從基礎(chǔ)學(xué)起，同時滿足需要實驗室建設(shè)重復(fù)會導(dǎo)致浪費資金和實驗室空間。
3. 一個產(chǎn)品需要多種加工工藝，導(dǎo)致工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備錯縱復(fù)雜，一個主機不能完成所有工作，需要多個站點進行相互配合完成。
4. 不同層次的考核需要不同設(shè)備，不能有機的進行結(jié)合，有些實訓(xùn)完成后無法進行考量檢查學(xué)生的接受程度。
三、 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實訓(xùn)裝置特色
1. 實訓(xùn)建設(shè)理念為一次性建設(shè)，本設(shè)備采用通用型寬展口，所有主機的I/O口都可通過擴展口引出，可以用于插接式訓(xùn)練，也可進行線接式實操訓(xùn)練；還設(shè)有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對不同層次的學(xué)生進行考核。
2. 在主機選型方面由小型S7-200SMART系列PLC，全面覆蓋了西門子常用PLC類型，主機可以通過并口連接到實訓(xùn)區(qū)進行實訓(xùn)，可從基礎(chǔ)小型PLC開始學(xué)起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由簡到繁的學(xué)習(xí)理念讓學(xué)生容易接受，學(xué)習(xí)起來更加得心應(yīng)手。
3. 采用模塊組合式結(jié)構(gòu)，含開關(guān)量、模擬量、變頻調(diào)速、觸摸屏、通信模塊等，配套MCGS工控組態(tài)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)仿真化、信息化實訓(xùn)教學(xué)。
4. 項目實訓(xùn)模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線技術(shù)完成對工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對象、實物模型中的邏輯、模擬、過程、運動等的控制。
5. 仿真實訓(xùn)教學(xué)：通過虛擬環(huán)境實時顯示PLC運行狀態(tài)，模擬工業(yè)現(xiàn)場控制，可以進行編程訓(xùn)練、程序編寫測試等功能。
6. 模塊化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由西門子主機S7-200SAMRT構(gòu)成，根據(jù)工業(yè)中西門子PLC應(yīng)用歷程構(gòu)建了一個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通訊涉及PROFINET通訊、以太網(wǎng)通等多層網(wǎng)絡(luò)通訊。
四、 技術(shù)性能
1. 輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2. 工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3. 裝置容量：＜0.5kVA
4. 重 量：100kg
5. 外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm
6. 安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標(biāo)準
五、基本配置及功能:實訓(xùn)裝置由S7-200SMART單元、變頻調(diào)速單元、小車運動控制單元、實訓(xùn)組件、電工基礎(chǔ)實訓(xùn)單元二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、交流電機等組成。
1. S7-200SMART單元:采用西門子S7-1200主機CPU 1214C內(nèi)置數(shù)字量I/O（14路數(shù)字量輸入/10路數(shù)字量輸出）可編程控制器，模擬量2路模擬量輸入/2路模擬量輸出；集成2個以太網(wǎng)口，配置CB1241 RS485通訊模塊，支持自由端口，配置8路輸入/8路輸出數(shù)字量擴展模塊，配套PLC編程線纜、編程軟件。配有博途V17軟件。
（2）多功能端子排，將主機I/O信號集成轉(zhuǎn)接至多功能端子排上，設(shè)有快速插接端口，便于學(xué)生實訓(xùn)接線，也可使用壓線端子接口，用于訓(xùn)練實操布線工藝。
2. 觸摸屏單元:昆侖通態(tài)7寸寸彩色觸摸屏，觸摸屏實驗組件采用 7 寸彩色觸摸屏，液晶屏：7"TFT 液晶屏，分辨率（800×480），高清真彩；工業(yè)級低功耗 Cortex-A8CPU 主頻 600MGHz；觸摸屏：四線電阻式；內(nèi)存： 128M。
3. 以太網(wǎng)交換機:以太網(wǎng)交換機采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機，自帶5個雙絞線端口，RJ45 接口；用于構(gòu)建小型星形和總線形拓撲結(jié)構(gòu)；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
4. 變頻調(diào)速單元:變頻調(diào)速單元采用西門子SINAMICS 系列V20變頻器，單相AC 220供電，輸出功率0.37KW。集成RS485通訊接口，提供BOP操作面板；具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設(shè)定V/F控制，磁通電流控制、直流轉(zhuǎn)矩控制；集成4路數(shù)字量輸入，2路模擬量輸入；具備過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。
