高端伺服运动控制实训装置,运动控制实训设备
2023-03-03
高端伺服运动控制实训装置
一、 产品概述
高端伺服运动控制实训装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。适合职业院校、职业培训学校、职教中心、鉴定站/所对可编程序控制系统设计师的四、三、二级开展培训及技能鉴定。
1. 该装置是根据人力资源和社会保障部制定的"可编程序控制系统设计师"培训及国家职业标准考核大纲内容，适当增加新技术，按照职业教育培训、职业技能鉴定和实训教学要求而研制的。
2. 工业迅速发展处理器要求不断提高，教学需要与时俱进设备要不断升级，而教学还需要从基础学起，同时满足需要实验室建设重复会导致浪费资金和实验室空间。
3. 一个产品需要多种加工工艺，导致工业现场设备错纵复杂，一个主机不能完成所有工作，需要多个站点进行相互配合完成。
4. 不同层次的考核需要不同设备，不能有机的进行结合，有些实训完成后无法进行考量检查学生的接受程度。
三、 装置特色
1. 实训建设理念为一次性建设，本设备采用通用型宽展口，所有主机的I/O口都可通过扩展口引出，可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练；还设有两块可拆卸的网孔板可对不同层次的学生进行考核。
2. 在主机选型方面由S7-1200系列PLC再到大型S7-1500系列PLC，主机可以通过并口连接到实训区进行实训，可从基础小型PLC开始学起，再到中型PIC,最后到大型PLC，由简到繁的学习理念让学生容易接受，学习起来更加得心应手。
3. 采用模块组合式结构，含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等，配套MCGS工控组态监控软件，实现仿真化、信息化实训教学。
4. 项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。
5. 仿真实训教学：通过虚拟环境实时显示PLC运行状态，模拟工业现场控制，可以进行编程训练、程序编写测试等功能。
6. 模块化网络系统：网络结构主要由西门子主机S7-1500、S7-1200、ET200SP构成，根据工业中西门子PLC应用历程构建了一个工业网络，网络通讯涉及PROFINET通讯、以太网通等多层网络通讯。
四、 技术性能
1. 输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±10% 50Hz
2. 工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
3. 装置容量：＜0.5kVA
4. 重 量：100kg
5. 外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm
6. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准
五、 基本配置及功能
实训装置由S7-1500单元、S7-1200单元、变频调速单元、小车运动控制单元、、实训组件、电工基础实训单元二维丝杆控制单元、触摸屏单元、以太网交换机、交流电机等组成。
1. S7-1500单元
S7-1500单元主要由主机1511T，带显示屏的 T-CPU；工作存储器可存储 225 KB 代码和 1 MB 数据；位指令执行时间 60 ns；4 级防护机制，工艺功能：扩展运动控制，闭环控制，计数与测量；跟踪功能；PROFINET IO 控制器，支持 RT/IRT，性能升级 PROFINET V2.3，双端口，智能设备，支持 MRP、MRPD，传输协议 TCP/IP，开放式用户安全通信，S7 通信，Web 服务器，DNS 客户端，OPC UA 服务器数据访问，等时同步模式，路由功能；运行系统选件，固件版本 V2.5
2. S7-1200单元
S7-1200单元主要由主机1215C和信号转接板组成。
主机1215C,125 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板载 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板载 6 个高速计数器和 4 个脉冲输出；信号板扩展板载 I/O；多达 3 个用于串行通信的通信模块；多达 8 个用于 I/O 扩展的信号模块；0.04 ms/1000 条指令；2 个 PROFINET 端口，用于编程、HMI 和 PLC 间数据通信
3. 触摸屏单元
触摸屏单元采用西门子KTP700 Basic 7寸彩色触摸屏，用于1500主机以太网通讯，控制和显示各单元的运行状态。
4. 以太网交换机
以太网交换机采用非网管型工业以太网 10/100MBIT/S交换机，自带5个双绞线端口，RJ45 接口；用于构建小型星形和总线形拓扑结构；自带LED诊断显示，供电电源DC 24V 。
