具有重组功能的机电系统综合实验环境建设

　论文摘要:介绍了一种具有重组功能的机电系统综合实验环境的建设方案,学生在该环境下可根据自己的需要,灵活地完成多种控制器的机电控制系统方面的综合实验。 
　　1　实验环境建设的指导思想 
　　“机电系统综合实验”是我校近几年开设的集中综合性实验课程。它是集机械设计、数控技术、模拟与数字电路、控制工程、检测技术、计算机控制、机械制造等多门课程知识综合应用的、实践性很强的一门课程。我们现在开设这门课程中所使用的设备包括计算机、计算机接口板和数控X-Y工作台,其控制系统的架构单一、被控对象较少,学生只能被动的使用指定的控制器、功能模块,针对单一的对被控对象构建机电控制系统,这使得学生不能自行选择被控对象和自主设计控制系统,束缚了学生创造性思维的发挥,同时也限制了实验内容的展开。 
　　为了改变上述状况,结合学校近期开展的三期本科评建的机会,对该课程的实验环境进行改造,其主要工作是建设一个具有重组功能的机电系统综合设计平台,该平台可提供多种控制器和检测元件,可支持尽可能多的被控对象。为此,在建设过程中采用模块化设计,使得基于该平台的综合实验便于功能模块的组合、扩展,也便于检查、维护及调试。学生在这个平台可针对不同被控对象,灵活地搭建各种控制系统。利用该环境既可开设机电控制系统的一般原理性、验证性实验,又可完成较大型的综合及设计性的实验。由于该环境被设计成开放性的平台,学生还可根据自己的兴趣爱好,自行设计并完成各种机电控制系统的实验。 
　　2　实验环境的设计与结构 
　　要达到上述目标,在建设时就要考虑到实验环境要具有可重组性和开放性。因此,在设计时按功能模块将环境分为六大部份,即电源模块、控制器模块、基本功能模块、传感器模块、驱动模块、被控对象模块,每个模块采用组件式结构,如图1所示。 
　　2. 1　电源模块 
　　安装各种实验所需的电源:交流220 V、直流24V /5V,为了学生的人身安全,本模块应设置电源总开关并进行可靠的接地处理,同时各电源的要有指示灯,以方便学生接线用。 
　　2. 2　控制器模块 
　　主要用于安装各种实验用控制设备,学生可根据不同的实验内容、要求、兴趣,选择不同的控制设备。如计算机、单片机、工控机、PLC可编程控制器,在这个区域还应设计相应的接口电路,为各个控制设备提供相匹配的各种控制信号。 
　　2. 3　基本功能模块 
　　该模块的主要作用是能提供诸如I/O接口、中断信号、定时/计数器、A/D、D/A转换等功能,同时还能提供显示器、纽子开关、按键,并预留电阻、电容、二极管、三极管、晶振插孔以及各种高性能双列直插式圆脚集成电路插座,并能提供8路数字信号、2路模拟信号(电压从0~5 V)、两路正负脉冲信号,其频率从1Hz~20 kHz连续可调,用于模拟数控机床及各种外部设备和各种传感器输入信号。 
　　2. 4　传感器模块 
　　该模块的主要作用是提供尽可能多的传感器及其接口,如:提供光电编码器、接近开关传感器、光敏二极管、光敏三极管、压电陶瓷传感器、热敏电阻、热电偶、直线位移传感器、霍尔传感器等。同时,该模块还配有相应的各类传感器的信号处理电路。 
　　2. 5　驱动模块 

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