专利名称：一种电工电子及自动化综合实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于教学、实验仪器技术领域。
背景技术：
现在，与电工电子及自动化专业相关的实验设备主要是针对专业课程的专业 设备，如PLC控制实验设备；以及针对基础教育并与教学结合的简单的电工、电 子基础实验设备及电机拖动实验设备。以往实验装置多采用器件封闭、台式实验 装置，其结构是不开放式的，所有设备元件均不可视，不可操作，该类实验装置 不能达到培养既具备扎实技术理论、又具备动手能力、创新综合应用能力人才的 要求。为了克服以往装置存在的缺点不足，我们设计了一种透明化、开放式的柜 式电工电子及自动化综合实验装置，该实验装置外形设计为是开放式实验柜，内 部器件为可视化并具备扩展性和综合性，所有器件均可操作，是真正符合工程实 际要求的微型控制装置。
发明内容
本发明的目的是
提供一种透明化、开放式的，并将传统实验与现代先进的电子信息技术、先 进的实验装置相结合的一种电工电子及自动化综合实验装置。 本发明的技术方案是
本发明由开关控制模块l、直流电源实验模板2、变频器实验单元3、单片
机(MCU)实验模板4、可编程控制器(PLC)技术单元5、驱动电路实验模板6、 操作面板7、计算机PC/IPC 8和控制对象单元9组成。在控制对象单元9中还 包括变频电动机及控制水位、压力、位移工业控制实验模板。
在开关控制模块1中，空气开关10、接触器触点11和热继电器12连接， 三相电源经过空气开关10、接触器触点11和热继电器12向变频器实验单元3 提供三相电压；小空气开关13、按钮14和线圈15连接，三相电源通过小空气 开关13、按钮14和线圈15控制接触器触点11开启；接触器触点16、变压器 17和熔断器18连接，取三相电源的双相电压经过接触器触点16、变压器17和 熔断器18向直流电源实验模板2提供交流电压。
在变频器实验单元3中，开关量控制模块1与变频器控制模板30单向连接， 向变频器控制模板30提供驱动电压，变频器控制模板30与驱动对象变频电动机 31连接。
在单片机实验模板4中，由开关量控制模板通过电源42通过单片机的输入 口与单片机芯片单向输入连接，输入键盘41通过单片机输入口与单片机芯片单200820072421.5
，由外部设备中的传感器通过AD转换经单片机芯片输 入口与单片机单向输入连接，计算机PC/IPC通过传输数据接口与单片机芯片双 向连接传输数据，单片机芯片输出口与数码管、LED显示、液晶显示、蜂鸣器以 及外部设备中的驱动电路单向输出连接实行指令，驱动电路可以直接与工业控制 对象连接，也可以通过变频器实验单元与工业控制对象连接。
在可编程控制器技术单元5中，可编程控制器技术单元5与计算机、操作面 板双向连接，可编程控制器技术单元5输出可以直接与控制对象双向连接也可以 通过变频器实验单元与控制对象双向连接。
本发明的有益效果是-
1、 结合已完成的科研项目自主设计、完善和创新实验题目，实验题目充分 注意学科知识的贯通、渗透、联系，突出实验基础性、综合性、设计性和研究性；
2、 综合设计性实验方法和手段先进，构建的综合设计性实验装置完全"透 明化"，这是该实验装置与以往实验装置相比最突出的优点，学生可以看见实验 装置内部每个设备，而且每个设备都留有接口，学生可以自由发挥，在实验器材 基础上自由搭建电路系统，并可模拟仿真，适合培养有创新能力，且具备电气信 息类工程师潜质的人才；
3、 该综合设计性实验装置不仅为学生提供了实验、创新、竞赛平台，同时 也为开展科研项目研发提供了较完整的基础实验平台。
该实验装置就是将传统实验与现代先进的电子信息技术、先进的实验装置相 结合，增加综合性、设计性、研究性实验内容，弥补大学生对知识归纳和综合运 用能力较差的缺陷，培养和促进参与该课题研究的教师专业知识水平和业务水平 的提高。学生还可以看见实验装置内部各挂件，并留有接口，与之配套的PC机 内存储该装置各器件电路原理图，现场接线，且每个设备都留有接口，学生可以 自由发挥，在实验器材基础上自由搭建电路系统，并可模拟仿真，适合培养有创 新能力，且具备电气信息类工程师潜质的人才。市场上还没有同类型的产品，前 景可观。
图1为本发明一种电工电子及自动化综合实验装置中的整体结构示意图。
图2为本发明综合实验装置中的开关控制模块示意图。
图3为本发明综合实验装置中的变频器实验单元示意图。
图4为本发明综合实验装置中的单片机实验模板示意图。
图5为本发明综合实验装置中的可编程控制器技术单元示意图。
图6为本发明综合实验装置控制电动机接线示意图。
图7为本发明综合实验装置电机控制主回路示意图。
图8为本发明综合实验装置键盘、显示器实验电路示意图。
具体实施方式实施例1:
