電氣自動控制論文機(jī)床電氣控制論文：機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)

1、電氣自動控制論文機(jī)床電氣控制論文：機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實驗裝置的開發(fā)研究摘要:針對機(jī)床電氣控制與可編程序控制器課程教學(xué)的需要,開發(fā)研究出適合本科教學(xué)需要的綜合實驗裝置,該裝置將工程實踐與教學(xué)緊密結(jié)合,為培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、科技創(chuàng)新能力提供了良好的條件。關(guān)鍵詞:機(jī)床電氣;可編程控制器;實驗裝置1引言20世紀(jì)20年代出現(xiàn)的將接觸器、各種繼電器、定時器、其它電器及觸頭按一定邏輯關(guān)系連接的繼電接觸器控制系統(tǒng),它結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、便于掌握等特點在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用1,2。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展,生產(chǎn)控制的柔性化需要,傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要3,4;同時計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展也為

2、新的工業(yè)控制方法奠定了基礎(chǔ)5,6?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）將計算機(jī)的功能完善、通用性、靈活性好的優(yōu)點與繼電接觸器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、便于掌握等特點有機(jī)結(jié)合,在現(xiàn)代工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用7,8。機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實驗裝置將機(jī)械、電氣、計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)等學(xué)科熔為一體,結(jié)合工程實踐,綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng),又以開放性和設(shè)計性實驗為主,改變了原有的單一實驗單一設(shè)備或單一課程單一實驗裝置的模式,適應(yīng)以電氣控制與PLC為主的多門課程教學(xué)和實驗的需要,提高學(xué)生的工程實踐能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。機(jī)床電氣與P L C控制教學(xué)實驗裝置一方面模擬機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的繼電器-接觸器硬接線邏輯,提供多

3、種控制對象或模型,克服了傳統(tǒng)實驗裝置功能單一,只能針對固定實驗內(nèi)容的缺陷。另一方面引入計算機(jī)控制技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)的能力。2實驗裝置原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計實例為了體現(xiàn)綜合性和開放性,實驗裝置的設(shè)計需要以機(jī)床電氣控制系統(tǒng)原型為基礎(chǔ),具有很好的自由度和適應(yīng)性,體現(xiàn)模塊化設(shè)計的思想,保證系統(tǒng)很好的擴(kuò)展性和延伸性。2.1實驗裝置原理分析首先建立實驗臺的控制系統(tǒng)的理論模型。 一個完整的控制系統(tǒng)由系統(tǒng)輸入、邏輯控制、系統(tǒng)輸出、比較元件、測量元件所組成,其控制部分又分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種,一個反饋控制系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。一般機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)原理并不復(fù)雜,是由輸入設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和邏輯控制三部分

4、所組成的控制系統(tǒng),也可以依據(jù)被控生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況實現(xiàn)反饋控制。輸入設(shè)備用于系統(tǒng)的信號采集,接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點、傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號,邏輯控制部分實現(xiàn)電路控制或通過PLC對輸入信號進(jìn)行計算處理,轉(zhuǎn)換之后的控制信號用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示元件等負(fù)載?？刂撇糠譃閮深?一類為傳統(tǒng)的以繼電器、接觸器為主的電氣控制系統(tǒng),其控制邏輯完全由硬件構(gòu)成;另一類為基于可編程控制器P L C的電氣控制系統(tǒng),其控制邏輯由編程軟件來實現(xiàn)。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的原理圖2所示:因此機(jī)床電氣與P L C控制教學(xué)實驗裝置的設(shè)計思想是:以繼電器-接觸器為主的硬接線邏輯和以PLC為核心的軟件編

5、程完成系統(tǒng)的控制功能。實驗裝置的輸入由按鈕、選擇開關(guān)等開關(guān)量實現(xiàn),實驗裝置的輸出由各種執(zhí)行部件組成,提供各種控制對象用于實現(xiàn)各種不同的控制要求。2.2實驗裝置結(jié)構(gòu)組成根據(jù)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的基本原理,實驗裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由控制電路（各種低壓電器所組成）、控制面板（指示燈與控制按鈕）、可編程控制器PLC、計算機(jī)、各 種控制對象（電機(jī)、機(jī)床動力頭等）組成。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)分為兩大模塊:以接觸器-繼電器為主的電氣控制通過選擇接觸器、繼電器、熱繼電器等各種電氣元件,經(jīng)過布線、接線與調(diào)試,完成傳統(tǒng)的硬接線邏輯電路,實現(xiàn)不同的控制要求,如電機(jī)起動、正反轉(zhuǎn)、制動等控制功能、機(jī)床執(zhí)行部件的工作循環(huán)等?；赑LC的

