电气控制系统设计论文范文

引言：寻求写作上的突破？我们特意为您精选了12篇电气控制系统设计论文范文，希望这些范文能够成为您写作时的参考，帮助您的文章更加丰富和深入。

篇1

因此，根据实际需求，在客厅配置控制面板1，在原有照明控制开关的基础上进行改造。控制面板主要配置:客厅射灯、灯带、主照明灯开关、餐厅灯带、门厅照明灯开关、主卧照明灯控制按钮、书房照明灯控制按钮、防盗控制开关、闹铃控制开关。上述设计可实现主人在离开客厅时开启主卧或书房的照明灯，关闭客厅照明灯。在书房门旁4配置主卧灯控制按钮、书房灯控制按钮，主人在书房完成工作后，开启主卧照明灯，关闭书房照明灯，进入主卧室。主卧门旁和床头配置照明灯控制按钮5，在卧室内对照明灯进行开、关控制。

在厨房配置燃气泄漏检测开关2，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。在次卧配置床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则进行铃声求助。

在入户门、阳台、各个窗户上安装检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。

在主人上班或孩子上学期间，合上客厅控制面板上的闹铃控制开关，通过手机与LOGO!通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。

设计部分插座具有现场手动与远程自动通电控制功能，利用手机进行远程控制，比如在厨房设计带旁通开关控制的插座，节假日主人在家，合上开关利用该插座插上电饭煲进行煮饭。在上班时间，断开该开关，利用LOGO!的输出二端点与此控制开关二端点并联，淘好米放入电饭锅后加入适量水，把电饭锅插在该插座上，快下班时，主人可通过手机与LO-GO!通讯，控制LOGO!的输出进而控制此插座通电进行煮饭。

2家用电气控制系统设计

根据产品功能介绍，该款家用多功能安防与电气控制系统需要8路数字量输入和三路数字量输出。系统控制器采用西门子LOGO!230RC控制器，控制器有8个数字量输入4个数字量输出。根据客户定制需求，可选用扩展模块采用一个LOGO!DM8/24R(四个数字量输入端口，四个数字量输出端口)。系统数字量输入资源分配为:I1主卧按钮，客厅、书房、主卧等处四个主卧按钮并联后接入，单次操作为开主卧照明灯，双次操作为关主卧照明灯;I2书房按钮，客厅、书房二个主卧按钮并联后接入，单次操作为开书房照明灯，双次操作为关书房照明灯;I3次卧床头求助按钮或盖被检测拉线开关，有信号时进行3秒求助铃声报警;I4燃气检测开关，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可进行远程监控、信息查询;I5防盗检测，门、窗等处七个检测开关并联后接入，有信号时进行10秒铃声报警，通过手机可远程进行信息监控查询;I6闹铃开关，有信号且达到设定时间则进行5秒叫醒闹铃服务;I7与I8防盗开关，I7有信号则进行时段报警，即主人入睡后当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，I8有信号则进行全天候报警，当I5防盗检测到信号则进行10秒铃声报警，报警信息通过手机可远程监控、查询，当I7与I8均有信号时，具有时段报警与全天候报警功能。系统数字量输出资源分配为:Q1主卧照明灯控制，Q2书房照明灯控制，Q3铃声控制，Q4插座控制。

3家用电气控制系统调试

(1)主卧与书房照明灯异地控制，采用单次按钮接通为开启照明灯，双次按钮接通为关闭照明灯。

(2)次卧床头求助按钮3，当家中有卧床老人时，通过按钮进行3秒铃声求助;对于家中有幼儿的，也可改为夜晚被子未盖好的检测信号，如被子偏离位置过大，检测开关则动作，进行3秒铃声求助。

(3)厨房燃气泄漏检测，检测到泄漏信号进行报警，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。

(4)门窗检测开关，在主人入睡后启动午夜时段报警，当有人非正常从门、窗进入时启动防盗10秒报警;在主人离家时，合上客厅控制面板上的防盗控制开关，10分钟后启动防盗报警程序，报警设计为铃声报警10秒。采用LOGO!0BA7模块，通过通讯主人可以利用手机远程进行信息查询。

(5)合上闹铃控制开关，通过手机与LOGO!0BA7模块通讯软件或LOGO!操作键设定早晨起床时间和午休起床时间，进行5秒钟铃声叫醒服务。

(6)厨房安装旁通开关控制插座，旁通开关断开时，插座受LOGO!的输出控制，程序采用利用存储器数据进行比较，当大于某数据时LOGO!产生输出信号接通插座通电，根据实际情况确定通电一段时间后自动修改存储器数据，使插座断电，以防电器通电时间过长产生安全事故。如，电饭锅由于使用年限较长，饭煮好后不能自动断电，长时间通电引起电饭锅导线过热绝缘损坏，很容易造成火灾。主人可通过手机与LOGO!通讯，改写存储器的数据，进而达到控制LOGO!的输出使插座通电。

篇2

 

可编程控制器（PLC）是在传统的顺序控制器基础上引入微电子技术和计算机技术而产生的，用来取代传统的继电器控制系统，执行逻辑控制、计数、计时、数据处理及联网与通信等功能。大量采用传统继电控制系统的设备通过改造或更新，成了PLC控制的自动化系统。同时，又因为PLC改造成本低、简单易用等，使其在教学实验及老企业设备改造上使用越来越普及。本文介绍在设计制作组合机床动力实验台的控制系统中PLC的应用。

1实验台及控制要求

组合机床是由通用部件和部分专用部件所组成的高效率机床。而实验台是组合机床一种重要的通用部件，可以根据不同工件的加工要求，通过电气控制系统的配合实现动力头各种动作循环。传统实验台采用继电器控制系统，一旦控制系统接线完成，则控制功能即固定，如要改变控制系统控制功能，必须对继电器控制系统的硬件电路重新设计、安装和接线，费时费力又复杂。采用PLC控制后，只要通过可编程控制器改变相应的控制程序，而不需对外部电路接线进行改动，即可适应不同的控制要求，方便、高效又可靠。

实验台液压系统的工作原理图如图1所示。实验台可以通过改变电气控制功能，满足动力头以下多种动作循环要求：

图1实验台液压系统工作原理

①动力头快进→一工进→二工进→停留→快退→原位停止；

②动力头快进→工进→快进→工进→停留→快退→原位停止；

③动力头快进→工进→停留→快退→原位停止；

④动力头快进→停留→快退→原位停止；

本文以第一种动作循环要求为例，说明PLC控制系统的设计过程。

设计的PLC控制系统的控制功能要求如下：

①能满足动力头上述第一种动作循环要求；

②快进、一工进、二工进、延时停留等各阶段都有相应的工作指示灯；

③终点停留方式可选（有压力继电器检压退回或时间继电器延时退回两种）；

④为确保安全，液泵电机有过载保护，动力头在任何中间位置都可通过手动按钮快速退到原位；

2硬件系统设计

采用SE-11R-EX型整体式小型PLC。该型号PLC采用AC110/220V或DC24V电源供电，有自带24V直流电源的15点输入接口及9点继电器输出接口。输出接口可直接控制负载220V的小功率交流电磁铁工作。PLC的输入输出配置如表1所示。

表1PLC的输入输出配置

由液压原理图可知，一工进、二工进是通过电磁铁3YA、4YA切断该液压分路来实现的。液压泵启动时3YA、4YA即处于通电工作状态。电磁铁动作顺序如表2所示。PLC控制系统的硬件接线图如图2所示。

表2电磁铁动作顺序

3软件设计

根据实验台液压系统的控制要求，程序按照如下动作顺序设计：

①用按钮SB4选择终点停留方式（按下SB4，采用定时器延时后退回；否则采用压力继电器检压退回，此时，终点行程开关ST3不起作用）。

②按下按钮SB2时液压泵启动，为动力头前进提供压力油。

图2硬件接线图

③按下按钮SB3，动力头快进。

④压下行程开关ST1，动力头转为一工进。

⑤压下行程开关ST2，动力头转为二工进。

⑥到终点压下行程ST3后动力头停止，延时计时开始。

⑦延时结束动力头快速回退，到原位时压下行程开关ST4，动力头停止。

程序采用PLC梯形图编写。该型号PLC输入继电器用I来表示，输出继电器用O来表示，中间继电器用S来表示。为使整个程序结构统一，方便阅读理解，该程序中所有自锁环节都通过中间继电器实现。

为了精简程序，提高编程效率，本程序采用了主控指令MCS和MCR，同时也起到了联锁控制的作用（即在液压泵没有启动时，后面的快进按钮SB3和快退按钮SB5不起作用）。程序中还用了很多中间继电器作为中间状态的记忆或过渡。

控制系统的梯形图程序如图3所示。本程序通过实际调试，使用效果良好。实验台在使用过程中如有不同的控制要求，可在不改动接线或改动很少的情况下，通过程序的改变来满足不同的控制要求，大大节省了安装调试时间，提高了效率。

图3控制系统梯形图程序

4结论

应用PLC实现电气控制，可以充分发挥PLC可靠性高、接线简单、易学、使用灵活等优点，所以，PLC在设备改造、研制中可以发挥越来越大的作用。

参考文献

1 廖常初. PLC编程及应用〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2002.

