SBGYW-02型工業運動控制技術實訓裝置
一、產品概述
工業運動控制技術實訓臺是根據人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統設計師"培訓及國家職業標準考核大綱內容，適當增加新技術，按照職業教育培訓、職業技能鑒定和實訓教學要求而研制的。適合職業院校、職業培訓學校、職教中心、鑒定站/所對可編程序控制系統設計師的四、三、二級開展培訓及技能鑒定。
二、研發背景
1.工業運動控制技術實訓裝置是根據人力資源和社會保障部制定的"可編程序控制系統設計師"培訓及國家職業標準考核大綱內容，適當增加新技術，按照職業教育培訓、職業技能鑒定和實訓教學要求而研制的。
2.工業迅速發展處理器要求不斷提高，教學需要與時俱進設備要不斷升級，而教學還需要從基礎學起，同時滿足需要實驗室建設重復會導致浪費資金和實驗室空間。
3.一個產品需要多種加工工藝，導致工業現場設備錯縱復雜，一個主機不能完成所有工作，需要多個站點進行相互配合完成。
4.不同層次的考核需要不同設備，不能有機的進行結合，有些實訓完成后無法進行考量檢查學生的接受程度。
三、裝置特色
1.實訓建設理念為一次性建設，本設備采用通用型寬展口，所有主機的I/O口都可通過擴展口引出，可以用于插接式訓練，也可進行線接式實操訓練；還設有兩塊可拆卸的網孔板可對不同層次的學生進行考核。
2.采用模塊組合式結構，含開關量、模擬量、變頻調速、觸摸屏、通信模塊等，配套HMI工控組態監控軟件，實現仿真化、信息化實訓教學。
3.項目實訓模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線技術完成對工業生產中典型案例的模擬對象、實物模型中的邏輯、模擬、過程、運動等的控制。
4.仿真實訓教學：通過虛擬環境實時顯示PLC運行狀態，模擬工業現場控制，可以進行編程訓練、程序編寫測試等功能。
5.模塊化網絡系統：網絡結構主要由西門子S7-1200構成，根據工業中西門子PLC應用歷程構建了一個工業網絡，網絡通訊涉及PROFINET通訊、以太網通等多層網絡通訊。
四、技術性能
1.輸入電源：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2.工作環境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜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：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準
五、基本配置及功能
實訓裝置由S7-1200單元、變頻調速單元、小車運動控制單元、、實訓組件單元、二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網交換機、交流電機等組成。
1.S7-1200單元
S7-1200單元主要由主機1215C和信號轉接板組成。
主機1215C,125 KB 工作存儲器；24VDC 電源，板載 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板載 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板載 6 個高速計數器和 4 個脈沖輸出；信號板擴展板載 I/O；多達 3 個用于串行通信的通信模塊；多達 8 個用于 I/O 擴展的信號模塊；0.04 ms/1000 條指令；2 個 PROFINET 端口，用于編程、HMI 和 PLC 間數據通信
2.觸摸屏單元
觸摸屏單元采用西門子KTP700 Basic 7寸彩色觸摸屏，用于1200主機以太網通訊，控制和顯示各單元的運行狀態。
3.以太網交換機
以太網交換機采用非網管型工業以太網 10/100MBIT/S交換機，自帶8個雙絞線端口，RJ45 接口；用于構建小型星形和總線形拓撲結構；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。
4.變頻調速單元
變頻調速單元采用西門子SINAMICS 系列G120變頻器，三相相380V供電，輸出功率0.75KW。集成PN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、可編程多點設定V/F控制，磁通電流控制、直流轉矩控制；集成4路數字量輸入，1路模擬量輸入；具備過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過熱保護，短路保護等。
