专利名称：小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验装置，尤其涉及一种以小型可编程控制器(PLC)为核心，设有多根可根据需要配置、组合成各种设备实验模型并模仿其工作运动过程的多功能直线运动轴组件和多功能旋转运动轴组件为主而组成的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱。
背景技术：
目前国内的可编程控制器PLC实验仪器有以下几种第一种是，按实际设备缩小尺寸比例仿真制造的实验模型，其特点是外形、结构和实际设备相似，并有驱动装置带动模型的运转。因此，其优点是，实验演示效果很好；其缺点是，(1)制造成本较高；(2)由于其已制成某种设备的外形，故只能做某种单一类型的实验；(3)为防止损害，往往只做演示实验第二种是，用图形来表示某些设备的实验装置，其方法是将需要实验的设备外形画在图上，用图上适当位置安装的指示灯或电动机来代表该设备运行的情况，在实验中用装在图上相应位置处的手动控制开关来模拟该设备运行的结果；一般一张设备示意图可做一种类型的实验，整套实验装置提供十张左右的图。这种实验装置的优点是，结构比较简单，并且增加图形的数量即可增加实验的种类；其缺点是，(1)这种实验装置用设备的示意图来代表设备的运行，用手工操作来代替设备的实际运动，因此实验效果较差，无法取得模仿设备运动的实验效果；(2)其实验种类数受到随实验装置提供的图形种类和数量的限制，因此较难再次开发增加新的实验项目。
第三种是，由组件形式构成的实验装置，即它由若干个微型电动机驱动的可运动的组件和行程开关组成，根据仿真不同设备的实验需要，选择其中部分组件以组成所仿真设备的实验模型，然后用可编程控制器(PLC)编程，进行可动仿真实验。其优点是，可根据不同的实验，选用不同的组件进行搭配，就可以进行较多种类的PLC实验；其缺点是，(1)形式比较简单(只有运动组件和行程开关)，功能少；(2)进行模仿真实设备的实验时，常受到许多限制。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种改进的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，它能在以前组件仿真的基础上，根据实际设备的功能设计了各种多功能组件，使之加强了仿真的实验性能。
本实用新型的目的是这样实现的一种小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，包括由箱盖和箱座组成的箱体，在箱座内设置一可编程控制器，其特点是所述的箱座内设有一面板，在该面板上设置有一操作面板、一旋转运动部件、至少一直线运动部件，以及附件；在所述的面板下设置有与面板和可编程控制器电连接的控制电路，所述的设置在箱座内的可编程控制器的上部镶嵌在面板中。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的设置在面板上的直线运动部件有三个，即横向设置在面板前部的直线运动部件I和直线运动部件II，竖向设置在面板(200)中部的直线运动部件III。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的附件包括输出插口、七段显示器、调试选择开关、外接输入与输出插口、输入插口11、调试开关。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的直线运动部件包括，一带齿轮减速器的电动机，电动机通过与其套接的连轴器带动其上设有一滑台的丝杆旋转。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的直线运动部件还包括，至少一对超极限行程保护开关和超限指示，至少一对行程控制开关和显示指示器，一圆周零位行程控制开关插口和指示，正反转点动按钮和指示，变速插口和指示。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的旋转运动部件包括，一转盘，该转盘通过电动机带动旋转，在转盘上至少设有一圆周方向的行程检测点以及圆周方向四个行程输出和指示和一A/B相计数光电编码器，该A/B相计数光电编码器的输出受编码开关开关控制，在转盘周边依次设置一圈通过上光电编码器检测的孔。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的旋转运动部件还包括，两对分别设置在转盘右上与右下的表示顺转与逆转插口和指示器，位于转盘左上侧的调速电位器和自转开关，位于转盘左下侧的变速插口和指示器。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的操作面板上设有一操作按钮和一实验方式选择开关。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，所述的操作面板上还设有，一电源开关、电源指示和电源保险丝；其中，实验方式选择输出插口和实验方式选择开关配套使用。