2 王也仿.可编程控制应用技术〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2004.

篇3

1 引言

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。

本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。

2 数控机床的电气化改造概述

2.1 数控机床的主要功能

数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：

（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；

（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；

（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；

（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。

2.2 电气化改造的总体方案

结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：

（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。

（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。

（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：

3.1.1 底层设备

底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。

3.1.3 远程控制终端

远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。

基于PLC的数控车床电气自动化改造框图

3.2 PLC电气控制系统的设计实现

本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。

4 结语

篇4

Abstract：On the basis requirements of the luggage specil escort vehicle technology, one kind of pressure flushing dejectas collecting tool was designed. It is used for the toilet bowl flushing and dirt collection. In order to achieve the strong discharge fuction, the flushing component tray, the dirt box and electric control system were improved in the design of the system. By the reasonable research and design, the function of the pressure flushing dejectas collecting tool was improved to meet the requirements of the users.

Key words：luggage specil escort vehicle；dejectas collecting system；pressure flushing

中图分类号： U469.1 文献标识码： A 文章编号：

0引言

在社会日益发展的今天，环境保护成为非常重要的课题，铁路客车的环境问题更是倍受关注。我国旅客列车直排式厕所，不仅污染铁路装备，而且危害沿线两侧环境，影响旅客及工作人员的身体健康。为了保护铁路沿线的环境卫生，保护旅客和工作人员的身体健康，同时提高铁路客车的技术装备水平，新造及检修客车均增设有集便系统装置。集便系统包括真空保持式集便系统、压力冲水式集便系统、间歇真空保持式集便系统、在线式集便系统、紧凑式集便系统及中转式集便系统等[1]。

本文根据用户要求，研究设计了一种适用于行包专列押运车使用的压力冲水式集便系统，该系统具有性能先进、结构紧凑、隔臭效果好、运行安全等特点。

1 压力冲水式集便系统工作原理及技术参数

压力冲水式集便系统是利用冲洗水的压力和污物重力将污物通过排泄阀从便器排到污物箱中【2】。压力冲水式集便系统由便器、冲水组件盘、冲水按钮、电气控制系统、污物箱等组成，如图（1）所示。系统工作循环过程为：按下冲便按钮电磁阀开启排泄阀开启出水电磁阀打开，水增压器内的压力冲洗水通过安装在便器内的喷嘴冲入便盆内，污物在冲洗力和重力作用下通过排泄阀排入污物箱，出水电磁阀关闭排泄阀关闭水增压器注水准备下一次冲洗气源两通电磁阀关闭，冲洗过程结束【3】。

图（1） 压力冲水式集便系统图

压力冲水式集便系统技术参数如表1所示：

表1 压力冲水式集便系统技术参数

2行包专列押运车集便系统设计

根据客户要求，行包专列押运车集便系统需设有强排装置。此要求的提出使行包专列押运车压力冲水集便系统与普通的压力冲水集便系统有所不同。为了满足要求，实现强排功能，设计中不仅需要对普通的冲水组件盘进行更改设计，还需要对污物箱、控制面板以及控制系统等做进一步的更改设计。

2.1冲水组件盘设计

冲水组件盘包括：①出水阀、②电磁换向阀1、③水增压罐、④过滤减压阀、⑤接线盒、⑥电磁阀2、⑦电磁阀3、⑧电磁阀4、⑨水过滤器、⑩进水阀、管接头等，其作用主要为便器冲洗提供经水过滤器过滤后的压力水和为系统提供过滤减压后的压缩空气【4】。过滤减压阀将进入系统的压缩空气减压至0.5Mpa，并将进入的压缩空气进行过滤处理，为阀、水增压罐和便器上排泄阀组成提供合适压力的、过滤的压缩空气。 电磁换向阀1控制水增压罐的进气、排气，冲洗时进气使水增压罐内的水增压，水增压罐上水时通过该阀排气。电磁阀2控制便器排泄阀的开关，冲洗时打开，冲洗结束后关闭。 电磁阀3控制水增压罐进水阀，进水时打开，水满后关闭。 电磁阀4控制水增压罐出水阀，出水时打开，冲洗完成后关闭。水增压罐利用压缩空气将水增压，为冲水喷嘴提供压力水。水增压罐上的液位开关控制水增压罐的上水量。出水阀在水增压罐通入压缩空气时打开，使压力水通过该阀经喷嘴喷出，实现压力水冲洗。

由于本车集便系统要求增加强排装置，强排工作的进行通过电动控制实现，因此，设计中在冲水组键盘上增设了一个电磁阀，如图（2）所示。该电磁阀通过对压缩空气的控制来实现对自动紧急排放球阀的开启与关闭。通过一根￠8空气管将该电磁阀与污物箱上的自动紧急排放球阀相连，当列车运行中污物箱100%指示灯亮而需卸污时，该电磁阀控制自动紧急排放球阀打开，从而实现污物的排泄；排泄完毕后，该电磁阀控制自动紧急排放球阀关闭。

图（2） 冲水组件盘

①出水阀②电磁换向阀1③水增压罐④过滤减压阀⑤接线盒

⑥电磁阀2⑦电磁阀3⑧电磁阀4⑨水过滤器⑩进水阀

试验证明，该冲水组件盘不仅能够顺利完成冲洗工作，当按下紧急排放按钮时，其新增球阀能够成功控制自动紧急排放球阀的开启和关闭。因此，该冲水组件盘设计合理，并能够满足用户要求。

2.2污物箱设计

污物箱是铁路客车不可或缺的设备，以吊挂方式安装在车体底架上，起到环保作用【5】。污物箱主要包括：两套2.5”球阀排空装置、检查口、箱体、接线端子、100%液位传感器、80%液位传感器、通气管、1”冲洗口、加热装置等。两套液位传感器，对箱内污水的液位进行检测，分别检测液位80%和100%。污物箱配有两个球阀排空装置。排空装置设有2.5”排污快速接头，该接头同通到污物箱底部的排污管连接，排污时只需将车站卸污装置接头同该接头相接，进行抽吸，即可将污物箱内污物排空；污物箱还设有1”清洗快速接头，连接上压力水可将污物箱冲洗干净。污物箱上设有两个液位开关，分别控制污物箱的液位80%和100%。液位到80%时，箱满80%指示灯亮，但系统仍能工作。液位到100%时，系统报警并禁止工作。污物箱上设有接线端子，污物箱上所有接线都通过该接线端子连接。

要实现污物的紧急排放，设计过程中在污物箱上还需配有自动紧急排放球阀，当列车运行期间污物箱满100%时，可通过电动控制将其打开，利用重力排出污物，以使便器系统继续使用。污物箱上增设强排装置，需要考虑污物箱周围的安装环境，防止现车安装时出现强排装置与其它部件干涉的情况。经过研究强排装置在污物箱上的位置如图（3）所示：

图（3） 污物箱

经现车安装证实，此污物箱的设计既避免了与车下其它零部件的干涉问题，还满足了行车过程中安全、可靠的卸污需求。

2.3控制系统改进

控制系统由控制盘和显示面板组成，用来控制集便器系统的运行和信号显示作用。控制盘上有PLC、电源模块、接线端子等。PLC控制整个系统正常工作，并进行故障诊断和处理。显示面板有DC24V控制电源显示、缺水报警显示、污物箱80%显示、污物箱100%显示、排空按钮及系统复位按钮【6】。

电气控制系统主要控制整个系统的运行和信号显示。PLC实现系统的冲洗循环、故障检测、防冻排空、加热等功能。具有电源指示、故障报警、液位80%、液位100%、手动开关、防冻排空开关、复位等显示和开关功能。冲洗循环按PLC内的设定程序执行，并通过检测排泄阀气缸上的两个接近开关、污物箱内装的两个液位开关、水增压器上的

液位开关来进行故障判断，并自动进行故障处理。

行包专列押运车集便器控制系统除了具有上述功能外还需增加强排功能，故在控制箱面板上增设了一个紧急排放按钮，通过与冲水组件盘上接线盒的电气连接来控制电磁阀动作，从而进一步控制自动紧急排放球阀的打开与关闭。

3结语

通过对压力冲水式集便系统工作原理及技术参数的介绍，并根据行包专列押运车的技术要求，研究设计了一种带有自动强排装置的压力冲水集便器。现车试验证明该集便系统性能可靠、使用安全，完全实现了列车运行期间污物箱满100%时，污物的自动紧急排放功能，为旅客及工作人员的旅途生活提供了极大的便利。

参考文献

[1]范青杨．集便器在中国轨道车辆上的应用[J]．城市轨道交通研究，2008，11（5）：15-17.

