基于工业以太网的伺服控制系统试验箱的制作方法

本实用新型涉及工业控制系统技术领域，具体是一种基于工业以太网的伺服控制系统试验箱。

背景技术：

随着在工业生产中对控制系统网络化要求的不断提高，控制系统已经由模拟控制系统向直接数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统不断发展。

工业以太网采用国际主流标准的基于TCP/IP的以太网，协议开放，容易互连和互操作，可实现远程访问和远程诊断，网络速度快，可到千兆甚至更快，不同的传输介质可以灵活组合（如同轴电缆、双绞线、光纤等），支持冗余连接配置，数据可达性强，系统容量几乎无限，有成熟可靠的系统安全体系，可降低投资成本等一系列优点，已然成为工业控制系统和网络系统研究的热点方向，在很多场合也已经开始应用。

然而很多高校开设的工业控制网络课程对工业以太网控制系统仍然停留在理论讲授阶段，缺乏简单、实用、形象、低成本的实验设备，学生很难理解那些抽象的理论，在实际工作中也不会直接应用，不能将理论转换为实践能力。

在工业生产中常用的工业以太网控制系统有两大类，即运动控制系统和过程控制系统，其中运动控制系统通常又分为速度控制系统和位置控制系统两大类。速度控制系统在各大院校的实验室较为常见，常用PLC、变频器来控制交流电机变速运行。而位置控制系统试验箱则很少碰到。另外虽然个别院校也有一些位置控制系统方面的试验箱，包含控制系统中常用的PLC、触摸屏、指示灯和按钮，但是被控对象简单（如用按钮模拟传感器等），甚至没有被控对象，学生只能看到电机的旋转，仍然很难理解伺服控制系统定位控制的效果，达不到预期的实验训练效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种基于工业以太网的伺服控制系统试验箱。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种基于工业以太网的伺服控制系统试验箱，包括交换机、第一PLC控制器、第二PLC控制器、PC机、触摸屏、伺服驱动器、伺服电机和带孔皮带旋转装置；第一PLC控制器、第二PLC控制器、PC机、触摸屏和伺服驱动器分别与交换机连接，伺服驱动器与伺服电机连接；带孔皮带旋转装置包括底板，伺服电机的输出轴穿过底板后垂直设置于底板上，底板上还垂直设置有至少两个从动旋转轴，伺服电机的输出轴以及多个从动旋转轴之间共同连接有一条传输皮带，传输皮带上间隔的开设有至少两个通孔，伺服电机的输出轴与相邻从动旋转轴之间以及相邻的从动旋转轴之间分别设置有定位传感器，并且传输皮带上的通孔能与定位传感器的发射、接收端正对，定位传感器分别与第二PLC控制器连接。

作为优选的技术方案，第二PLC控制器上连接有指示灯、声光报警和按钮。

作为优选的技术方案，带孔皮带旋转装置的底板上设置有两个从动旋转轴，伺服电机的输出轴与两个从动旋转轴呈三角形分布，传输皮带上间隔的开设有两个通孔。

本实用新型试验箱，当伺服电机的输出轴旋转时，另外几个从动旋转轴在传输皮带的作用下也跟随旋转，同时传输皮带也开始运动。定位传感器就可检测传输皮带的位置，传输皮带上的通孔相当于工业生产线中的物品，通过本实用新型试验箱对带孔传输皮带的定位控制和速度控制，相当于对实际生产线中物品的识别和操作，如雕刻、分拣、装配等，可低成本的模拟工业生产实际的操作过程。本实用新型试验箱的各设备之间全部借助工业以太网实现通信和控制，方便学生学习和技术人员实验。

附图说明

此处的附图用来提供对本实用新型的进一步说明，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型试验箱的结构示意图。

图中：1-交换机、2-第一PLC控制器、3-第二PLC控制器、4- PC机、5-触摸屏、6-伺服驱动器、7-伺服电机、7-1-伺服电机的输出轴、8-带孔皮带旋转装置、8-1-底板、8-2-从动旋转轴、8-3-传输皮带、8-4-定位传感器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型，以下结合参考附图并结合实施例对本实用新型作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种基于工业以太网的伺服控制系统试验箱，包括交换机1、第一PLC控制器2、第二PLC控制器3、PC机4、触摸屏5、伺服驱动器6、伺服电机7和带孔皮带旋转装置8；

交换机1采用工业交换机，其上设置有①号、②号、③号、④号、⑤号插孔；

第一PLC控制器2采用工厂级大中型PLC控制器，采用AC 220V供电，有两个以太网接口，自带环网功能，其中一个以太网接口与交换机1的②号插孔相连；

第二PLC控制器3采用车间级小型PLC控制器，采用AC 220V供电，有一个以太网接口，并与交换机1的③号插孔相连；此外，第二PLC控制器3上还连接有指示灯、声光报警和按钮；

