一种电气控制实验系统、方法及其实验设备与流程

本发明涉及教学实验技术领域，具体涉及一种电气控制实验系统、方法及其实验设备。

背景技术：

目前涉及到可编程逻辑控制器的相关专业，均开设了相关的可编程逻辑控制器应用课程，由于可编程逻辑控制器应用课程是一门偏重实践的课程，因此在学习过程中适当的实验是必不可少的环节。在课程的学习过程中，传统教学实验项目受限于实验设备，无法满足多样化学习的需求，因此在过去的实验中大多是以老师所操作的演示性实验或是验证性实验为主，实验僵硬死板，无法很好地满足学生的学习需求，更不能有效调动学生学习兴趣，教学效果不理想。

授权公开号为cn203552557u的专利公开了一种电气自动化教学实验实训综合装置，该装置包括电气安装柜本体,电气安装柜本体上设置电气元器件,所述电气安装柜本体四周设置有走线槽,电气安装柜本体通过元器件安装导轨设置有电气元器件,电气元器件均对应设置有双层接线端子或为插接口,各电气元器件均可通过双层接线端子、插接口选择性电连接，解决了传统实验实训设备或装置只适合单课程教学使用,设备维护工作量大,而且实训效率低下的问題,而且将万用表嵌入式设计在装载中,检测元件和项目调试用,使用方便。

发明人在实践中，发现上述专利中存在以下缺陷：

在进行实验时，该实训装置所提供的插接口能够提供更多可能的方案，但是由于实验教学的设备相对来说比较传统，无真实控制对象,没有典型的应用场景,学生不能真正感受到实验的乐趣，无法调动学生的积极性。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电气控制实验系统，所采用的技术方案如下：

一种电气控制实验系统，该实验系统包括：

基础实验模块，在该基础实验模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于向所述控制器发送第一动作信号，并接收所述控制器反馈的第一指令信号，根据所述第一指令信息导通相应的电路；

进阶实验模块，在该进阶实验模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于向所述控制器发送第二动作信号，并接收所述控制器反馈的第二指令信号，根据所述第二指令信息导通相应的电路；

触屏显示模块，在该触屏显示模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于采集外部的触摸信号，所述触摸信号为所述进阶实验模块的输入参数，将所述触摸信号发送给控制器；

控制器，在控制器的各个输入和输出端口预设插接口，与各个模块通过插接方式进行电相连，用于接收所述第一动作信号并反馈第一指令信号，接收第二动作信号和/或触摸信号并反馈相应的第二指令信号；

电源模块，在该电源模块的各个输出端口预设插接口，与各个模块通过插接方式电连接，用于向各个模块供电。

进一步，所述基础实验模块包括密码锁实验模块、简易车库模块和温度控制模块。

进一步，所述控制器包括：

数据比对模块，用于将所述处理器接收的第一动作信号与第一预设信号进行比对，在比对通过后，向相应的基础实验模块反馈第三指令信号。

进一步，所述进阶实验模块包括交通灯实验模块、电机正反转模块、自动售货机模块和直线位置模块。

进一步，所述控制器包括：

参数调试模块，用于将所述处理器接收的触摸信号转换为相应的数值，并将所述数值赋予相应的参数，将所述参数作为相应的第二指令信号反馈给进阶实验模块。

进一步，所述电源模块中连接有断路器。

本发明的另一个目的在于提供一种电气控制实验方法，所采用的技术方案如下：

一种电气控制实验方法，包括以下步骤：

在控制器与进阶实验模块作为实验模块进行插接时，将控制器与触屏模块进行插接，并将所述触屏模块与电源模块进行插接；或者，在控制器与基础实验模块作为实验模块进行插接；

将电源模块与所述控制器和实验模块进行插接；

触发实验模块向控制器发送动作信号；

控制器接收所述动作信号，进行处理后向所述实验模块反馈相应的指令信号；在所述实验模块为进阶实验模块时，控制器接收所述触屏模块采集到的触摸信号，并将所述触摸信号结合所述动作信号进行处理后，向进阶实验模块反馈相应的指令信号；

实验模块接收相应的指令信号后，执行相应的动作。

本发明的另一个目的在于提供一种电气控制实验设备，所采用的技术方案如下：

该实验设备采用上述电气控制实验系统，该实验系统包括：

基础实验模块，在该基础实验模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于向所述控制器发送第一动作信号，并接收所述控制器反馈的第一指令信号，根据所述第一指令信息导通相应的电路；

进阶实验模块，在该进阶实验模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于向所述控制器发送第二动作信号，并接收所述控制器反馈的第二指令信号，根据所述第二指令信息导通相应的电路；

