SBGYW-02型工业运动控制技术实训装置
一、产品概述
工业运动控制技术实训台是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容,适当增加新技术,按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。适合职业院校、职业培训学校、职教中心、鉴定站/所对可编程序控制系统设计师的四、三、二级开展培训及技能鉴定。
二、研发背景
1.工业运动控制技术实训装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容,适当增加新技术,按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。
2.工业迅速发展处理器要求不断提高,教学需要与时俱进设备要不断升级,而教学还需要从基础学起,同时满足需要实验室建设重复会导致浪费资金和实验室空间。
3.一个产品需要多种加工工艺,导致工业现场设备错纵复杂,一个主机不能完成所有工作,需要多个站点进行相互配合完成。
4.不同层次的考核需要不同设备,不能有机的进行结合,有些实训完成后无法进行考量检查学生的接受程度。
三、装置特色
1.实训建设理念为一次性建设,本设备采用通用型宽展口,所有主机的I/O口都可通过扩展口引出,可以用于插接式训练,也可进行线接式实操训练；还设有两块可拆卸的网孔板可对不同层次的学生进行考核。
2.采用模块组合式结构,含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等,配套HMI工控组态监控软件,实现仿真化、信息化实训教学。
3.项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。
4.仿真实训教学：通过虚拟环境实时显示PLC运行状态,模拟工业现场控制,可以进行编程训练、程序编写测试等功能。
5.模块化网络系统：网络结构主要由西门子S7-1200构成,根据工业中西门子PLC应用历程构建了一个工业网络,网络通讯涉及PROFINET通讯、以太网通等多层网络通讯。
四、技术性能
1.输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±10% 50Hz
2.工作环境：温度-10℃～+40℃相对湿度＜85%(25℃)海拔＜4000m
3.装置容量：＜0.5kVA
4.重量：100kg
5.外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm
6.安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置,安全符合国家标准
五、基本配置及功能
实训装置由S7-1200单元、变频调速单元、小车运动控制单元、、实训组件单元、二维丝杆控制单元、触摸屏单元、以太网交换机、交流电机等组成。
1.S7-1200单元
S7-1200单元主要由主机1215C和信号转接板组成。
主机1215C,125 KB工作存储器；24VDC电源,板载DI14 x 24VDC漏型/源型,板载DQ10 x 24VDC及AI2和AQ2；板载6个高速计数器和4个脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达8个用于I/O扩展的信号模块；0.04 ms/1000条指令；2个PROFINET端口,用于编程、HMI和PLC间数据通信
2.触摸屏单元
触摸屏单元采用西门子KTP700 Basic 7寸彩色触摸屏,用于1200主机以太网通讯,控制和显示各单元的运行状态。
3.以太网交换机
以太网交换机采用非网管型工业以太网10/100MBIT/S交换机,自带8个双绞线端口,RJ45接口；用于构建小型星形和总线形拓扑结构；自带LED诊断显示,供电电源DC 24V。
4.变频调速单元
变频调速单元采用西门子SINAMICS系列G120变频器,三相相380V供电,输出功率0.75KW。集成PN通讯接口,提供BOP操作面板；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制,磁通电流控制、直流转矩控制；集成4路数字量输入,1路模拟量输入；具备过电压、欠电压保护,变频器、电机过热保护,短路保护等。
