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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,
2、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
3、。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220V、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
4、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
5、号、2路模拟信号(电压从0~5V)、两路正负脉冲信号,其频率从1Hz~20kHz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
6、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
7、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。这样,既调动了学生的学习积极性和创造性,又提高了实验效率。 (2)学生可根据不同的课程来选择不同的实验内容。 由于在各模块上可以任意选择、安装实验所需的组件,因此使得学生可以直观地了解控制系统构成的各个组成部分的细小环节,掌握各种元器件在使用时的接线和控制方法,解决了已往实验设备整体封闭、学生只能通过外部来了解系统,而对系统中各环节动作的工作原理不能直观了解的缺点。 (3)满足多层次的
