SBGYW-02工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)動(dòng)控制自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)裝置
一、 產(chǎn)品概述
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)動(dòng)控制自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)裝置、西門(mén)子SMART200實(shí)訓(xùn)室設(shè)備通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)方法，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后從事相關(guān)的工作奠定一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要承擔(dān)《工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)》課程的設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。主要針對(duì)全校工科專(zhuān)業(yè)課程含PLC控制原理及應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)等專(zhuān)業(yè)課的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要用于學(xué)生對(duì)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(rèn)識(shí)與熟悉 、工業(yè)以太網(wǎng)通訊及編程 、觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)控制、組態(tài)軟件控制與監(jiān)控 、遠(yuǎn)程控制及工業(yè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)控制設(shè)計(jì) 、步進(jìn)電機(jī)組件、伺服及驅(qū)動(dòng)器組件、傳感器組件、三相異步電機(jī)組件的認(rèn)識(shí)與使用，具備現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等典型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集成相應(yīng)PLC及其擴(kuò)展模塊硬件、觸摸屏、邊緣網(wǎng)關(guān)、步進(jìn)電機(jī)、 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(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換等實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景。
二、 研發(fā)背景
1. 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)訓(xùn)裝置是根據(jù)人力資源和社會(huì)保障部制定的"可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)師"培訓(xùn)及國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)俱進(jìn)設(shè)備要不斷升級(jí)，而教學(xué)還需要從基礎(chǔ)學(xué)起，同時(shí)滿(mǎn)足需要實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重復(fù)會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)資金和實(shí)驗(yàn)室空間。
3. 一個(gè)產(chǎn)品需要多種加工工藝，導(dǎo)致工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備錯(cuò)縱復(fù)雜，一個(gè)主機(jī)不能完成所有工作，需要多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)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(jī)的進(jìn)行結(jié)合，有些實(shí)訓(xùn)完成后無(wú)法進(jìn)行考量檢查學(xué)生的接受程度。
三、 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)訓(xùn)裝置特色
1. 實(shí)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(jī)的I/O口都可通過(guò)擴(kuò)展口引出，可以用于插接式訓(xùn)練，也可進(jìn)行線接式實(shí)操訓(xùn)練；還設(shè)有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對(duì)不同層次的學(xué)生進(jìn)行考核。
2. 在主機(jī)選型方面由小型S7-200SMART系列PLC，全面覆蓋了西門(mén)子常用PLC類(lèi)型，主機(jī)可以通過(guò)并口連接到實(shí)訓(xùn)區(qū)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，可從基礎(chǔ)小型PLC開(kāi)始學(xué)起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由簡(jiǎn)到繁的學(xué)習(xí)理念讓學(xué)生容易接受，學(xué)習(xí)起來(lái)更加得心應(yīng)手。
3. 采用模塊組合式結(jié)構(gòu)，含開(kāi)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(shí)現(xiàn)仿真化、信息化實(shí)訓(xùn)教學(xué)。
4. 項(xiàng)目實(shí)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對(duì)象、實(shí)物模型中的邏輯、模擬、過(guò)程、運(yùn)動(dòng)等的控制。
5. 仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)：通過(guò)虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)顯示PLC運(yùn)行狀態(tài)，模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，可以進(jìn)行編程訓(xùn)練、程序編寫(xiě)測(cè)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(mén)子主機(jī)S7-200SAMRT構(gòu)成，根據(jù)工業(yè)中西門(mén)子PLC應(yīng)用歷程構(gòu)建了一個(gè)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(duì)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(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
五、基本配置及功能:實(shí)訓(xùn)裝置由S7-200SMART單元、變頻調(diào)速單元、小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元、實(shí)訓(xùn)組件、電工基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)單元二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機(jī)、交流電機(jī)等組成。
