TC-1200西門子PLC實驗臺

一、概述：

1.系統(tǒng)方案綜述及特點：本系統(tǒng)主要有實驗臺、網孔板、PLC系統(tǒng)、人機界面、電源單元、接線端子、12個模擬控制對象和1個實物控制對象組成；可以實現(xiàn)實驗和實訓兩大功能。實驗時，每個控制對象可單獨實驗，具有實驗的靈活性，并且，每個控制對象的運用了PLC系統(tǒng)基本模塊功能，如：離散量輸入輸出、高速計數(shù)模塊等；實訓時，能給學生訓練系統(tǒng)走線。兩大功能互不影響。我們還預留控制對象I/O口，學生在做課程設計，畢業(yè)設計時，可x控制外部控制對象，部分對象運用了PLC系統(tǒng)的模擬量輸入輸出模塊。

2.系統(tǒng)構成示意圖：為了方便學生實驗和實訓，我們將各個部分的安裝位置布置如下圖所示，其中PLC系統(tǒng)及接線端子模塊易拆裝。

3.系統(tǒng)特點：                           

 1）可靠性：設備中氣動元器件均采用實際工業(yè)元件，質量可靠、性能穩(wěn)定，故障率低，適應長時間培訓。

 2）靈活性：整體結構采用開放式和拆裝式，具有明顯的動手拆裝實訓功能，可以拆裝到各零部件及每顆細小的螺絲，能很好的服務于項目實訓教學；能根據(jù)不同的任務進行更換組合模塊，具有很強的可重組性，使教學或競賽時可方便的選擇需要的模塊；且傳感器檢測單元在系統(tǒng)上的位置可按要求在一定范圍內調整。

 3）開放型：該實驗裝置所有電器控制端口均通過安全插座接與接線盒之上，方便學員根據(jù)學習需要自己接線、編程和調試，機械裝備上亦從方便學員動手拆裝出發(fā)，設計出適合于學員進行拆卸和組裝的相關練習。

 4）全面性：覆蓋了傳感器技術、氣動技術、PLC技術、步進驅動技術、伺服驅動技術、變頻驅動技術、機械系統(tǒng)精密傳動技術等多項技術實訓。裝置融和典型機電一體化設備機械部件安裝、氣動系統(tǒng)的安裝與調試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設備安裝與調試、自動控制系統(tǒng)安裝與調試于一體，滿足實訓教學和競賽的需要。

 5）安全性：具有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，安全性符合相關的國家標準。采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線，同時備急停保護、限位保護、智能保 護等各種保護功能，可確保人身與設備安全。該實訓考核裝置所有接線端子都通過端子排進行連接，插拔線連接電路與端子排連接電路相結合，既保證學生基本技能的訓練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。

二、主要技術指標：

（1）外形尺寸：約長×寬×高=1400×800×1600mm；

（2）交流電源：單相三線制， AC 220V±10%  50 Hz；

（3）輸出電源：DC 24V/4A；

（4）溫度：-15℃～45℃；環(huán)境濕度：≤85%（25℃）；

（5）整機消耗：≤0.5 kVA；

（6）安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準。

三、系統(tǒng)組成：

1.工作臺：工作臺面配置立式支架，分為上下兩層，上層用于安裝一套電源模塊和3套功能演示模塊（每套功能模塊包含4項功能演示），下層用于安裝立式網孔板，用于低壓電氣以及其他伺服、人機界面、運動執(zhí)行機構等器件的安裝，同時配置臺式機主機、鍵盤放置位。結構堅固、美觀，整體移動方便。主要技術指標如下：外形尺寸：長×寬×高=1400×800×750mm；網板尺寸：1200mm高500mm，板材厚度約2mm；鋼板孔規(guī)格：長方形網孔，孔寬5mm用于電器元器件安裝，孔間距離10mm。

2.PLC系統(tǒng)：PLC系統(tǒng)是整個實訓系統(tǒng)的核心控制部分，針對不同的教學與培訓要求配置了相應的可編程控制器及多種擴展模塊。PLC采用西門子S7-200 SMARTCPU ST40 DCDCDC產品，CPU配置以太網接口，可以實現(xiàn)三軸高頻脈沖輸出（可達100KHz）,并配置SD卡插槽，高速計數(shù)功能6路，輸入輸出點數(shù)40點；