6、電氣控制用于PLC的應(yīng)用程序設(shè)計,通過計算機(jī)編程完成應(yīng)用程序的設(shè)計,并傳送到PLC上實現(xiàn)設(shè)備控制。實驗裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖3所示。（具體的接線過程細(xì)節(jié)略）至此,我們搭建了機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實驗裝置的基本結(jié)構(gòu)原型,由于系統(tǒng)是開放的和可擴(kuò)展的,因此可以根據(jù)需要增加電氣元件、執(zhí)行部件和其他功能模塊。2.3實驗裝置的設(shè)計實例與應(yīng)用“機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實驗裝置”如圖4所示,由電路接線面板、控制面板、執(zhí)行元件工作臺、PLC、計算機(jī)及相關(guān)軟件所組成?？删幊炭刂破鱌LC選用歐姆龍（OMRON）公司生產(chǎn)的SYSMAC CP1H系列,40點開關(guān)量輸入輸出,具有 模擬量輸入輸出功能。CP1H配備了標(biāo)準(zhǔn)U

7、SB端口和2個串行通信接口(RS-232C和RS-485),可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊,將多臺實驗臺聯(lián)成網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制。P L C與上位計算機(jī)使用USB端口通信。電路接線面板用于學(xué)生的電氣控制電路的設(shè)計與實際接線操作,提高學(xué)生的動手能力。執(zhí)行元件工作臺提供各種執(zhí)行元件,如三相異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等各種電機(jī)和機(jī)床動力滑臺。實驗臺的應(yīng)用過程分為接觸器-繼電器的硬接線控制和基于PLC的軟件控制,實驗過程中的系統(tǒng)設(shè)計如圖5和圖6所示:3實驗裝置的特點3.1實踐性強(qiáng)此實驗裝置是針對機(jī)床電氣與P L C課程的實驗教學(xué)而設(shè)計,而且與工程應(yīng)用密切相關(guān),因此具有很強(qiáng)的實踐性。實驗平臺采用真實的電氣元件或?qū)?/p>

8、際模型,直觀性很強(qiáng)。如機(jī)械動力滑臺,模擬機(jī)床動力滑臺運(yùn)轉(zhuǎn),快進(jìn)、工進(jìn)、快退等整個工件加工過程,學(xué)生從中可以很清楚地看到理論與實際的具體結(jié)合,因此具有更強(qiáng)的實踐性。學(xué)生通過對各類電器及電氣元件的認(rèn)識、接線和組裝,從而可以熟悉并掌握各類機(jī)械設(shè)備和自動化裝置的常用結(jié)構(gòu)和工作原理。另外,學(xué)生在這些模型的組裝和調(diào)試中,需要進(jìn)行大量的實際操作,從而提高了自身的動手能力和解決實際問題的能力。如電機(jī)控制,首先要熟悉電機(jī)控制原理圖,繪制電路圖和接線圖,然后完成主電路和控制電路的連接,再通電試車、調(diào)試,最后觀察電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。此外,通過計算機(jī)的軟件編程完成PLC應(yīng)用程序的設(shè)計可以全面提高解決實際問題的能力。3.2

9、開放性好和機(jī)械類專業(yè)其他課程實驗相比,以此為平臺的電氣控制實驗內(nèi)容涉及面很廣,具有開放性和綜合性的特征。在執(zhí)行件中可以提供多種電機(jī)、多種控制對象模型供選擇,如以機(jī)械手為執(zhí)行件,可以完成用機(jī)械手移動工件控制要求的實驗課題;提供電梯模型,可以實現(xiàn)電梯模擬控制。由此看出實驗平臺可根據(jù)不同實驗要求,增加相應(yīng)的功能,具有很好的開放性。充分體現(xiàn)機(jī)電一體化,多學(xué)科領(lǐng)域交叉的思想,通過實驗使學(xué)生掌握機(jī)械、電子、自動化、計算機(jī)等相關(guān)知識,全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。3.3創(chuàng)新性強(qiáng)課程實驗內(nèi)容緊密結(jié)合生產(chǎn)實踐,因此學(xué)生進(jìn)行實驗不僅僅是對已學(xué)的理論知識的驗證和理解,而是把課程知識充分應(yīng)用到工程應(yīng)用中去。學(xué)生可以自由選題

10、,自主設(shè)計,提高創(chuàng)新能力。此實驗裝置的不僅可以完成課程實驗,同時讓學(xué)生掌握PLC及電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和方法,以便應(yīng)用到工程實踐中去。4結(jié)束語總之,機(jī)床電氣與PLC控制教學(xué)實驗裝置將機(jī)械、電氣、計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)等學(xué)科熔為一體,綜合性和應(yīng)用性較強(qiáng)。此實驗裝置將機(jī)電控制實踐引入教學(xué)實踐,培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,給學(xué)生一個自主發(fā)揮的創(chuàng)新平臺,為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供了良好的條件。參考文獻(xiàn):1汪曉光,孫曉瑛可編程控制器原理及應(yīng)用M第2版北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20012鄧則名,鄺穗芳,程良倫.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M.第2版北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.83劉美蘭,PLC控制教學(xué)實驗系統(tǒng)的設(shè)計,實驗室研究與探索J,2004.2;23（2）:26-274姚興軍,葉理平PLC控制系統(tǒng)的計算機(jī)仿真研究J,機(jī)電一體化,2002;8(3):26-285日本歐姆龍公司,CP1H可編程序控制器編程手冊z,20056（美）默里斯（S.Bri