在上述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱中，其中，在上述各部件上粘贴功能图。
本实用新型小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.实验面广。本实用新型由于可根据不同层次和不同难度的实验需要，设计了固定连线和接插式可变连线结合的方案，它既可以适应初学者不需要连线的简单编程实验，又可以满足难度较高的既要编程又要连线的较复杂的仿真实验。
2.可动仿真。本实用新型由于设计的每一个组件都具有较强的功能和使用的灵活性，因此进行组合式仿真实验时，即可取得实验设备的可动仿真效果，又可任意组合成多种实验设备模型，而且还便于使用者自行开发新的实验项目。
3.模型贴图。本实用新型由于为组件设计了各种功能的模型仿真贴图，进行不同实验时，对选中的组件可根据功能贴上相应的模型贴图。有助于帮助理解实验的内容。贴图由磁铁吸住，便于更换。
通过以下对本实用新型小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是依据本实用新型提出的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱的整体结构示意图和实验箱面板上各部件布置的结构示意图；图2是图1的实验箱面板上直线运动部件的结构示意图；图3是图2的直线运动部件中丝杆安全防护部件的结构示意图；图4是图1的实验箱面板上旋转运动部件的结构示意图；图5是图1的实验箱面板上操作面板的结构示意图；图6是本实用新型中控制直线运动部件的电原理图；图7是本实用新型中控制旋转运动部件的电原理图。
图8是贴于实验箱面板各部件上的模型仿真组件贴图。
具体实施方式
如图1所示，这是本实用新型小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱的整体结构示意图和实验箱面板上各部件布置的结构示意图。本实用新型一种小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，包括一箱体100，它由箱盖101和箱座102组成；在箱座102内设置一可编程控制器10；在箱座102内还设有一面板200，该面板200是水平设置在箱座102的上部；在面板200下即箱座102内设置有与面板200和可编程控制器10电连接的控制电路，图6中的Y*1，Y*2是固定连线Y*是可变连线和图7中的Y是可变连线，所述的设置在箱座102内的可编程控制器10的上部镶嵌在面板200中；在面板200上设有一操作面板1、一旋转运动部件2、至少一直线运动部件3，在本实用新型中设置了三个直线运动部件，包括即横向设置在面板200前部的直线运动部件I3和直线运动部件II4，竖向设置在面板200中部的直线运动部件III5，在面板200的右侧设有一些附件。
请结合图1参见图2、图3所示，图2是图1的实验箱面板上直线运动部件的结构示意图，而则图3是图2的直线运动部件中丝杆安全防护部件的结构示意图。在本实用新型中，所述的三个直线运动部件3、4、5是典型的丝杆、滑台结构，仅是三个直线运动部件3、4、5的行程控制点数不同，其中，直线运动部件I具有3个行程控制点，直线运动部件II具有5个行程控制点，直线运动部件III具有4个行程控制点；而三个直线运动部件3、4、5的结构是相同的，它们各自均包括，一带齿轮减速器21的电动机22，电动机22通过与其套接的连轴器19带动其上设有一滑台17的丝杆18旋转，还包括，至少一对超极限行程保护开关13和超限指示14，至少一对行程控制开关16和显示指示器15，一圆周零位行程控制开关插口和指示20，正反转点动按钮26和指示24，变速插口25和指示23。
三个直线运动部件3、4、5的工作原理是，由微型直流电机22经减速21后通过联轴器19带动丝杆18旋转，再通过压入丝杆槽内的钢丝27，带动滑台17作直线运动。在滑台17超行程或过力矩时，由于钢丝27的弹性作用，弹出丝杆18槽外，保护了滑台和电机的安全。在本实用新型中，三个直线运动部件3、4、5均具有2个超极限行程13控制点和1个园周零位20控制点；正(KAZ)、反向(KAF)运转、点动26、变速25和限流R1(参见图6)等功能，其中，超极限行程13开关和报警14可避免因为编程或连线的错误使丝杆18、滑台17卡死，点动功能26可以调整直线运动部件的初始位置，变速25和制动R2(参见图6)功能使仿真实验更具有真实性，园周零位20可以模仿编码器反馈，实现闭环位置控制，限流R1作用可以保护电动机。滑台内安装有一磁铁为吸住模型仿真的组件功能贴图(参见图8)而设。