触屏显示模块，在该触屏显示模块的各个输入和输出端口预设插接口，与所述控制器通过插接的方式进行电连接，用于采集外部的触摸信号，所述触摸信号为所述进阶实验模块的输入参数，将所述触摸信号发送给控制器；

控制器，在控制器的各个输入和输出端口预设插接口，与各个模块通过插接方式进行电相连，用于接收所述第一动作信号并反馈第一指令信号，接收第二动作信号和/或触摸信号并反馈相应的第二指令信号；

电源模块，在该电源模块的各个输出端口预设插接口，与各个模块通过插接方式电连接，用于向各个模块供电。

进一步，所述实验设备包括实验平台、与所述实验平台相连接的置物台、设置在置物台下方的储物柜和设置在储物柜下方的移动脚轮，在所述置物台上设置自动售货机模块和立体车库模块。

进一步，所述实验平台的上方区域设置控制器，与控制器水平的位置设置触屏模块；中间区域设置电源模块，在所述电源模块的下方位置并列设置交通灯模块、温度控制模块和密码锁模块；下方区域依次设置、电机正反转模块和直线位置模块。

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例该实验系统包括基础实验模块、进阶实验模块、触屏显示模块、控制器和电源模块；在各个模块的端口预设插接口；基础实验模块向控制器发送第一动作信号，并接收控制器反馈的第一指令信号，根据第一指令信号导通相应的电路；进阶实验模块向控制器发送第二动作信号，并接收控制器反馈的第二指令信号，根据第二指令信号导通相应的电路；触屏显示模块采集外部的触摸信号，并发送给控制器；控制器接收第一动作信号并反馈第一指令信号，接收第二动作信号和/或触摸信号并反馈第二指令信号。通过控制模拟真实环境的实验模块的运行，改变传统教学的模式，来进一步提高学生的主观能动性，并且能够通过触屏模块修改参数，进而改变运行参数，能够达到调试运行的目的，能够更进一步的调动学生的积极性和实践动手能力。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种电气控制实验系统的结构框图；

图2为本发明实施例关于密码锁实验模块的结构示意图；

图3为本发明实施例关于交通灯实验模块的结构示意图；

图4为本发明一个实施例提供的一种电气控制实验设备的结构示意图；

图5为图4的侧面结构示意图；

图6为本发明一个实施例提供的一种电气控制实验方法的方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图来详细说明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本发明的保护范围并不限于此。

应当说明的是，本发明实施例中所涉及到的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对术语“和/或”进行举例说明其含义，例如a和/或b，表示a或者b、或者a和b。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种电气控制实验系统的结构框图，该实验系统包括：基础实验模块200、进阶实验模块300、触屏模块400、控制器100和电源模块500。本实施例中的各个模块之间是通过插接的方式进行连接的，可以根据需要连接相应的端口，使其电路导通，进而进行相应的信息交互的过程。在控制器的各个输入和输出端口预设插接口，与各个模块通过插接方式进行电相连，进行数据信号的交互。电源模块的各个输出端口预设插接口，与其他各个模块通过插接方式电连接，向各个模块供电。本发明实施例所采用的控制器可以是plc，具体的可以采用型号为s7-1214c的plc。

基础实验模块所进行的实验为一些基础性的实验项目，在基础实验模块的每个输入和输出端口分别对应的预设插接口，根据需要将相应的插接口与所述控制器的相应插接口进行电连接。在进行相应的实验时，触发所述基础实验模块中的相应按键，从而向控制器发送相应的第一动作信号，在控制器接收到该第一动作信号之后，经过相应的处理后反馈第一指令信号。基础实验模块接收到所述第一指令信号之后，根据所述第一指令信息导通相应的电路。控制器将该第一动作信号与第一预设信号进行比对，在比对通过后，向相应的基础实验模块反馈第三指令信号。

如图2所示，本发明实施例示出了关于密码锁实验模块的结构示意图，在基础实验模块为密码锁实验模块时，将该密码锁实验模块与处理器模块进行电连接，同时将电源模块分别与密码锁实验模块和处理器模块进行相应的连接，以便为密码锁实验模块和处理器模块进行供电。该密码锁由密码模块和电磁铁锁芯组成，密码模块由3*4矩阵式键盘组成，该键盘由于处理器插接连接的开关ss0~ss9、ssc和sse组成，电磁铁锁芯与处理器连接，在外部触发相应的密码锁键盘，输入相应的密码后，向处理器发送相应的触发信号。处理器接收该触发信号，并将该触发信号与预设的密码进行比对，在比对通过后，向密码锁的电磁铁锁芯发送相应的指令信息，触发密码锁打开，进而完成相应的实验项目，通过学生自主的进行插接连线的方式调动学生的积极性，并且采用使用的密码锁作为实验的对象，能够进一步调动学生的积极能动性。由于插接口是预留的端口，学生可以根据需要进行拓展实验，不必局限于固定的实验项目。优选的，在处理器的输出端还可以连接有指示灯alm，所述指示灯alm用于指示密码锁的状态，在密码锁被打开时，处理器将所述指示灯alm的端口拉高，指示灯亮，说明此时密码锁打开。

