光机电一体化实验实训箱的制作方法

本实用新型涉及教学设备领域，具体涉及一种光机电一体化实验实训箱。

背景技术：

现有的PLC课程实验中，其PLC的基础实验内容多数都通过PLC实验箱来实现，该种实验箱通常采用LED灯进行的模拟实验，而PLC的基础实验内容除PLC技术的基本指令、八段数数码显示、艺术彩灯、十字路口交通灯试验可以得到较好的实验效果外，其他如自动运料装车单元、加工中心刀库选择单元、水塔水位自动控制单元、全自动洗衣机单元、自动成型机单元、液体混合单元和自动轧钢机单元等模拟实验效果都不理想。而为了训练学生的实际动手能力，需要借助较大型的教学实训设备，如模拟工厂流水线的光机电一体化试验台等来完成，因此为了达到较好的效果，该门课程的实验需在多种实验台完成，造成设备的种类增多，同时也导致设备占用的教学场地增多，增加了教学成本；另外，不同的教学实验设备通常放置于不同场地，导致教学时需要更换场地，浪费教学时间，教学质量受到影响。因此需要一套体积小，便于携带且费用较为合理的设备来整合PLC基础实验与实训内容。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了光机电一体化实验实训箱，包括：箱体、箱盖、嵌设于所述箱盖上的LED模拟模块及嵌设于所述箱体内的流水线模拟模块、PLC控制模块和用于为各模块供电的电源模块；

所述流水线模拟模块包括送料模块、夹持模块、分拣模块及用于给流水线模拟模块供气的供气模块；

所述送料模块用于供应物料并使物料有序的传送到夹持模块对应工位；所述送料模块包括通过转盘支架固定于箱体底部的转盘、设于转盘下端的转盘电机、与所述转盘电机输出轴配合并设于转盘上端的拨块及设于所述转盘的出料口下端的光电传感器；所述物料受到拨块驱动处于所述光电传感器正上方时，所述光电传感器反馈信号至所述PLC控制模块，所述PLC控制模块根据反馈信号控制所述转盘电机通断电；

所述夹持模块用于夹取所述送料模块传送来的物料并将该物料传送至所述分拣模块对应工位；所述夹持模块包括竖直双杆气缸、设于竖直双杆气缸的活塞杆末端的水平双杆气缸、设于所述水平双杆气缸的活塞杆末端的气动手指及与所述竖直双杆气缸通过L型连接件固定的旋转气缸；所述旋转气缸通过旋转气缸支架与所述箱体底部固定；所述旋转气缸两侧分别安装有一个用于调节旋转气缸的旋转角度的油压减速器；所述气动手指、竖直双杆气缸、水平双杆气缸和旋转气缸两侧分别安装有至少一个用于检测其伸缩状态并将伸缩状态信息反馈至所述PLC控制模块的传感器；

所述分拣模块用于对夹持模块传过来的物料进行检测并分类；所述分拣模块包括分料仓底板、至少三个并排间距设于分料仓底板上的分料仓导块、每两个相邻分料仓导块与分料仓底板形成的一个物料仓、设于分料仓底板一侧的传送带机构及设于传送带机构背对物料仓一侧的推料机构；所述传送带机构的传输方向平行于分料仓导块的排列方向；所述推料机构包括多个与物料仓一一对应的气缸及设于所述气缸的活塞杆末端的推料块；所述分拣模块还包括设于物料仓背对传送带机构的满仓电容传感器，所述满仓电容传感器用于检测物料仓内的物料是否装满并将信号传递至所述PLC控制模块；所述分拣模块还包括依次设于传送带机构背对物料仓一侧并与所述PLC控制模块电信号连接的光纤传感器、电感传感器和电容传感器；

所述PLC控制模块包括PLC单元及与所述PLC单元连接的电气控制单元、电源显示控制单元、转接插孔和触摸屏；所述电源显示控制单元用于显示电路中的电压、电流及电功率参数；所述转接插孔通过转接线与LED模拟模块拔插式连接。

进一步地，所述LED模拟模块包括自动运料装车单元、八段数码显示和艺术彩灯单元、交通信号灯单元、加工中心刀库选择单元、水塔水位自动控制单元、全自动洗衣机单元、自动成型机单元、液体混合单元和自动轧钢机单元；

