一种用于机电一体化的控制实训系统的制作方法

1.本发明涉及高校教学技术领域，具体涉及到一种用于机电一体化的控制实训系统。


背景技术：

2.在工业生产水平的高速发展过程中，机电一体化的综合应用技术起着越来越重要的作用，机电一体化的人才需求也日益增长，如何提高高校机电类学生的综合操作水平是现阶段机电类教学的重点关注方向。机电一体化是机械和微电子技术紧密集合的一门学科，其包括机械技术、信息技术和微电子技术等多种领域技术。机电一体化系统主要由传感器、机械主体、电气信息处理部分和执行机构等部分组成，典型的机电一体化系统有数控机床、工业机器人等。
3.目前的机电一体实训系统多由老师讲解控制机床的工作原理及模块功能特性，实际操作熟练掌握不足，或者实训与讲解部分分离，无法很好地进行实际操作和纠错。
4.综上所述，如何克服上述缺陷，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种用于机电一体化的控制实训系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于机电一体化的控制实训系统，包括：多功能交互模块、模拟辅助模块、实训模块、电源安全管理模块和实训教学模块；
7.所述多功能交互模块用于对实训人员的身份信息进行验证，对实训过程参数进行显示和对安全及故障进行预警；
8.所述模拟辅助模块用于用户根据教学内容和任务信息进行机电一体化模拟控制，并对控制过程进行错误审核；
9.所述实训模块与所述模拟辅助模块通信连接，所述实训模块用于用户根据模拟控制结果进行机电一体化实训；
10.所述电源安全管理模块与所述实训模块和所述实训教学模块通信连接，所述电源安全管理模块用于接收到安全启动信号后，为所述实训模块提供所需电压源；
11.所述实训教学模块用于教学人员进行课程设置、实训教学和实训情景匹配，并根据模拟控制的审核结果发送安全启动信号至所述电源安全管理模块。
12.进一步地，所述多功能交互模块包括身份识别模块、智能显示模块和预警提示模块；所述身份识别模块包括信息获取模块和角色识别模块，所述信息获取模块用于获取实训人员的身份信息，所述角色识别模块用于接收获取的身份信息，并进行信息处理得到表征角色信息的特征数据，将所述特征数据与数据库中实训人员的身份特征数据进行对比，识别实训人员的角色信息；所述智能显示模块用于显示身份识别结果、实训过程参数和模拟控制过程信息；所述预警提示模块与所述实训模块和所述电源安全管理模块相连接，所
述预警提示模块包括预警信号确认模块和指示模块，所述预警信号确认模块用于在接收到预警信号后，发送一反馈信号至对应预警源模块，接收对应预警源的二次报警信号后，将报警信号传输给所述指示模块，所述指示模块用于根据预设报警方式进行安全预警。
13.更进一步地，所述多功能交互模块还包括语音交互装置，所述语音交互装置包括语音获取模块和指令解析模块，所述语音获取模块获取实训人员的语音控制指令经过处理后，发送至所述指令解析模块进行解析，将解析结果发送至所述实训模块，所述语音获取模块包括激活按键、咪头、信号放大器、语音处理器和mcu控制器，所述激活按键与所述mcu控制器电连接，所述激活按键检测到按键信号后发送至所述mcu控制器，所述mcu控制器控制咪头进行语音信号拾取，拾取的语音信号通过语音处理器滤波和模数转换后，再由所述信号放大器进行放大，将发送后的数字语音信号传输至所述指令解析模块，所述指令解析模块通过语音识别装置得到语音识别的指令信息。
14.更进一步地，所述模拟辅助模块包括操作信息接收模块、模式选择模块和模拟控制模块；所述操作信息接收模块用于实训人员接收教学内容和模拟任务信息，以及实训人员的操作指令信息；所述模式选择模块与所述操作信息接收模块相连接，所述模式选择模块用于实训人员从三维模型数据库中选择各物料供应、加工和输送的机械组件模型和电气控制装置模型，并进行组件安装与调整；所述模拟控制模块用于根据实训人员的操作指令信息、选择的各物料供应、加工和输送的机械组件模型和电气控制信息来模拟自动化生产加工过程，并通过所述智能显示模块进行机电一体化模拟控制显示。