在基础实验模块为简易车库模块时，将该简易车库模块与处理器模块进行电连接，同时将电源模块分别与简易车库模块和处理器模块进行相应的连接，以便为简易车库模块和处理器模块进行供电。该简易车库模块包括交流电机、行程开关和变频器组成。交流电机通过变频器与处理器相连，行程开关与处理器相连。所述交流电机包括升降电机和横移电机，处理器通过变频器驱动升降电机或者横移电机的正反转运行，在触发相应的行程开关时，控制器检测到相应的开关量信号时，控制相应的电机停止运行或者进行反转运行。实现对升降横移立体车库的控制，完成相应的实验项目。通过设置控制对象的方式，进行真实的控制实验，充分的调动学生的积极能动性。并且可以根据需要接通相应的插接口，执行相应的动作命令。

基础实验模块还可以是温度控制模块，将该温度控制模块与处理器模块进行电连接，同时将电源模块分别与温度控制模块和处理器模块进行相应的连接，以便为温度控制模块和处理器模块进行供电。该温度控制模块是由温度变送器、加热器、可控硅和可控硅触发模块组成，由控制器控制，该温度控制模块是常规教学实验中的常用模块，在此不再赘述其控制原理。

进阶实验模块所进行的实验为提高类的实验项目，在进阶实验模块的各个输入和输出端口预设插接口，通过插接的方式与控制器电连接，向所述控制器发送第二动作信号，并接收所述控制器反馈的第二指令信号，根据所述第二指令信息导通相应的电路。

触屏显示模块结合上述进阶实验模块使用，同样的，在该触屏显示模块的各个输入和输出端口预设插接口，通过插接的方式与控制器电连接，采集外部的触摸信号，所述触摸信号为所述进阶实验模块的输入参数，将所述触摸信号发送给控制器。该触屏显示模块包括参数调试模块，将所述处理器接收的触摸信号转换为相应的数值，并将所述数值赋予相应的参数，将所述参数作为相应的第二指令信号反馈给进阶实验模块。本实施例中的触屏模块可以采用型号为mcg7的触屏模块。

请参阅图3，其示出了本发明实施例示出了关于交通灯实验模块的结构示意图，在进阶试验模块为交通灯实验模块时，该交通灯模块包括交通灯模型，以控制十字路口的交通灯为例，在实验台上是以十字路口交通灯的设置规则进行排列的，每个路口有三个交通灯，共计12个交通灯。将该交通灯实验模块与处理器进行电连接，同时处理器与触屏模块相连，并将电源模块分别与交通灯模块和处理器相连，以便电源模块为交通灯模块和处理器模块进行供电。由控制器控制相应的交通灯，触屏模块显示相应的参数信息，学生可以通过触屏修改相应的参数来改变交通灯运行的间隔时间。通过控制模拟真实环境的交通灯的运行，来进一步提高学生的主观能动性，并且能够通过触屏模块修改参数，进而改变运行参数，能够达到调试运行的目的，能够更进一步的调动学生的积极性，改变传统教学方式。

在进阶模块为电机正反转模块时，该电机正反转模块包括3台交流电动机和3台变频器，将交流电动机和变频器相应的插接，将变频器与控制器相应的连接，并将电源模块与所述交流电动机、变频器和控制器相连，以便供电。由控制器控制电机的启动顺序和启动间隔，并通过触屏显示模块显示运行频率和启动间隔参数，能够通过修改相应的参数改变电机的运行。通过控制模拟真实环境的电机正反转模块的运行，来提高学生积极性，并且能够通过触屏模块修改参数，进而改变运行参数，能够达到调试运行的目的，将模拟真实环境的电机正反转模块与调试运行进行结合，能够更进一步的调动学生的积极性，改变传统的教学方式。

在进阶模块为自动售货机模块或者直线位置模块时，根据需要将相应的进阶模块、控制器模块和电源模块进行相连，此处所述的自动售货机模块和直线位置模块为plc实验中的常用模块，在此不再赘述其控制原理。

作为一个优选的实施例，电源模块中连接有断路器，由于本发明实施例所提供的系统是模拟真实场景中的相应控制方式，因此使用的电源模块的电量过高，为了防止漏电，避免安全事故的发生，在电源模块中连接该断路器，用于保护人身安全不受伤害。