PC机4采用工业PC机，PC机4的一个以太网接口与交换机1的①号插孔连接；

触摸屏5采用车间级工业触摸屏，采用DC 24V供电，有一个以太网接口，并与交换机1的⑤号插孔相连；

伺服驱动器6采用AC 220V供电，输出AC 380V给伺服电机7供电，DC 24V口部分通过急停开关接电源，可起到电机旋转故障时候的电机急停保护操作人员的作用，伺服驱动器6有两个以太网接口，自带环网功能，其中一个网口与交换机1的④号插孔相连；

带孔皮带旋转装置8包括底板8-1，伺服电机的输出轴7-1穿过底板8-1后垂直设置于底板8-1上，底板8-1上还垂直设置有两个从动旋转轴8-2，伺服电机的输出轴7-1以及两个从动旋转轴8-2之间共同连接有一条传输皮带8-3，传输皮带8-3上间隔的开设有两个通孔，伺服电机的输出轴7-1与相邻从动旋转轴8-2之间以及相邻的从动旋转轴8-2之间分别设置有定位传感器8-4，共计三个定位传感器8-4，定位传感器8-4包括发射端和接收端，并且每个定位传感器8-4的发射端和接收端分置于传输皮带8-3的两侧，传输皮带8-3上的通孔能与定位传感器8-4的发射、接收端正对，定位传感器8-4分别与第二PLC控制器3连接。

此外，本发明试验箱上还设置有一些辅助设备，如开关、空气开关和漏电保护装置、急停开关、开关电源等。

整个设备采用最常见的220V交流电供电，220V电流电经过开关、空气开关和漏电保护装置之后给设备中各个部件供电，其中漏电保护装置可以在设备漏电或人触电时及时断电保护设备和人员安全。设备中开关电源将220V交流电转换成24V直流电给需要直流供电的部件供电。

本实用新型试验箱的应用如下：

1）基础实验

PLC控制器与指示灯、声光报警和按钮的基础实验：模拟工业企业中各种控制按钮的输入操作和各种设备或者变量的工作状态。

两个PLC控制器之间的通信实验：模拟工业企业中工厂级PLC控制器与车间级PLC控制之间的通信。在PLC控制器中组态各个控制器并编写通信程序实现通信，为复杂的联机控制奠定基础。

工业触摸屏与PLC控制器的基本实验：在工业触摸屏中组态各种画面，模拟工业企业中触摸屏各种界面的切换，如欢迎画面，设备调试画面，设备运行画面等，通过触摸屏画面中的各种按钮、数字量等输入端口可以向PLC控制器发出控制指令，同时又可以监控PLC控制器控制的一些变量的开关状态、变化曲线等。

PLC控制器与伺服驱动器的基本实验：在PLC控制器中组态实轴和伺服电机信息，通过直接命令对伺服电机进行基本的测试控制，或者通过编程对伺服电机按照某工业生产过程的逻辑进行复杂的位置和变速控制。

PLC控制器与定位传感器的基本实验： PLC控制器读取定位传感器的开关量信息，通过编程执行相应的操作或显示等。

2）综合实验

将基础实验部分两个或这个多个项目结合进行实验，比如下面这个较为复杂的综合实验。

点击工业触摸屏中的控制按钮或输入数字量输入等控制信息，大型PLC控制器接收到工业触摸屏信息根据整个车间的工作情况，与小型PLC控制器通信，向其发送控制信息并接收其变量信息，之后再传送给工业触摸屏显示。

小型PLC控制器根据接收到的大型PLC控制器和3个定位传感器、编码器的信息，向伺服驱动器发出控制进而带动伺服电机运动，则带孔传输皮带也开始旋转，进行产生一些特定顺序和逻辑的运动控制。

实际上本试验箱中的带孔皮带旋转装置可以模拟实际工业生产过程中传送物品时候的定位停止等工作过程。

如立体仓库中，码垛机回零位，横向X轴定位停止，纵向Y轴定位停止以及Z轴取货操作。触摸屏部分组态工作现场画面，利用传输皮带通孔和3个定位传感器将伺服电机运动跟监控画面结合进行模拟实验。

如载物的变速传送带，到达指定位置后停止，拍照识别之后用机器人实现雕刻、分拣、装配等，再之后将成品或半成品送回仓库的工作过程。触摸屏部分组态工作现场画面，利用传输皮带通孔和3个定位传感器将伺服电机运动跟监控画面结合进行模拟实验。

综述，本实用新型试验箱除了可以做相关的基础实验以外，也可以将实际工作现场的工序组成成触摸屏画面，将其控制逻辑，通过硬件和触摸屏组态显示。

上面是对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。