如图l、 5所示，l是开关控制模块、2是直流电源实验模板、3是变频器实 验单元、4是单片机(MCU)实验模板、5是可编程控制器(PLC)技术单元、6 是驱动电路实验模板、7是操作面板、8是计算机PC/IPC 、 9是控制对象单元。
4如图2所示，IO是空气开关、ll是接触器触点、12是热继电器、13是小空 气开关、14是按钮、15是线圈、16是接触器触点、17是变压器、18是熔断器。
如图3所示，30是变频器控制模块、31是变频电动机。
如图4所示，40是单片机芯片、41是输入键盘、42是电源、43是LED显示、 44是RS-232传输数据接口、 45是液晶显示、46是数码管、47是1/0端口、 48 是AD转换、49是蜂鸣器、410是传感器。
开关控制模块
如图2所示，所说的开关控制模块1由空气开关10、接触器触点ll、热继 电器12、小空气开关13、按钮14、线圈15、接触器触点16、变压器17和熔断 器18组成；
其中，空气开关IO、接触器触点11和热继电器12连接；三相电源经过空 气开关10、接触器触点11和热继电器12向变频器实验单元3提供三相电压；
小空气开关13、按钮14和线圈15连接；三相电源通过小空气开关13、按 钮14和线圈15控制接触器触点11开启。
接触器触点16、变压器17和熔断器18连接；取三相电源的双相电压经过 接触器触点16、变压器17和熔断器18向直流电源实验模板2提供交流电压。
变频器实验单元
如图3所示，所说的变频器实验单元3是由开关控制模块1、变频器控制模 板30、变频电动机31构成；三相电压通过开关控制模块1中的小空气开关10、 接触器触点11和热继电器12输出电压向变频器控制模板30提供驱动电压，则 变频器控制模板30可以驱动变频电动机31使其正常运行。
单片机实验模板
如图4所示，所说的单片机实验模板4由单片机芯片40、输入键盘41、电 源42、 LED显示43、 RS-232传输数据接口 44、液晶显示45、数码管46、 I/O 端口 47、 AD转换48、蜂鸣器49组成，在单片机实验模板外部配备了传感器410、 驱动电路6、变频器实验单元3、变频电动机31、工业控制对象9来完成单片机 实验。由三相电源通过开关控制模板1中的接触器触点16、变压器17和熔断器 18输出交流电压，再经过直流电源实验模板2向单片机实验模板4提供直流电 压；单片机实验模板4可以由计算机PC/IPC8输入的实验程序，由操作面板7 控制实验进程，从而控制驱动电路实验模板6，再通过驱动电路实验模板6可以 根据要求即可以通过控制变频器实验单元3控制工业控制对象9，也可以直接控 制工业控制对象9。
可编程控制器技术单元
如图5所示，所说的可编程控制器技术单元5与计算机连接发送信号，可编 程控制器技术单元5输出通过端子排与变频器实验单元、控制对象连接发送反馈控制信号。计算机PC/IPC8可以编制实验程控制可编程控制器技术单元5，进而 可编程控制器技术单元5可以通过变频器实验单元3对控制对象9进行操作控 制。可编程控制器技术单元5可由操作面板7控制实验进程，并且可以在操作面 板7中显示实验结果。
以下，应给出本实用新型提供一种电工电子及自动化综合实验装置的动态工 作过程。
上述所说的变频器实验单元3是由开关控制模块1、变频器控制模板30、变 频电动机31构成如图3，三相电压通过开关控制模块1为变频器控制模板30提 供电压驱动变频电动机31。本单元与单片机实验模板4、驱动电路实验模板6、 可编程控制器技术单元5能够实现变频器实验单元3的多机能控制。
上述所说的单片机实验模板4如图4主要由单片机芯片40、输入键盘41、 电源42、 LED显示43、 RS-232传输数据接口 44、液晶显示45、数码管46、 I/O 端口 47、 AD转换48、蜂鸣器49组成，在单片机实验模板外部配备了传感器410、 驱动电路6、变频器实验单元3、变频电动机31、操作模板7、工业控制对象9 来完成单片机实验。可实现流水灯、花样灯、跑马灯、蜂鸣器、蜂鸣器音乐、数 码管、数码管扫描、按键中断、按键查询、RS232串口、液晶等实验，实验模板 上提供ISP接口采用在线下载技术，直接把程序写到单片机中，并将单片机的全 部1/0引脚引出。
上述所说的可编程控制器技术单元如图5配备操作面板7，本实验单元与计 算机8连接发送信号，其输出通过端子排与变频器实验单元3、控制对象9连接 发送反馈控制信号。可实现开关量的逻辑控制、模拟量的闭环控制、数字量的智 能控制实验，如交通信号灯的自动控制、机器人自动扫地雷、加工中心刀库捷 径方向选择控制、驱动步进电机的控制、舞台艺术灯饰的控制、四层电梯的控制、 LED数码管显示控制实验、交流电机Y/A形起动的控制、液体混合装置的自动控 制、水塔水位自动控制、四级传送带的模拟运行、邮件分拣系统的模拟运行、数 字逻辑分析仪实验、温度压力实验。