5.實訓組件
實訓組件主要由電源掛箱虛實結合掛箱，掛箱區域采用開放式結構可根據需求增加不同掛箱。
電源掛箱提供AC380V、AC220V、DC24V電源，為實訓掛箱和電機實訓單元提供動力源；設有啟動停止按鈕，各相電源工作指示，具有過流、過壓、短路等保護。
6.二維絲桿控制單元
二維絲桿控制單元主要由伺服驅動和步進驅動組成。
伺服電機用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅動，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM） 內部集成了驅動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動等環境適應能力和很強的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制。
步進電機用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅動，工作電壓DC24V，輸出功率35W；內部集成控制電路和功率電路，具有自檢線圈和短路保護等功能。
7.三相交流電機
交流額定電壓380V/△接法，轉速1400轉/min，功率40W，頻率50HZ，絕緣等級E級。
六、工業運動控制技術實訓裝置主要配置清單
|
序號 |
品名 |
規格（mm） |
數量 |
單位 |
|
1 |
1215 CPU |
6ES7215-1AG40-0XB0+SM1223 |
1 |
個 |
|
2 |
V90 Profinet通訊 |
200W，單相220V |
1 |
個 |
|
3 |
G120變頻器 |
交流變頻調速部件 G120 PN標準變頻驅動控制系統：1）G120 PN標準變頻驅動控制系統控制單元 CU250-2 PN；2）G120標準變頻驅動控制系統基本操作面板BOP-2；3）G120標準變頻驅動控制系統0.75KW以上,380V電源輸入功率單元 PM240-2。 （功率輕載0.75KW重載0.55KW） |
1 |
個 |
|
4 |
觸摸屏 |
KTP700 Basic PN |
1 |
臺 |
|
5 |
步進電機 |
57步進電機 |
1 |
個 |
|
6 |
三相異步電機 |
三相異步電動機180W |
1 |
個 |
|
7 |
小車運動單元 |
定制 |
1 |
套 |
|
8 |
二維絲杠單元 |
定制 |
1 |
套 |
|
9 |
傳感器 |
光電、磁性、電感傳感器 |
1 |
套 |
|
10 |
交換機 |
8口 |
1 |
臺 |
|
11 |
試驗臺 |
定制 |
1 |
套 |
|
12 |
掛箱模塊 |
|
1 |
套 |
|
13 |
電梯模型 |
參數見附件 |
1 |
套 |
七、實訓項目
PLC基本技能實訓
MCGS組態棒圖實驗教學,利用已編輯好組態棒圖,對以下任何實驗進行動態跟蹤教學實驗針對實驗項目的具體要求，學生自行編輯組態棒圖進行實驗。
（一）PLC認知實訓（軟硬件結構、系統組成、基本指令、接線、編程下載等）
PLC虛擬控制應用實訓
1.數碼顯示控制
2.搶答器控制
3.天塔之光控制
4.音樂噴泉控制
5.十字路口交通燈控制
6.水塔水位控制
7.自動送料裝車系統控制
8.四節傳送帶控制
9.裝配流水線控制
10.多種液體混合裝置控制
11.自控成型機控制
12.自動洗衣機控制
13.電鍍生產線控制
14.自控軋鋼機控制
15.郵件分揀機控制
16.自動售貨機控制
17.機械手控制控制
18.四層電梯控制
(二)PLC實物控制應用實訓
19.直線運動位置檢測、定位控制
20.步進電機定位控制
21.步進電機的速度控制
22.步進電機的正反轉控制
23.伺服電機定位控制
24.伺服電機的速度控制
25.伺服電機的正反轉控制
26.伺服電機和步進電機的綜合控制
(三)典型電動機控制實操實訓
27.三相鼠籠式異步電動機點動和自鎖PLC控制
28.三相鼠籠式異步電動機聯動正反轉PLC控制
29.三相鼠籠式異步電動機帶延時正反轉PLC控制
30.三相鼠籠式異步電動機Y/△轉換起動PLC控制
（四）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實訓