[2]余士顶．列车集便系统原理及常见故障浅析[J]．铁道机车车辆，2009，29（3）：63-65．

[3]田洋，王旭飞，康志涛．铁路客车加装改造集便装置方案[J]．北铁道机车车辆，2009，29（5）：74-76．

篇5

中图分类号：TK221 文献标识码：A

1 机电一体化集成装配装置概述

原有机电一体化集成装配装置主要由机械本体、控制系统、工控机测量系统、力传感器系统、真空系统和气动系统及工装等组成。由于工控机测量系统与控制系统是相对独立的一套系统，本论文将不论述。控制系统采用西门子840D和FM-NC数控系统来控制7个数字轴和2个模拟轴，其中840D系统控制7个数字轴（X、Y、Z、C1、C2、C3、W轴）的运动和处理力传感器的快速响应及相关实时控制，以及和工控机测量系统间的通讯和协调控制。FM-NC系统控制2个模拟轴(W1、W2轴)的运动，实现调姿机构的运动控制，从而达到对待装配工件的姿态调整。在上述的9个轴中，X、Y、Z、W、W1和W2轴是直线轴，C1、C2、C3轴是旋转轴，其中C1轴的旋转角度范围为0o～380o。W1、W2轴组成调姿机构，在调姿机构的下端装有拾取工件的真空吸盘和在移动过程中对工件起保护作用的气动手爪。W轴作为加载机构的加载轴在所有工件装配完成后对整个产品进行下压加载。C2轴作为装配工位，C3轴作为待装配工件放置工位装置的系统构成如图1所示，其中控制系统为SINUMERIK 840D数控系统（CNC），它包括：人机界面（MMC103）、机床控制面板（MCP）、数控装置模块（NCU）、SIMATICS7-300模块以及SIMODRIVE 611D数字伺服驱动系统，调姿机构由松下伺服驱动系统构成。FM-NC数控系统通过CPU315-DP模块提供的一个MPI总线接口，与840D采用MPI通信总线的方式对MMC103实现共享。

2 优化基本指导思想和改进思路

原有装配装置研制出来后，经过功能性试验，证明其基本功能已达到当初的设计要求，但由于所装配产品的特殊性，以及试验中暴露出来的问题，需要对装置作进一步的优化和改进设计。优化和改进的基本指导思想是，在不削减原有装置的功能的基础上，通过优化和改进设计，提高装置的安全性和任务可靠性，适当简化控制系统结构，使其硬件结构更紧凑，控制过程更简便。改进思路是，根据安全性和任务可靠性分析，在电气控制系统的电路结构上，根据可靠性设计方法，适当采用降额设计或冗余设计等技术来提高任务可靠性，同时增加一些安全检测部件来提高其安全性，并在软件设计中相应增加一些故障诊断和报警信息；通过优化，将原来较为繁琐的两套数控系统控制简化为一套数控系统来控制，从而既降低了应用软件的开发难度，使控制更易于实现，也减少了工作量，提高了工艺程序的灵活性，并且消除了两套系统间数据交换出现错误的隐患。

3 电气系统的优化和改进设计

3.1 冗余设计

针对气动手爪的张开和闭合以及真空吸具的吸合采用了工作冗余设计，以提高气动手爪和真空吸具工作的可靠性和产品装配过程中的安全性。其电路设计如图 2所示。为了防止气动手爪和真空吸具的误动作，在气动手爪不应该闭合的时候闭合或在不应该张开的时候张开，以及在真空吸具不应该吸合的时候吸合，同时又要求它们在应该动作的时候可靠地动作，在电路设计上采用了对同一个信号进行双模块输出控制，甚至对安全性要求更高的气动手爪闭合信号采用了混合并联冗余设计，针对每一个输出信号所控制的继电器也采用了并联冗余，但在继电器触点控制电路上又采用了串-并联设计或并-串联设计。

在图2中Gn和Gn+1是两块完全一样的SIEMENS DO模块，两个模块的对应输出点信号都是相同的，且两个模块同时工作。每个信号输出点所控制的两个并联继电器中只要其中一个继电器小失效，就能得到装配任务所需要的输出信号。尤其是对于气动手爪闭合信号，只要两个模块中有一个模块小失效，或者两个模块中非对应的两个输出点小同时失效，就能得到该输出信号。

3.2 抗干扰设计

在机电一体化系统中，既包含有高电压、大电流的电力电气设备，即强电设备，又包含有低电压、小电流的控制与信息处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备产生的电磁噪声会对弱电设备造成极大的干扰，弱电设备之间也可能互相进行信号干扰。同时，供电系统以及环境电磁噪声也会对弱电设备产生严重的干扰。由此可见，电磁噪声的干扰是机电一体化设备中产生元器件失效或数据传输、处理失误、进而影响其可靠性的最常见和最主要的因素，因此抗干扰设计在机电一体化系统的可靠性设计中不容忽视。主要运用了以下几项技术来进行抗干扰设计。

3.2.1 屏蔽技术

屏蔽技术可抑制电磁噪声沿着空间的传播，及切断辐射电磁噪声的传输途径。在装置中，除了380V和220V电源电缆之外，其余电缆均使用了带屏蔽层的电缆，从而既隔断了本身信号对别的信号的干扰，也隔断了别的信号对自己信号的干扰。

3.2.2 接地技术

接地在电气控制系统的电路设计中充当着一个重要的角色。“地”为电路、系统提供了一个参考电位，电路、系统中的各部分电流都必须经“地线”或“地平面”构成电流回路。在本装置中，分别设计了保护地线、工作地线和屏蔽接地。其中，保护地线是将电气控制柜柜体、操作台机壳和装置本体都可靠接地；工作地线采用单点并联接地方式，很好地消除了共阻抗干扰；屏蔽接地是将所有的屏蔽电缆的屏蔽层通过接地线可靠地接到同一个接地铜排上，电源变压器和隔离变压器的屏蔽层接到保护地线。

3.2.3 滤波技术

滤波器是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络，可以插入传输线中，抑制不需要的频率进行传播，能较小衰减地通过滤波器的频率段称为滤波器的通带。通过时受到很大衰减的频率段称为滤波器的阻带。为了抑制供电电网系统和装置周边环境用电设备所产生的电磁噪声对控制系统和驱动系统的影响，在SIEMENS840D 数控系统和SIMODRIVE611D数字伺服驱动系统的电源前端，以及松下模拟伺服驱动系统的主电路上分别设计了电源滤波器。除此之外，为了抑制电气系统中弱电器件的互相干扰，还采用了浪涌吸收器等措施。

3.3 热设计

制造电子元器件时所使用的材料有一定的温度极限，当超过这一个极限时，物理性能就会发生变化，元器件就不能发挥它预期的作用。元器件还可能在额定温度上由于持续工作的时间过长而发生故障，故障率的统计数据表明电子元器件的故障与其工作温度有密切关系。一般情况下，在高温或负温条件下元器件或电路容易发生故障。半导体元器件故障率随着温度的增加而呈指数上升趋势，其电性能参数，如耐压值、漏电流、放大倍数、允许功率等都是温度的函数。在本装置中，SINUMERIK840D数控系统、SIMODRIVE 611D 数字伺服驱动系统、松下模拟伺服驱动系统、可编程逻辑控制器（PLC）以及它们的电源都是模块化结构。每个模块内都有大量的电子元器件。在工作时，这些模块内的电路会产生大量的热量。虽然自身发热量较大的模块一般都安装有冷却风扇，或者设计了空气对流散热孔，但整个电气控制柜由于防护等级的需要是一个封闭的环境，工作时元器件产生的热量将会使柜内温度升高很多，从而影响部分元器件的正常工作。基于此原因，对电气控制柜和操作台进行热设计时，对控制柜采用了用强制制冷设备（空调）进行冷却的方式，使柜内温度维持在元器件能正常工作的一个较佳温度范围内，对操作台采用了安装带空气过滤器的冷却风扇进行强制风冷的方式。

参考文献

篇6

中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1006-5962（2013）02-0027-02

高职机电一体化专业课程设置的培养目标是：面向工业企业生产现场，电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司，培养适应社会需要，全面发展，适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才，主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等，本专业有五个主干学科：电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程，都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。

1自动化生产线的课程设置

机电一体化专业人才培养能力有：识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制，后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到：机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程；能力目标有：对已安装的机械手机械部件进行测量；对机械手的气路进行基本调试；根据故障现象判断故障部位；检查分析、找到故障点并分析解决故障；遵守安全操作规程；素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。

此核心课程以项目驱动教学开展课程教学，提升学生的职业能力，以具体自动化生产线为载体，融合认知、安装、调试和检测等内容，实现教、学、做、评一体化教学，突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体，采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程，涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域，设置六个学习情境：零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试，分成20个任务。

项目一：供料站的安装，有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务；项目二：加工站的安装，设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务；项目三：装配站的安装，设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务；项目四 ：分拣站的安装，设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务；项目五：输送站的安装，设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务；项目六：整体运行调试，有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。

2自动化生产线的教学方法与评价设计

2.1教学方法。

（1）讲授法：讲解项目任务，传授项目任务相关的知识点，针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。

（2）现场教学法：在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践，提高职业氛围，在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。

