工业全数字控制实训装置

工业全数字控制实训装置

一、设备概述

工业全数字控制实训装置是一套高度集成的自动化综合实训平台，融合了 PLC、变频器、触摸屏、PROFIBUS-DP 工业现场总线以及相关机械（控制对象）等关键要素。它能够满足从基础入门到进阶培训的多样化需求，使各类复杂且精确的机械运动控制实训都能在这一平台上轻松完成。该装置涵盖了计算机、PLC、触摸屏、变频器和机械运动仿真模块等多个重要组成部分，为工业控制领域的教学与实践提供了全方位的解决方案。

二、实训功能

（一）基础实训项目

工业全数字控制实训装置可开展多种基础实训项目，具体如下：

1. S7-200 编程练习 ：让学生熟练掌握西门子 S7-200 系列 PLC 的编程技巧，包括指令系统应用、程序结构设计等，为后续复杂控制项目奠定编程基础。

2. 触摸屏技术实训 ：深入了解触摸屏的操作界面设计、人机交互逻辑编写，以及如何通过触摸屏实现对工业设备的监控与操作，提升学员在现代工业自动化系统中对人机界面技术的应用能力。

3. 丝杠传动控制 ：掌握丝杠传动机构的工作原理和控制方法，学会运用 PLC 实现对丝杠传动的精准控制，确保机械运动的位置精度和稳定性，适用于各种需要直线运动控制的工业场景模拟教学。

4. PPI 通信 ：学习 PPI 通信协议，实现 PLC 与触摸屏、变频器等设备之间的可靠通信，保障控制系统中各组件间的信息交互顺畅，使学员能够构建起完整的自动化控制系统通信网络。

5. 变频器与 PLC 通信实训 ：深入探究变频器与 PLC 之间的通信连接与数据传输，学会利用 PLC 控制变频器的运行参数，实现对电机调速等操作的精确控制，为工业生产中电机拖动系统的自动化控制教学提供实践平台。

6. 变频器技术综合实训 ：全面了解变频器的功能特性、参数设置与调试方法，通过实际操作变频器，掌握其在不同工业负载条件下的应用技巧，如恒转矩控制、矢量控制等，提高学员对变频调速技术在节能与高效生产方面的应用能力。

7. 触摸屏、变频器、PLC 综合实训 ：将触摸屏、变频器和 PLC 三大核心组件有机结合，进行系统级的综合实训。学员能够在该平台上完成从控制逻辑设计、通信组网到设备操作的一体化实训流程，模拟真实工业生产中的自动化控制系统运行场景，培养学员的系统集成能力和综合问题解决能力。

（二）扩展仿真实训项目（需选配相应配件）

通过添加仿真实训模块等配件，工业全数字控制实训装置还能开展更为丰富的仿真实训项目：

1. 三相电机顺序控制 ：模拟三相异步电机在工业生产中的多电机顺序启动、停止等控制流程，让学员熟悉电机拖动系统的控制逻辑和电路设计，掌握电机顺序控制电路的安装、调试与故障排除技术，适用于电机控制相关课程的教学实践。

2. 步进电机控制 ：学习步进电机的工作原理、驱动方式以及控制方法，通过 PLC 编程实现对步进电机的精确角度和速度控制，满足一些需要高精度位置控制的工业应用教学需求，如数控机床的进给轴控制、精密仪器仪表的驱动等场景的模拟实训。

3. 交通灯控制 ：以城市交通路口的交通信号灯控制为背景，运用 PLC 编程实现交通灯的自动切换控制逻辑，包括红绿灯时序控制、行人过街按钮控制等功能，帮助学员理解 PLC 在城市交通管理自动化中的应用，同时培养学员对实际工程项目中控制需求的分析和实现能力。

4. 铁塔之光 ：模拟铁塔上灯光的编程控制，通过 PLC 编程设计出各种灯光闪烁模式和动态效果，让学员在实践中掌握 PLC 对灯光系统的控制技巧，以及如何利用程序实现复杂的灯光控制逻辑，适用于工业照明控制和景观灯光设计等相关课程的实践教学。

5. 四层电梯控制 ：构建一个四层电梯模拟控制系统，学员需要运用 PLC 编程实现电梯的召唤响应、楼层停靠、开关门控制以及运行方向指示等完整功能，模拟真实电梯的运行控制流程，使学员深入了解 PLC 在楼宇自动化控制系统中的应用，提升学员对复杂机电一体化系统的控制能力和逻辑思维能力。