所述LED模拟模块的上述各单元分别在对应位置设有LED灯及与所述转接插孔通过转接线连接的插孔；所述LED灯与所述电气控制单元电信号连接。

进一步地，所述流水线模拟模块还包括用于与其各个模块中的气缸相连接并接收所述PLC控制模块的控制信号而驱动各气缸执行相应动作的电磁阀。

进一步地，所述供气模块包括进气接口、与进气接口连接的供气设备及连通进气接口与各用气设备的连接管路；所述用气设备为电磁阀和/或气缸。

进一步地，所述箱体内还设有连通进气接口和供气设备的气动三联件。

进一步地，所述箱体内还设有气源急停阀，所述气源急停阀设于进气接口与气动三联件之间。

进一步地，所述箱体内还设有用于连接PLC控制模块与流水线模拟模块的连接端子。

进一步地，所述箱体内还设有电磁阀底座；所述电磁阀安装于所述电磁阀底座上，所述电磁阀底座安装于所述箱体底部。

进一步地，所述传送带机构包括传送带、设于传送带两端用于将其固定于分料仓底板上的传送带支架、设于所述传送带一端的主动轮、设于传送带另一端的从动轮、与传送带支架连接用于驱动主动轮转动的传送带电机、与所述从动轮配合的连接于所述传送带支架上的同步轮轴及通过紧固螺母螺杆固定于设有从动轮的所述传送带支架一端的U型张紧机构；所述传送带支架位于所述从动轮的一端两侧设有调节槽，所述从动轮的轮轴支撑于所述调节槽内。

进一步地，所述电源模块包括设于所述箱体一侧的电源接口和总开关。

本实用新型提出的光机电一体化实验实训箱，通过将LED模拟模块设于箱盖上，而将流水线模拟模块和PLC控制模块嵌设于箱体上，具有体积小，便于携带的特点，通过整合PLC基础实验与实训内容于一个实训箱中，减少了实验设备种类及实验室场地占用面，提高了教学质量与资源效用。

附图说明

图1是本实用新型提供的光机电一体化实验实训箱的立体结构示意图；

图2是图1中箱体的俯视结构示意图；

图3是图2中送料模块的俯视结构示意图；

图4为图3的左视示意图；

图5为图3的俯视示意图；

图6为图2中夹持模块的立体结构示意图；

图7为图6中夹持模块的主视示意图；

图8为图6的左视示意图；

图9为图6的俯视示意图；

图10为图2中分拣模块的立体结构示意图；

图11为图10中分拣模块的俯视结构示意图；

图12为图11的前视结构示意图；

图13为图11的局部剖视示意图；

图14为图2中PLC控制模块的结构示意图；

图15为图1中箱盖上LED模拟模块的结构示意图；

图16为图15的控制原理图；

图17为本实用新型提供的光机电一体化实验实训箱的控制原理结构框图；

图18为图2中流水线模拟模块的输入输出布置图；

图19为图18的PLC控制模块的连线图。

其中，箱体1；进气接口6；箱盖7；连接端子8；电磁阀底座9；电磁阀10；气动三联件11；气源急停阀12；电源接口14；电源模块15；供气模块16；

送料模块2；转盘支架201；转盘电机202；光电传感器203；拨块204；转盘205；

夹持模块3；气动手指301；竖直双杆气缸302；旋转气缸支架303；旋转气缸304；L型连接件305；水平双杆气缸306；

分拣模块4；满仓电容传感器401；分料仓导块402；同步轮轴403；U型张紧机构404；传送带405；从动轮406；传送带支架407；光纤传感器408；气缸409；电感传感器410；电容传感器411；传送带电机412；推料块413；主动轮414；分料仓底板415；紧固螺母螺杆416；调节槽417；物料仓418；

PLC控制模块5；触摸屏501；电源显示控制单元502；转接插孔503；PLC单元504；电气控制单元505；

LED模拟模块13；自动运料装车单元131；八段数码显示和艺术彩灯单元132；交通信号灯单元133；加工中心刀库选择单元134；水塔水位自动控制单元135；全自动洗衣机单元136；自动成型机单元137；液体混合单元138；自动轧钢机单元139；

A1～A17、M1、M2、F1～F7均为图18中流水线模拟模块与图19的PLC控制模块连接对应标号示意。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～19所示，本实用新型提供了光机电一体化实验实训箱，包括箱体1、箱盖7、嵌设于箱盖7上的LED模拟模块13及嵌设于箱体1内的流水线模拟模块、PLC控制模块5和用于为各模块供电的电源模块15。