（3）任务驱动法：将教学过程融入项目任务中，让学生自主讨论分析实施，学生在工作过程中得到知识。

（4）小组讨论法：学生每六～八人为一个小组，小组讨论分析，讨论解决，分工协作完成项目任务。

六步教学实施：明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标，注意观察和记录小组对现象分析情况，解答学生提出的问题，对跟主题分析偏离太远的小组予以引导，让学生自行摸索，在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正，最后老师组织小组进行故障排除工作汇报，互评，并对每组进行考核评价，再引导学生自行总结。

2.2评价设计。

课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式，利于理论联系实际，有利于学生的学习创新和思考，更督促他们到实际中去发现和改进，去寻找合适自己的项目和课题。

课程考核为：校内项目，企业，综合实训三大类。当堂课的考核有：教师考核、小组互评、小组自评；教师考核内容为五项：任务分析情况，实施方案制定，任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。

和很多专业课一样，多种教学方法和全面的评价方案，有效保证了教学效果。

3相关课教学

3.1电机与电气控制的教学。

本课程以发电机为主题，以工作任务为导向，以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程，用实物进行直观性教学，使学生感性认识强，理性认识够。

典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制（或三相异步电动机Y-降压启动）、机械手控制等。

课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号；了解个元器件的工作原理和使用方法；把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求：两台电动机都存在重载启动的可能，任何一级传送带停止工作时，其他传送带都必须停止工作，控制线路有必要的保护环节，有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。

3.2PLC教学。

PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称，早期是一种开关逻辑控制装置，随着计算机技术和通信技术的发展，其控制核心采用微处理器，功能有了极大扩展，除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外，还有过程控制，数据处理，通信联网与显示打印，PLC接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。

PLC有5种编程语言：

（1）顺序功能图（SFC）。

顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态，这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。

（2）梯形图（LD）。

梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号，是目前用得最多的一种PLC编程语言。

（3）功能块图（FBD）。

功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，与数字电路中的逻辑图一样，极易表现条件与结果之间的逻辑功能。

（4）指令表（IL）。

采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表，使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC，在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。

（5）结构文本（ST）是文字语言。

编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容，中间加以不同的应用实例：顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理，使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计，LED数码管显示设计，还经常根据继电器电路图设计梯形图。

增加的学习情境还常有如下任务：洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制；寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。

3.3单片机。

单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面，在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域也都有广泛应用。

数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句，以实例应用为线索：单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。

教学采用ISP-4单片机实验开发板，可以完成大量的单片机学习、开发实验，对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机，有程序下载功能，可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。

3.4变频器技术及应用。

变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术；掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围；掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术；了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统，掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等，是强电应用和现代技术推广的有力体现。

3.5传感器与自动检测技术。

传感器技术代替人的感观，在各种环境下应用，检测技术是一套有效的反应体系，包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能，并能正确选用，了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成，对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案，能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。

教学过程进行小论文制作，让学生提高计算机应用水平，使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。

4毕业论文指导分析

毕业论文专业联系实际，通常小型自动化系统以单片机为主，大型自动化生产线以PLC为主，系统运行动力离不开电机，观察离不开传感器，调速可用变频器，综合所学，学生的论文涉及广泛，有效教学可对应从如下方面侧重指导。

4.1立意选题。

根据实际和研究方向做好侧重和体现，如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性，“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。

4.2材料整合。

在任务要求明确的基础上，首先确定相关技术指标，对应查找并列出论文结构，一份毕业论文至少含有三到五门课的内容，对应于研究方向进行相应编排和取舍。

4.3技术处理。

所搜集图片的背景往往有水印，要去掉，图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五，注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。

多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生，系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生，专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。

参考文献

[1]吕景全.《自动化生产线安装与调试》，中国铁道出版社，2010年7月

[2]马玉春.《电机与电气控制》，北京交通大学出版社，2011年1月

篇7

1　实验环境建设的指导思想

“机电系统综合实验”是我校近几年开设的集中综合性实验课程。它是集机械设计、数控技术、模拟与数字电路、控制工程、检测技术、计算机控制、机械制造等多门课程知识综合应用的、实践性很强的一门课程。我们现在开设这门课程中所使用的设备包括计算机、计算机接口板和数控X-Y工作台，其控制系统的架构单一、被控对象较少，学生只能被动的使用指定的控制器、功能模块，针对单一的对被控对象构建机电控制系统，这使得学生不能自行选择被控对象和自主设计控制系统，束缚了学生创造性思维的发挥，同时也限制了实验内容的展开。

为了改变上述状况，结合学校近期开展的三期本科评建的机会，对该课程的实验环境进行改造，其主要工作是建设一个具有重组功能的机电系统综合设计平台[3]，该平台可提供多种控制器和检测元件，可支持尽可能多的被控对象[2]。为此，在建设过程中采用模块化设计[7]，使得基于该平台的综合实验便于功能模块的组合、扩展，也便于检查、维护及调试。学生在这个平台可针对不同被控对象，灵活地搭建各种控制系统。利用该环境既可开设机电控制系统的一般原理性、验证性实验，又可完成较大型的综合及设计性的实验。由于该环境被设计成开放性的平台，学生还可根据自己的兴趣爱好，自行设计并完成各种机电控制系统的实验。

2　实验环境的设计与结构

要达到上述目标，在建设时就要考虑到实验环境要具有可重组性和开放性。因此，在设计时按功能模块将环境分为六大部份，即电源模块、控制器模块、基本功能模块、传感器模块、驱动模块、被控对象模块，每个模块采用组件式结构，如图1所示。

2. 1　电源模块

安装各种实验所需的电源:交流220 V、直流24V /5V，为了学生的人身安全，本模块应设置电源总开关并进行可靠的接地处理，同时各电源的要有指示灯，以方便学生接线用。

2. 2　控制器模块

主要用于安装各种实验用控制设备，学生可根据不同的实验内容、要求、兴趣，选择不同的控制设备。如计算机、单片机、工控机、PLC可编程控制器，在这个区域还应设计相应的接口电路，为各个控制设备提供相匹配的各种控制信号。

2. 3　基本功能模块

该模块的主要作用是能提供诸如I/O接口、中断信号、定时/计数器、A/D、D/A转换等功能，同时还能提供显示器、纽子开关、按键，并预留电阻、电容、二极管、三极管、晶振插孔以及各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座[6]，并能提供8路数字信号、2路模拟信号(电压从0~5 V)、两路正负脉冲信号，其频率从1Hz~20 kHz连续可调，用于模拟数控机床及各种外部设备和各种传感器输入信号。

2. 4　传感器模块

该模块的主要作用是提供尽可能多的传感器及其接口，如:提供光电编码器、接近开关传感器、光敏二极管、光敏三极管、压电陶瓷传感器、热敏电阻、热电偶、直线位移传感器、霍尔传感器等。同时，该模块还配有相应的各类传感器的信号处理电路。

2. 5　驱动模块

该模块的主要作用是能提供:

(1)隔离电路。在工业控制中，为了去除干扰，同时为了系统的安全，输入、输出信号的隔离是非常必要的，本模块可设置多路光电藕合器隔离电路。

(2)驱动电路。包括直流电机的驱动电路、步进电机的驱动电路等。

2. 6　被控对象模块

该模块的主要作用是提供被控对象。在该模块中可提供齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器以及其它机械构件，同时也可提供诸如灯、发光二极管、继电器等电器设备。电机在机电控制实验中是必不可少的。本系统设置了一个步进电机以及一个直流伺服电机。

3　特　点

由于本实验平台采用模块化设计理念和组件式的架构原则，虽然结构简单，然而在进行功能组合时十分方便，最突出的特点是改变了原有实验控制设备单一、控制手段缺乏、被控对象不足等状况，也改变了原有实验单一死板的实验内容，对实验方案可进行灵活多样的变化组合。具体特点如下:

(1)操作简单、灵活、方便。　学生做实验时可根据实验所需灵活地选择各个模块中的不同组件[1]，不必过多的考虑与实验关系不大的其他技术环节。这样，既调动了学生的学习积极性和创造性，又提高了实验效率。

(2)学生可根据不同的课程来选择不同的实验内容。　由于在各模块上可以任意选择、安装实验所需的组件，因此使得学生可以直观地了解控制系统构成的各个组成部分的细小环节，掌握各种元器件在使用时的接线和控制方法，解决了已往实验设备整体封闭、学生只能通过外部来了解系统，而对系统中各环节动作的工作原理不能直观了解的缺点。

(3)满足多层次的需求。　由于该环境是开放的，它既可搭配简单的控制电路，又可构成较复杂的控制系统，因此该环境具有随机实验环境的特点。学生可就同一实验内容，设计多种不同起点、不同路径的实验方案[4]。让学生自主选择实验模式，设计实验方案，并为他们提供多次实验机会，可以使学生通过不同途径、不同方式进入同样内容学习的环境，从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解，同时也满足不同层次学生学习的需要[5]。

