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具有重組功能的機電系統(tǒng)綜合實驗環(huán)境建設(shè)
（作者未知） 2010/6/21
論文關(guān)鍵詞:綜合實驗 實驗環(huán)境 重組 機電系統(tǒng)
論文摘要:介紹了一種具有重組功能的機電系統(tǒng)綜合實驗環(huán)境的建設(shè)方案,學(xué)生在該環(huán)境下可根據(jù)自己的需要,靈活地完成多種控制器的機電控制系統(tǒng)方面的綜合實驗。
1 實驗環(huán)境建設(shè)的指導(dǎo)思想
“機電系統(tǒng)綜合實驗”是我校近幾年開設(shè)的集中綜合性實驗課程。它是集機械設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、模擬與數(shù)字電路、控制工程、檢測技術(shù)、計算機控制、機械制造等多門課程知識綜合應(yīng)用的、實踐性很強的一門課程。我們現(xiàn)在開設(shè)這門課程中所使用的設(shè)備包括計算機、計算機接口板和數(shù)控X-Y工作臺,其控制系統(tǒng)的架構(gòu)單一、被控對象較少,學(xué)生只能被動的使用指定的控制器、功能模塊,針對單一的對被控對象構(gòu)建機電控制系統(tǒng),這使得學(xué)生不能自行選擇被控對象和自主設(shè)計控制系統(tǒng),束縛了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮,同時也限制了實驗內(nèi)容的展開。
為了改變上述狀況,結(jié)合學(xué)校近期開展的三期本科評建的機會,對該課程的實驗環(huán)境進行改造,其主要工作是建設(shè)一個具有重組功能的機電系統(tǒng)綜合設(shè)計平臺[3],該平臺可提供多種控制器和檢測元件,可支持盡可能多的被控對象[2]。為此,在建設(shè)過程中采用模塊化設(shè)計[7],使得基于該平臺的綜合實驗便于功能模塊的組合、擴展,也便于檢查、維護及調(diào)試。學(xué)生在這個平臺可針對不同被控對象,靈活地搭建各種控制系統(tǒng)。利用該環(huán)境既可開設(shè)機電控制系統(tǒng)的一般原理性、驗證性實驗,又可完成較大型的綜合及設(shè)計性的實驗。由于該環(huán)境被設(shè)計成開放性的平臺,學(xué)生還可根據(jù)自己的興趣愛好,自行設(shè)計并完成各種機電控制系統(tǒng)的實驗。
2 實驗環(huán)境的設(shè)計與結(jié)構(gòu)
要達到上述目標,在建設(shè)時就要考慮到實驗環(huán)境要具有可重組性和開放性。因此,在設(shè)計時按功能模塊將環(huán)境分為六大部份,即電源模塊、控制器模塊、基本功能模塊、傳感器模塊、驅(qū)動模塊、被控對象模塊,每個模塊采用組件式結(jié)構(gòu),如圖1所示。
2. 1 電源模塊
安裝各種實驗所需的電源:交流220 V、直流24V /5V,為了學(xué)生的人身安全,本模塊應(yīng)設(shè)置電源總開關(guān)并進行可靠的接地處理,同時各電源的要有指示燈,以方便學(xué)生接線用。
2. 2 控制器模塊
主要用于安裝各種實驗用控制設(shè)備,學(xué)生可根據(jù)不同的實驗內(nèi)容、要求、興趣,選擇不同的控制設(shè)備。如計算機、單片機、工控機、PLC可編程控制器,在這個區(qū)域還應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的接口電路,為各個控制設(shè)備提供相匹配的各種控制信號。
2. 3 基本功能模塊
該模塊的主要作用是能提供諸如I/O接口、中斷信號、定時/計數(shù)器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換等功能,同時還能提供顯示器、紐子開關(guān)、按鍵,并預(yù)留電阻、電容、二極管、三極管、晶振插孔以及各種高性能雙列直插式圓腳集成電路插座[6],并能提供8路數(shù)字信號、2路模擬信號(電壓從0~5 V)、兩路正負脈沖信號,其頻率從1Hz~20 kHz連續(xù)可調(diào),用于模擬數(shù)控機床及各種外部設(shè)備和各種傳感器輸入信號。
2. 4 傳感器模塊
該模塊的主要作用是提供盡可能多的傳感器及其接口,如:提供光電編碼器、接近開關(guān)傳感器、光敏二極管、光敏三極管、壓電陶瓷傳感器、熱敏電阻、熱電偶、直線位移傳感器、霍爾傳感器等。同時,該模塊還配有相應(yīng)的各類傳感器的信號處理電路。
2. 5 驅(qū)動模塊
該模塊的主要作用是能提供:
(1)隔離電路。在工業(yè)控制中,為了去除干擾,同時為了系統(tǒng)的安全,輸入、輸出信號的隔離是非常必要的,本模塊可設(shè)置多路光電藕合器隔離電路。
(2)驅(qū)動電路。包括直流電機的驅(qū)動電路、步進電機的驅(qū)動電路等。
2. 6 被控對象模塊
該模塊的主要作用是提供被控對象。在該模塊中可提供齒輪減速器、滾珠絲杠螺母副、連軸器以及其它機械構(gòu)件,同時也可提供諸如燈、發(fā)光二極管、繼電器等電器設(shè)備。電機在機電控制實驗中是必不可少的。本系統(tǒng)設(shè)置了一個步進電機以及一個直流伺服電機。
3 特 點
由于本實驗平臺采用模塊化設(shè)計理念和組件式的架構(gòu)原則,雖然結(jié)構(gòu)簡單,然而在進行功能組合時十分方便,最突出的特點是改變了原有實驗控制設(shè)備單一、控制手段缺乏、被控對象不足等狀況,也改變了原有實驗單一死板的實驗內(nèi)容,對實驗方案可進行靈活多樣的變化組合。具體特點如下:
(1)操作簡單、靈活、方便�！W(xué)生做實驗時可根據(jù)實驗所需靈活地選擇各個模塊中的不同組件[1],不必過多的考慮與實驗關(guān)系不大的其他技術(shù)環(huán)節(jié)。這樣,既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性,又提高了實驗效率。
(2)學(xué)生可根據(jù)不同的課程來選擇不同的實驗內(nèi)容。 由于在各模塊上可以任（未完，下一頁）
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