流水线模拟模块包括送料模块2、夹持模块3、分拣模块4及用于给流水线模拟模块供气的供气模块16。

送料模块2用于供应物料并使物料有序的传送到夹持模块3对应工位；送料模块2包括通过转盘支架201固定于箱体1底部的转盘205、设于转盘205下端的转盘电机202、与转盘电机202输出轴配合并设于转盘205上端的拨块204及设于转盘205的出料口下端的光电传感器203；物料受到拨块204驱动处于光电传感器203正上方时，光电传感器203反馈信号至PLC控制模块5，PLC控制模块5根据反馈信号控制转盘电机202通断电。

夹持模块3用于夹取送料模块2传送来的物料并将该物料传送至分拣模块4对应工位；夹持模块3包括竖直双杆气缸302、设于竖直双杆气缸302的活塞杆末端的水平双杆气缸306、设于水平双杆气缸306的活塞杆末端的气动手指301及与竖直双杆气缸302通过L型连接件305固定的旋转气缸304；旋转气缸304通过旋转气缸支架303与箱体1底部固定；旋转气缸304两侧分别安装有一个用于调节旋转气缸304的旋转角度的油压减速器；气动手指301、竖直双杆气缸302、水平双杆气缸306和旋转气缸304两侧分别安装有至少一个用于检测其伸缩状态并将伸缩状态信息反馈至PLC控制模块5的传感器。

分拣模块4用于对夹持模块3传过来的物料进行检测并分类；分拣模块4包括分料仓底板415、至少三个并排间距设于分料仓底板415上的分料仓导块402(优选为四个分料仓导块)、每两个相邻分料仓导块与分料仓底板形成的一个物料仓418(四个分料仓导块形成三个物料仓)、设于分料仓底板一侧的传送带405机构及设于传送带405机构背对物料仓一侧的推料机构；传送带405机构的传输方向平行于分料仓导块的排列方向。

传送带405机构包括传送带405、设于传送带405两端用于将其固定于分料仓底板上的传送带支架407、设于传送带405一端的主动轮、设于传送带405另一端的从动轮406、与传送带支架407连接用于驱动主动轮转动的传送带电机412、与从动轮406配合的连接于传送带支架407上的同步轮轴及通过紧固螺母螺杆固定于设有从动轮406的传送带支架407一端的U型张紧机构404；传送带支架407位于从动轮406的一端两侧设有调节槽，从动轮406的轮轴支撑于调节槽内。通过紧固螺母螺杆的作用，可调节从动轮406与主动轮之间的距离，进而调节传送带405的张紧。

分拣模块4还包括设于物料仓背对传送带405机构的满仓电容传感器401，满仓电容传感器401用于检测物料仓内的物料是否装满并将信号传递至PLC控制模块5；分拣模块4还包括依次设于传送带405机构背对物料仓一侧并与PLC控制模块5电信号连接的光纤传感器、电感传感器和电容传感器；

光纤传感器用于检测材料的反光性能，当反光率高的物料经过时光纤传感器产生相应的信号传到PLC控制模块5中；当反光率低的物料经过时光纤传感器不产生相应的信号。

电感传感器用于检测物料是否属于金属或非金属。当金属的物料经过时电感传感器产生相应的信号传到PLC控制模块5中；当非金属的物料经过时电感传感器不产生相应的信号。

电容传感器用于检测传送带405上有无物料，当物料经过时电容传感器产生相应的信号传到PLC控制模块5中；当没有物料经过时电容传感器不产生相应的信号。

推料机构包括多个与物料仓一一对应的气缸409及设于气缸409的活塞杆末端的推料块；本实施例中气缸409共有3个并且分别在光纤传感器、电感传感器及电容传感器的一侧，气缸409与分料仓底板侧边固接，气缸409用于将传送带405上运输来的物料推入到指定的物料仓中。推料块用于在气缸409运动时保证物料运动不跑偏。

供气模块16包括进气接口6、与进气接口6连接的供气设备及连通进气接口6与各用气设备的连接管路(图未示)；用气设备为电磁阀10和/或气缸，其中气缸包括气缸409、竖直双杆气缸302、旋转气缸304、水平双杆气缸306等。

流水线模拟模块还包括用于与其各个模块中的气缸相连接并接收PLC控制模块5的控制信号而驱动各气缸执行相应动作的电磁阀10。

箱体1内还设有气源急停阀12、电磁阀底座9、连通进气接口6和供气设备的气动三联件11、用于连接PLC控制模块5与流水线模拟模块的连接端子8。气源急停阀12设于进气接口6与气动三联件11之间，气源急停阀12用于紧急情况下切断由进气接口6进入到气动三联件11的气源。电磁阀10安装于电磁阀底座9上，电磁阀底座9安装于箱体1底部；电磁阀底座9与电磁阀10的连接有利于电磁阀10安装的更加紧凑。电源模块15包括设于箱体1一侧的电源接口14和总开关。连接端子8有利于后期的设备维修及更换，也便于查看各个传感器及电路的连接状况；当然，需要说明的是，本实施例中各阀、传感元器件均采用市购型号。