(4)满足学生个性化的要求。　自拟实验方案，自主确定实验仪器和设备。

(5)留有拓展空间。　该实验环境预留了各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座，可组成各种控制电路，给学生留有广阔的设计空间，为学生设计并实现完成不同功能的各种控制系统创造了条件。

(6)一台多用。　通过对这些不同设备的使用，提高了本实验环境的综合实验性能，实现了设备一台多用的目的。

(7)可以灵活组合。实验功能板具有固定线路与灵活组合相结合的特点。选择电源模块、控制器模块、基本功能模块、驱动模块、被控对象模块，就可构成开环控制系统，在此基础上增加检测模块就可构成一个半闭环或闭环控制系统。

(8)可用于创新实践的开发。　如各种创新机器人大赛先期的设计及调试工作可在该环境下进行，既缩短了设计周期，又降低了开发成本。

4　可开出的实验项目

(1)步进电动机控制系列

软件环形分配器的设计实验

硬件环形分配器的设计实验

光电隔离电路设计实验

驱动电路的设计实验

步进电动机正反转控制实验

步进电动机调速实验

(2)数控机床电气控制系统综合实验系列

控制系统设计实验

扩展程序存储器和数据存储器实验

设计显示电路和键盘电路的实验

扩充I/O接口电路的实验

其他辅助控制电路设计实验

伺服系统控制电路设计实验

(3)数控机床运动轨迹控制综合实验系列

数控技术逐点比较法插补算法实验

刀具运动轨迹的控制实验

(4)工业控制、传感器综合型实验系列

小型立体仓库模型控制系统设计实验

模拟普通机床数控化改造实验

模拟工业机器人机构与伺服系统设计实验

自动分拣系统的设计及控制实验

单轴运动半闭环系统设计实验

教室的灯光管理实验

自动检票系统设计实验

(5)可编程控制器实验系列

基本指令编程练习

三层电梯控制系统的模拟

四层电梯控制系统的模拟

机械手动作的模拟

LED数码显示控制

五相步进电机的模拟控制

十字路通灯控制。

5总　结

利用具有可重组功能的计算机控制平台，为完成机电控制方面的实验提供了一个很好的环境，使复杂、烦琐的工作变得简单、灵活、方便，使原来的只能完成单一实验的设备经过整合、二次开发，能满足多门课程的实验教学需要，实验的深度与广度可根据需要作灵活调整。由于环境建设采用组件式结构，更换便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只要在各模块中添加所需部件即可。各模块图线分明、标识清楚、作用明确，使使用者操作、维护方便。

例如，选择一套步进电机、齿轮减速器、滚珠丝杠螺母副、连轴器、光电编码器等，就可构成一维单轴运动半闭环控制系统;若选用上述两套设备就可构成二维X-Y传动系统;如果选用三套，就可构成三维立体传动系统，可完成诸如小型立体仓库、数控机床运动轨迹控制等综合实验，并为开展较大型的综合性实验提供了可能。另外，对目前学校已购置了慧鱼创新机构设计平台，我们可以利用该环境对其控制系统进行改造，即可以用单片机进行控制，也可以用微机等其它设备进行控制;既可用汇编语言，也可用C语言或其他高级语言来进行控制程序的设计与编码。这样使学生熟悉了各种控制器的设计方法，提高了他们对电气控制系统的设计能力。同时该环境也为课程设计、毕业设计、学生课外科技活动等提供了实践创新的平台。开发现有实验资源，加强实验室建设，改进实验教学方法与手段，实现理论教学与实践的有机结合，只有这样才能充分实现学生知识——能力的迁移、转化和创新，这对培养人才具有十分重要的意义。

实践证明，综合实验室的建设与功能开发，在实践教学改革中发挥着越来越重要的作用。我们将进一步拓展实验教学时空、创新实验教学方法，提高实验教学质量，为全面提高人才培养质量奠定坚实的基础。

参考文献(References):

[1]　蔡亚萍.综合实验设计[J].科学教育研究， 2001(9): 35-36.

[2]　胡春光，王　仲，杨燕罡，等.一种新型测控综合实验台的研制与开发[J].实验技术与管理， 2003， 20(3): 24-27.

[3]　慕　强.在综合实验教学中培养学生的研究开发能力[J].实验室研究与探索， 2004， 23(10): 8-9.

[4]　周　雅，王春霞，罗军明，等.材料科学综合实验课新探[J].南昌航空工业学院学报(社会科学版)， 2005， 7(1): 87-90.

篇8

中图分类号：TD64 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0003-02

车载控制电源作为电力机车控制系统的重要组成部分，一旦出现故障将导致整个列车控制系统的瘫痪，将会对行车安全造成无法预计的严重后果。针对这种情况，研制出一套具有能够实时准确的监测及预测诊断车载控制电源的实时运行情况，是当前保障电力机车安全运营急需解决的问题。车载控制电源系统包含了整流、逆变、变压、控制等多个子系统，再加上系统自身的寄生参数对整体性能和系统稳定性都起着决定性作用，而这些子系统的寄生参数相互之间有着紧密的耦合关系。所以，使用传统的系统故障诊断方法不能够对车载控制电源进行全面实时的诊断。

针对目前存在的问题和控制电源自身的故障诊断计算量大，子系统寄生参数的分析方法不明确的问题。提出了使用分布式故障诊断的方法，将整个车载控制电源系统分割为相互之间有一定独立性的不同子系统，分割之后可以针对不同子系统采取各自最有效的故障诊断方式，不需要考虑其他子系统的结构和参数。系统诊断的复杂程度得到了大大的降低，与此同时可以针对特性不同的子系统采取更加准确有效的诊断方法，从而系统诊断的可靠性和准确性得到了大大的提高。[1，2]

一、故障诊断方法及建模

（一）分布式诊断原理

（二）车载控制电源的电路结构

电力机车的电气控制系统都需要车载控制电源来进行供电，其是机车控制系统的重要组成部分。它性能的好坏与电力机车的安全运有着直接的关系。伴随着机车控制技术的逐步提高，控制系统精细程度的不断增加，由直流稳压电源直接供电的子系统也在不断的增多。尤其是各种控制、检测设备的大量使用，控制电源保证无故障运行就显得越发重要。[2，4，5]

对上面提出的车载控制电源故障关系图，我们分成如下三个步骤：

1.将系统分区为不同级。将模型中的反馈环分配给分区中的各级。

2.建立对应于系统循环因果模型的非循环因果模型。

3.建立的非循环因果模型的分区。

经过以上三步，通过优化系统的分区，使他们变成相互独立的故障区，来实现结构简单、计算准确高效和诊断稳定可靠的分布式故障诊断系统。[3，6，7]

二、诊断系统整体结构

基于前面的理论研究工作，采用了分布式的设计思想，针对列车的实际运行环境中具有的三大特点：运行中电磁干扰非常严重、机械震动大、温湿度条件苛刻。因此在故障诊断系统设计的时候，除了诊断系统自身需要得到绝对可靠的保障之外，还必需要一些附加的电路来对采集到的信号进行信号不同的调理，以确保故障诊断过程中使用到的信号的可靠性。考虑到以上的种种因素，我们进行了车载控制电源故障诊断系统的初步设计。系统的基本结构框图如图3所示，图中的虚线框中是为以后增加子模块预留的扩展接口。

三、试验结果

分布式车载控制电源故障诊断系统目前有样机正在线上运行，经过了两年的试验运行，一共诊断出各种故障68次，下面对试验运行过程中诊断出来的故障进行对比分析。

试验证明，分布式故障诊断系统车载110V控制电源上的能够较准确的起到诊断的作用，其诊断精度及稳定性已具备工业推广的要求。

四、结论

本文提出了一种新型的车载电源故障诊断方法—分布式故障诊断，采用该方法试制出来的实验样机运行结果良好，基本达到了预期的准确可靠诊断的目标，具备工业推广的价值。

参考文献：

[1]王儒.新型控制电源研究[J].电气技术，2008，1：54-59.

[2]阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社，2000，1.

[3]史平君.实用电源技术手册电源元器件分册[M].辽宁科技出版社，1999，1.

[4]周桂发，陈特放，崔晓庆.机车在线故障诊断专家系统研究[J].长沙铁道学院学报，2002，20（1）：105-112.

[5]阮新波，严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].科学出版社，1999，9.

[6]吴明强，史慧，朱晓华，等.故障诊断专家系统研究现状与展望[J].计算机测量与控制，2005，13（12）：1301-1304.