31.變頻器功能參數設置與操作
32.外部端子點動控制
33.變頻器控制電機正反轉
34.多段速度選擇變頻調速
35.變頻器無級調速
36.外部模擬量方式的變頻調速控制
37.基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉控制
38.基于PLC模擬量方式變頻開環/閉環調速控制
39.基于PLC通信方式的變頻開環調速
40.基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習
41.基于觸摸屏控制方式的數碼顯示控制
(4)網絡通訊綜合實訓
42.PLC、觸摸屏與變頻器通信控制
43.PLC、變頻器、觸摸屏組網綜合應用實訓
八、四層電梯實訓模型
（一）四層電梯實訓模型簡介
系統由機械傳動和電氣控制兩部分組成：機械部分控制門的開，閉和轎箱的上下移動；控制部分由PLC控制各項功能開關和指示燈，以完成電梯的各項動作。
電梯的電氣控制系統采用西門子PLC智能控制（也可以采用三菱），具有自動平層、自動關門、集選控制功能、順向響應轎內外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護、照明等功能。且具有性能可靠、運行平穩、操作簡單、能耗低和便于教學等特點。此模塊可以擴展單片機接口，也就是說亦可以通過單片機控制，實現了一套系統多種教學用途。
系統構成：電梯模型包括升降電機、極限開關、導軌、隨行電纜、廳門、召喚按鈕、樓層顯示裝置、轎廂、開關門機構、平層裝置、轎廂內指層燈、轎廂照明、控制系統等。
（二）電梯的主要組成部件
1.拽引機：拽引機是電梯的驅動裝置，它主要包括：①驅動電機②拽引輪：拽引機上的繩索稱為拽引輪。兩端借助拽引繩分別懸掛轎廂和配重塊，并依靠拽引繩與拽引輪槽間的靜摩檫力來實現轎廂的升降。③導向輪：為保證轎廂端和配重端拽引繩各自垂直于轎廂和對重，且保持平行，并保證拽引輪有足夠大的包角，故一般常設置導向輪（俗稱抗繩輪）。
2.轎廂：轎廂由轎廂架、轎廂體等組成。轎廂因用途不同，規格尺寸與外形設計不同。
3.導軌：導軌通過導軌支架被固定在井道壁上，導軌的位置限定了轎廂和對重的位置，導軌是轎廂上下運行的軌道。
4.對重裝置：對重裝置由對重輪、對重架、對重砣、拽引繩等組成。對重與轎廂相襯托起平衡作用。
5.限位開關：該裝置可以裝在轎廂上，也可以裝在電梯井道上端站和下端站附近，當轎廂運行超過端站時，用于切斷電源的安全裝置。
6.電梯內呼按鈕：在本教學電梯中，電梯內呼按鈕裝在電梯模型面板的左上角，用于指定想要到達的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置和運行方向。
7.樓層顯示窗：它安裝在電梯模型面板的右側，通過操作帶有向上或向下箭頭的按鈕可以讓轎廂到達你所在的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置。
（三）電梯控制原理
1.本教學電梯是一種由乘客自己操作的自動電梯模型。樓層顯示窗口在電梯右側，并在頂層和底層分別設有一個向上和向下的召喚按鈕（即上下樓層按鈕），而在其他層站各設有上下召喚按鈕。左上角的電梯內呼按鈕設有與層數相等的相應指令按鈕。當進入轎廂的乘客按下指令按鈕時，指令信號被登記，當等待在門外的乘客按下上下樓層按鈕時，此信號被登記。電梯在向上運行的過程中按登記的指令信號和向上的召喚信號逐一給予停靠，直至信號登記的最高層站，然后又反向向下運行，順次相應向下指令信號和召喚信號給予停靠。每次停靠時，電梯自動進行減速、平層、開門。當乘客進出轎廂完畢后，又自行關門，直至完成最后一項工作。如有信號再出現，則電梯根據信號位置選擇方向自行啟動運行。若無工作指令，則轎廂停留在最后停靠的層樓。
2.自動開關門：當電梯慢速平層時，經過平層延遲后門機動作，自動開門，當門開到位是，門開到位開關動作，門機停止。電梯靠樓層開門后，經大約2秒延時，門電機向關門方向運轉。當門關到位時，門關到位開關動作，門機停止。但當乘客按下關門按鈕時電梯就立刻關門。當轎廂停在某層且門關閉，按下該層召喚按鈕，則門將被打開。
3.電梯的啟動、加速和滿速運行
電梯的啟動由PLC、變頻器及電磁制動器共同控制。首先PLC根據指令信號確定上升（Q1.4口輸出）或下降（Q1.5口輸出）指令，然后將上升或下降及速度控制指令傳遞給變頻器相應的正傳或反轉及預置速度，并將開閘指令給電磁制動器使制動器抱閘松開。變頻器經過內部設定預置速度控制電梯的啟動、加速和滿速運行。