PLC控制模块5包括PLC单元504及与PLC单元504连接的电气控制单元505、电源显示控制单元502、转接插孔503和触摸屏501；电源显示控制单元502用于显示电路中的电压、电流及电功率参数；转接插孔503通过转接线与LED模拟模块13拔插式连接。本实用新型中PLC控制模块5与其余各模块之间的控制连接方式采用现有技术；本实用新型的创造性在于流水线模拟模块的结构及LED模拟模块13中各单元的整合，通过合理的布局，使整个实训箱体1积小便于携带。

LED模拟模块包括自动运料装车单元131、八段数码显示和艺术彩灯单元132、交通信号灯单元133、加工中心刀库选择单元134、水塔水位自动控制单元135、全自动洗衣机单元136、自动成型机单元137、液体混合单元138和自动轧钢机单元139；LED模拟模块的上述各单元分别在对应位置设有LED灯及与转接插孔通过转接线连接的插孔；LED灯与电气控制单元电信号连接。上述LED模拟模块中的各单元的连接、控制方式等均为现有技术，本实用新型不再赘述。

本实用新型的实训箱具体工作流程为：

不同类型的物料被放置在转盘205中，在转盘电机202的转动并带动拨块204转动下，拨块204将物料有序的推送到待夹取工位，当物料到达待夹取工位时正好位于光电传感器203的上方，此时光电传感器203产生相应的信号传送给PLC单元504，此时PLC单元504给转盘电机202信号，使其停止工作等待待夹取工位上的物料被夹取走。同时PLC单元504给夹持模块3信号使其工作，如果转盘电机202在转动一定时间后光电传感器203还没有产生信号，则证明转盘205中已经没有了物料，此时PLC单元504给转盘电机202信号，使其停止工作并使警告灯(图未视)闪烁，以达到节约能耗和提示的作用。如果物料还未到达转盘205的待夹取工位，则夹持模块3将不会动作一直等待。

夹持模块3的初始状态为气动手指301处于张开状态；竖直双杆气缸302处于缩回状态；水平双杆气缸306处于缩回状态；旋转气缸304处于逆时针极限状态即气动手指301位于传送带405的正上方。当PLC单元504给夹持模块3信号使其工作时，竖直双杆气缸302伸出，致使竖直双杆气缸302的上极限传感器(图未视，以下顺时极限传感器、伸出极限传感器、下极限传感器等均未视)产生信号给PLC单元504，PLC单元504使旋转气缸304顺时针旋转，到达指定位置后旋转气缸304的顺时极限传感器产生信号，使水平双杆气缸306伸出。水平双杆气缸306的伸出极限传感器产生信号使竖直双杆气缸302缩回，致使其下极限传感器产生信号使气动手指301工作，致使气动手指301夹紧物料。气动手指301夹紧物料一段时间后使竖直双杆气缸302伸出，致使其上极限传感器产生信号，使水平双杆气缸306缩回。水平双杆气缸306缩回，致使其下极限传感器产生信号，使旋转气缸304逆时针旋转，致使其逆时极限传感器产生信号。此时PLC单元504使水平双杆气缸306伸出，致使其上极限传感器产生信号，此时PLC单元504使竖直双杆气缸302缩回，致使其下极限传感器产生信号。同时PLC单元504使气动手指301张开，此时物料已经被夹持模块3从转盘205的待夹取工位运送到传送带405上，气动手指301张开后使步进电机412工作，从而带动传送带405运动，如此循环便可以有序的进行物料的搬运。

传送带405将物料进行运送的过程中，物料经过依次经过光纤传感器408、电感传感器410、电容传感器411时，当对应的传动器有信号时，传感器将会产生相应的信号并传输给PLC单元504，PLC单元504将会给传感器对应的电磁阀10相应的信号，使气缸409将会执行相应的伸出动作将物料推入到指定的物料仓418中，当传送带405上没有物料时经过一段时间后步进电机412将停止工作，传送带405也将停止工作，达到节约能源的目的。当物料仓418中的物料装满后电容传感器401将会产生相应的信号传输给PLC单元504，此时所有模块停止工作，并且警告灯(图未视)闪烁，直到已满的物料被取出后才能继续，这样保证了不会损坏器材。这样就完成了整个物料传送检测分拣过程，达到模仿真实运送流水线的工作状况。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。