5. 变频调速单元
变频调速单元采用西门子SINAMICS 系列G120变频器，三相380V供电，输出功率0.55KW。集成RS-485通讯接口，提供BOP操作面板；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、直流转矩控制；集成12路数字量输入，8路模拟量输入；具备过电压、欠电压保护，变频器、电机过热保护，短路保护等。
6. 小车运动控制单元
主要由运动小车（步进电机）、同步带轮传动机构、光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、行程开关等组成，通过传感检测、PLC编程，实现运动距离测量、传动控制、键值优化比较行走控制、定向控制、报警运行控制、点动控制等，能实现小车的精确定位。该系统外观精美，体积紧凑，重量轻。
7. 实训组件
实训组件主要由电源挂箱虚实结合挂箱，挂箱区域采用开放式结构可根据需求增加不同挂箱。
电源挂箱提供AC380V、AC220V、DC24V电源，为实训挂箱和电机实训单元提供动力源；设有启动停止按钮，各相电源工作指示，具有过流、过压、短路等保护。
8. 二维丝杆控制单元
二维丝杆控制单元主要由伺服驱动和步进驱动组成。
伺服驱动1用于控制Y轴丝杆，采用交流伺服驱动，工作电压AC220V，输出功率200W。采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，智能功率模块（IPM） 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力；支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。
伺服驱动2用于控制X轴丝杆，采用交流伺服驱动，工作电压DC24V，输出功率200W；内部集成控制电路和功率电路，具有自检线圈和短路保护等功能。
9. 电工基础实训单元
电工基础实训单元主要由交流接触器、中间继电器、时间继电器、按钮等组成，用于电机正反转、星三角转换、启停自锁等实训。
10. 三相交流电机
交流额定电压380V/△接法，转速1400转/min，功率40W，频率50HZ，绝缘等级E级。
六、实训项目
PLC运动控制应用实训
1. 直线运动位置检测、定位控制
2. 步进电机定位控制
3. 步进电机的速度控制
4. 步进电机的正反转控制
5. 伺服电机定位控制
6. 伺服电机的速度控制
7. 伺服电机的正反转控制
8. 伺服电机和步进电机的综合控制
9. 直线插补控制
10. 圆弧插补控制
11. 两台伺服电机同步控制
12. 伺服电机跟踪控制
典型电动机控制实操实训
13. 三相鼠笼式异步电动机点动和自锁PLC控制
14. 三相鼠笼式异步电动机联动正反转PLC控制
15. 三相鼠笼式异步电动机带延时正反转PLC控制
16. 三相鼠笼式异步电动机Y/△转换起动PLC控制
PLC、变频器、触摸屏综合应用技能实训
17. 变频器功能参数设置与操作
18. 外部端子点动控制
19. 变频器控制电机正反转
20. 多段速度选择变频调速
21. 变频器无级调速
22. 外部模拟量方式的变频调速控制
23. 基于PLC的变频器外部端子的电机正反转控制
24. 基于PLC模拟量方式变频开环/闭环调速控制
25. 基于PLC通信方式的变频开环调速
26. 基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习
27. 基于触摸屏控制方式的数码显示控制
网络通讯综合实训
28. PLC、触摸屏与变频器通信控制
29. PLC主机之间PROFINET通讯实训
30. PLC、变频器、触摸屏组网综合应用实训
七、主要配置清单
| 序号 | 品名 | 规格（mm） | 数量 | 单位 |
| 1 | 1511T CPU | 6ES7511-1TK01-0AB0 | 1 | 个 |
| 2 | 安装导轨 S7-1500，160 mm | 6ES7590-1AB60-0AA0 | 1 | 个 |
| 3 | 1215 CPU | 6ES7215-1AG40-0XB0 | 1 | 个 |
| 4 | V90 Profinet通讯 | 200W，单相220V | 2 | 个 |
| 5 | CU250S-2 | 6SL3244-0BB12-1FA0 | 1 | 个 |
| 6 | PM240-2 | 6SL3210-1KE12-3UF2 | 1 | 个 |
| 7 | 带基本定位的卡 | 6SL3054-4AG00-2AA0-ZE01 | 1 | 个 |
| 8 | BOP-2 | 6SL3255-0AA00-4CA1 | 1 | 个 |
| 9 | MMC卡 4M | 6ES7954-8LC03-0AA0 | 1 | 个 |
| 10 | 步进电机 | 1 | 个 | |
| 11 | 传感器 | 光电、磁性、速度传感器 | 1 | 套 |