（四）實驗程序介紹
第一部分：實驗目的
1.了解電梯的基本結構和動作原理；
2.掌握采用遠程I/O通信網絡系統實現了電梯的PLC控制。
3.掌握PLC控制的基本原理, 掌握三相異步電動機、變頻器、傳感器（用于平層定位）、旋轉編碼器（產生高速計數脈沖）的原理及使用。
第二部分：實驗內容
1、實驗步驟及調試方法
（1）把四層電梯實訓模型的程序下載到PLC，按照接線圖把PLC輸入輸出的線接接到面板上，檢查接線無誤后上電操作。
(2)把可編程控制器撥向RUN后,若電梯轎廂停留在一層。按一下“樓層顯示窗”下面的一層上樓按鈕，即表示要乘坐電梯，若轎廂沒有在一樓，當在一層按下一層上樓按鈕后，轎廂會先下降到所在位置再開門。若在一層樓，電梯轎門打開，在“電梯內呼按鈕”下的按鈕中按下想要到達的樓層，樓層指示燈會亮，并按關門按鈕，電梯門閉合。轎廂開始上升，在“樓層顯示窗”中會顯示當時電梯轎廂所在樓層。當到達了所指定的樓層時，轎廂門會打開，過一會再自動閉合。
（3）在其他樓可按上樓或下樓按鈕，電梯轎廂會到達所在層，然后轎廂門打開，再按下想要到達的樓層，并按下關門按鈕，電梯轎門關閉，電梯轎廂開始上升或下降，到達指定樓層后，轎門打開，過一會再自動關閉。
（4）在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，反方向下降（或上升）的外呼梯信號會按照順序依次相應，消除召喚信號。例如，電梯轎廂在一樓，在上升到四樓的過程中，若三樓有三層上升按鈕召喚，同時還有二層下降按鈕召喚，電梯轎廂會在上升過程中先響應三層上升按鈕，消除三層召喚信號。再響應四層內呼按鈕，最后再下降到二樓響應二層下樓按鈕，但只有最后響應的樓層電梯轎廂門會打開。電梯在執行完最后一個指令而停靠時，這時如有乘客進入轎廂，則其指令信號可優先決定電梯運行方向。
（5）電梯未平層或運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關門鈕轎廂門關閉。
2、輸出IO分配（有源信號輸出24V/0V）
|
序號 |
標識 |
功能 |
序號 |
標識 |
功能 |
|
1 |
Q1 |
1層外呼上行按鈕信號 |
10 |
Q10 |
4層平層信號 |
|
2 |
Q2 |
2層外呼上行按鈕信號 |
11 |
Q11 |
開門狀態 |
|
3 |
Q3 |
2層外呼下行按鈕信號 |
12 |
Q12 |
開關狀態 |
|
4 |
Q4 |
3層外呼上行按鈕信號 |
13 |
Q13 |
1層內呼按鈕信號 |
|
5 |
Q5 |
3層外呼下行按鈕信號 |
14 |
Q14 |
2層內呼按鈕信號 |
|
6 |
Q6 |
4層外呼上行按鈕信號 |
15 |
Q15 |
3層內呼按鈕信號 |
|
7 |
Q7 |
1層平層信號 |
16 |
Q16 |
4層內呼按鈕信號 |
|
8 |
Q8 |
2層平層信號 |
17 |
Q17 |
開門按鈕信號 |
|
9 |
Q9 |
3層平層信號 |
18 |
Q18 |
關門按鈕信號 |
3、輸入IO分配（無源信號輸入）
|
序號 |
標識 |
功能 |
序號 |
標識 |
功能 |
|
1 |
I1 |
1層外呼上行按鈕指示燈 |
8 |
I8 |
2層內呼按鈕指示燈 |
|
2 |
I2 |
2層外呼上行按鈕指示燈 |
9 |
I9 |
3層內呼按鈕指示燈 |
|
3 |
I3 |
2層外呼下行按鈕指示燈 |
10 |
I10 |
4層內呼按鈕指示燈 |
|
4 |
I4 |
3層外呼上行按鈕指示燈 |
11 |
I11 |
電梯開門 |
|
5 |
I5 |
3層外呼下行按鈕指示燈 |
12 |
I12 |
電梯關門 |
|
6 |
Q6 |
4層外呼下行按鈕1層外呼上行按鈕指示燈 |
13 |
Q13 |
電梯上行 |
|
7 |
Q7 |
1層內呼按鈕指示燈 |
14 |
Q14 |
電梯下行 |
（五）智能電梯控制器
1、智能電梯控制系統由液晶、藍牙模塊、指紋模塊、刷卡模塊及電梯控制聯動模塊組成，模擬樓宇自動化，實現智能乘梯方便用戶出行
2、組成部分：
（1）液晶采用12864液晶，可現實電梯當前運行樓層狀態及故障，可實現指紋管理，及指紋錄入等功能
（2）指紋模組可錄入上千個指紋，適用于小區及辦公樓宇場所的應用
（3）藍牙模組可實現手機呼梯、手機查看電梯樓層及狀態，適用于當今疫情環境的無接觸乘梯
（4) 刷卡模組可實現IC卡管理，刷卡樓層自動點亮，便于物業的管理，阻止陌生人進去小區
