[实用新型]一种运动控制的教学实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学实验技术领域，具体为一种运动控制的教学实验装置。

背景技术

工业自动化的基础之一是各种机械运动的自动控制。而自动控制中运动控制的实验教学即是让学生掌握通过工控计算机、可编程控制器、或基于单片机、CPLD、FPGA、DSP、ARM的各种开发板对各种电机及所连接的机械装置的运动控制。这是工业自动化专业学生的入门训练课程。这类课程要解决的最重要的问题就是提高学生对实际运动控制系统的设计能力，这只能通过实验教学训练才能实现。

现在也有一些商业化的运动控制教学实验设备，但不仅价格昂贵，而且集成度过高，直观性差。控制系统的各部件严密包装，处于类拟黑匣子的箱内，学生只是通过的面板上的插线来用控制对象及传感器等硬件来构建控制系统，难以了解控制系统最底层的硬件构建状况。课程结束，学生仍是对相关软件程序与硬件的关系一知半解，更难以对控制系统的中心处理器如何获取主令信号、传感信号，控制信号如何控制相应的设备，程序的改变对被控对象的影响等得到感性认识。而且市场所售的实验设备，功能单一，一套设备只能对一种电机进行实验。这样的教学实验无法让学生掌握并具备可实际应用的工业运动控制基本技能。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种运动控制的教学实验装置，设置在导轨上运动的滑块，电机与线轮的轴驱动连接，线轮的线缆连接滑块，导轨侧安装有电感式接近开关和/或行程开关。各部件的控制线和信号线均连接到接线排上，接线排上的控制线和信号线接入中心处理器的输出端和输入端。学生可在接线排上选择相关部件构建运动控制实验系统，并直观各部件的运动状态。

本实用新型设计的运动控制的教学实验装置，包括中心处理器、接线排，还包括底座、支架、电机及电感式接近开关和/或行程开关。支架竖直固定于底座上，支架上有垂直于水平面的导轨，滑块背面与导轨配合、嵌于导轨，二者之间为动配合，滑块可沿导轨上下移动，支架顶部有电机安装架，其上固定安装电机，支架顶部还安装线轮，电机的轴与线轮的轴驱动连接，线轮的线缆连接滑块，当电机正向转动，线轮也正向转动，收卷线缆，滑块沿导轨向上运动，反之，电机反向转动，线轮也反向转动，放出线缆，重力使滑块沿导轨向下运动，在支架上、于导轨侧安装相互有间距的1～5个电感式接近开关和/或1～5个行程开关。当滑块经过某个电感式接近开关和/或行程开关，该开关发出信号。

电机的控制线连接到接线排的控制进线端子上，各电感式接近开关和/或行程开关的信号线也连接到接线排上不同信号进线端子上，接线排上有与控制进线端子和信号进线端子一一对应的控制出线端子和信号出线端子，控制出线端子和信号出线端子分别接入中心处理器的输出端和输入端。

在支架上、于导轨侧安装相互有间距的1～5个光电传感器，滑块上有挡光片，当滑块经过某个光电传感器，挡光片阻挡该光电传感器的光路、其发出信号。各光电传感器的信号线也连接到接线排上不同信号进线端子上。

在导轨顶部支架上还安装有保护限位开关，当滑块触及保护限位开关，电机停止，以免滑块冲出导轨，损坏实验设备。保护限位开关的信号线直接连接到接线排上的信号出线端子上，或直接与中心处理器输入端连接。

所述电机为带减速器具有自锁功能的直流电机，或者为具有制动功能的变频电机、步进电机和伺服电机中的任一种，电机的安装底座与支架顶部的电机安装架相配合。

所述中心处理器为工业控制计算机、或者可编程控制器、或者为基于单片机、复杂可编程逻辑器件(CPLD英文为complex programmable logic device)、现场可编程门阵列（FPGA英文为Field－Programmable Gate Array）、数字信号处理器（DSP英文为Digital singnal processor）和ARM（英文为Advanced RISC Machine的缩写，意为高级精简指令集计算机）的开发板中的任一种。

所述接线排安装在底座上。

当进行运动控制实验时，操作者可在选择不同的电机固定于支架的电机安装架上，可在接线排选择不同位置的接近开关和/或行程开关，或者光电传感器。根据运动控制要求编写相应的滑块运动控制程序，根据导轨侧的位置开关的信号实现对滑块的运动控制。本装置可模拟自动运料小车运行的控制、四层电梯运行的控制、滑台的运动控制等。