專利名稱：：Plc智能實訓(xùn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及的是教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備，尤其涉及的是以可編程控制器實現(xiàn)多種任務(wù)控制操作的電子教學(xué)設(shè)備，它可廣泛應(yīng)用于電類、機電類、數(shù)控類、機械自動化類專業(yè)學(xué)生的可編程控制器教學(xué)用實訓(xùn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
：可編程控制器，簡稱PLC，在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有極其重要的位置，在開設(shè)PLC原理或應(yīng)用課程的同時，如何讓學(xué)生在學(xué)好理論知識的基礎(chǔ)上真正實際運用好PLC是各工科院校、高職學(xué)院以及中職學(xué)校實施PLC教學(xué)最需要解決的問題。PLC教學(xué)中應(yīng)該讓學(xué)生接觸到諸多的實控對象，但使用率較低、又受資金投入的限制是不可能制作或購買各種單一被控對象的，因此限制了此類實訓(xùn)教學(xué)建設(shè)進程，也成為畢業(yè)生專業(yè)素質(zhì)提高的一大障礙。為解決這一現(xiàn)實問題，市場上已出現(xiàn)了多種實訓(xùn)箱或?qū)嵱?xùn)臺產(chǎn)品，這些教學(xué)設(shè)備所需投資也很高，而且設(shè)備中只能布置為數(shù)不多的實訓(xùn)對象，通常只設(shè)置58個，實訓(xùn)項目數(shù)量少，難以滿足課程教學(xué)、啟迪學(xué)生的需求；再者，實訓(xùn)箱或?qū)嵱?xùn)臺的實訓(xùn)對象中存在較多的機械活動部件，實訓(xùn)中面對大量的學(xué)生，零部件損壞以至失靈的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，維修、維護工作量大，也影響了教學(xué)進度。各院校雖都在積極推進基于工作過程導(dǎo)向課程的開發(fā)和課程改革，而上述問題則構(gòu)成教改的瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于充分滿足PLC教學(xué)實訓(xùn)課程要求提供一種具有足夠量的實訓(xùn)項目且避免機械活動部件設(shè)置、實訓(xùn)可控操作能力強的PLC智能實訓(xùn)裝置。本實用新型提供的PLC智能實訓(xùn)裝置之技術(shù)方案，其主要技術(shù)內(nèi)容是一種PLC智能實訓(xùn)裝置，它包括有動態(tài)顯示屏、選擇鍵、PLC輸入點設(shè)置開關(guān)和電氣控制部分，其電氣控制部分包括有中央控制芯片，該中央控制芯片的輸入、輸出總線劃分設(shè)有用于連接動態(tài)顯示屏的顯示屏總線端口，設(shè)有用于連接各選擇鍵的項目選擇端口，設(shè)有與PLC輸出點端口連接的PLC輸出狀態(tài)采集端口，設(shè)有PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口，設(shè)有PLC輸入點狀態(tài)輸出端口，其中PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口的各端線驅(qū)動選擇電路選擇連接PLC輸入點狀態(tài)輸出端口的相應(yīng)端線或?qū)?yīng)的PLC輸入點設(shè)置開關(guān)。本實用新型提供的PLC智能實訓(xùn)裝置技術(shù)方案，由中央控制芯片中的軟件算法程序以動畫方式虛擬工業(yè)現(xiàn)場的顯示控制，學(xué)生自行按選擇恰當?shù)膶嵱?xùn)項目所編制的PLC編程軟件下載至PLC內(nèi)，中央控制芯片依據(jù)學(xué)生編制的PLC編程軟件開始通過PLC輸入點狀態(tài)輸出端口、PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口對PLC各輸入點進行程序設(shè)定，PLC根據(jù)學(xué)生編寫的梯形圖程序控制中央控制芯片的PLC輸出狀態(tài)采集端口檢測PLC各輸出點狀態(tài)，一驅(qū)動中央控制芯片運行實訓(xùn)動畫，另一判斷程序編制和運行的是否正確。本技術(shù)方案主要以實訓(xùn)項目動畫虛擬方式與PLC編程檢測運行有機的結(jié)合起來，使學(xué)生在PLC教學(xué)課程項目中得到與實際操作控制項目完全一致的編程和操作鍛煉，而且本技術(shù)方案采用電子虛擬仿真的方式可以設(shè)置多達幾十個實訓(xùn)可選項目，因此可以讓學(xué)生有更多的實訓(xùn)鍛煉的條件和機會，這種虛擬方式無需設(shè)置機械活動部件，它具有造價低、操作方便和易于維修、維護、遠程升級本裝置系統(tǒng)程序等諸多優(yōu)點，是適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)教育理論、配合現(xiàn)代職業(yè)教育教學(xué)方法的一種新的教學(xué)設(shè)備。