5.实训组件
实训组件主要由电源挂箱虚实结合挂箱,挂箱区域采用开放式结构可根据需求增加不同挂箱。
电源挂箱提供AC380V、AC220V、DC24V电源,为实训挂箱和电机实训单元提供动力源；设有启动停止按钮,各相电源工作指示,具有过流、过压、短路等保护。
6.二维丝杆控制单元
二维丝杆控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组成。
伺服电机用于控制Y轴丝杆,采用交流伺服驱动,工作电压AC220V,输出功率200W。采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心,智能功率模块（IPM） 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力；支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。
步进电机用于控制X轴丝杆,采用交流伺服驱动,工作电压DC24V,输出功率35W；内部集成控制电路和功率电路,具有自检线圈和短路保护等功能。
7.三相交流电机
交流额定电压380V/△接法,转速1400转/min,功率40W,频率50HZ,绝缘等级E级。
六、工业运动控制技术实训装置主要配置清单
序号 |
品名 |
规格（mm） |
数量 |
单位 |
1 |
1215 CPU |
6ES7215-1AG40-0XB0+SM1223 |
1 |
个 |
2 |
V90 Profinet通讯 |
200W,单相220V |
1 |
个 |
3 |
G120变频器 |
交流变频调速部件G120 PN标准变频驱动控制系统：1）G120 PN标准变频驱动控制系统控制单元CU250-2 PN；2）G120标准变频驱动控制系统基本操作面板BOP-2；3）G120标准变频驱动控制系统0.75KW以上,380V电源输入功率单元PM240-2。 （功率轻载0.75KW重载0.55KW） |
1 |
个 |
4 |
触摸屏 |
KTP700 Basic PN |
1 |
台 |
5 |
步进电机 |
57步进电机 |
1 |
个 |
6 |
三相异步电机 |
三相异步电动机180W |
1 |
个 |
7 |
小车运动单元 |
定制 |
1 |
套 |
8 |
二维丝杠单元 |
定制 |
1 |
套 |
9 |
传感器 |
光电、磁性、电感传感器 |
1 |
套 |
10 |
交换机 |
8口 |
1 |
台 |
11 |
试验台 |
定制 |
1 |
套 |
12 |
挂箱模块 |
1 |
套 |
|
13 |
电梯模型 |
参数见附件 |
1 |
套 |
七、实训项目
PLC基本技能实训
MCGS组态棒图实验教学,利用已编辑好组态棒图,对以下任何实验进行动态跟踪教学实验针对实验项目的具体要求,学生自行编辑组态棒图进行实验。
（一）PLC认知实训（软硬件结构、系统组成、基本指令、接线、编程下载等）
PLC虚拟控制应用实训
1.数码显示控制
2.抢答器控制
3.天塔之光控制
4.音乐喷泉控制
5.十字路口交通灯控制
6.水塔水位控制
7.自动送料装车系统控制
8.四节传送带控制
9.装配流水线控制
10.多种液体混合装置控制
11.自控成型机控制
12.自动洗衣机控制
13.电镀生产线控制
14.自控轧钢机控制
15.邮件分拣机控制
16.自动售货机控制
17.机械手控制控制
18.四层电梯控制
(二)PLC实物控制应用实训
19.直线运动位置检测、定位控制
20.步进电机定位控制
21.步进电机的速度控制
22.步进电机的正反转控制
23.伺服电机定位控制
24.伺服电机的速度控制
25.伺服电机的正反转控制
26.伺服电机和步进电机的综合控制
(三)典型电动机控制实操实训
27.三相鼠笼式异步电动机点动和自锁PLC控制
28.三相鼠笼式异步电动机联动正反转PLC控制
29.三相鼠笼式异步电动机带延时正反转PLC控制
30.三相鼠笼式异步电动机Y/△转换起动PLC控制
（四）PLC、变频器、触摸屏综合应用技能实训
31.变频器功能参数设置与操作