请结合图1参见图4所示，图4是图1的实验箱面板上旋转运动部件的结构示意图。本实用新型的旋转运动部件2包括，一转盘34，该转盘34通过电动机29带动旋转，在转盘34上设有一圆周方向的行程检测点28和组件上至少一圆周方向行程输出38和行程指示37，用于转盘34的圆周方向定位；转盘34上还有一A/B相计数光电编码器33，该A/B相计数光电编码器33的输出受编码开关31开关控制，在转盘34周边依次设置一圈通过光电编码器33检测的孔41，还包括，两对分别设置在转盘34右上与右下的表示顺转与逆转插口40和指示器39，位于转盘34左上侧的调速电位器35和自转开关36，位于转盘34左下侧的变速插口30和指示器32。
旋转运动部件2的工作原理是，转盘34采用直流微型电机29直接驱动(也可通过齿轮减速器驱动)，转盘34可通过插口40控制顺时针(KAL)或逆时针(KAR)旋转，也可以通过自转开关36实现自动旋转。转盘的转速可以用调速电位器35进行无级调速，也可以通过变速插口30实现有级调速。转盘34的安装了行程检测点28和组件面板上的四个圆周方向行程开关作用，输出圆周位置信号38。组件面板上A/B相计数光电编码器33，检测转盘34周边上一圈孔41，通过计算A/B相的脉冲个数，判别转盘34转过的角度；通过区分A/B相的脉冲边沿的顺序，判别转盘34的旋转方向。
请结合图1参见图5所示，图5是图1的实验箱面板上操作面板的结构示意图。控制面板1是根据实际需要设置的，用于实验时的控制，在操作面板1上设有一操作按钮44和一实验方式选择开关43及输出42；还设有电源开关45，电源指示46和电源保险丝47；其中，实验方式选择输出插口42和实验方式选择开关43配套使用。
请参见图1所示，在面板200上还设有其他附件，包括输出插口6，七段显示器7，调试选择开关8，外接输入与输出插口9，输入插口11，调试开关12。其中，输入插口6和输出插口11可用于可变连线的实验；调试选择开关8可禁止电动机转动，利用调试开关12，实现手动调试；七段显示器7主要进行译码器实验；外接输入与输出插口9可用于控制实验箱外部的电动机的实验装置。
请参见图6所示，这是本实用新型中控制直线运动部件的电原理图。该控制电路包括一桥式供电电路，由KAZ、KAF继电器组成，控制电机的正、反向运转，当KAZ(KAL)接通时，电动机M通电运转KAF接通时，电动机M反转；电机的变速采用继电器KAQ控制的高、低压供电电路实现的，当KAQ接通时，由高压12V供电，这时二极管D2处于反向偏置，KAQ断开时，由低压9V供电，实现电机的变速；电路的制动是采用继电器KAZ和KAF和电阻R2实现的，当继电器失电时，其常闭触点将电机的电枢绕组和电阻R2并联，实现能耗制动；电机的限流，由电阻R1实现，当电机堵转时，限制电流超限保护电机的安全；直线运动电机的点动，由按钮SB1(正向)或SB2(反向)接通KAZ；直线运动部件的超极限行程保护和报警是采用干簧继电器LL、RL电路实现的。
请参见图7所示，这是本实用新型中控制旋转运动部件的电原理图。该控制电路与图6的控制电路大致相同，包括一桥式供电电路，由KAL、KAR继电器组成，控制电机的正、反向运转，当KAL接通时，电动机M2通电运转，KAR接通时，电动机M2反转；电机的变速采用继电器KAS控制的高、低压供电电路实现的，当KAS接通时，由高压12V供电，这时二极管D14处于反向偏置，KAS断开时，由低压9V供电，实现电机的变速；电路的制动是采用继电器KAL和KAR和电阻R10实现的，当继电器失电时，其常闭触点将电机的电枢绕组和电阻R10并联，实现能耗制动；电机的限流，由电阻R8实现，当电机堵转时，限制电流超限保护电机的安全；旋转运动部件的无级调速是采用可调电阻R9实现的。与图6不同的是，旋转运动没有直线运动的超极限行程保护和报警的LL、RL电路，但根据需要增加了转盘的无级调速和自转控制功能。
请参见图8所示，这是贴于实验箱面板各部件上的模型仿真组件贴图，根据不同的实验，在相应的组件上贴上不同的模型仿真组件贴图，从而可使实验更具真实性。
综上所述，本实用新型中的各部件均根据仿真实验要求设计的多功能组件，利用这些组件，可以方便的搭配、组合成许多种设备的模型，进行PLC可动式仿真实验，本实用新型由多功能直线运动部件和多功能旋转运动部件为主构成的可动式仿真实验装置，因此，它可根据不同层次和不同难度的实验需要，设计了固定连线和接插式可变连线结合的方案，它既可以适应初学者简单编程实验，又可以满足难度较高的仿真实验，因此，实验面较广；同时，由于各部件都具有较强的仿真功能和使用的灵活性，因此进行组合式仿真实验时，既可取得可动仿真效果，又可任意组合成多种实验设备模型，进行多种仿真实验，还便于使用者自行开发新的实验项目；本实用新型具有功能齐全，组合灵活，仿真性好，实验面广的特点，因此极为实用。
