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1、电气自动控制论文机床电气控制论文：机床电气与PLC控制教学实验装置的开发研究摘要:针对《机床电气控制与可编程序控制器》课程教学的需要,开发研究出适合本科教学需要的综合实验装置,该装置将工程实践与教学紧密结合,为培养学生工程实践能力、科技创新能力提供了良好的条件。关键词:机床电气;可编程控制器;实验装置1引言20世纪20年代出现的将接触器、各种继电器、定时器、其它电器及触头按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统,它结构简单、价格便宜、便于掌握等特点在工业控制中广泛运用[1,2]。随着现代工业的迅猛发展,生产控制的柔性化需要,传统的继电接触器控
2、制系统已经不能满足生产需要[3,4];同时计算机技术的迅猛发展也为新的工业控制方法奠定了基础[5,6]。可编程序控制器（PLC）将计算机的功能完善、通用性、灵活性好的优点与继电接触器控制系统的结构简单、价格便宜、便于掌握等特点有机结合,在现代工业控制中得到广泛应用[7,8]。机床电气与PLC控制教学实验装置将机械、电气、计算机技术、自动化技术等学科熔为一体,结合工程实践,综合性和应用性较强,又以开放性和设计性实验为主,改变了原有的单一实验单一设备或单一课程单一实验装置的模式,适应以电气控制与PLC为主的多门课程教学和实验的需要,提高学生的工
3、程实践能力,培养学生的创新意识。机床电气与PLC控制教学实验装置一方面模拟机床电气控制系统的继电器-接触器硬接线逻辑,提供多种控制对象或模型,克服了传统实验装置功能单一,只能针对固定实验内容的缺陷。另一方面引入计算机控制技术,培养学生应用计算机的能力。2实验装置原理、结构与设计实例为了体现综合性和开放性,实验装置的设计需要以机床电气控制系统原型为基础,具有很好的自由度和适应性,体现模块化设计的思想,保证系统很好的扩展性和延伸性。2.1实验装置原理分析首先建立实验台的控制系统的理论模型。一个完整的控制系统由系统输入、逻辑控制、系统输出、比较元
4、件、测量元件所组成,其控制部分又分为开环控制和闭环控制两种,一个反馈控制系统的基本组成如图1所示。一般机械设备的电气控制系统原理并不复杂,是由输入设备、执行机构和逻辑控制三部分所组成的控制系统,也可以依据被控生产机械或生产设备运行情况实现反馈控制。输入设备用于系统的信号采集,接收从开关、按钮、继电器触点、传感器等输入的现场控制信号,逻辑控制部分实现电路控制或通过PLC对输入信号进行计算处理,转换之后的控制信号用于控制执行机构,驱动接触器、电磁阀和指示元件等负载。控制部分为两类:一类为传统的以继电器、接触器为主的电气控制系统,其控制逻辑完全由
5、硬件构成;另一类为基于可编程控制器PLC的电气控制系统,其控制逻辑由编程软件来实现。机床电气控制系统的原理图2所示:因此机床电气与PLC控制教学实验装置的设计思想是:以继电器-接触器为主的硬接线逻辑和以PLC为核心的软件编程完成系统的控制功能。实验装置的输入由按钮、选择开关等开关量实现,实验装置的输出由各种执行部件组成,提供各种控制对象用于实现各种不同的控制要求。2.2实验装置结构组成根据机床电气控制系统的基本原理,实验装置的系统结构由控制电路（各种低压电器所组成）、控制面板（指示灯与控制按钮）、可编程控制器PLC、计算机、各种控制对象（电
6、机、机床动力头等）组成。机床电气控制系统分为两大模块:以接触器-继电器为主的电气控制通过选择接触器、继电器、热继电器等各种电气元件,经过布线、接线与调试,完成传统的硬接线逻辑电路,实现不同的控制要求,如电机起动、正反转、制动等控制功能、机床执行部件的工作循环等。基于PLC的电气控制用于PLC的应用程序设计,通过计算机编程完成应用程序的设计,并传送到PLC上实现设备控制。实验装置的系统结构如下图3所示。（具体的接线过程细节略）至此,我们搭建了机床电气与PLC控制教学实验装置的基本结构原型,由于系统是开放的和可扩展的,因此可以根据需要增加电气元
7、件、执行部件和其他功能模块。2.3实验装置的设计实例与应用“机床电气与PLC控制教学实验装置”如图4所示,由电路接线面板、控制面板、执行元件工作台、PLC、计算机及相关软件所组成。可编程控制器PLC选用欧姆龙（OMRON）公司生产的SYSMACCP1H系列,40点开关量输入输出,具有模拟量输入输出功能。CP1H配备了标准USB端口和2个串行通信接口(RS-232C和RS-485),可以实现网络通讯,将多台实验台联成网络,实现工业网络控制。PLC与上位计算机使用USB端口通信。电路接线面板用于学生的电气控制电路的设计与实际接线操作,提高学生的
8、动手能力。执行元件工作台提供各种执行元件,如三相异步电机、步进电机、伺服电机等各种电机和机床动力滑台。实验台的应用过程分为接触器-继电器的硬接线控制和基于PLC的软件控制,实验过