篇9

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）04-0027-03

在生产领域中，产品的质量以及生产过程的稳定性与原料的配比精度有着最为直接的关系，而PLC的称重给料控制系统的设计，不仅可满足其精度要求，而且有利于生产效率的提高和产品质量的提高，从根本上实现企业的效益。因此，对PLC的称重给料控制系统的设计进行探讨有其重要的价值和意义。

1 系统的设计原理

基于PLC的称重给料控制系统，其所用到的方法和原理相对简单，而且具有很强的适应性。在设计时，其主要通过模拟调节器来进行，结合相关的数字运算，确定其相关的给定值，具体的计算方法如下：

式中：PVnf为当前滤波输入值；Dn为微分运算值；EVn为当前偏差；EVn-1为前一次偏差；KP为比例常数；Dn-1为上一次微分运算值；SV为设定值；PVn为当前采样值；α为输入滤波常数。

根据以上的程序设定，当系统发出指令时，若是输入值PVnf比设定值大时，那么就要通过正作用执行PID算法，反之，则通过反作用执行PID算法。

2 系统设计

基于PLC的称重给料控制系统是一种用于工农业（如水泥、钢铁、玻璃、煤矿、制药、饲料等行业）自动化称重配料设备的控制系统，通常是由带有自动配料算法软件的计算机（微机）组成，该系统的应用，既可以节省大量的劳动力，提高企业生产效率，而且可以为企业的生产带来巨大的效益。另外，在实际生产与应用中，还可以根据不同物料的配料，定制和设计相应的控制系统，为企业发展提供完善的解决方案，满足企业的发展需求，具体的设计如图1所示：

图1 系统设计图

2.1 系统操作程序

在工矿企业中经常遇到这样的原料入库配料系统，工艺流程图如图1所示，系统中所用原料分别是粉矿岩、铁粉、石灰石，它们均来自各自的原料堆场；混合料来自预配料系统，混合料实际上是石灰石和粉砂岩按一定比例混合得到的。在实际运行中，粉砂岩、石灰石、铁粉三种原料均由皮带输送机1从各自的堆场送到分叉溜子2，再由可逆皮带机3将物料分别送至4、7、10号料仓中。可逆皮带机正转（向右），且分叉溜子2在右边下料，则石灰石物料送入料仓10中，若可逆皮带机反转（向左），且分叉溜子在左边下料，则粉砂岩或铁粉进入料仓4或7中。混合料单独由皮带机21直接送入混合料仓22中。料仓下设备5、8、23为出料皮带机，该皮带机的转速可调，从而调节入库的喂料量，即调节物料的下料量。

出料皮带机下设备6、9、12、24为称重喂料机，称重喂料机的称重信号经质量自动控制系统来调节出料皮带机的转速，从而自动调节入库喂料量及几种喂料量之间的比例。称重喂料机下为入库皮带机25，经过可逆皮带机31，再经回转阀32，物料喂入粉库内。可逆皮带机25正转（向右），使物料喂入粉库，可逆皮带机反转（向左），物料流入装料汽车。正常情况下，喂料输送系统运行时，混合喂料装置21、23、24及铁粉喂料设备1、3、8、9工作。下料皮带机23与称重皮带机24组成闭环系统，保持混合料下料恒定。下料皮带机8与称重皮带机9组成闭环系统，保持铁粉下料恒定。

物料在分库内混合时，其成分为细度和化学成分合格的生料粉。对生料粉取样化验，若符合要求，则系统稳定运行。若化学成分不满足要求，系统必须调整，偏差较小时，可改变混合料或铁粉的下料量，偏差较大时，可增加一定数量的石灰石或粉砂岩，此时，石灰石或粉砂岩系统投入运行，使出库生粉达到规定值。

2.2 监测系统

在设计监测系统时，需要结合以下控制要求来完成：

2.2.1 物料流程要求：各个设备之间联锁，起动顺序逆着物料流向，各设备的起动有一定的时间间隔。停止顺序顺物料流向，相互之间也有一定的时间间隔，停车时，前后两个设备的时间间隔由一个设备的运行速度及设备长度决定。总之，在正常停车后，希望各设备上的物料全部输送完毕。

2.2.2 正常运行时，入库物料为混合料及铁粉，此时设备21-25、1-3、8-9、31-32运行，分叉溜子打开左边，皮带机3反转。

2.2.3 当需要调整物料配料时，若设备5、6运行，粉砂岩原料入料，设备11、12运行，高品位石灰石原料入库。

2.2.4 粉砂岩、铁粉、石灰石是否需要，根据选择开关而定，可逆皮带机31的运行方向也需选择而定。

另外，在具体的设计时，第一，要根据控制要求，进行原料入库系统的PLC控制系统设计，

I/O连线图以及PLC硬件配置电路；第二，要根据控制要求，编制原料入库系统PLC控制应用程序；第三，编写设计说明书，内容包括：设计过程和有关说明；基于PLC的原料入库系统的I/O连线图；PLC控制程序（梯形图和指令表），并调试直至符合要求；另外，其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题以及解决方法、对本次设计的认识和建议等。5、8、11、23――下料皮带机；6、9、12、24――称重喂料机；1、21、3――入料仓皮带机；25――入库皮带机；31――可逆皮带机；33、34――喂料皮带机；35――密封风机；2――分叉溜子；36――库分传动；32――回转阀。

2.3 电气控制系统

初始状态：初始状态各阀门关闭，传感器H.I.L为OFF启动操作：按下启动按钮SB1定时器开始计时，同时阀门X1打开，3s后液体到达液面L，低液面显示L1亮（传感器L=ON），3s后液体到达液面I，中液面显示L2亮（传感器L=ON），控制阀门X1关闭，阀门X2打开注入液体B，在经过3s后，到达液面H，高液面显示L3亮（传感器H=ON），控制阀门X2关闭，搅拌机开始工作，显示灯L5闪烁3s后，搅拌结束，控制阀门X3打开，液面下降，7s后液体放空，控制阀门X3关闭，一周工作结束，控制阀门X1打开继续循环工作。停止操作：按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后才停止操作。

3 优化系统设计

3.1 优化程序设置

由于PLC的运行主要通过程序来实现，并且与各种传感器结合，全面完成整个系统的监控，一旦系统出现故障时，需要仔细确定输入点和正常时的区别与不同，或者使用编程软件进行监视，以此确定不能配料，PLC正常运行，上位机对数据可以读/写，PLC输出点有输出。

3.2 优化系统模块

首先，系统重量检测模块的设计需要采用压力传感器来检测，要求其主要的输出电压范围在0～21.6mV之间，采用A/D变换模式，将输出电阻控制在351，并且通过AD623芯片，将系统所需要的信号放大50倍。其次，数据转换功能模块的设计要通过变频器将PLC计算得到的数据进行转换，使其成为模拟信号，控制下料电机的转速。最后，参数检测模块在电机运行时经过485接口，将相关的功率、电流以及效率等数据进行转换，并且传送给上位机以及PLC。

4 结语

总而言之，基于PLC的称重给料控制系统主要是以PLC为控制中心，配置相关的操作程序，保证系统的自动运行，实现系统的自动监测。一般而言，整体系统属于一个闭环控制，利用编程方法，结合功能扩展，优化流程设计与接口设计。

参考文献

[1] 董军豪，杨孝虎，刘彦滔，马光，赵晨.可编程控制器在煤矿应用的安全性研究[A].煤矿自动化与信息化――第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（下册）[C].2011.

[2] 李克俭，侯鸿佳，蔡启仲，李丹丹.PLC装置用户基本指令编码与测试[A].中南六省（区）自动化学会第二学术年会论文集[C].2011.

篇10

Abstract: the industry automatic control realization of meaning. This paper Super9 (super 9) JuanYanJi as controlled object, in a brief overview PLC technology, and on the basis of detailed introduces the JuanYanJi 9 electrical control system reform, the purpose of the latest control technology and network communication technology applied to the reform process, improve the stability of the system and the machining accuracy.

Keywords: P LC; Cigarette level; Automatic control; transformation

中图分类号： TS452 文献标识码：A文章编号：

当前，随着烟草制造业重组的日益深化，烟草行业正面临着空前的压力和挑战，为了适应不断变化的市场形势，很多烟草设备急需改造，以期改造后的设备控制系统速度更快、精度更高、性能更稳定。卷烟机械是机械行业中比较特殊的一种成套设备，其由滤嘴、卷接、包装、装盘、大流量输出等设备组合而成，涉及机、电、气、液、光、核等专业领域，结构复杂，系统环节多，要求协调性比较强，而目前国内多数烟草企业所采用的卷烟机械投入生产已有十几年，机组电气控制系统缺陷日益凸显，机组控制方式落后，在一定程度上严重影响了卷烟厂的生产效率和产品品质。PLC作为一种新型的工业控制器，以其设计、安装、接线、调试工作量小，研制周期短，抗干扰能力强，可靠性高，故障率低，可维护强等优点，成为目前国内外自动生产线控制系统的首选控制方案，并在卷烟行业中得到大力推广。下面，笔者以Super9（超9）卷烟机为例，就如何利用PLC技术实现超9卷烟机生产线的智能化改造进行探讨，以期将最新的控制技术和网络通信等技术应用到改造过程中，提高机组系统的稳定性和加工精度。

