TC-1200西门子PLC实验台

一、概述：

1.系统方案综述及特点：本系统主要有实验台、网孔板、PLC系统、人机界面、电源单元、接线端子、12个模拟控制对象和1个实物控制对象组成；可以实现实验和实训两大功能。实验时，每个控制对象可单独实验，具有实验的灵活性，并且，每个控制对象的运用了PLC系统基本模块功能，如：离散量输入输出、高速计数模块等；实训时，能给学生训练系统走线。两大功能互不影响。我们还预留控制对象I/O口，学生在做课程设计，毕业设计时，可x控制外部控制对象，部分对象运用了PLC系统的模拟量输入输出模块。

2.系统构成示意图：为了方便学生实验和实训，我们将各个部分的安装位置布置如下图所示，其中PLC系统及接线端子模块易拆装。

3.系统特点：                           

 1）可靠性：设备中气动元器件均采用实际工业元件，质量可靠、性能稳定，故障率低，适应长时间培训。

 2）灵活性：整体结构采用开放式和拆装式，具有明显的动手拆装实训功能，可以拆装到各零部件及每颗细小的螺丝，能很好的服务于项目实训教学；能根据不同的任务进行更换组合模块，具有很强的可重组性，使教学或竞赛时可方便的选择需要的模块；且传感器检测单元在系统上的位置可按要求在一定范围内调整。

 3）开放型：该实验装置所有电器控制端口均通过安全插座接与接线盒之上，方便学员根据学习需要自己接线、编程和调试，机械装备上亦从方便学员动手拆装出发，设计出适合于学员进行拆卸和组装的相关练习。

 4）全面性：覆盖了传感器技术、气动技术、PLC技术、步进驱动技术、伺服驱动技术、变频驱动技术、机械系统精密传动技术等多项技术实训。装置融和典型机电一体化设备机械部件安装、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试于一体，满足实训教学和竞赛的需要。

 5）安全性：具有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线，同时备急停保护、限位保护、智能保 护等各种保护功能，可确保人身与设备安全。该实训考核装置所有接线端子都通过端子排进行连接，插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。

二、主要技术指标：

（1）外形尺寸：约长×宽×高=1400×800×1600mm；

（2）交流电源：单相三线制， AC 220V±10%  50 Hz；

（3）输出电源：DC 24V/4A；

（4）温度：-15℃～45℃；环境湿度：≤85%（25℃）；

（5）整机消耗：≤0.5 kVA；

（6）安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。

三、系统组成：

1.工作台：工作台面配置立式支架，分为上下两层，上层用于安装一套电源模块和3套功能演示模块（每套功能模块包含4项功能演示），下层用于安装立式网孔板，用于低压电气以及其他伺服、人机界面、运动执行机构等器件的安装，同时配置台式机主机、键盘放置位。结构坚固、美观，整体移动方便。主要技术指标如下：外形尺寸：长×宽×高=1400×800×750mm；网板尺寸：1200mm高500mm，板材厚度约2mm；钢板孔规格：长方形网孔，孔宽5mm用于电器元器件安装，孔间距离10mm。

2.PLC系统：PLC系统是整个实训系统的核心控制部分，针对不同的教学与培训要求配置了相应的可编程控制器及多种扩展模块。PLC采用西门子S7-200 SMARTCPU ST40 DCDCDC产品，CPU配置以太网接口，可以实现三轴高频脉冲输出（可达100KHz）,并配置SD卡插槽，高速计数功能6路，输入输出点数40点；

3.PLC接口板：PLC接口板将采用金属喷塑电气盒，高度绝缘的环氧树脂板材，厚度3mm,将PLC的数字量输入输出信号、强弱电源信号均引出，各个端口信号均采用PLC接口对应的输入输出符号标注，信号端、弱电电源、强电电源以及接地均采用不同规格快速接插端口表示，电气盒上安装有接线端子排（PLC的端子连接在该端子排）、Ф2mm的安全插座。安全插座为学员提供了全开放式的接线接口，便于学生动手实训。急停回路固化连接在实训装置上，可为学生的安全操作提供保障。且为了便于实验接线，接口板同时配有两类接口，一类采用快速接插端口；一类采用工业现场设备配备的按钮弹簧式连接器。

4.电源单元：电源模块为整个系统及控制对象提供电源输出，包括AC220的交流电源和DC 24V的控制电源。电源模块包括漏电保护开关、DC24V开关电源（带短路保护功能）和电源输出接口部分。强电及弱电线路均单独配置短路保护，并配置附带显示功能的船型开关，强弱电电源端子全部引出，采用安全可靠的快速接插端子接线，采用环氧树脂面板，金属钣金构件，左右两侧采用透明亚克力，并配置散热孔。