32.外部端子点动控制
33.变频器控制电机正反转
34.多段速度选择变频调速
35.变频器无级调速
36.外部模拟量方式的变频调速控制
37.基于PLC的变频器外部端子的电机正反转控制
38.基于PLC模拟量方式变频开环/闭环调速控制
39.基于PLC通信方式的变频开环调速
40.基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习
41.基于触摸屏控制方式的数码显示控制
(4)网络通讯综合实训
42.PLC、触摸屏与变频器通信控制
43.PLC、变频器、触摸屏组网综合应用实训
八、四层电梯实训模型
（一）四层电梯实训模型简介
系统由机械传动和电气控制两部分组成：机械部分控制门的开,闭和轿箱的上下移动；控制部分由PLC控制各项功能开关和指示灯,以完成电梯的各项动作。
电梯的电气控制系统采用西门子PLC智能控制（也可以采用三菱）,具有自动平层、自动关门、集选控制功能、顺向响应轿内外呼梯信号、直驶、电梯安全运行保护、照明等功能。且具有性能可靠、运行平稳、操作简单、能耗低和便于教学等特点。此模块可以扩展单片机接口,也就是说亦可以通过单片机控制,实现了一套系统多种教学用途。
系统构成：电梯模型包括升降电机、极限开关、导轨、随行电缆、厅门、召唤按钮、楼层显示装置、轿厢、开关门机构、平层装置、轿厢内指层灯、轿厢照明、控制系统等。
（二）电梯的主要组成部件
1.拽引机：拽引机是电梯的驱动装置,它主要包括：①驱动电机②拽引轮：拽引机上的绳索称为拽引轮。两端借助拽引绳分别悬挂轿厢和配重块,并依靠拽引绳与拽引轮槽间的静摩檫力来实现轿厢的升降。③导向轮：为保证轿厢端和配重端拽引绳各自垂直于轿厢和对重,且保持平行,并保证拽引轮有足够大的包角,故一般常设置导向轮（俗称抗绳轮）。
2.轿厢：轿厢由轿厢架、轿厢体等组成。轿厢因用途不同,规格尺寸与外形设计不同。
3.导轨：导轨通过导轨支架被固定在井道壁上,导轨的位置限定了轿厢和对重的位置,导轨是轿厢上下运行的轨道。
4.对重装置：对重装置由对重轮、对重架、对重砣、拽引绳等组成。对重与轿厢相衬托起平衡作用。
5.限位开关：该装置可以装在轿厢上,也可以装在电梯井道上端站和下端站附近,当轿厢运行超过端站时,用于切断电源的安全装置。
6.电梯內呼按钮：在本教学电梯中,电梯內呼按钮装在电梯模型面板的左上角,用于指定想要到达的楼层,并可以显示电梯轿厢运行位置和运行方向。
7.楼层显示窗：它安装在电梯模型面板的右侧,通过操作带有向上或向下箭头的按钮可以让轿厢到达你所在的楼层,并可以显示电梯轿厢运行位置。
（三）电梯控制原理
1.本教学电梯是一种由乘客自己操作的自动电梯模型。楼层显示窗口在电梯右侧,并在顶层和底层分别设有一个向上和向下的召唤按钮（即上下楼层按钮）,而在其他层站各设有上下召唤按钮。左上角的电梯內呼按钮设有与层数相等的相应指令按钮。当进入轿厢的乘客按下指令按钮时,指令信号被登记,当等待在门外的乘客按下上下楼层按钮时,此信号被登记。电梯在向上运行的过程中按登记的指令信号和向上的召唤信号逐一给予停靠,直至信号登记的最高层站,然后又反向向下运行,顺次相应向下指令信号和召唤信号给予停靠。每次停靠时,电梯自动进行减速、平层、开门。当乘客进出轿厢完毕后,又自行关门,直至完成最后一项工作。如有信号再出现,则电梯根据信号位置选择方向自行启动运行。若无工作指令,则轿厢停留在最后停靠的层楼。
2.自动开关门：当电梯慢速平层时,经过平层延迟后门机动作,自动开门,当门开到位是,门开到位开关动作,门机停止。电梯靠楼层开门后,经大约2秒延时,门电机向关门方向运转。当门关到位时,门关到位开关动作,门机停止。但当乘客按下关门按钮时电梯就立刻关门。当轿厢停在某层且门关闭,按下该层召唤按钮,则门将被打开。
3.电梯的启动、加速和满速运行
电梯的启动由PLC、变频器及电磁制动器共同控制。首先PLC根据指令信号确定上升（Q1.4口输出）或下降（Q1.5口输出）指令,然后将上升或下降及速度控制指令传递给变频器相应的正传或反转及预置速度,并将开闸指令给电磁制动器使制动器抱闸松开。变频器经过内部设定预置速度控制电梯的启动、加速和满速运行。
（四）实验程序介绍
第一部分：实验目的
1.了解电梯的基本结构和动作原理；