1PLC控制概述

所谓PLC，是可编程逻辑控制器(Programmab leLogic Controller)的简称，其采用的是计算机的设计思想，起初只能进行逻辑运算，主要用于顺序控制，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，以及工业自动化控制愈来愈高的需求，PLC在速度、功能、智能化模块及联网通信等方面有了很大提高。现在的PLC已不只是开关量控制，并同时具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等功能。当然，PLC也有自身其局限性，如无法向操作者显示动态的设备状态参数，无法进行大批量数据的存贮与转化，尤其是当系统工艺改变时，无法方便、快速地改变相关参数、配方。因此，在稍复杂一些的控制系统中，PLC常与工业控制计算机配合使用，实现完整的控制功能。

2 超9卷烟机改造指导思想

据资料现实，当前很卷烟机的有效作业率不足65%，以超9卷烟机为例， 因历史的局限性，该机主要存诸多问题，如，控制方法落后，使用元件多，电路系统复杂，故障率高等、维修工作量大、停机时间长等，此外，还有人机界面简单、参数设定不方便、统计不完善等，以上问题严重妨碍了设备有效作业率的提高，因此对超9生产线进行改造极为必要。综合当前控制领域的水平与发展及卷烟级运行的实践分析，确定超9卷烟机组改造的指导思想主要如下：机电分离，集中控制，实时监控。其目的主要是为了实现电气控制系统与机械系统结构的上相分离，以利于机电系统的维护及修理。将分离式硬件逻辑控制系统改为模块化集中控制，以提高包装机控制水平，增强系统的可靠性；运用智能化技术对包装机运行进行实时监控，给操作工以指导。

3控制系统改造设计

3.1 总体结构

系统采用上、下位机控制结构。由于原超9卷接机组的电控系统由于8085微处理器及继电器控制组成。因8085 微处理器功能的局限性, 整条生产线采用了多块辅助电路板多CPU。新的电控系统包含逻辑控制部分及生产统计数据采集部分两大功能，前者能较好地连接原系统的输入输出点, 除继承原功能外, 还必须注意设计的通用性、可靠性及可维护性，拟由 P LC实现。PLC如可执行顺序控制、逻辑判断、定时、计数及运算等功能, 并可通过数字和模拟的 I/O 组件对各种机械运动进行控制，且具备数据采集和生产统计功能，功能强大。但因PLC较难实现人机交互界面, 因此拟由其作为下位机，上位机采用工控机，其功能为显示统计结果及采集的数据。采用此设置，具有设置参数方便、人机交互界面画面美观的优点，且能为企业局域网提供接口。

3.2 系统组成

3.2.1 硬件方面。上位机为工控机，下位机为西门子 S7-300PLC，变频器选用德国LENZE 8210系列，其系统整体结构框图详见图1。其中，西门子 S7-300主要由如下模块构成，即CPU 模块（CPU314，为P LC核心模块）、信号模块、接口模块、功能模块、通信模块、电源模块及编程设备等。P LC的输入信号是来自开关、故障信号及经过逻辑电路处理后的传感器信号，输出信号主要控制电磁阀、电机等。

3.2.2 软件方面。主要由上位机人机界面软件及下位机 P LC控制软件构成。上位机编程软件可采用VB开发设计出操作灵活、功能强大的人机界面，其功能为显示当前机器运行状态、运行速度及故障状态等。下位机编程软件可采用STEP7V512 , 其功能主要为完成系统的编程及组态。其中，上位机系统软件设计整体结构如图2所示，主要包含系统运行、系统参数设置、生产统计、故障监控、故障统计及电磁阀调试几大部分。下位机系统设计整体结构如图3所示，其功能主要为用来完成生产工艺的全部任务，主要包含OB 块、FC块。OB 块包括程序循环块 OB1、暖启动块OB100及中断服务块 OB40；FC块包括初始化子程序、安全连锁子程序、通信模块子程序、高速计数子程序、料斗振板控制子程序、 S9故障状态子程序、部分机器故障状态子程序、换盘纸子程序、水松纸控制子程序、电机及切刀滤棒控制子程序、状态显示子程序、 机器运行状态子程序、清理搓板子程序，等。

3.3 改造后情况

经上述改造后的超9卷烟机，由P LC模块取代了原先由10多块分离元件构成的电路板，系统硬件构成大大简化, 更便于维护，且各分系统的控制更智能化，采用工控机组态软件使得各分系统功能一目了然，操作界面美观友好。同时，料斗电机、盘纸、提升等由直流调速驱动改为三相交流变频调速，在节能、维护方面有了很大提成，卷烟机及接嘴机融为一体，管理更容易, 并增加了烟支检测系统, 确保了烟支的质量。该设备在投入运行后，控制精确，各方面反应良好。

总之，卷烟工业是我国国民经济的支柱产业之一，地位举足轻重，卷烟业自动控制的实现对促进国民经济的发展意义深远。对于烟草设备，因烟厂的生产任务紧、生产工艺复杂、工作环境差且产品质量要求高，这就使得其设备长期工作在高速运行的情况下，同时也就要求其设备先进、性能稳定可靠。可编程控制器(PLC)是一种数字预算与操作的控制装置，它是作为传统继电器的替代品而发展起来的，大大推进了机电一体化进程，将PLC控制系统应用于烟草设备，能有效提高烟草设备整机的可靠性，减少故障率，提高作业率，同时降低次品率，确保产品质量。因此，卷烟机PLC控制系统具有较好的推广价值，对于其他的工业控制系统也有一定的参考价值。

参考文献：

【1】李庆连.浅谈卷烟机 P L C电气控制系统【J】.民营科技，2011（3）：11..

篇11

中图分类号：U125.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0046-01

0 引言

近年来，我国汽车行业高速发展，一辆金橙色解放汽车驶下生产线，标志着我国从此迈向千万辆级汽车生产的大国行列。第1000万辆汽车的下线，也标志着经历60年社会主义建设和30年改革开放，中国汽车行业从无到有、从弱到强的发展历程。目前，汽车行业已经成为国民经济发展的支柱产业，中国已经成为汽车制造大国。

汽车的高速发展和零部件技术的进步是密不可分的。汽车转向泵是汽车系统的重要组成部分，其发展水平是衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。汽车转向泵的好坏直接关系到整车的操控性、稳定性和安全性，是直接关系汽车质量的零部件，因此在出厂前必须进行质量检验，保证其各项参数满足预计要求。原有的实验台采用手工控制，工人劳动强度大、生产效率低，急需对设备进行改造升级，开发高自动化、高性能和高精度的检验检测平台是汽车转向泵测试领域的发展趋势。

1 转向系统工作原理

转向系统的随着汽车性能提高而不断变化，大体经历机械转向和动力转向两个阶段，最初驾驶员们希望比较容易的操控转向系统，而后则追求在高速行驶是的稳定性、安全性和良好的操控性。转向泵是整个转向系统的动力源，是整个转向系统的“心脏”部位，其性能好坏对汽车动力转向系统有着直接的影响，并直接影响汽车的转向和操纵系统的稳定性。助力转向系统为车辆在转向过程中提供液力辅助转向作用。发动机通过涨紧轮产生压力并作用于转向助力泵，并通过压力油管传送至转向器，然后由转向器将液力转化成机械运动，促使转向传动杆进行工作。

液压助力转向系统结构简图如图1所示，转向控制系统主要包括转向器、控制阀、液压缸、转向梯形机构、反馈机构等几部分。车辆转向时，操纵方向盘1，使之转动θ1角度，通过锥齿轮变换，使丝杆2沿反馈机构3中的丝母产生轴向移动。同时，与丝杆相连的换向阀4的阀芯轴向位移，换向阀处于开口状态，如右位，两只转向液压助力缸5的下腔进油，上腔回油，活塞杆推动转向梯形机构6运动，车轮偏转θ2角度，此即输出量θ2对输入量θ1的响应过程。但是，若换向阀一直处于右位，θ2就不是一个定值，这是车辆转向控制所不允许的。为了实现θ2对θ1一一对应关系的准确控制，系统中引入反馈机构，该机构包括转向节臂7、纵拉杆8、摇臂10、扇形齿轮11及丝母等。当转向时，输出量θ2会通过反馈机构的传递，反作用于丝杆2，使与之相连的阀芯向相反方向移动，直到使阀关闭处于中位，液压缸在新的位置停止不动，θ2达到一个值，此即输出量θ2对输入量θ1的反馈作用。θ2对θ1的响应过程以及反馈作用就是液压助力转向伺服控制系统的工作原理。

I.操纵方向盘2.丝杆3.反馈机构4.换向阀5.转向液压助力缸6.转向梯形机构7.转向节臂

8.转向纵拉杆9.转向泵10.转向摇臂II，扇形齿轮

2 测试系统设计

结合国家标准和企业生产实际要求，确定试验项目包括跑合试验、容积效率试验、最大流量检测试验、安全阀调节试验等。在传统液压系统中，一般使用压力阀、节流阀（或调速阀）和换向阀等液压元件，实现液压系统的压力、流量和方向控制，另外借助压力表、流量计和测力计等测量仪器，进行压力、流量（速度）和力等物理量的测量，经过手工处理，即可得到试验数据，测试过程都是全手工完成的。但对于要求响应速度较快，测试精度较高、数据处理繁杂和动作较复杂的测试，这种传统的测试方法就很难完成。