3.PLC接口板：PLC接口板將采用金屬噴塑電氣盒，高度絕緣的環(huán)氧樹脂板材，厚度3mm,將PLC的數(shù)字量輸入輸出信號、強弱電源信號均引出，各個端口信號均采用PLC接口對應的輸入輸出符號標注，信號端、弱電電源、強電電源以及接地均采用不同規(guī)格快速接插端口表示，電氣盒上安裝有接線端子排（PLC的端子連接在該端子排）、Ф2mm的安全插座。安全插座為學員提供了全開放式的接線接口，便于學生動手實訓。急停回路固化連接在實訓裝置上，可為學生的安全操作提供保障。且為了便于實驗接線，接口板同時配有兩類接口，一類采用快速接插端口；一類采用工業(yè)現(xiàn)場設備配備的按鈕彈簧式連接器。

4.電源單元：電源模塊為整個系統(tǒng)及控制對象提供電源輸出，包括AC220的交流電源和DC 24V的控制電源。電源模塊包括漏電保護開關、DC24V開關電源（帶短路保護功能）和電源輸出接口部分。強電及弱電線路均單獨配置短路保護，并配置附帶顯示功能的船型開關，強弱電電源端子全部引出，采用安全可靠的快速接插端子接線，采用環(huán)氧樹脂面板，金屬鈑金構件，左右兩側采用透明亞克力，并配置散熱孔。

5.變頻器模塊：變頻器，450瓦；單相220V交流供電；V/F控制、先進磁通矢量控制、通用磁通矢量控制，最佳勵磁控制；基準頻率范圍0-400HZ可調；兩點模擬量輸入信號；頻率設定分辨0.06Hz/60Hz(0-10V/10bit),0.12Hz/60Hz(0-5V/9bit), 0.06Hz/60Hz (0-20mA/10bit),0.01Hz(數(shù)字輸入)；面板、模擬量、外部端子及通訊方式調速；支持RS-485（標配）、USB（標配）、Modbus-RTU、CC-LINK、PROFIBUS-DP、DEVICE NET、LONGWORKS通訊。接口板配有安全的快速接插端口便于實驗接線。

6.伺服驅動系統(tǒng)：伺服電機驅動器:功率100瓦；通用接口通訊；支持構建絕對位置檢測系統(tǒng)，速度頻率響應2.0kHz；支持mini USB通訊功能；接口電源DC24V±10%；三相或單相交流220V-240V供電；內置動態(tài)制動器；最大輸入脈沖頻率：4Mpps(差分方式時)，200Kpps（集電極開路方式時）；伺服驅動器保護功能：過電流斷路、再生過電壓斷路、過載斷路、伺服電機過熱保護、編碼器異常保護、再生異常保護、欠電壓保護、巡視停電保護、過速保護、誤差過大保護；且為了，接口板配有快速接插端口，便于實驗接線。伺服電機，三菱電機品牌，100w伺服電機，配合前述通用接口伺服驅動器，電機編碼器精度支持16bit高分辨率，支編碼器持絕對位置*增量式，最大轉速需達到5000r/min；編碼器分辨率：不低于130000p/r。

7.步進驅動系統(tǒng)：驅動器采用32位DSP控制技術，設有16檔等角度恒力矩細分，最高200細分，最高脈沖響應頻率科大200Kpps，驅動電流有效值在4.0以下可調，電壓范圍DC20-50V，具有過壓、欠壓、過流保護等保護。接口板配有快速接插端口。配置42步進電機，扭矩不小于0.6N.M，兩相，3200步/轉細分；研控品牌器件。

8.人機界面：配置7寸觸摸屏，具有RS-422，RS-232通訊接口，內置Ethernet接口；配置SD卡槽；真彩65536；內置USB；配套編程電纜及通訊電纜。配移動式鈑金安裝架。接口板配有安全可靠的快速接插端口。

9.功能演示模塊：該實訓系統(tǒng)提供12個模擬控制對象，能滿足學員對PLC入門學習的需求。功能演示模塊具有電機正反轉控制、電機順序控制、十字路口交通燈控制、噴泉的模擬控制、水塔水位的模擬控制、液體混合的模擬控制、帶數(shù)碼管顯示的智能搶答器的PLC控制、正向材料分揀系統(tǒng)的程序設計、送料小車自動控制系統(tǒng)設計、四節(jié)傳送帶模擬控制設計、通用輸入按鈕開關8組以及輸出指示燈8組、直流0-20mA電流源，直流0-10V電壓源等12項功能演示，每項功能演示區(qū)域約占100mm*100mm，信號端子全出，采用快速接線端子，采用環(huán)氧樹脂板材作為面板，高度絕緣，防火功能強。功能演示模塊采用金屬外框架接口，左右兩側采用透明亞克力，并配置散熱孔。