6. 电镀生产线控制 ：针对电镀生产工艺，模拟电镀生产线的自动控制过程，包括镀槽液位控制、温度调节、阳极移动控制、工件输送控制等多个环节的联动控制，让学员熟悉电镀行业的自动化生产控制要求和解决方案，为相关专业学员提供贴近实际生产的实践平台。

7. 水塔水位自动控制 ：模拟水塔水位的自动监测与控制场景，通过液位传感器实时检测水塔水位，利用 PLC 编程实现水泵的自动启停控制，确保水塔水位始终保持在设定范围内，使学员掌握基于传感器反馈的闭环控制技术在供水系统中的应用，培养学员对工业过程控制中液位控制环节的设计与调试能力。

8. 自控成形机 ：模拟自控成形机的工作过程，学员需运用 PLC 编程控制成形机的模具开合、物料输送、压力控制等动作的自动化执行，了解成形工艺中的自动化控制要点和实现方法，满足机械制造、模具设计等相关专业学员对自动化成形设备的实践学习需求。

9. 多种液体自动混合 ：模拟工业生产中多种液体按一定比例自动混合的控制过程，通过流量传感器、PLC 控制系统以及液体输送泵等设备的协同工作，实现液体混合的比例控制和过程监控，让学员掌握基于流量控制的自动化混合技术，适用于化工、制药等行业相关课程的实践教学。

10. 自动送料装车 ：模拟物流行业中自动送料装车的自动化作业场景，学员需要运用 PLC 编程控制输送带的运行、料仓的开合以及车辆位置检测等环节的联动，实现物料的自动输送、计量装车等功能，使学员了解自动化物流系统的构成和控制原理，培养学员对物流自动化设备的应用能力。

11. 自动轧钢机 ：模拟钢铁生产中的自动轧钢机控制过程，包括钢材的进料、轧制、冷却、成品输送等环节的自动化控制，让学员熟悉冶金行业自动化生产线的控制要求和技术方案，为相关专业学员提供实践操作平台，加深其对工业自动化在钢铁生产领域应用的理解。

12. 邮件分拣机 ：模拟邮政物流系统中的邮件分拣机工作流程，通过 PLC 编程控制邮件输送带的运行、分拣机构的动作以及条形码识别系统（可选配）的集成，实现邮件的自动分拣和分类功能，使学员了解自动化分拣技术在物流自动化系统中的应用，提升学员对物流自动化设备的控制能力和系统集成能力。

13. 全自动洗衣机 ：模拟全自动洗衣机的洗涤、漂洗、脱水等工作过程，通过 PLC 编程控制洗衣机的进排水、电机运转、温度调节（可选配加热功能模拟）等操作，实现洗衣机的自动化运行控制，让学员了解家电产品的自动化控制原理和技术应用，培养学员对家用电器自动化设计与调试的能力，同时也可作为智能家居控制相关课程的实践案例。

三、实训装置配置

（一）核心组件选配建议

工业全数字控制实训装置的核心组件如 PLC、变频器和触摸屏的种类及型号可根据学校的教学需求和实际使用情况进行灵活选择。为了确保良好的教学效果和系统的稳定性，推荐采用以下配置：

1. PLC ：选用西门子 S7-200 系列 PLC CPU224 DC/DC/DC，该型号 PLC 采用晶体管输出方式，具备 24 点 I/O 口，其中 14 个输入点和 10 个输出点，能够满足大多数基础和中级工业控制实训项目的需求。其 DC/DC/DC 的供电方式使其在工业环境下具有较好的适应性和可靠性，为学员提供了稳定可靠的 PLC 控制平台，便于学员进行各种控制逻辑的编程实践和电路连接操作。

2. 变频器 ：搭配西门子 MM420 0.37kW 变频器，该变频器具有 485 通信接口，可方便地与 PLC 进行通信连接，实现对电机的调速控制。其 220V 单相电源输入特性使其在实验室电源环境下的兼容性更好，能够满足小功率电机调速实训的需求，帮助学员掌握变频调速技术的基本原理和应用方法。

3. 触摸屏 ：配置西门子 TP170B 触摸屏，该触摸屏具有操作简便、显示清晰、响应速度快等特点，能够为学员提供良好的人机交互体验。通过触摸屏，学员可以直观地监控设备的运行状态、设置控制参数、查看报警信息等，有助于提高学员对自动化控制系统中人机界面技术的理解和应用能力。

（二）实训系统与装置配套

1. 仿真实训系统 ：集成仿真实训系统，为学员提供了一个虚拟的工业自动化控制系统模拟环境。在该系统中，学员可以在不依赖实际硬件设备的情况下，进行控制逻辑的设计、编程调试以及系统运行模拟等操作，提前熟悉各种复杂工业控制场景和控制算法的应用，降低实际操作中的风险和成本，同时提高学员的学习效率和实践能力。