15.更进一步地，所述模拟辅助模块还包括自动化审核模块，所述自动化审核模块包括组装结构审核模块和电气控制信息审核模块，所述组装结构审核模块用于将实训人员安装完成的机械组件结构与模拟任务信息中的组装连接结构进行比较，若比较结果一致则确认组装正确，将组装正确的信号传递给所述电气控制信息审核模块，所述电气控制信息审核模块用于对实训人员输入的电气控制指令进行编译和判断，基于判断结果输出自动化审核信息。
16.进一步地，所述实训模块包括分布式实训单元和工业网络通信单元；所述分布式实训单元包括用于进行物料供应、加工和输送的机械组件和用于进行柔性制造控制的plc控制模块，所述plc控制模块包括传感器检测模块、电机驱动模块和可编程控制模块，所述传感器检测模块用于采集实训过程中可编程控制参数和电机驱动参数信息，并将检测到的参数信息传递给所述可编程控制模块，所述可编程控制模块用于根据模拟控制结果判断实训人员在进行机械系统安装与调试、组件安装与调整是否正确，并根据传感器检测到的可编程控制参数控制所述电机驱动模块进行运转，所述可编程控制模块接收上料控制信号后,发送信号给所述电机驱动模块，所述电机驱动模块控制直流电机和伺服电机驱动齿轮齿条转向铣床方向,实现加工和运输控制,并基于模拟控制结果采用顺序控制法明确地标出各个控制程序的信号流向；所述工业网络通信单元与所述分布式实训单元相连接，所述工业网络通信单元用于构建实训控制网络。
17.更进一步地，所述电源安全管理模块包括信号确认模块和安全供电模块；所述信号确认模块用于接收所述实训教学模块发送的安全启动信号，当接收到安全启动信号后，所述安全供电模块则激活电气供电电路为所述实训模块提供所需电压源，所述安全供电模块包括若干个电气控制柜、多个继电器和交流接触器，所述交流接触器设置在所述若干个
电气控制柜与市电接触端的电气回路上，所述多个继电器设置在所述若干个电气控制柜与实训模块接触端的电气回路上。
18.进一步地，所述实训教学模块包括课程管理模块、实训教学模块、情景角色分配模块和审核确认模块；所述课程管理模块用于教学人员上传课程资料，进行排课安排和对实训人员的课程得分进行统计管理；所述实训教学模块与所述课程管理模块相连接，所述实训教学模块用于辅助教学人员进行实训教学，所述实训教学模块包括学员终端模块、教师终端模块和考核管理模块，所述学员终端模块包括学习终端和第一语音交互设备，所述学习终端和所述第一语音交互设备电连接，所述教师终端模块包括教师终端和第二语音交互设备，所述教师终端和所述第二语音交互设备电连接，所述学习终端和所述教师终端通过无线网络通信连接，教学人员通过所述教师终端上传教学资料至学习终端；所述情景角色分配模块包括小组管理模块和实训情景分配模块，所述小组管理模块用于按照实训人员的身份信息进行小组划分管理，所述实训情景分配模块与所述小组管理模块相连接，教学人员通过所述实训情景分配模块为不同小组的实训人员分配实训情景任务；所述审核确认模块用于根据模拟控制的审核结果发送安全启动信号至所述电源安全管理模块。
19.从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明可实现机电课程的教学实训一体化，使得学员快速全面的掌握机电一体化技术，并增强学员对机电控制系统的组成和控制原理的理解和记忆。
20.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。
附图说明
21.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，下文将对本发明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，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