5. 小車運動控制單元:主要由運動小車（直流電機調(diào)速器）、同步帶輪傳動機構(gòu)、直流電機、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開關(guān)等組成，通過傳感檢測、PLC編程，實現(xiàn)運動距離測量、傳動控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報警運行控制、點動控制等，能實現(xiàn)小車的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。
6. 實訓(xùn)組件:實訓(xùn)組件主要由電源掛箱虛實結(jié)合掛箱，掛箱區(qū)域采用開放式結(jié)構(gòu)可根據(jù)需求增加不同掛箱。
電源掛箱提供AC380V、AC220V、DC24V電源，為實訓(xùn)掛箱和電機實訓(xùn)單元提供動力源；設(shè)有啟動停止按鈕，各相電源工作指示，具有過流、過壓、短路等保護。
7. 二維絲桿控制單元:二維絲桿控制單元主要由伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動組成。
伺服驅(qū)動用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制。
步進驅(qū)動用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動，工作電壓DC24V，輸出功率35W；內(nèi)部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護等功能。
8. 電工基礎(chǔ)實訓(xùn)單元:電工基礎(chǔ)實訓(xùn)單元主要由交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器、按鈕等組成，用于電機正反轉(zhuǎn)、星三角轉(zhuǎn)換、啟停自鎖等實訓(xùn)。
9. 三相交流電機:交流額定電壓380V/△接法，轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/min，功率40W，頻率50HZ，絕緣等級E級。
五、實訓(xùn)項目
（1）PLC基本技能實訓(xùn)：MCGS組態(tài)棒圖實驗教學(xué),利用已編輯好組態(tài)棒圖,對以下任何實驗進行動態(tài)跟蹤教學(xué)實驗針對實驗項目的具體要求，學(xué)生自行編輯組態(tài)棒圖進行實驗。
1. PLC認知實訓(xùn)（軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、基本指令、接線、編程下載等）
（2）PLC虛擬控制應(yīng)用實訓(xùn)
1. 數(shù)碼顯示控制
2. 搶答器控制
3. 天塔之光控制
4. 音樂噴泉控制
5. 十字路口交通燈控制
6. 水塔水位控制
7. 自動送料裝車系統(tǒng)控制
8. 四節(jié)傳送帶控制
9. 裝配流水線控制
10. 多種液體混合裝置控制
11. 自控成型機控制
12. 自動洗衣機控制
13. 電鍍生產(chǎn)線控制
14. 自控軋鋼機控制
15. 郵件分揀機控制
16. 自動售貨機控制
17. 機械手控制控制
18. 四層電梯控制
（3）PLC實物控制應(yīng)用實訓(xùn)
19. 直線運動位置檢測、定位控制
20. 步進電機定位控制
21. 步進電機的速度控制
22. 步進電機的正反轉(zhuǎn)控制
23. 伺服電機定位控制
24. 伺服電機的速度控制
25. 伺服電機的正反轉(zhuǎn)控制
26. 伺服電機和步進電機的綜合控制
（4）典型電動機控制實操實訓(xùn)
27. 三相鼠籠式異步電動機點動和自鎖PLC控制
28. 三相鼠籠式異步電動機聯(lián)動正反轉(zhuǎn)PLC控制
29. 三相鼠籠式異步電動機帶延時正反轉(zhuǎn)PLC控制
30. 三相鼠籠式異步電動機Y/△轉(zhuǎn)換起動PLC控制
（5）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實訓(xùn)
31. 變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作
32. 外部端子點動控制
33. 變頻器控制電機正反轉(zhuǎn)
34. 多段速度選擇變頻調(diào)速
35. 變頻器無級調(diào)速
36. 外部模擬量方式的變頻調(diào)速控制
37. 基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉(zhuǎn)控制
38. 基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制
39. 基于PLC通信方式的變頻開環(huán)調(diào)速
40. 基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習(xí)
41. 基于觸摸屏控制方式的數(shù)碼顯示控制
（6）網(wǎng)絡(luò)通訊綜合實訓(xùn)
42. PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
43. PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應(yīng)用實訓(xùn)