2. 运动控制实训装置 ：配备小车运动控制实训模型，该模型可用于开展运动控制相关的实训项目，如小车的直线运动控制、曲线运动控制、避障控制等。通过 PLC 编程和触摸屏操作，学员可以实现对小车运动轨迹和速度的精确控制，深入了解运动控制系统的工作原理和控制策略。此外，本实训装置采用标准接口设计，学校还可根据自身的教学需求和预算情况，灵活选择其他配件，例如水位控制实训装置、恒压供水实训装置等，进一步丰富实训内容和拓展实训项目的多样性。

3. 实验台操作面板 ：精心设计的实验台操作面板将 PLC 和变频器的输入输出点全部引出，并采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线进行连接，为学员提供了便捷、安全的实验接线环境。面板上还配备了各种按钮、指示灯、继电器等元件，以及电位器等可调组件，可用于模拟传感器的输入信号。这样的配置不仅方便学员自行设计实验电路和控制逻辑，还能够培养学员的动手能力和电路调试能力，让他们在实践中深入理解工业自动化控制系统中各组件之间的电气连接和信号传输关系。

4. 模拟量实训模块 ：配套温度及压力两种模拟量实训模块，使学员能够进行数据采集实训。在工业自动化控制系统中，模拟量信号的采集与处理是实现过程控制的重要环节。通过这两个模拟量模块，学员可以学习如何使用 PLC 和相关传感器设备进行温度和压力信号的采集、转换和处理，掌握模拟量控制的基本方法和技术要点，为后续开展诸如恒温控制、压力控制等实际工业控制项目打下坚实的基础。

四、技术参数

1. 实验桌材料 ：实验桌采用高品质材料制作，具备防火、防水、防震、耐磨等优异性能，同时其材质符合国家环保要求，为师生提供了一个安全、舒适、耐用的实验操作环境，确保设备在长期使用过程中的稳定性和可靠性。

2. 整机容量 ：≤1kVA，该容量设计既能够满足工业全数字控制实训装置正常运行的电力需求，又不会对实验室的供电系统造成过大的负担，保证了设备在一般学校实验室环境下的良好适应性。

3. 开关电源 ：配备开关电源，可将 220V 交流电高效转换为 24V 直流电，为整个系统电路提供稳定的直流电源。24V 直流电源是工业自动化控制系统中常用的供电电压，能够满足 PLC、传感器、执行器等设备的正常工作需求，确保系统的稳定运行。

4. 控制面板 ：控制面板集成了急停开关、自动 / 手动选择开关和手动操作按钮等关键控制元件。通过这些控制元件，学员可以方便地实现对实训装置的自动控制和手动操作切换，满足不同实训项目和调试阶段的操作需求。例如，在自动模式下，学员可以启动预先编写好的控制程序，让整个实训系统按照设定的逻辑自动运行；而在手动模式下，学员可以分别控制各个执行机构的动作，便于对系统的各个部分进行单独调试和故障排查。

5. 外型尺寸 ：1600×700×1650mm 的外型尺寸设计，使得实训装置在占用空间合理的同时，为学员提供了充足的操作空间和良好的可视性。实验台的操作区域宽敞，便于学员进行设备安装、接线、调试等操作，同时也方便教师进行教学指导和巡回检查。此外，适中的高度设计能够有效缓解学员在长时间操作过程中的疲劳感，提高学习效率。

6. 功耗 ：≤0.5kVA 的功耗水平，在保证设备正常运行的前提下，充分考虑了节能因素。较低的功耗不仅有助于降低学校的能源消耗成本，还符合现代工业自动化领域对节能环保的要求，培养学员的节能意识和可持续发展理念。

7. 环境适应性参数

• 温度范围 ：0℃～40℃，确保工业全数字控制实训装置能够在常见的室温环境下稳定运行，无论是在寒冷的冬季还是炎热的夏季，都不会因温度因素导致设备故障或性能下降，适应学校不同季节的教学使用需求。

• 环境湿度 ：≤90%（40℃），考虑到实验室环境可能受到湿度变化的影响，该湿度参数范围能够保证设备在较为潮湿的环境下仍能正常工作，有效防止因湿度过高而导致的电气元件短路、腐蚀等问题，延长设备的使用寿命。

8. 安全保护措施 ：实训装置具备完善的接地保护和漏电保护功能，其安全性符合相关的国标标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线，从硬件设施上杜绝了学员在实验操作过程中发生触电事故的风险，为师生提供了全方位的安全保障，让教学活动能够在安全可靠的环境下顺利进行。