通過本實用新型的PLC智能實訓(xùn)裝置使學(xué)生的PLC程序設(shè)計能力、系統(tǒng)調(diào)試能力得到充分訓(xùn)練，其實訓(xùn)項目不受限制，可涵蓋工業(yè)常用的各種負載，對學(xué)生綜合能力訓(xùn)練非常有利。圖1和圖2分別是本PLC智能實訓(xùn)裝置實施結(jié)構(gòu)的外觀正視圖和后視圖圖3是本PLC智能實訓(xùn)裝置的電氣控制部分的電氣原理圖圖4為實訓(xùn)例1的仿真硬件接線圖。具體實施方式本實用新型公開的PLC智能實訓(xùn)裝置，如圖1和圖2所示，它包括有動態(tài)顯示屏1、選擇鍵3、PLC輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7和電氣控制部分，還包括有電源開關(guān)6、報警器7和電源保險管8，本裝置上還設(shè)置有與用戶計算機連接主要用于下載設(shè)計好的編程程序的通訊接口10以及升級接口11，PLC編程軟件由該通訊接口10下載至本PLC智能實訓(xùn)裝置進行實訓(xùn)操作，同時支持軟件遠程在線升級。其電氣控制部分中以單片機、AVR芯片或ARM芯片作為中央控制芯片，中央控制芯片的輸入、輸出總線按功能被劃分多個功能端口，設(shè)有顯示屏總線端口、項目選擇端口、PLC輸出狀態(tài)采集端口、PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口和PLC輸入點狀態(tài)輸出端口，在本實施例中由單片機總線PI.6、P1.7、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7、P2.5、P2.6、P2.7作為顯示屏總線端口連接動態(tài)顯示屏，由這些總線傳輸相應(yīng)信號經(jīng)動態(tài)顯示屏顯示仿真動畫、顯示實訓(xùn)選擇項目等顯示內(nèi)容；項目選擇端口連接有各選擇鍵，其中包括有功能鍵Fn、增加鍵INC、減少鍵DEC和回車/復(fù)位鍵ENT/RST，分別與項目選擇端口的總線P0.0、P0.1、P0.2、P0.3連接PLC輸出狀態(tài)采集端口與PLC輸出點端口Y0-Y5連接，為了盡可能的利用單片機輸入、輸出總線資源，在本實施例中，單片機開辟了三條總線PI.0、P1.1和P1.2經(jīng)8位并行輸入/串行輸出移位寄存器IC2擴展為六路信號線，分別與PLC輸出點Y0-Y5連接，由單片機對PLC輸出狀態(tài)予以檢測；PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口也采用了總線擴展結(jié)構(gòu)，由單片機開辟三條總線P4.1、P4.4和P4.6經(jīng)8位并行輸入/串行輸出移位寄存器CD4094和驅(qū)動芯片ULN2803擴展為八路驅(qū)動信號線，分別驅(qū)動連接八個雙觸點繼電器構(gòu)成驅(qū)動選擇電路，使每一雙觸點繼電器的第一組觸點用于PLC輸入點狀態(tài)輸出端口總線與PLC的各輸入點端線X0-X7的對應(yīng)連接，第二組觸點用于PLC輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7與PLC各輸入點端線X0-X7的對應(yīng)連接PLC輸入點狀態(tài)輸出端口亦采用總線擴展結(jié)構(gòu)，單片機開辟三條總線P1.3、P1.4和P1.5經(jīng)8位并行輸入/串行輸出移位寄存器⑶4094和驅(qū)動芯片ULN2803擴展為八路驅(qū)動信號線，分別經(jīng)繼電器第一組觸點驅(qū)動連接于PLC的各輸入點端線X0-X7。在本結(jié)構(gòu)設(shè)置中，PLC各輸入點X0-X7采用單片機程序設(shè)定連接結(jié)構(gòu)和PLC輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7外部設(shè)定的兩種選擇設(shè)定方式，以實現(xiàn)動態(tài)顯示畫面的控制點由單片機程序設(shè)定，PLC主令按鈕操作開關(guān)則由PLC輸入點設(shè)置開關(guān)手動設(shè)定。