本发明涉及实验仪器
技术领域：
，特别涉及一种机电一体的教学实验平台。
背景技术：
随着现代控制技术的不断前进，工业自动化程度不断提高，样式繁杂的教学实验平台层出不穷，现有的教学实验平台存在功能简单，模块化设计不足，可实现的实验种类少的问题。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种机电一体的教学实验平台，旨在提升教学实验平台的功能性。为实现上述目的，本发明提出的机电一体的教学实验平台，包括控制模块、温度pid闭环控制模块、计长定位模块及步进控制模块；所述温度pid闭环控制模块，用于接收控制模块输出的控制信号，对加热装置进行温度闭环控制；所述计长定位模块，用于接收控制模块输出的控制信号，对三相电机进行计长定位控制；所述步进控制模块，用于接收控制模块输出的控制信号，对步进电机进行定位控制。优选地，所述温度pid闭环控制模块包括固态继电器、电加热管、温度传感器及温度变送器；所述固态继电器与所述电加热管连接，所述固态继电器还与所述控制模块连接；所述温度传感器与所述温度变送器连接，所述温度变送器与所述控制模块连接。优选地，在进行温度pid闭环控制实验时，温度传感器测定实际温度，控制模块判断所述实际温度是否小于设定温度值，若小于设定温度值，所述控制模块发出控制信号，固态继电器开始工作，同时电加热管开始加热，当所述实际温度达到设定温度值时，电加热管停止加热；控制模块通过温度实时检测，实现恒温闭环控制。优选地，所述温度传感器采用pt100温度传感器。优选地，所述步进控制模块包括接近开关、丝杆滑块、步进驱动器及步进电机，所述步进驱动器与所述控制模块连接，所述步进驱动器还与所述步进电机连接；所述接近开关与所述控制模块连接，所述步进电机与丝杆滑块连接，所述接近开关设置在丝杆滑块的丝杆左、右两端。优选地，在进行步进定位控制实验时，所述控制模块判断是否接收到所述接近开关发送的限位信号，若没有接收到限位信号时，所述控制模块向步进驱动器发出控制信号，步进驱动器控制步进电机转动相应角度，可使丝杆滑块的滑块向左或者向右移动设定距离值；当接收到限位信号时，所述控制模块判断是否为左限位信号，若是，所述控制模块向步进驱动器发出控制信号，步进驱动器控制步进电机转动相应角度，使滑块向右移动，否则向左移动。控制模块通过实时监测接近开关的限位信号，实现步进定位控制。优选地，所述接近开关设置在丝杆滑块的丝杆左、右两端。优选地，所述计长定位模块包括编码器、转盘、变频器及三相电机，所述变频器与所述控制模块连接，所述变频器还与所述三相电机连接，所述三相电机的电机轴与转盘和编码器连接；所述编码器与所述控制模块电性连接。优选地，在进行计长定位控制实验时，所述控制模块根据编码器实时反馈的转角信号来计算转盘边沿转动的当前长度值是否达到设定长度值，若未达到，所述控制模块发出控制信号至所述变频器，所述三相电动机开始转动；若当前长度值达到设定长度值时，所述三相电机停转；控制模块通过编码器实时转角信号反馈，实现计长定位控制。优选地，所述机电一体的教学实验平台还包括触摸屏，所述触摸屏与所述控制模块连接。本发明技术方案通过设置控制模块、温度pid闭环控制模块、计长定位模块及步进控制模块，形成了一种机电一体的教学实验平台。在该平台上，可同时能够进行温度pid闭环控制实验、计长定位实验及步进控制实验，能够完成的实验种类多、功能齐全，能够满足现在机电工科类大学本科阶段多种实验的需求。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明机电一体的教学实验平台一实施例的第一功能模块图；图2为本发明机电一体的教学实验平台一实施例的第二功能模块图；图3为本发明机电一体的教学实验平台一实施例的控制流程示意图。附图标号说明：标号名称标号名称100控制模块203电加热管200温度pid闭环控制模块204固态继电器300计长定位模块301步进驱动器400步进控制模块302步进电机500触摸屏303接近开关600上位机401变频器201温度传感器402三相电机202温度变送器403编码器304丝杆滑块404转盘本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种机电一体的教学实验平台。参照图1，在本发明实施例中，该机电一体的教学实验平台，包括控制模块100、温度pid闭环控制模块200、计长定位模块300及步进控制模块400；所述温度pid闭环控制模块200，用于接收控制模块100输出的控制信号，对加热装置进行温度闭环控制。pid是指proportion(比例)、integral(积分)、derivative(微分)。闭环控制是指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。所述计长定位模块400，用于接收控制模块100输出的控制信号，对电机进行计长定位闭环控制。计长定位是指控制模块100根据编码器输出的信号，控制三相电机带动转盘404边沿转动设定的长度值。所述步进控制模块400，用于接收控制模块100输出的控制信号，对电机进行定位控制。步进控制模块400中包括有限位开关，控制模块100检测是否有限位信号，当检测到限位信号时控制模块100根据左、右限位信号控制步进电机的转动方向，使丝杆滑块304的滑块向左或者向右移动设定距离值。控制模块100通过实时监测接近开关303的限位信号，实现定位控制。本实施例中，所述控制模块100采用三菱fx1nplc控制器。该机电一体的教学实验平台还包括上位机600及触摸屏500。plc控制器与触摸屏通500过rs232串口通讯；实验设定值在触摸屏500输入，实验操作在触摸屏500完成，温度pid闭环控制实验的实验图像以及计长定位实验数据可在触摸屏500显示。