具有重组功能的机电系统综合实验环境建设 .docxVIP

工程建筑学相关资料ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION 工程建筑学相关资料 ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION PAGE PAGE 1 具有重组功能的机电系统综合实验环境建设  　　论文关键词:综合实验　实验环境　重组　机电系统 　　论文摘要:介绍了一种具有重组功能的机电系统综合实验环境的建设方案，学生在该环境下可根据自己的需要，灵活地完成多种控制器的机电控制系统方面的综合实验。 　　1　实验环境建设的指导思想 　　“机电系统综合实验”是我校近几年开设的集中综合性实验课程。它是集机械设计、数控技术、模拟与数字电路、控制工程、检测技术、计算机控制、机械制造等多门课程知识综合应用的、实践性很强的一门课程。我们现在开设这门课程中所使用的设备包括计算机、计算机接口板和数控X-Y工作台，其控制系统的架构单一、被控对象较少，学生只能被动的使用指定的控制器、功能模块，针对单一的对被控对象构建机电控制系统，这使得学生不能自行选择被控对象和自主设计控制系统，束缚了学生创造性思维的发挥，同时也限制了实验内容的展开。 　　为了改变上述状况，结合学校近期开展的三期本科评建的机会，对该课程的实验环境进行改造，其主要工作是建设一个具有重组功能的机电系统综合设计平台[3]，该平台可提供多种控制器和检测元件，可支持尽可能多的被控对象[2]。为此，在建设过程中采用模块化设计[7]，使得基于该平台的综合实验便于功能模块的组合、扩展，也便于检查、维护及调试。学生在这个平台可针对不同被控对象，灵活地搭建各种控制系统。利用该环境既可开设机电控制系统的一般原理性、验证性实验，又可完成较大型的综合及设计性的实验。由于该环境被设计成开放性的平台，学生还可根据自己的兴趣爱好，自行设计并完成各种机电控制系统的实验。 　　2　实验环境的设计与结构 　　要达到上述目标，在建设时就要考虑到实验环境要具有可重组性和开放性。因此，在设计时按功能模块将环境分为六大部份，即电源模块、控制器模块、基本功能模块、传感器模块、驱动模块、被控对象模块，每个模块采用组件式结构，如图1所示。 　　2. 1　电源模块 　　安装各种实验所需的电源:交流220 V、直流24V /5V，为了学生的人身安全，本模块应设置电源总开关并进行可靠的接地处理，同时各电源的要有指示灯，以方便学生接线用。 　　　　　　　　 　　2. 2　控制器模块 　　主要用于安装各种实验用控制设备，学生可根据不同的实验内容、要求、兴趣，选择不同的控制设备。如计算机、单片机、工控机、PLC可编程控制器，在这个区域还应设计相应的接口电路，为各个控制设备提供相匹配的各种控制信号。 　　2. 3　基本功能模块 　　该模块的主要作用是能提供诸如I/O接口、中断信号、定时/计数器、A/D、D/A转换等功能，同时还能提供显示器、纽子开关、按键，并预留电阻、电容、二极管、三极管、晶振插孔以及各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座[6]，并能提供8路数字信号、2路模拟信号(电压从0~5 V)、两路正负脉冲信号，其频率从1Hz~20 kHz连续可调，用于模拟数控机床及各种外部设备和各种传感器输入信号。 　　2. 4　传感器模块 　　该模块的主要作用是提供尽可能多的传感器及其接口，如:提供光电编码器、接近开关传感器、光敏二极管、光敏三极管、压电陶瓷传感器、热敏电阻、热电偶、直线位移传感器、霍尔传感器等。同时，该模块还配有相应的各类传感器的信号处理电路。 　　2. 5　驱动模块 　　该模块的主要作用是能提供: 　　(1)隔离电路。在工业控制中，为了去除干扰，同时为了系统的安全，输入、输出信号的隔离是非常必要的，本模块可设置多路光电藕合器隔离电路。 　　(2)驱动电路。包括直流电机的驱动电路、步进电机的驱动电路等。 　　2. 6　被控对象模块 　　该模块的主要作用是提供被控对象。在该模块中可提供齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器以及其它机械构件，同时也可提供诸如灯、发光二极管、继电器等电器设备。电机在机电控制实验中是必不可少的。本系统设置了一个步进电机以及一个直流伺服电机。 　　3　特　点 　　由于本实验平台采用模块化设计理念和组件式的架构原则，虽然结构简单，然而在进行功能组合时十分方便，最突出的特点是改变了原有实验控制设备单一、控制手段缺乏、被控对象不足等状况，也改变了原有实验单一死板的实验内容，对实验方案可进行灵活多样的变化组合。具体特点如下: 　　(1)操作简单、灵活、方便。　学生做实验时可根据实验所需灵活地选择各个模块中的不同组件[1]，不必过多的考虑与实验关系不大的其他技术环节。这