电气控制综合实验平台的设计

1、电气控制综合实验平台的设计摘要：针对机床电气控制、plc、变频器等课程的综合 实训，设计出开放性较强的电气控制综合控制实验平台， 对其运用原理和结构组成进行了分析和探讨，并阐述了在 实践教学和科研中的应用实例及其特点。关键词：电气控制可编程控制器plc变频器mcgs0引言本文介绍的电气控制综合实训实验平台，充分利用了 电气、自动化、计算机等多学科领域的基础知识和技术， 综合性和实用性较强，又以开放性和设计性实训为主，改 变了原来的单一实验单一设备或单一课程单一实验装置的 独立模式，同时也能适应以机床电气控制，plc,变频器等 课程为主的专业教学和综合实训的需要。该实验台一方面对常见的机床电气控

2、制一一继电器-接 触器硬件接线提供了控制对象和模型，克服了传统实验装 置功能单一，只能完成固定实验内容的缺陷。另一方面引 入目前在工控行业广泛应用的可编程序控制器plc,变频器, 传感检测等设备，为学生构建、仿真工控系统搭建了一个 平台。1实验台原理、结构实验台原理分析首先建立实验平台的控制系统的理论 模型。典型的控制系统由系统输入、控制部分、反馈元件、 系统输出等组成。控制部分又分为开环系统和闭环系统两 种。一般设备的电气控制系统由输入设备、逻辑控制和执 行机构三部分组成，也可根据实际的生产机械或生产设备 运行情况进行闭环控制。输入设备用于采集现场信号输送 到系统，如开关、按钮、继电器接触器

3、触点、行程开关、 传感器等装置；逻辑控制部分主要对输入信号进行逻辑转 换，数据处理；转换之后的控制信号用于控制执行机构。 逻辑控制部分可由继电器一接触器线路搭建或通过pl c编 程实现。执行机构用于直接驱动负载，常见的有接触器、 电磁阀、变频器、直流控制器、显示元件等。对于较复杂的控制系统可先利用仿真软件对控制系统 各种运行状态进行仿真，然后根据实际情况选择最佳的控 制方案。常用的仿真软件如mcgs, visual graph等。实验台结构根据典型电气控制系统的基本原理及组成, 实验系统的系统组成由控制面板（按钮、开关、指示灯 等）、控制部分（继电器一接触器系统、plc等）、执行部 分（接触器

4、、变频器等）、控制对象（电机、显示器、机床 动力头等）、计算机及相关软件组成。实验装置主要由三部分组成：以继电器一接触器为主的电气控制部分。通过按钮、 开关、接触器、继电器、热继电器等电器元件的选择，布 线，接线及调试，完成传统的继电器一接触器逻辑控制线 路，实现不同的控制要求。如三相异步电动机的点动、长 动、正反转、顺序启动、降压启动，机床执行部件的往复 运动等控制功能。基于plc和变频器的电机控制部分。通过计算机利用p lc的编程软件完成应用程序的设计，并下载到plc中； 构建plc与变频器之间的连接（软件连接、硬件连接），并 通过电机相关量的检测装置（电压表、电流表、编码器 等），对电机

5、的的运行状态进行实时监控或构建闭环控制系统。利用组态软件mcgs或vi sualgraph完成对电气控制控制系统与plc应用技术的仿真。通过仿真软件的编程，仿 真控制线路中的各个开关、触点以及接触器线圈的逻辑关 系，并可在仿真画面中较真实的显示控制面板；并且所有 导线、继电器线圈、触点和开关等都可设置成不同的颜色 以便区别。把组态软件和p lc连接起来，用组态画面实现 各个开关、接触器等器件的动态显示，用plc实现控制功 能。至此，我们搭建综合实验平台的基本结构原型，由于 系统地开放性和扩张，可以根据需要增加电气元件、执行 部件和其它功能模块。2设计实例电气控制综合实验平台由电路接线面板、控制

6、面板、 执行元件、plc、变频器及相关软件所组成。plc选用欧姆 龙公司的sysmac cp1h系列，4点开关量i/o输入输出，具 有模拟量输入输出功能。变频器选用欧姆龙公司的开环矢 量控制型变频器sysdriv e3g3mz系列，该系列变频器除可 实现无传感器矢量控制的强大转矩对的丰富应用外，还搭 载了 rs485 和devicenetp rofibuscan open 等其它可选件， 能实现与可编程控制器plc等上位机的连接，也方便完成 通信系统的设计。cp1h配备了标准usb端口和两个串行通 信接口（r s-232c和rs-485）,利用usb端口与上位机通信, 利用rs-485与变频器

7、进行通信。电路接线面板釆用网孔板形式，电器元件的位置可以 自行设计，给学生提供了更大的设计控制空间。实验台控 制面板布置有红、绿、黄等指示灯和各种按钮，主要用于 控制操作和指示。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 力装置。plc程序设计采用omro n公司的编程软件cx - programme r,对于较复杂系统可利用组态软件mcgs完成电 气控制与plc应用技术的仿真。3实验装置的特点实践性强，提高学生动手能力实验平台采用真实的电 气元件或实际模型，直观性很强。如各种电机、机械动力 滑台，模拟机床动力滑台运转，快进，工进，快退等整个 工件加

8、工过程，学生通过对各类电器及电气元件的认识， 接线和组装，可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置 的常用结构和工作原理。学生在这些具体线路的组装和调试中，需要进行大量 的实际操作，从而提高了自身的动手能力和解决实际问题 的能力。如电机控制，首先要熟悉电机控制原理图，绘制 出电路图和接线图，然后完成线路的连接，再通电实验， 调试，最后观察电机的运转情况。通过计算机的软件编程完成plc应用程序的设计可以 全面提高解决实际问题的能力此外利用仿真软件可以更大 范围的发挥学生的主动能动性，拓展控制系统模型的设计 能力。开放性好，培养综合素质和其它课程实验装置相比， 此平台的电机实验内容涉及面广，具有开放性和综合性的 特点。实验平台还可根据不同实验要求，增加相应的功能。创新性高，增强科研素养实验平台具有很强的开放性, 学生可以自由选题，自主设计，提高创新能力。另外可以 利用此实验装置进行控制系统的设计和仿真，最终应用到 工程实践中。4结语本文所述的电气控制综合试验平台设计成功后，已在 我院的现代电气控制综合实训室中投入使用。学生可在实 验台上自主设计调试出各种电气控制线路和plc应用程序, 并且形象生动的看到实际的控制效果。