另外，為盡可能的減少PLC輸入點設(shè)置開關(guān)數(shù)量，如圖3所示，其PLC輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7是作為常開觸點還是常閉觸點是由選擇開關(guān)SK0-SK7設(shè)定，PLC輸入點設(shè)置開關(guān)的每一開關(guān)SB0-SB7均是由一常開觸點和一常閉觸點串聯(lián)構(gòu)成，各串聯(lián)結(jié)點分別與上述驅(qū)動選擇電路的各繼電器的第二組觸點分別相聯(lián)，其每一選擇開關(guān)SK0-SK7與每一設(shè)置開關(guān)SB0-SB7并聯(lián)，每一選擇開關(guān)SK0-SK7的中間點作為設(shè)定電位點，當某一選擇開關(guān)SK0-SK7上撥，則對應(yīng)的輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7為常開觸點，反之則對應(yīng)的輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7為常閉觸點。本PLC智能實訓(xùn)裝置可作成箱體狀的產(chǎn)品，如圖1所示，其體積小巧，并設(shè)有便攜提手2；箱體背面設(shè)有用于懸掛或角度支撐的支腳12。下面將以“往復(fù)控制”為例說明本PLC智能實訓(xùn)裝置的動畫仿真實訓(xùn)過程，其中該實訓(xùn)任務(wù)的要求有初始狀態(tài)，小車在左限位開關(guān)SQ2位置，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SBO，Y0得電，電動機正轉(zhuǎn)小車向右行走，到達右限位開關(guān)SQ3位置時，Y0失電、Y1得電，電動機反轉(zhuǎn)小車向左行走，當遇到左限位開關(guān)SQ2后Y1失電Y0得電，小車向右行走，如此往復(fù)，直至按下急停按鈕SB2時停止；若小車在左、右限位之間任意點時，允許按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB0或反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1啟動正轉(zhuǎn)右行或反轉(zhuǎn)左行。但小車達到右限位開關(guān)SQ3處時，只允許按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1啟動反轉(zhuǎn)左行；反之亦然；若左限位開關(guān)SQ2或右限位開關(guān)SQ3失效，小車將超越左、右限位點而繼續(xù)運行，當遇到左極限位開關(guān)SQ1或右極限位開關(guān)SQ4時，使小車停止，并輸出報警信號。當電動機出現(xiàn)過熱保護時，要停止小車，并輸出報警信號。要求具有電氣互鎖、機械互鎖功能及越限保護功能。本實訓(xùn)項目I/O分配表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>在本次實訓(xùn)中功能鍵功能表功能鍵在本項目中作用Fn按住Fn鍵，模擬電動機熱繼電器FR過熱保護。INC按住丨NC鍵，模擬左限位開關(guān)SQ2失效。DEC按住DEC鍵，模擬右限位開關(guān)SQ3失效。ENT/RST按下該鍵，本項目動畫畫面復(fù)位，F(xiàn)R、SQ2、SQ3回到初始狀態(tài)。本PLC智能實訓(xùn)裝置對于上述實訓(xùn)任務(wù)“往復(fù)控制”的仿真過程說明A.第一步，將PLC輸入點設(shè)置開關(guān)SB0-SB7中的開關(guān)SB0、SB1設(shè)置為常開觸點，即將選擇開關(guān)SK0、SK1向上撥動至常開選擇位，開關(guān)SB2設(shè)置為常閉觸點，即將選擇開關(guān)SK2向下?lián)軇又脸ｉ]選擇位。程序指令由單片機的PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口P4.1、P4.4、P4.6發(fā)出，經(jīng)⑶4094和ULN2803驅(qū)動繼電器JO、Jl、J2啟動，選擇PLC輸入點設(shè)置開關(guān)中的設(shè)置開關(guān)SB0、SB1、SB2，將三開關(guān)狀態(tài)連接至PLC輸入點X0、X1、X2，同時驅(qū)動繼電器J3、J4、J5、J6、J7斷電，將PLC輸入點X3、X4、X5、X6、X7與PLC輸入點狀態(tài)輸出端口PI.3、P1.4、PI.5擴展驅(qū)動的IN3IN7連通，由單片機程序分別設(shè)定為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、FR信號，并自動按實訓(xùn)項目I/O分配表指定其觸點屬性；第二步，由選擇鍵3的按鈕選擇“往復(fù)運行”實訓(xùn)項目。其步驟是按下功能鍵Fn按鈕，進入項目選擇狀態(tài)，按下鍵INC或鍵DEC，直到畫面顯示為“往復(fù)控制”時，按下ENT按鈕，即可進入實訓(xùn)狀態(tài)；第三步，采用PLC梯形圖編程軟件對實訓(xùn)要求進行編程，并下載到PLC中進行監(jiān)控調(diào)試；在實訓(xùn)仿真調(diào)試過程中，分別設(shè)定選擇鍵Fn為模擬電動機熱繼電器過熱保護信號、鍵INC用于模擬左限位開關(guān)SQ2失效信號、鍵DEC用于模擬右限位開關(guān)SQ3失效信號；B.