1. S7-200SMART單元:采用西門(mén)子S7-1200主機(jī)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(gè)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(kuò)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(jī)I/O信號(hào)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(shí)訓(xùn)接線，也可使用壓線端子接口，用于訓(xùn)練實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jí)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(jī):以太網(wǎng)交換機(jī)采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機(jī)，自帶5個(gè)雙絞線端口，RJ45 接口；用于構(gòu)建小型星形和總線形拓?fù)浣Y(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(mén)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(diǎn)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(guò)電壓、欠電壓保護(hù)，變頻器、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)，短路保護(hù)等。
5. 小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制單元:主要由運(yùn)動(dòng)小車(chē)（直流電機(jī)調(diào)速器）、同步帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、行程開(kāi)關(guān)等組成，通過(guò)傳感檢測(cè)、PLC編程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量、傳動(dòng)控制、鍵值優(yōu)化比較行走控制、定向控制、報(bào)警運(yùn)行控制、點(diǎn)動(dòng)控制等，能實(shí)現(xiàn)小車(chē)的精確定位。該系統(tǒng)外觀精美，體積緊湊，重量輕。
6. 實(shí)訓(xùn)組件:實(shí)訓(xùn)組件主要由電源掛箱虛實(shí)結(jié)合掛箱，掛箱區(qū)域采用開(kāi)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(shí)訓(xùn)掛箱和電機(jī)實(shí)訓(xùn)單元提供動(dòng)力源；設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕，各相電源工作指示，具有過(guò)流、過(guò)壓、短路等保護(hù)。
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(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)組成。
伺服驅(qū)動(dòng)用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數(shù)字信號(hào)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(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服馬達(dá)進(jìn)行控制。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，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(hù)等功能。
8. 電工基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)單元:電工基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)單元主要由交流接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、按鈕等組成，用于電機(jī)正反轉(zhuǎn)、星三角轉(zhuǎn)換、啟停自鎖等實(shí)訓(xùn)。
9. 三相交流電機(jī):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(jí)E級(jí)。
五、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
（1）PLC基本技能實(shí)訓(xùn)：MCGS組態(tài)棒圖實(shí)驗(yàn)教學(xué),利用已編輯好組態(tài)棒圖,對(duì)以下任何實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤教學(xué)實(shí)驗(yàn)針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求，學(xué)生自行編輯組態(tài)棒圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
1. PLC認(rèn)知實(shí)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(shí)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(lè)噴泉控制
5. 十字路口交通燈控制
6. 水塔水位控制
7. 自動(dòng)送料裝車(chē)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(jī)控制
12. 自動(dòng)洗衣機(jī)控制
13. 電鍍生產(chǎn)線控制
14. 自控軋鋼機(jī)控制
15. 郵件分揀機(jī)控制
16. 自動(dòng)售貨機(jī)控制
17. 機(jī)械手控制控制
18. 四層電梯控制
（3）PLC實(shí)物控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)
19. 直線運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)、定位控制
20. 步進(jìn)電機(jī)定位控制
21. 步進(jìn)電機(jī)的速度控制
22. 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
23. 伺服電機(jī)定位控制
24. 伺服電機(jī)的速度控制
25. 伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
26. 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的綜合控制
（4）典型電動(dòng)機(jī)控制實(shí)操實(shí)訓(xùn)
27. 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)和自鎖PLC控制
28. 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)正反轉(zhuǎn)PLC控制
29. 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)帶延時(shí)正反轉(zhuǎn)PLC控制
30. 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換起動(dòng)PLC控制
（5）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用技能實(shí)訓(xùn)
31. 變頻器功能參數(shù)設(shè)置與操作
32. 外部端子點(diǎn)動(dòng)控制
33. 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)
34. 多段速度選擇變頻調(diào)速
35. 變頻器無(wú)級(jí)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(jī)正反轉(zhuǎn)控制
38. 基于PLC模擬量方式變頻開(kāi)環(huán)/閉環(huán)調(diào)速控制
39. 基于PLC通信方式的變頻開(kāi)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(shí)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(shí)訓(xùn)