22.图1为本发明一种用于机电一体化的控制实训系统的组成结构示意图。
23.图2为本发明中多功能交互模块的组成结构示意图。
24.图3为本发明中语音交互装置的组成结构示意图。
25.图4为本发明中模拟辅助模块的组成结构示意图。
26.图5为本发明中实训模块的组成结构示意图。
27.图6为本发明中电源安全管理模块的组成结构示意图。
28.图7为本发明中实训教学模块的组成结构示意图。
具体实施方式
29.为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
30.目前的机电一体实训系统除过实训与讲解部分分离，无法很好地进行实际操作和
纠错之外，缺乏智能化交互控制功能，无法对学员进行情景实训，让学员更好地掌握机电原理，因此，本技术提出了一种可实现机电课程的教学实训一体化，使得学员快速全面的掌握机电一体化技术，并增强学员对机电控制系统的组成和控制原理的理解和记忆的用于机电一体化的控制实训系统。
31.如图1至图7所示，该系统包括：多功能交互模块、模拟辅助模块、实训模块、电源安全管理模块和实训教学模块。
32.所述多功能交互模块用于对实训人员的身份信息进行验证，对实训过程参数进行显示和对安全及故障进行预警。
33.具体地，所述多功能交互模块包括身份识别模块、智能显示模块和预警提示模块以及语音交互装置；所述身份识别模块包括信息获取模块和角色识别模块，所述信息获取模块用于获取实训人员的身份信息，所述角色识别模块用于接收获取的身份信息，并进行信息处理得到表征角色信息的特征数据，将所述特征数据与数据库中实训人员的身份特征数据进行对比，识别实训人员的角色信息；所述智能显示模块用于显示身份识别结果、实训过程参数和模拟控制过程信息；所述预警提示模块与所述实训模块和所述电源安全管理模块相连接，所述预警提示模块包括预警信号确认模块和指示模块，所述预警信号确认模块用于在接收到预警信号后，发送一反馈信号至对应预警源模块，接收对应预警源的二次报警信号后，将报警信号传输给所述指示模块，所述指示模块用于根据预设报警方式进行安全预警。其中，所述语音交互装置包括语音获取模块和指令解析模块，所述语音获取模块获取实训人员的语音控制指令经过处理后，发送至所述指令解析模块进行解析，将解析结果发送至所述实训模块，所述语音获取模块包括激活按键、咪头、信号放大器、语音处理器和mcu控制器，所述激活按键与所述mcu控制器电连接，所述激活按键检测到按键信号后发送至所述mcu控制器，所述mcu控制器控制咪头进行语音信号拾取，拾取的语音信号通过语音处理器滤波和模数转换后，再由所述信号放大器进行放大，将发送后的数字语音信号传输至所述指令解析模块，所述指令解析模块通过语音识别装置得到语音识别的指令信息。
34.在本实施例中，身份信息包括学号、教学编号、姓名、班级、专业和人脸信息等。
35.所述模拟辅助模块用于用户根据教学内容和任务信息进行机电一体化模拟控制，并对控制过程进行错误审核，其中，所述模拟辅助模块包括操作信息接收模块、模式选择模块和模拟控制模块；所述操作信息接收模块用于实训人员接收教学内容和模拟任务信息，以及实训人员的操作指令信息；所述模式选择模块与所述操作信息接收模块相连接，所述模式选择模块用于实训人员从三维模型数据库中选择各物料供应、加工和输送的机械组件模型和电气控制装置模型，并进行组件安装与调整；所述模拟控制模块用于根据实训人员的操作指令信息、选择的各物料供应、加工和输送的机械组件模型和电气控制信息来模拟自动化生产加工过程，并通过所述智能显示模块进行机电一体化模拟控制显示。所述模拟辅助模块还包括自动化审核模块，所述自动化审核模块包括组装结构审核模块和电气控制信息审核模块，所述组装结构审核模块用于将实训人员安装完成的机械组件结构与模拟任务信息中的组装连接结构进行比较，若比较结果一致则确认组装正确，将组装正确的信号传递给所述电气控制信息审核模块，所述电气控制信息审核模块用于对实训人员输入的电气控制指令进行编译和判断，基于判断结果输出自动化审核信息。当判断结果正确时，则输出模拟实训方案，否则提醒实训人员电气控制失误。