由于基于计算机的机电液控制技术近十几年来发展非常迅猛，所组成的液压控制系统越来越成熟，已经被广泛应用到工业各领域中。转向泵测试系统作为一个典型的机电液设备，结合了计算机的机电液控制技术，使用先进的传感器测量仪器进行测试，已经成为测试系统发展的方向。本课题所研制的转向泵测试系统可分为两个部分：比例液压系统和电气控制系统。检测系统综合采用了单片机控制、电液比例控制、传感器等技术，组成多个反馈量的闭环控制系统，如图2所示为测试系统组成结构图。

3 结论

针对转向泵的试验项目设计了试验系统，采用单片机控制自动完成转向泵的性能检测，提高了测试效率和精度，实现了自动化和智能化操作。在转向泵出厂前使用该测试系统不但能确保产品的质量，同时也为研究和开发多种型号的转向泵新产品提供了测试设备。

参考文献

篇12

论文关键词：实践教学；创新能力；模块化；教学体系

科学技术和现代经济的高速发展需要基础知识和专业宽厚、具备创新精神和创造能力的高素质人才。突出综合素质与能力培养是高等学校本科教育的目标。教育部早在《关于加强高等学校本科教学工作提高教育质量的若干意见》文件中明确指出：“实践教学对于提高学生综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。”因此，高等教育必须适应社会经济发展对人才的需求，实践教学始终是人才培养的重要环节，有着其他教学过程无法替代的显著作用。应用型人才应具有一定的理论基础、较高的专业技能和很强的工程实践应用能力。根据北京建筑工程学院“立足首都，面向全国，依托建筑业，服务城市化”努力培养为城市化服务的、德智体美全面发展、具有工程实践能力和创新意识的应用型高级专门人才的办学基本定位，针对北京地区二类学生的学习基础，结合北京建筑工程学院（以下简称“我院”）的办学特色和历届毕业生的追踪反馈信息及建筑生产企业对高校教学的要求，对“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程体系进行系列实验教学改革。

一、课程体系总体结构

根据我院办学定位，提出了以“工程应用能力”培养为主线，专业内容以“应用为目的”，基础理论以“够用为尺度”的教学改革思想。通过对课程的基础理论和实践环节进行调整，强调了掌握概念、强化技能、培养工程应用能力的教学重点。明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。建立起了以北京重点实验室“建筑电气与智能化实验教学中心”为核心，搭建起多层次、模块化教学为主平台，辅以多元化教学方式的实践基地。

二、传统课程存在的问题

目前，我国普通高等学校的教学模式普遍存在着重理论轻实践的现象。由于我院电气工程及自动化专业是由传统工业企业自动化过渡而来的，是一个强电为主，强弱电技术、计算机技术相互渗透的宽口径专业，而“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程的特点是所涉及的基础理论和知识面广，要求基础理论扎实，学生要有很强的分析问题和解决问题能力以及实践能力。而传统课程表现出教材厚、内容广、学时多，教学过程强调的是知识的系统性和理论的完整性，缺乏工程应用的针对性和实用性，尤其是课程所设及的内容不能结合建筑领域，学生不知上述课程学完以后在建筑行业能有什么用处，学习积极性不高，这种学术型的教学模式显然不适应对高级应用型人才培养的办学目标，因此，对上述课程改革势在必行，为了强调工程应用能力的培养，首先需要改革的便是实践教学环节。

三、教学内容的改革与实践

1.改革实验教学体系，探索新的实验教学方法

近年来，我院实验中心在如何拓宽学生素质培养平台，强化创新意识、创新能力的培养等方面进行了一系列有针对性的研究和实践。

（1）调整实践教学计划。在学时安排上增加了实验学时，压缩了理论学时，如电力电子实验课由过去的6学时改为8学时，并增加了2周电力电子综合大实验。将“交流调速”与“直流拖动控制系统”两门课程合并，原实验学时不变。把原有3周直流调速系统设计大实验改为4周交、直流调速系统综合实训。为此，新购进20套实验设备。同时为了提高实验设备的利用率，将“电力电子”、“交流调速”、“电机拖动与自控系统”课程的实验分为不同学期，这样可以使学生由过去的3个人一组改为2个人一组，增加了学生的动手能力。

（2）完善实验教学体系。在实验中心的正确领导下，和任课教师一起修改了实验教学计划、实验大纲，重新编写了实验指导书。完善了学生重修、重做一般性实验、综合性实验、设计性试验及实训管理制度，学生实验登记制度。从教学管理上督促学生从思想上重视实践能力的培训。

（3）重视实验考核和实验成绩。在实验教学的考核上，强调要严格按照实验教学大纲和项目中规定的考核标准进行，既有实际操作技能的考试，同时增加了笔试内容，提高实验成绩在期末成绩的比重，平时实验成绩占期末总成绩20%~30%，特别注重过程考核和综合能力测评，以确保实验教学质量。对于综合实验，设计型大实验及实训课，采用单独考试，以答辩的形式进行考核。几年来取得了明显效果。

现在“电力电子”、“交流调速”、“电机拖动与控制系统”的实验教学正按照教学改革计划制定的实验教学体系有目的、有步骤地进行和完善。从已完成的实验项目来看，教学的目的性、针对性及其实际效果都有了明显的提高。 转贴于 　2.建立多层次、模块化教学体系

根据对人才所需知识、能力和素质结构的要求，重新构建了电专业教学体系，确定了由易到难循序渐进的分层次、模块化教学方法，强调了理论与实践并重，理论为应用服务的原则，增大实践教学环节比重，采用“基础、综合、设计和实训”多层次实践教学模式，体现以培养具有独立思考和创新精神和创新能力为重点的教育特色。

（1）基础性实验。基础性实验多以验证性为主，属于培养学生的认识实践能力。主要对学生进行实验基本知识、基本方法、基本技能的规范性、严谨性训练和指导。通过这些基础实验，使学生掌握常用仪器、仪表的使用，学会参数测试、实验数据的记录，实验结果分析等基本实验技能。以培养学生实验操作能力为目的，巩固深化理论知识。这其中安排了锯齿波触发器实验、单相桥式可控整流实验、三相半波可控整流实验、三相全波可控整流实验、开环直流调速系统实验、单闭环直流调速系统实验和三相交流调压调速试验等。通过这些实验教学，加深了学生对基础理论知识的理解，培养了学生学习的兴趣，养成了严谨、求实、科学、思维开放的实验作风。

（2）综合性实验。综合性实验是培养学生动手能力、开发智力和创新意识而进行的实验教学。要求学生对所学的知识能灵活掌握，培养学生对专业理论知识的应用能力，锻炼学生综合实验技能，积累科学实验经验。在验证性实验的基础上，形成具有综合知识内容的综合性实验。主要安排了三相可控整流仿真系统实验、双闭环直流调速系统试验、异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统实验、基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速系统实验。这些实验涉及到模电、数电、电力电子、自控系统、电机拖动、自控理论及交流调速等课程。学生通过综合性实验，将这些知识有机的串联起来，达到了培养学生综合应用知识和创新能力的目的。

（3）综合设计性实验。主要是培养学生独立分析问题和解决问题的能力、科学的研究和创新能力。创新能力是在认识能力、应用能力培养的基础上进行更高层次的能力培养。我们在实践教学方法中采用了开放式的实践教学模式，学生可以随时进出实验室。我们主要教学计划是：第一，安排2周时间，通过电力电子等课程所学知识，设计制作一台不间断稳压电源；第二，安排3周时间，设计调试直流拖动双闭环调速控制系统。

综合设计性实验课一改过去教师扶着学生走的传统实验方法，而让学生自己设计原理图、硬件电路及流程图。并亲自动手焊接、调试电路。这对学生是一种全新的实验方式，在这里将给学生一定的自主权，使他们面对实际问题来发挥自己的聪明才智，检验自己的学识水平，在解决实际问题中来提高自己分析问题和解决问题的能力。学生学会了查阅文件资料，撰写论文，总结经验，最后拿出自己的设计制作实验成果，为今后科学研究打下基础。

（4）工程实训。注重培养学生的专业技能和动手能力，强化工程应用能力和实操训练是工科院校教学实践的内容。结合我院的办学定位和行业特色，明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。为此，电信学院建立了“建筑电气智能控制中心”实训基地和电力电子与电力传动控制系统大兴校区实训基地。两个实训基地，可完成电梯控制系统、风机水泵交流变频调速控制系统、空调控制系统、消防控制系统、动力和照明配电系统、低压电器控制设备等内容的实训。这些系统完全是建筑电气领域中真实系统的微缩，完全模拟实际系统运行的真实情况，是真实可操作的实验系统。它突出行业特点，整个工程实训过程也就是巩固理论、扩展知识面、增加动手能力和开拓智力的过程。它使以往所学的知识在紧张的思维设计、巧妙的具体使用中得到升华，并在解决一个又一个的难题中得到乐趣。