是将单片机、可编程控制器集于一体的"透明化"实验装置，它是由开关 控制模块l、直流电源实验模板2、变频器实验单元3、单片机(MCU)实验模板 4、可编程控制器(PLC)技术单元5、驱动电路实验模板6、操作面板7、计算 机PC/IPC8和控制对象9包括变频电动机及其他工业控制实验模板所组成。
上述所说的变频器实验单元是由开关控制模块、变频器控制模板、变频电 动机构成如图3，三相电压通过开关控制模块为变频器控制模板提供电压驱动变 频电动机。本单元与单片机实验模板、驱动电路、可编程控制器技术单元能够实 现变频器的多机能控制。
上述所说的单片机实验模板如图4主要由单片机芯片、显示、报警器、传 感器、RS-232传输数据接口，并配备了驱动电路、单片机实验操作面板。可实 现流水灯、花样灯、跑马灯、蜂鸣器、蜂鸣器音乐、数码管、数码管扫描、按键 中断、按键査询、RS232串口、液晶等实验，实验模板上提供ISP接口采用在线 下载技术，直接把程序写到单片机中，并将单片机的全部1/0引脚引出。
上述所说的可编程控制器技术单元如图5配备可编程控制器操作面板，PLC与计算机连接发送信号，PLC输出通过端子排与变频器实验单元、控制对象连接 发送反馈控制信号。可实现开关量的逻辑控制、模拟量的闭环控制、数字量的智 能控制实验，如交通信号灯的自动控制、机器人自动扫地雷、加工中心刀库捷 径方向选择控制、驱动步进电机的控制、舞台艺术灯饰的控制、四层电梯的控制、 LED数码管显示控制实验、交流电机Y/A形起动的控制、液体混合装置的自动控 制、水塔水位自动控制、四级传送带的模拟运行、邮件分拣系统的模拟运行、数 字逻辑分析仪实验、温度压力实验。
图6、图7表示可以手动按钮(SB1、 SB2)控制电动机启动或停止，也可以 用PLC通过变频器控制电动机启动、停止，还可以让电动机正转、反转、变速转 动。
图6， 7中Z表示正转/停止，F表示反转/停止，Y表示异常复位，Dl表示多 端速指令l， D2表示表示多端速指令2， E表示信号共用端子，VFD007M23A表示 变频器。KM1, KM2， KM3， KM4， KM5, KM6分别表示继电器，FR1, FR2是热继电器，FU表 示熔断器。
图8表示用单片机AT89S52芯片做按键、显示实验。可以进行定时或计数显示， 可以用键盘调整定时时间或计数大小；本电路图也可以作LED显示如流水灯、花 样灯、跑马灯等显示实验。
权利要求1、一种电工电子及自动化综合实验装置，其特征是在开关控制模块中，空气开关、接触器触点和热继电器连接，三相电源经过空气开关、接触器触点和热继电器向变频器实验单元提供三相电压；小空气开关、按钮和线圈连接，三相电源通过小空气开关、按钮和线圈控制接触器触点开启；接触器触点、变压器和熔断器连接，取三相电源的双相电压经过接触器触点、变压器和熔断器向直流电源实验模板提供交流电压；在变频器实验单元中，开关量控制模块与变频器控制模板单向连接，向变频器控制模板提供驱动电压，变频器控制模板与驱动对象变频电动机连接；在单片机实验模板中，由开关量控制模板通过电源通过单片机的输入口与单片机芯片单向输入连接，输入键盘通过单片机输入口与单片机芯片单向输入连接提供控制指令，由外部设备中的传感器通过AD转换经单片机芯片输入口与单片机单向输入连接，计算机PC/IPC通过传输数据接口与单片机芯片双向连接传输数据，单片机芯片输出口与数码管、LED显示、液晶显示、蜂鸣器以及外部设备中的驱动电路单向输出连接实行指令，驱动电路可以直接与工业控制对象连接，也可以通过变频器实验单元与工业控制对象连接；在可编程控制器技术单元中，可编程控制器技术单元与计算机、操作面板双向连接，可编程控制器技术单元输出可以直接与控制对象双向连接也可以通过变频器实验单元与控制对象双向连接。
专利摘要一种电工电子及自动化综合实验装置，属于教学、实验仪器技术领域，其特征是由开关控制模块、直流电源实验模板、变频器实验单元、单片机实验模板、可编程控制器、驱动电路实验模板、操作面板、计算机和控制对象组成。在开关控制模块中，空气开关、接触器触点和热继电器连接，三相电源经过空气开关、接触器触点和热继电器向变频器实验单元提供三相电压；小空气开关、按钮和线圈连接，三相电源通过小空气开关、按钮和线圈控制接触器触点开启；接触器触点、变压器和熔断器连接，取三相电源的双相电压经过接触器触点、变压器和熔断器向直流电源实验模板提供交流电压。
文档编号G09B23/18GK201251873SQ20082007242
公开日2009年6月3日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者冯颖娇, 宇 王, 王春阳, 键 田, 宁 裴, 磊 黄 申请人:长春理工大学