重新調(diào)入“往復(fù)控制”的初始畫面，停止閃爍，此時小車在左限位開關(guān)SQ2位置，由單片機程序控制將IN4置高，即接通PLC輸入點X4，以反應(yīng)小車現(xiàn)位于左限位開關(guān)位置；動態(tài)仿真過程如下A.將按梯形圖編制的程序輸入到插裝的PLC芯片內(nèi)部后運行，中央控制芯片經(jīng)PLC輸出狀態(tài)采集端口P1.0、PL1、PL2實時檢測PLC輸出狀態(tài)，并進行比較判斷，確定仿真畫面中各個部分的狀態(tài)當檢測輸出點Y0得電時，單片機程序運算后使顯示動畫中小車向右移動，當檢測到輸出點Y1得電時，單片機程序運算后使顯示動畫中小車向左移動；若檢測到輸出點Y0、Y1同時得電，即用戶編寫的梯形圖程序出現(xiàn)錯誤時，則中央控制芯片指令小車停止在當前位置，并于畫面顯示“ERROR”等提示信息。B.模擬現(xiàn)實中熱繼電器FR過熱保護和限位失效的實現(xiàn)方法中央控制芯片程序?qū)崟r檢測PLC輸出點狀態(tài)的同時，還要檢測各選擇鍵狀態(tài)是否被按下，若檢測到功能鍵Fn被按下，則中央控制芯片程序指令置位IN7、使PLC輸入點X7有效，即產(chǎn)生一個熱繼電器過熱信號。若檢測到鍵INC或鍵DEC被按，那么將產(chǎn)生限位開關(guān)SQ2或SQ3失效信號，即小車運行到左限位開關(guān)SQ2位置或右限位開關(guān)SQ3位置時，中央控制芯片并不輸出到達限位的信號，使PLC檢測不到限位信號，此時小車會直接運行到左或右極限位置，從而模擬出越限狀態(tài)，此時若梯形圖程序正確，將會使輸出點Y0、Y1失電，并且輸出報警信號給輸出點Y2，中央控制芯片檢測到輸出點Y2有效時，通過中央控制芯片程序由一端口總線P0.7輸出，由報警器7發(fā)聲報警。C.由回車/復(fù)位鍵ENT/RST來解除失效或過熱狀態(tài)，使實訓(xùn)畫面恢復(fù)到初始顯示畫面，當然在現(xiàn)實中這一過程是通過維修設(shè)備解除失效或過熱狀態(tài)。權(quán)利要求一種PLC智能實訓(xùn)裝置，其特征在于它包括有動態(tài)顯示屏、選擇鍵、PLC輸入點設(shè)置開關(guān)和電氣控制部分，其電氣控制部分包括有中央控制芯片，該中央控制芯片的輸入、輸出總線劃分設(shè)有用于連接動態(tài)顯示屏的顯示屏總線端口，設(shè)有用于連接各選擇鍵的項目選擇端口，設(shè)有與PLC輸出點端口連接的PLC輸出狀態(tài)采集端口，設(shè)有PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口，設(shè)有PLC輸入點狀態(tài)輸出端口，其中PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口的各端線驅(qū)動選擇電路選擇連接PLC輸入點狀態(tài)輸出端口的相應(yīng)端線或?qū)?yīng)的PLC輸入點設(shè)置開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC智能實訓(xùn)裝置，其特征在于PLC輸入點設(shè)置開關(guān)(SB0-SB7)的每一開關(guān)均由一常開觸點和一常閉觸點串聯(lián)構(gòu)成，各串聯(lián)結(jié)點分別與驅(qū)動選擇電路的各繼電器一選擇觸點相聯(lián)，其每一選擇開關(guān)(SK0-SK7)與每一設(shè)置開關(guān)(SB0-SB7)并聯(lián)。專利摘要本實用新型涉及的是教學(xué)實訓(xùn)設(shè)備。為充分滿足可編程控制器，簡稱PLC的教學(xué)實訓(xùn)課程要求，本實用新型提供了PLC智能實訓(xùn)裝置，它包括有動態(tài)顯示屏、選擇鍵、PLC輸入點設(shè)置開關(guān)和電氣控制部分，其電氣控制部分包括中央控制芯片，該中央控制芯片的輸入、輸出總線設(shè)有顯示屏總線端口、項目選擇端口、PLC輸出狀態(tài)采集端口、PLC輸入點連接狀態(tài)選擇端口和PLC輸入點狀態(tài)輸出端口。本技術(shù)方案以動畫方式將工業(yè)現(xiàn)場仿真顯示控制，學(xué)生編制的PLC編程軟件下載至中央控制芯片內(nèi)，選擇恰當?shù)膶嵱?xùn)項目，從而使學(xué)生的PLC程序設(shè)計能力、系統(tǒng)調(diào)試能力得以訓(xùn)練，其實訓(xùn)項目不受限制，可涵蓋工業(yè)常用的各種負載，對學(xué)生綜合能力訓(xùn)練非常有利。文檔編號G09B19/00GK201576370SQ20092020297公開日2010年9月8日申請日期2009年8月29日優(yōu)先權(quán)日2009年8月29日發(fā)明者于曉云,何晶,繳瑞山,許連閣申請人:遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院