请参阅图4和图5，图4示出了本发明实施例提供的一种电气控制实验设备的结构示意图，图5示出了图4的侧面结构示意图，该实验设备采用上述一种电气控制实验系统。优选的，该实验设备包括实验平台10、置物台20、储物柜30和移动脚轮40。该实验平台10竖直设置，该实验平台10与置物台20相连，所述置物台20设置于该实验平台10的下端，与该实验平台10垂直设置。储物柜30设置在置物台20的下方，在储物柜30的下方设有移动脚轮40，该移动脚轮可以是万向轮，方便实验设备的移动，在该置物台上设置自动售货机模块和简易车库模块。

优选的，在所述实验平台上设置有线槽11。

优选的，该实验平台10的上方区域设置控制器100，与控制器100水平的位置设置触屏模块400；中间区域设置电源模块500，在所述电源模块500的下方位置并列设置交通灯模块301、温度控制模块201和密码锁模块202；下方区域依次设置、电机正反转模块302和直线位置模块303。优选的，在该实验平台上设有相应的接线端子，例如，交通灯的接线端子3011和密码锁的接线端子2021。

请参阅图6，本发明另一个实施例提供了一种电气控制实验方法的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤601，在控制器与进阶实验模块作为实验模块进行插接时，将控制器与触屏模块进行插接，并将所述触屏模块与电源模块进行插接；或者在控制器与基础实验模块作为实验模块进行插接时，转入步骤603。

在所示实验模块为进阶模块时，需要将触屏模块与控制器进行插接。

步骤602，将电源模块与所述控制器和实验模块进行插接。

电源模块向各个模块供电。

步骤603，触发实验模块向控制器发送动作信号。

该动作信号可以是通过相应的开关触发的，也可以是通过相应的传感器触发的动作信号，或者在上电后自动触发。该动作信号可以是外部触发的开关量信号，也可以是传感器采集到的相应信号。

步骤604，控制器接收所述动作信号，并进行相应的处理后向所述实验模块反馈相应的指令信号；在所述实验模块为进阶实验模块时，控制器还需要接收所述触屏模块采集到的触摸信号，并将所述触摸信号结合所述动作信号进行处理后，向进阶实验模块反馈相应的指令信息；

在控制器检测到所述动作信号时，控制器向与实验模块相连接的相应端口反馈相应的指令信号，控制实验模块中的工作物执行相应的动作。例如，在进行密码锁实验时，实验模块的相应开关被触发后向控制器发送相应的按键信息，控制器将所述按键信息与预设的密码信息进行比对，在比对通过时，向与实验模块的电磁铁锁芯相连的端口发送高电平信号，触发电磁铁导通，进而打开密码锁。

在实验模块为进阶实验模块时，控制器还需要进一步结合触屏模块采集到的触摸信号和实验模块触发的动作信号，通过分析处理后，向与该实验模块相连接的相应端口反馈相应的调整指令信息，进一步调整实验模块中的工作物所执行的相应动作。例如，在进行交通灯实验时，交通灯实验模块的相应开关被触发后，交通灯开始按照预设的时间间隔进行运行，在需要对相应的时间间隔进行修改时，通过触屏模块可以修改相应的时间间隔的参数，触屏模块将相应的时间间隔参数发送给处理器，处理器根据修改后的时间间隔参数，向与处理器相连的交通灯模块的相应端口发送变更后的控制信号，进而调整交通的时间间隔。再如，在进行自动售货机模块实验时，自动售货机模块的相应开关被触发后，自动售货机启动运行，在触屏模块采集到相应的选择商品种类时，自动售货机收到相应的金额时，在判断出两者均符合预设的条件时，将相应的商品解锁，并控制相应的电机运行，实现自动出货的目的。

步骤605，实验模块接收相应的指令信号后，执行相应的动作。

综上所述，本发明实施例通过在控制器与进阶实验模块作为实验模块进行插接时，将控制器与触屏模块进行插接，并将所述触屏模块与电源模块进行插接；或者在控制器与基础实验模块作为实验模块进行插接时。将电源模块与所述控制器和实验模块进行插接。触发实验模块向控制器发送动作信号。控制器接收该动作信号，并进行相应的处理后向所述实验模块反馈相应的指令信号；在实验模块为进阶实验模块时，控制器还需要接收所述触屏模块采集到的触摸信号，并将所述触摸信号结合所述动作信号进行处理后，向进阶实验模块反馈相应的指令信息；实验模块接收相应的指令信号后，执行相应的动作，通过控制模拟真实环境的实验模块的运行，改变传统教学的模式，来进一步提高学生的主观能动性，并且能够通过触屏模块修改参数，进而改变运行参数，能够达到调试运行的目的，能够更进一步的调动学生的积极性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。