机电液气控制综合实验平台
在“中国制造2025”战略背景下，机电一体化复合型人才的需求日益旺盛。传统的单一学科实验设备已难以满足跨学科融合教学的要求。为此，机电液气控制综合实验平台应运而生。这是一套专为高等教育及职业院校设计的组合式机电液综合实验系统，以“学习者为中心”，采用模块化设计思路，打破传统实验系统的固定模式，支持电路自主设计、PLC自主编程、液气压回路自主搭建，全面激发学生的参与性与创造性。
该系统严格依据教学大纲开发，具有专业覆盖面广、功能全面、操作安全、课程实验多元化等特点。从基础实验、课程设计到毕业设计，均可在本系统中灵活扩展，堪称典型的机电一体化专业综合实验教学平台。
一、 系统组成：模块化架构，灵活搭配
机电液气控制综合实验平台主要由实训工作台、动力单元、控制单元及多个功能实训单元组成。整体采用铝合金型材结构，各单元独立且接口标准，支持根据教学需求自由重组，适应从入门到高阶的不同难度课程设计。
二、 核心特点：工业级配置，理实一体化
模块化设计：各功能单元独立封装，接口统一，可像积木一样自由组合，满足个性化教学需求。
工业级配置：液压与气动元件均采用工业标准产品，耐压高、耐用性强。配备快换接头，拆装便捷且防泄漏，真实还原工业现场环境。
理实一体化：将实物操作与软件仿真深度融合。学生既能在实物平台上动手搭建回路、编写程序，又能通过可视化仿真软件观察油液流动、阀芯动作等微观过程，深化理论理解。
开放性与扩展性：支持学生自主设计电路、编写PLC程序及搭建液气压回路，满足从基础验证到创新设计的全阶段教学需求。
三、 核心功能单元：覆盖典型工业场景
本机电液气控制综合实验平台包含以下核心功能单元，可模拟多种自动化生产环节：
上料实训单元 (MK-9)：模拟自动化上料过程，训练物料搬运与定位控制。
传送及夹紧单元：实现物料的传送与定位夹紧功能，是自动化产线的关键环节。
挖机单元 (MK-7)：包含挖掘机模型及其液压进给系统，直观展示工程机械的液压控制原理。
机械手实训单元 (MK-8)：模拟工业机械手的抓取、搬运、释放等动作，训练气动与电气联合控制。
液压舵机/锚机模组：作为机械执行机构单元，拓展船舶、重型机械领域的实训内容。
四、 电气与控制模块：从继电器到PLC全覆盖
电源控制单元 (MK-1)：管理系统总电源，具备多重安全保护。
继电器单元 (MK-2)：用于传统继电器控制逻辑训练，夯实基础。
可编程控制器主机单元 (MK-3)：集成PLC主机，支持学生自主编程与调试。
传感器应用单元 (MK-4)：集成各类工业传感器（如接近开关、光电传感器、压力传感器等），训练信号采集与处理。
可编程控制输入板 (MK-5)：处理外部信号输入，扩展PLC的I/O能力。
液压气动实训模块 (MK-6)：提供液气压元件的安装底板，便于快速搭建回路。
五、 动力与执行部件：强劲可靠，贴近工业实际
液压系统：配备液压泵站（变量叶片泵，额定压力6.3MPa，流量10L/min），工业级液压元件耐压高达31.5MPa，配合快换接头及过渡板，拆装快捷且密封可靠。
气动系统：采用医用静音空压机（噪音<45dB，额定压力0.8MPa，流量55L/min），工业气动元件配合弹簧卡式阀连接板，搭建高效安静。
电气部件：包含漏电断路器、开关电源、电机等，确保系统安全稳定运行。
六、 技术参数一览
类别 | 参数项 | 规格指标 |
|---|---|---|
电气参数 | 输入电源电压 | 三相四线 AC 380V ±10% 或 单相 AC 220V ±10%，50Hz |
控制直流电压 | DC 24V，最大电流 4.5A | |
液压电机功率 | 1.5 KW | |
气泵电机功率 | 550 W | |
液压系统 | 泵类型 | 变量叶片泵 |
额定压力 | 6.3 MPa | |
公称排量 | 6.67 mL/r | |
额定流量 | 10 L/min (转速 1450 r/min 时) | |
容积效率 | ≥ 90% | |
油箱容积 | 40 L | |
元件耐压 | 最高可达 31.5 MPa | |
气动系统 | 气泵类型 | 医用静音空气压缩机 |
噪音水平 | < 45 dB | |
额定压力 | 0.8 MPa | |
流量 | 55 L/min | |
储气罐容积 | 30 L | |
机械与环境 | 外形尺寸 | ≥ 2000 mm (长) × 700 mm (宽) × 1800 mm (高) |
设备重量 | 约 360 kg | |
框架材质 | 工业铝合金型材 + 铁质喷塑油盘 | |
工作环境温度 | -10℃ ~ +40℃ | |
相对湿度 | < 85% (25℃时) | |
海拔高度 | < 4000 m |
七、 实训项目与课程内容：超过40个实验项目全覆盖
本机电液气控制综合实验平台支持超过40个具体的实验项目，涵盖机械安装、管路搭建、电气布线、程序编写及整机调试。
基础技能训练：
设备安装与调整：搬运、传送、夹紧机构安装；电气部件（PLC、继电器等）定位；气动/液压部件安装。
液压系统实训：液压系统识图、管路安装、回路搭接模拟。
气动系统实训：气动系统识图、气管安装、调压/换向/调速/顺序控制回路搭建。
电气控制实训：电气原理图设计、控制系统电路布线。
编程与调试：PLC程序及继电器逻辑编写、参数设置、整机联调。
液压专项实验（部分列举）：
压力控制：一级/二级调压回路、减压回路、卸荷回路、保压回路。
方向控制：基本换向阀回路、电磁/手动换向回路。
速度控制：进油/回油/旁路节流调速、调速阀调速、多级换速、变频容积调速。
多缸控制：顺序动作回路（行程开关/顺序阀）、同步回路、差动回路、互锁回路。
高级控制：PLC计数计时自动控制、油缸位移控制、往返自动控制。
气动专项实验（部分列举）：
基本回路：单/双作用气缸换向、速度调节（单向/双向/进出口节流）。
控制逻辑：缓冲、互锁、过载保护、卸荷、二次压力控制、高低压转换。
顺序与联动：单缸往复、双缸顺序动作（行程阀/电气/压力继电器控制）、双缸联动。
综合应用：逻辑阀应用（与/或/非）、双手操作、延时/计数回路、PLC联合控制。
八、 仿真与软件系统：虚实结合，深化理解
本平台配套的液压传动仿真系统基于组态王开发，包含20个典型液压回路演示（如压力调节、换向、节流调速、锁紧、差动等）。其功能特点包括：
动态显示油液流向、阀芯状态、油缸动作及齿轮泵原理。
其中10余种回路可直接连接硬件，实现软硬件联合监控与控制。
液压回路搭接模拟训练界面中的元件与实际元件外观一致，支持虚拟管路搭接及运行模拟，降低耗材损耗，提升训练效率。
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