10.位置控制系統(tǒng)：外形尺寸：約長×寬×高=450×240×130mm左右，由鋁型材平臺、電機安裝座、三相交流電機、伺服電機（步進電機）、 安裝底板表面噴塑，三相交流電機及伺服電機（或步進電機）通過聯(lián)軸機構與同步帶運行機構連接、運動小車安裝于同步帶，位置傳感器檢測小車的基本位置，可通過獨立旋轉編碼器檢測實現(xiàn)實時測速反饋控制。

四、樂高模型組合包：

1.樂高是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，是展示科學原理和技術過程的理想教具，也是體現(xiàn)世界最先進教育理念的學具，為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗提供了最佳的載體；

2.樂高創(chuàng)意組合模型的主要部件采用優(yōu)質尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝的同時不影響模型結合的精確度；構件可拼接，獨特的設計可實現(xiàn)隨心所欲的組合和擴充；

3.樂高創(chuàng)意組合模型涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術、能源技術和機器人技術等領域和高新學科；

4.樂高創(chuàng)意組合模型利用工業(yè)標準的基本構件（機械元件/電氣元件/氣動元件），輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件的配合，運用設計構思和實驗分析，可以實現(xiàn)任何技術過程的還原，更可以實現(xiàn)工業(yè)生產和大型機械設備操作的模擬，從而為實驗教學、科研創(chuàng)新的可行性論證提供了可能；

5.世界知名的公司很多采用樂高模型來論證生產流水線；

6.樂高創(chuàng)意組合模型體現(xiàn)不同學科知識點的各種組合包，可以用于大學不同專業(yè)以及研究生工程實驗和技術創(chuàng)新活動；

7.通過樂高模型的使用，不僅可以讓我們的孩子將多學科多領域的綜合知識融會貫通于實踐過程中，更重要的是培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。慧魚模型在中國有眾多的高校以及職業(yè)學校在使用。

樂高包含普通電動馬達、步進馬達、各種傳感器、各種氣動組件、Lego Technic部分（包含齒輪、輪軸、橫梁、插銷）可搭建各種自動化常見實訓模型方便快捷，

可搭建模型一：可以拼接處一個自動化貨物分揀系統(tǒng)，此分揀機構系統(tǒng)實現(xiàn)了貨物存儲，傳送，分揀，配送等一系列功能的自動化物流系統(tǒng)。貨物由貨倉發(fā)出，經由傳送帶傳送至分揀臺，通過過程中的傳感器識別檢測，控制分揀臺動作實現(xiàn)不同貨物的分揀，最后最后配送至出料區(qū)。系統(tǒng)中電氣元件工作電壓：DC 24V，系統(tǒng)可由各種工業(yè)用PLC控制。

可搭建模型二：二維平面寫字系統(tǒng)可以拼接處一個自動化二維平面寫字系統(tǒng)，此機構系統(tǒng)實現(xiàn)了2軸步進的運動控制。系統(tǒng)中電氣元件工作電壓：DC 24V，系統(tǒng)可由各種工業(yè)用PLC控制。

可搭建模型二：機器人行走系統(tǒng)可以拼接處一個機器人行走字系統(tǒng)，此機構系統(tǒng)實現(xiàn)了普通機器人的平面運動控制。系統(tǒng)中電氣元件工作電壓：DC 24V，系統(tǒng)可由各種工業(yè)用PLC控制。

五、配套附件：

（1）網線、電纜、各類接頭、實驗插接線：采用超六類網線；采用品牌電纜；采用品牌各類接頭；實驗連接導線采用高可靠全封閉手槍插型式，內部為無氧銅抽絲而成發(fā)絲般細的128股線，質地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學制品制成，插頭采用實芯銅質件；

（2）TP-Link 8 口千兆以太網交換機：采用8個千兆以太網端口，每個端口最高可提供2000Mbps的雙向傳輸速率，性能全面優(yōu)化，產品表現(xiàn)全面提升；即插即用，無需設置。每個端口支持10/100/1000M速率自適應、雙工模式自動協(xié)商，支持端口自動翻轉，即插即用，使用便捷；

（3）編程軟件：提供西門子TIA博途工程軟件，包含STEP7 V16、WINCC V16、Startdrive 軟件以及臺達PLC編程軟件等。

六、機械設計及自動化仿真軟件：

1.一款功能強大的機電一體化仿真平臺，集合氣動液壓、電工電子、數(shù)字電路、機械設計、機械自動化等多學科領域知識，實現(xiàn)功能多元化的仿真系統(tǒng)；