权利要求1.一种小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，包括由箱盖(101)和箱座(102)组成的箱体(100)，在箱座(102)内设置一可编程控制器(10)，其特征在于所述的箱座(102)内设有一面板(200)，在该面板(200)上设置有一操作面板(1)、一旋转运动部件(2)、至少一直线运动部件(3)，以及附件；在所述的面板(200)下设置有与面板(200)和可编程控制器(10)电连接的控制电路，所述的设置在箱座(102)内的可编程控制器(10)的上部镶嵌在面板(200)中。
2.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的设置在面板(200)上的直线运动部件(3)有三个，即横向设置在面板(200)前部的直线运动部件I(3)和直线运动部件II(4)，竖向设置在面板(200)中部的直线运动部件III(5)。
3.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的附件包括输出插口6)、七段显示器(7)、调试选择开关(8)、外接输入与输出插口(9)、输入插口11(11)、调试开关(12)。
4.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的直线运动部件(3，4，5)包括，一带齿轮减速器(21)的电动机(22)，电动机(22)通过与其套接的连轴器(19)带动其上设有一滑台(17)的丝杆(18)旋转。
5.如权利要求5所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的直线运动部件(3，4，5)还包括，至少一对超极限行程保护开关(13)和超限指示(14)，至少一对行程控制开关(16)和显示指示器(15)，一圆周零位行程控制开关插口和指示(20)，正反转点动按钮(26)和指示(24)，变速插口(25)和指示(23)。
6.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的旋转运动部件(2)包括，一转盘(34)，该转盘(34)通过电动机(29)带动旋转，在转盘(34)上至少设有一圆周方向的行程检测点(28)以及圆周方向四个行程输出(38)和指示(37)和一A/B相计数光电编码器(33)，该A/B相计数光电编码器(33)的输出受编码开关(31)开关控制，在转盘(34)周边依次设置一圈通过上光电编码器(33)检测的孔(41)。
7.如权利要求7所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的旋转运动部件(2)还包括，两对分别设置在转盘(34)右上与右下的表示顺转与逆转插口(40)和指示器(39)，位于转盘(34)左上侧的调速电位器(35)和自转开关(36)，位于转盘(34)左下侧的变速插口(30)和指示器(32)。
8.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的操作面板(1)上设有一操作按钮(44)和一实验方式选择开关(43)。
9.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于所述的操作面板(1)上还设有，一电源开关(45)、电源指示(46)和电源保险丝(47)；其中，实验方式选择输出插口(42)和实验方式选择开关(43)配套使用。
10.如权利要求1所述的小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱，其特征在于在上述各部件上粘贴功能图。
专利摘要本实用新型涉及一种小型可编程控制器多功能组合式仿真实验箱,包括:由箱盖和箱座组成的箱体,在箱座内设置一可编程控制器,其特点是:箱座内设有一面板,在面板上设置有:一操作面板、一旋转运动部件、至少一直线运动部件,以及附件;在面板下设置有与面板和可编程控制器电连接的控制电路,所述的设置在箱座内的可编程控制器的上部镶嵌在面板中;本实用新型由于各部件均根据仿真实验要求设计的多功能组件,利用这些组件,可以方便的搭配、组合成许多种设备的模型,进行PLC可动式仿真实验,它既可以适应初学者简单编程实验,又可以满足难度较高的仿真实验。
文档编号G09B25/00GK2488127SQ01246440
公开日2002年4月24日 申请日期2001年7月11日 优先权日2001年7月11日
发明者张仁杰 申请人:张仁杰