5.变频器模块：变频器，450瓦；单相220V交流供电；V/F控制、先进磁通矢量控制、通用磁通矢量控制，最佳励磁控制；基准频率范围0-400HZ可调；两点模拟量输入信号；频率设定分辨0.06Hz/60Hz(0-10V/10bit),0.12Hz/60Hz(0-5V/9bit), 0.06Hz/60Hz (0-20mA/10bit),0.01Hz(数字输入)；面板、模拟量、外部端子及通讯方式调速；支持RS-485（标配）、USB（标配）、Modbus-RTU、CC-LINK、PROFIBUS-DP、DEVICE NET、LONGWORKS通讯。接口板配有安全的快速接插端口便于实验接线。

6.伺服驱动系统：伺服电机驱动器:功率100瓦；通用接口通讯；支持构建绝对位置检测系统，速度频率响应2.0kHz；支持mini USB通讯功能；接口电源DC24V±10%；三相或单相交流220V-240V供电；内置动态制动器；最大输入脉冲频率：4Mpps(差分方式时)，200Kpps（集电极开路方式时）；伺服驱动器保护功能：过电流断路、再生过电压断路、过载断路、伺服电机过热保护、编码器异常保护、再生异常保护、欠电压保护、巡视停电保护、过速保护、误差过大保护；且为了，接口板配有快速接插端口，便于实验接线。伺服电机，三菱电机品牌，100w伺服电机，配合前述通用接口伺服驱动器，电机编码器精度支持16bit高分辨率，支编码器持绝对位置*增量式，最大转速需达到5000r/min；编码器分辨率：不低于130000p/r。

7.步进驱动系统：驱动器采用32位DSP控制技术，设有16档等角度恒力矩细分，最高200细分，最高脉冲响应频率科大200Kpps，驱动电流有效值在4.0以下可调，电压范围DC20-50V，具有过压、欠压、过流保护等保护。接口板配有快速接插端口。配置42步进电机，扭矩不小于0.6N.M，两相，3200步/转细分；研控品牌器件。

8.人机界面：配置7寸触摸屏，具有RS-422，RS-232通讯接口，内置Ethernet接口；配置SD卡槽；真彩65536；内置USB；配套编程电缆及通讯电缆。配移动式钣金安装架。接口板配有安全可靠的快速接插端口。

9.功能演示模块：该实训系统提供12个模拟控制对象，能满足学员对PLC入门学习的需求。功能演示模块具有电机正反转控制、电机顺序控制、十字路口交通灯控制、喷泉的模拟控制、水塔水位的模拟控制、液体混合的模拟控制、带数码管显示的智能抢答器的PLC控制、正向材料分拣系统的程序设计、送料小车自动控制系统设计、四节传送带模拟控制设计、通用输入按钮开关8组以及输出指示灯8组、直流0-20mA电流源，直流0-10V电压源等12项功能演示，每项功能演示区域约占100mm*100mm，信号端子全出，采用快速接线端子，采用环氧树脂板材作为面板，高度绝缘，防火功能强。功能演示模块采用金属外框架接口，左右两侧采用透明亚克力，并配置散热孔。

10.位置控制系统：外形尺寸：约长×宽×高=450×240×130mm左右，由铝型材平台、电机安装座、三相交流电机、伺服电机（步进电机）、 安装底板表面喷塑，三相交流电机及伺服电机（或步进电机）通过联轴机构与同步带运行机构连接、运动小车安装于同步带，位置传感器检测小车的基本位置，可通过独立旋转编码器检测实现实时测速反馈控制。

四、乐高模型组合包：

1.乐高是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体；

2.乐高创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充；

3.乐高创意组合模型涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科；

4.乐高创意组合模型利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新的可行性论证提供了可能；

5.世界知名的公司很多采用乐高模型来论证生产流水线；

6.乐高创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动；

7.通过乐高模型的使用，不仅可以让我们的孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。慧鱼模型在中国有众多的高校以及职业学校在使用。

乐高包含普通电动马达、步进马达、各种传感器、各种气动组件、Lego Technic部分（包含齿轮、轮轴、横梁、插销）可搭建各种自动化常见实训模型方便快捷，

可搭建模型一：可以拼接处一个自动化货物分拣系统，此分拣机构系统实现了货物存储，传送，分拣，配送等一系列功能的自动化物流系统。货物由货仓发出，经由传送带传送至分拣台，通过过程中的传感器识别检测，控制分拣台动作实现不同货物的分拣，最后最后配送至出料区。系统中电气元件工作电压：DC 24V，系统可由各种工业用PLC控制。

可搭建模型二：二维平面写字系统可以拼接处一个自动化二维平面写字系统，此机构系统实现了2轴步进的运动控制。系统中电气元件工作电压：DC 24V，系统可由各种工业用PLC控制。

可搭建模型二：机器人行走系统可以拼接处一个机器人行走字系统，此机构系统实现了普通机器人的平面运动控制。系统中电气元件工作电压：DC 24V，系统可由各种工业用PLC控制。