2.可開展機電一體化的各項實驗課程，如氣動液壓，產品設計與自動化控制，程序優(yōu)化，故障排除等。對程序的正確性檢測，大學生競賽，PLC教學，開放性實驗，創(chuàng)新大賽，畢業(yè)設計，課程設計或者用于課題開展，項目研發(fā)等；

3.可用于商業(yè)開發(fā)，設備產品設計，虛實結合，作業(yè)仿真，系統(tǒng)優(yōu)化，方案改進，虛擬調試，工業(yè)4.0智能工廠，實際系統(tǒng)的可行性驗證；

4.實時３Ｄ模擬，包括模擬物理效果，傳輸管道連接，鏈傳動，傳感器模擬，可以通過ＯＰＣ服務器通訊，連接ＰＬＣ控制器．虛擬再現(xiàn)真實的控制信號下的運動結果。

教學資源庫：擁有成套的虛擬設備教學資源，可由用戶自由選擇所需的虛擬設備進行教學，也可根據(jù)用戶的實際需求進行定制開發(fā)，提供高度個性化的虛擬教學設備。提供經典案例庫（包括氣缸控制案例、電機控制案例、搶答器控制案例、MPS控制案例、電機綜合實訓設備案例、二維機械手控制案例案例等經典案例）：

1.真實的3D渲染環(huán)境；

2.直觀的仿真體驗；

3.完整的內部原理回路；

4.開放的CAD數(shù)據(jù)導入功能；

5.具有內部PLC編程模塊，方便調試PLC程序；

6.可用腳本語言設定動作并進行控制，支持外部C語言；

7.可對模型設定各種動作：驅動、傳感器等；

8.牛頓力學物理引擎；

9.實現(xiàn)真實的物理仿真效果；

10.在虛擬環(huán)境內還原實際的設備運行情況；

11.與實際的硬件控制器進行通訊連接；

12.組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以進行數(shù)據(jù)的交互，而不是單純的動畫模擬；

13.調試完成的PLC控制器可用于控制實際硬件；

 具有強大的模型讀取功能，可以按需求智能讀取模型，調節(jié)模型的精細程度，實現(xiàn)模型輕量化，且具有良好兼容性，基于針對外部 CAD 系統(tǒng)的標準化導入過濾器：STEP、IGES、VRML 和 STL 的導入過濾器多視角實時觀測功能，在進行大型生產線仿真時，便于同時觀測多個設備點，方便對系統(tǒng)的運行進行評估，區(qū)別于其它同類產品的一大特點在于其可以模擬真實環(huán)境的物理引擎，該引擎可計算用戶設定的各項參數(shù)，反映實際的物理效果，如：設定物體重力之后，物體會以重力加速度下落；設置兩個接觸物體的摩擦系數(shù)，會有相對摩擦力的效果。

 具有高度的人機交互功能，可在虛擬設備上直接設計具有實際功能的控制面板、各種控制按鈕等，鼠標在仿真過程中可以模擬人手的功能對虛擬設備進行操作，如抓取、搬運貨物等。

 在導入CAD模型的基礎上，用戶可對模型進行二次開發(fā)，設計完全符合用戶的各項功能參數(shù)。

 支持與PLC編程軟件鏈接，可以在不需要實際硬件PLC的情況下做PLC的編程訓練，此種情況下不需要下載程序，可對程序進行實時調試，編程語言支持梯形圖、順序功能圖與功能塊圖等多種格式。

 為實現(xiàn)虛實結合的仿真理念，軟件具有與實際PLC硬件的通訊功能，可以用實際的PLC控制虛擬設備，使得所開發(fā)的虛擬設備更具實際意義，該模式調試的PLC程序可用于控制虛擬設備對應的真實設備，達到虛擬調試的功能，可節(jié)省設備開發(fā)時間與成本。可支持各主流品牌PLC。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

七、要求包含教學所需的指導教材：

1.教材與所投標“運動控制綜合實訓設備”配套編寫，內容編排合理，資料詳實豐富；

2.教材結構為任務驅動式，滿足新形態(tài)一體化教材編寫要求，知識點豐富，可方便直接觀看學習；

3.教材以電機的典型控制需求為出發(fā)點，讓學生充分了解電機本體及控制系統(tǒng)的組成形式；

4.課程資源以知識點和技能點為依據(jù)進行打散重構，可以根據(jù)實際使用需求進行重構組織，方便使用；

5.課程資源包含多種形式，至少包括PPT、word文檔以及交互式3D軟件；

6.PPT提供源文件，可編輯，采用最新版本軟件制作，設計風格統(tǒng)一，內容充實。