触摸屏500与控制模块100连接，实验人员能够通过触摸屏500方便地更改实验参数和相关设置，提高了实验的便捷性。本发明的机电一体的教学实验平台还具有功能扩展性。除了以上单元，还可以增加plc扩展模块，实现更加复杂的控制需求；步进定位控制模块可搭建成三轴的机械运动平台，实现三轴联动定位控制。本实施例中，上位机600采用电脑实现，电脑读取控制模块100中的实验数据等参数，在触摸屏500显示屏上进行展示，方便实验人员进行观测。本发明技术方案通过设置控制模块100、温度pid闭环控制模块200、计长定位模块300及步进控制模块400，形成了一种机电一体的教学实验平台。在该平台上，可同时能够进行温度pid闭环控制实验、计长定位实验及步进控制实验，能够完成的实验种类多、功能齐全，能够满足现在大学本科阶段多种实验的需求。参照图2，具体地，所述温度pid闭环控制模块200包括固态继电器204、电加热管203、温度传感器201及温度变送器202；所述固态继电器204与所述电加热管203连接，所述固态继电器204还与所述控制模块100连接；所述温度传感器201与所述温度变送器202连接，所述温度变送器202与所述控制模块100连接。固态继电器204的作用在于，根据控制模块100的控制信号，控制电加热管203的导通或者关闭，从而控制电加热管203的加热。温度变送器202将温度传感器201采集的温度数据进行模数转换后发送至控制模块100。本实施例中，温度传感器201采用pt100温度传感器。本实施例中，在进行温度pid闭环控制实验时，温度传感器201测定实际温度，控制模块100判断所述实际温度是否小于设定温度值，若小于设定温度值，所述控制模块100发出控制信号，固态继电器204工作，同时电加热管203加热，当所述实际温度达到设定温度值时，电加热管203停止加热。控制模块100通过温度实时检测，实现恒温闭环控制。具体地，所述步进控制模块300包括接近开关303、步进驱动器301及步进电机302，所述步进驱动器301与所述控制模块100连接，所述步进驱动器301还与所述步进电机302连接；所述接近开关303与所述控制模块100连接，所述步进电机302与丝杆滑块304连接，所述接近开关303设置在丝杆滑块的丝杆左、右两端。本实施例中，在进行步进定位控制实验时，所述控制模块100判断是否接收到所述接近开关303发送的限位信号，若没有接收到限位信号时，所述控制模块100向步进驱动器301发出控制信号，步进驱动器301控制步进电机302转动相应角度，可使丝杆滑块304的滑块向左或者向右移动设定距离值；当接收到限位信号时，所述控制模块100判断是否为左限位信号，若是，所述控制模块100向步进驱动器301发出控制信号，步进驱动器301控制步进电机302转动相应角度，滑块向右移动，否则向左移动。控制模块100通过实时监测接近开关303的限位信号，实现定位控制。其中，所述接近开关303设置在丝杆滑块的丝杆左、右两端。具体地，所述计长定位模块400包括编码器403、转盘404、变频器401及三相电机402，所述变频器401与所述控制模块100连接，所述变频器401还与所述三相电机402连接，所述三相电机402的电机轴与转盘404和编码器403连接；所述编码器403与所述控制模块100电性连接。本实施例中，在进行计长定位控制实验时，所述控制模块100根据编码器403实时反馈的转角信号来计算转盘404边沿转动的当前长度值是否达到设定长度值，若未达到，所述控制模块100发出控制信号至所述变频器401，所述三相电动机402转动；若当前长度值达到设定长度值时，所述三相电机402停转，控制模块100通过编码器403实时转角信号反馈，实现计长定位控制。参照图3，同时本发明的技术方案还公开一种基于机电一体教学实验平台的使用方法，包括以下步骤：步骤1：学生根据实验的要求理解实验内容，并将所涉及到的内容划分为plc控制程序设计、人机界面设计、实验项目测试三部分；步骤2：学生在电脑上通过gxdeveloper软件完成plc控制程序的设计，模拟监控和调试，并将调试好的plc控制程序导出上传至控制模块100；步骤3：学生在电脑上通过easybuilder8000软件完成人机界面的设计，将程序导出上传至触摸屏500；步骤4：在进行温度pid闭环控制实验时，温度传感器201测定实际温度，控制模块100判断是否小于设定温度值，如果小于设定温度值，控制模块100发出控制信号，固态继电器204工作，同时电加热管203开始加热电加热块，实时温度曲线在触摸屏500的人机界面显示，当实际温度达到设定温度值时，电加热管203停止加热。控制模块100通过温度实时检测，实现恒温闭环控制；步骤5：在进行计长定位控制实验时，控制模块100根据编码器403实时反馈的转角信号来计算转盘404边沿转动的当前长度当前值是否达到长度设定值，如果没有，控制模块100发出控制信号控制变频器401，三相电机402转动，当前值长度在人机界面实时呈现显示，若当前长度值达到设定长度值时，三相电机402停转，控制模块100通过编码器403实时转角信号反馈，实现计长定位控制。步骤6：在进行步进控制实验时，控制模块100判断是否接收到接近开关303发送的限位信号，当没有接收到限位信号时，控制模块100向步进驱动器301发出控制信号，步进驱动器301控制步进电机302转动相应角度，可使丝杆滑块304的滑块向左或者向右移动设定距离值；当接收到限位信号时，控制模块100判断是否为左限位信号，如果是，控制模块100向步进驱动器301发出控制信号，步进驱动器301控制步进电机302转动相应角度，滑块向右移动，否则向左移动。控制模块100通过实时监测接近开关303的限位信号，实现定位控制。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12