五、配套附件：

（1）网线、电缆、各类接头、实验插接线：采用超六类网线；采用品牌电缆；采用品牌各类接头；实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件；

（2）TP-Link 8 口千兆以太网交换机：采用8个千兆以太网端口，每个端口最高可提供2000Mbps的双向传输速率，性能全面优化，产品表现全面提升；即插即用，无需设置。每个端口支持10/100/1000M速率自适应、双工模式自动协商，支持端口自动翻转，即插即用，使用便捷；

（3）编程软件：提供西门子TIA博途工程软件，包含STEP7 V16、WINCC V16、Startdrive 软件以及台达PLC编程软件等。

六、机械设计及自动化仿真软件：

1.一款功能强大的机电一体化仿真平台，集合气动液压、电工电子、数字电路、机械设计、机械自动化等多学科领域知识，实现功能多元化的仿真系统；

2.可开展机电一体化的各项实验课程，如气动液压，产品设计与自动化控制，程序优化，故障排除等。对程序的正确性检测，大学生竞赛，PLC教学，开放性实验，创新大赛，毕业设计，课程设计或者用于课题开展，项目研发等；

3.可用于商业开发，设备产品设计，虚实结合，作业仿真，系统优化，方案改进，虚拟调试，工业4.0智能工厂，实际系统的可行性验证；

4.实时３Ｄ模拟，包括模拟物理效果，传输管道连接，链传动，传感器模拟，可以通过ＯＰＣ服务器通讯，连接ＰＬＣ控制器．虚拟再现真实的控制信号下的运动结果。

教学资源库：拥有成套的虚拟设备教学资源，可由用户自由选择所需的虚拟设备进行教学，也可根据用户的实际需求进行定制开发，提供高度个性化的虚拟教学设备。提供经典案例库（包括气缸控制案例、电机控制案例、抢答器控制案例、MPS控制案例、电机综合实训设备案例、二维机械手控制案例案例等经典案例）：

1.真实的3D渲染环境；

2.直观的仿真体验；

3.完整的内部原理回路；

4.开放的CAD数据导入功能；

5.具有内部PLC编程模块，方便调试PLC程序；

6.可用脚本语言设定动作并进行控制，支持外部C语言；

7.可对模型设定各种动作：驱动、传感器等；

8.牛顿力学物理引擎；

9.实现真实的物理仿真效果；

10.在虚拟环境内还原实际的设备运行情况；

11.与实际的硬件控制器进行通讯连接；

12.组成闭环控制系统，可以进行数据的交互，而不是单纯的动画模拟；

13.调试完成的PLC控制器可用于控制实际硬件；

 具有强大的模型读取功能，可以按需求智能读取模型，调节模型的精细程度，实现模型轻量化，且具有良好兼容性，基于针对外部 CAD 系统的标准化导入过滤器：STEP、IGES、VRML 和 STL 的导入过滤器多视角实时观测功能，在进行大型生产线仿真时，便于同时观测多个设备点，方便对系统的运行进行评估，区别于其它同类产品的一大特点在于其可以模拟真实环境的物理引擎，该引擎可计算用户设定的各项参数，反映实际的物理效果，如：设定物体重力之后，物体会以重力加速度下落；设置两个接触物体的摩擦系数，会有相对摩擦力的效果。

 具有高度的人机交互功能，可在虚拟设备上直接设计具有实际功能的控制面板、各种控制按钮等，鼠标在仿真过程中可以模拟人手的功能对虚拟设备进行操作，如抓取、搬运货物等。

 在导入CAD模型的基础上，用户可对模型进行二次开发，设计完全符合用户的各项功能参数。

 支持与PLC编程软件链接，可以在不需要实际硬件PLC的情况下做PLC的编程训练，此种情况下不需要下载程序，可对程序进行实时调试，编程语言支持梯形图、顺序功能图与功能块图等多种格式。

 为实现虚实结合的仿真理念，软件具有与实际PLC硬件的通讯功能，可以用实际的PLC控制虚拟设备，使得所开发的虚拟设备更具实际意义，该模式调试的PLC程序可用于控制虚拟设备对应的真实设备，达到虚拟调试的功能，可节省设备开发时间与成本。可支持各主流品牌PLC。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

七、要求包含教学所需的指导教材：

1.教材与所投标“运动控制综合实训设备”配套编写，内容编排合理，资料详实丰富；

2.教材结构为任务驱动式，满足新形态一体化教材编写要求，知识点丰富，可方便直接观看学习；

3.教材以电机的典型控制需求为出发点，让学生充分了解电机本体及控制系统的组成形式；

4.课程资源以知识点和技能点为依据进行打散重构，可以根据实际使用需求进行重构组织，方便使用；

5.课程资源包含多种形式，至少包括PPT、word文档以及交互式3D软件；

6.PPT提供源文件，可编辑，采用最新版本软件制作，设计风格统一，内容充实。