2.掌握采用远程I/O通信网络系统实现了电梯的PLC控制。
3.掌握PLC控制的基本原理,掌握三相异步电动机、变频器、传感器（用于平层定位）、旋转编码器（产生高速计数脉冲）的原理及使用。
第二部分：实验内容
1、实验步骤及调试方法
（1）把四层电梯实训模型的程序下载到PLC,按照接线图把PLC输入输出的线接接到面板上,检查接线无误后上电操作。
(2)把可编程控制器拨向RUN后,若电梯轿厢停留在一层。按一下"楼层显示窗"下面的一层上楼按钮,即表示要乘坐电梯,若轿厢没有在一楼,当在一层按下一层上楼按钮后,轿厢会先下降到所在位置再开门。若在一层楼,电梯轿门打开,在"电梯內呼按钮"下的按钮中按下想要到达的楼层,楼层指示灯会亮,并按关门按钮,电梯门闭合。轿厢开始上升,在"楼层显示窗"中会显示当时电梯轿厢所在楼层。当到达了所指定的楼层时,轿厢门会打开,过一会再自动闭合。
（3）在其他楼可按上楼或下楼按钮,电梯轿厢会到达所在层,然后轿厢门打开,再按下想要到达的楼层,并按下关门按钮,电梯轿门关闭,电梯轿厢开始上升或下降,到达指定楼层后,轿门打开,过一会再自动关闭。
（4）在电梯轿厢运行过程中,轿厢上升（或下降）途中,反方向下降（或上升）的外呼梯信号会按照顺序依次相应,消除召唤信号。例如,电梯轿厢在一楼,在上升到四楼的过程中,若三楼有三层上升按钮召唤,同时还有二层下降按钮召唤,电梯轿厢会在上升过程中先响应三层上升按钮,消除三层召唤信号。再响应四层內呼按钮,最后再下降到二楼响应二层下楼按钮,但只有最后响应的楼层电梯轿厢门会打开。电梯在执行完最后一个指令而停靠时,这时如有乘客进入轿厢,则其指令信号可优先决定电梯运行方向。
（5）电梯未平层或运行时,开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后,按开门按钮轿厢门打开,按关门钮轿厢门关闭。
2、输出IO分配（有源信号输出24V/0V）
序号 |
标识 |
功能 |
序号 |
标识 |
功能 |
1 |
Q1 |
1层外呼上行按钮信号 |
10 |
Q10 |
4层平层信号 |
2 |
Q2 |
2层外呼上行按钮信号 |
11 |
Q11 |
开门状态 |
3 |
Q3 |
2层外呼下行按钮信号 |
12 |
Q12 |
开关状态 |
4 |
Q4 |
3层外呼上行按钮信号 |
13 |
Q13 |
1层内呼按钮信号 |
5 |
Q5 |
3层外呼下行按钮信号 |
14 |
Q14 |
2层内呼按钮信号 |
6 |
Q6 |
4层外呼上行按钮信号 |
15 |
Q15 |
3层内呼按钮信号 |
7 |
Q7 |
1层平层信号 |
16 |
Q16 |
4层内呼按钮信号 |
8 |
Q8 |
2层平层信号 |
17 |
Q17 |
开门按钮信号 |
9 |
Q9 |
3层平层信号 |
18 |
Q18 |
关门按钮信号 |
3、输入IO分配（无源信号输入）
序号 |
标识 |
功能 |
序号 |
标识 |
功能 |
1 |
I1 |
1层外呼上行按钮指示灯 |
8 |
I8 |
2层内呼按钮指示灯 |
2 |
I2 |
2层外呼上行按钮指示灯 |
9 |
I9 |
3层内呼按钮指示灯 |
3 |
I3 |
2层外呼下行按钮指示灯 |
10 |
I10 |
4层内呼按钮指示灯 |
4 |
I4 |
3层外呼上行按钮指示灯 |
11 |
I11 |
电梯开门 |
5 |
I5 |
3层外呼下行按钮指示灯 |
12 |
I12 |
电梯关门 |
6 |
Q6 |
4层外呼下行按钮1层外呼上行按钮指示灯 |
13 |
Q13 |
电梯上行 |
7 |
Q7 |
1层内呼按钮指示灯 |
14 |
Q14 |
电梯下行 |
（五）智能电梯控制器
1、智能电梯控制系统由液晶、蓝牙模块、指纹模块、刷卡模块及电梯控制联动模块组成,模拟楼宇自动化,实现智能乘梯方便用户出行
2、组成部分：
（1）液晶采用12864液晶,可现实电梯当前运行楼层状态及故障,可实现指纹管理,及指纹录入等功能
（2）指纹模组可录入上千个指纹,适用于小区及办公楼宇场所的应用
（3）蓝牙模组可实现手机呼梯、手机查看电梯楼层及状态,适用于当今疫情环境的无接触乘梯
（4)刷卡模组可实现IC卡管理,刷卡楼层自动点亮,便于物业的管理,阻止陌生人进去小区