36.在本实施例中，各物料供应、加工和输送的机械组件模型包括驱动设备、传动设备、执行设备和辅助设备，传动设备又包括气动驱动、液压驱动等模式，电气控制部分包括电器柜、操控单元、变频设备、电气线路组合等。
37.所述实训模块与所述模拟辅助模块通信连接，所述实训模块用于用户根据模拟控制结果进行机电一体化实训。所述实训模块包括分布式实训单元和工业网络通信单元；所述分布式实训单元包括用于进行物料供应、加工和输送的机械组件和用于进行柔性制造控制的plc控制模块，所述plc控制模块包括传感器检测模块、电机驱动模块和可编程控制模块，所述传感器检测模块用于采集实训过程中可编程控制参数和电机驱动参数信息，并将检测到的参数信息传递给所述可编程控制模块，所述可编程控制模块用于根据模拟控制结果判断实训人员在进行机械系统安装与调试、组件安装与调整是否正确，并根据传感器检测到的可编程控制参数控制所述电机驱动模块进行运转，所述可编程控制模块接收上料控制信号后,发送信号给所述电机驱动模块，所述电机驱动模块控制直流电机和伺服电机驱动齿轮齿条转向铣床方向,实现加工和运输控制,并基于模拟控制结果采用顺序控制法明确地标出各个控制程序的信号流向；所述工业网络通信单元与所述分布式实训单元相连接，所述工业网络通信单元用于构建实训控制网络。
38.在本实施例中，可以将自动生产线设备安装在现有的铝合金导轨式实训台上，方便实训整合，将整个自动生产线设备划分为供料单元、加工单元和输送单元等单元,分别为不同的实训人员分配不同的实训角色和系统,通过多种类型传感器让实训人员进行物体运动位置以及通过状态的判断,并利用rs485串行通信和工业网络控制,达到各单元之间分布式控制实训。其中，可编程控制模块主要是由可编程控制器、光电开关、电源指示灯、电气源处理组件等部分构成的，还包括自动和手动切换按钮，一旦设备自动系统出现了问题，可直接切换为手动操作，不会影响设备的正常运行。
39.所述电源安全管理模块与所述实训模块和所述实训教学模块通信连接，所述电源安全管理模块用于接收到安全启动信号后，为所述实训模块提供所需电压源，所述电源安全管理模块包括信号确认模块和安全供电模块；所述信号确认模块用于接收所述实训教学模块发送的安全启动信号，当接收到安全启动信号后，所述安全供电模块则激活电气供电电路为所述实训模块提供所需电压源，所述安全供电模块包括若干个电气控制柜、多个继电器和交流接触器，所述交流接触器设置在所述若干个电气控制柜与市电接触端的电气回路上，所述多个继电器设置在所述若干个电气控制柜与实训模块接触端的电气回路上。
40.所述实训教学模块用于教学人员进行课程设置、实训教学和实训情景匹配，并根据模拟控制的审核结果发送安全启动信号至所述电源安全管理模块。所述实训教学模块包括课程管理模块、实训教学模块、情景角色分配模块和审核确认模块；所述课程管理模块用于教学人员上传课程资料，进行排课安排和对实训人员的课程得分进行统计管理；所述实训教学模块与所述课程管理模块相连接，所述实训教学模块用于辅助教学人员进行实训教学，所述实训教学模块包括学员终端模块、教师终端模块和考核管理模块，所述学员终端模块包括学习终端和第一语音交互设备，所述学习终端和所述第一语音交互设备电连接，所述教师终端模块包括教师终端和第二语音交互设备，所述教师终端和所述第二语音交互设备电连接，所述学习终端和所述教师终端通过无线网络通信连接，教学人员通过所述教师终端上传教学资料至学习终端；所述情景角色分配模块包括小组管理模块和实训情景分配
模块，所述小组管理模块用于按照实训人员的身份信息进行小组划分管理，所述实训情景分配模块与所述小组管理模块相连接，教学人员通过所述实训情景分配模块为不同小组的实训人员分配实训情景任务；所述审核确认模块用于根据模拟控制的审核结果发送安全启动信号至所述电源安全管理模块。
41.应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。