模塊化數(shù)控技術實驗裝置

　　QSSJ-1型開放式數(shù)控技術實驗系統(tǒng)是針對高等院校電氣自動化、機械一體化專業(yè)學生在數(shù)控技術課程學習過程中將理論知識與工程實踐相結合的需要、為實現(xiàn)知識驗證、創(chuàng)新設計和理論研究等實驗項目為目的而設計的教學實驗設備。學生不僅可以經(jīng)過理論知識的理解完成自動控制程序的設計，還可以得到電氣操作、工程裝配、電工實訓等工程實踐鍛煉。

　　本系統(tǒng)采用可以靈活組合、方便升級和維護的模塊化結構方式設計。全鋼制系統(tǒng)框架上可以安裝不同的實驗單元，各單元都裝配有可以實現(xiàn)系統(tǒng)級聯(lián)和替換的、帶有電氣防護的連接端口，使得系統(tǒng)的實驗項目更換、升級、維護變得非常方便。每個功能單元都設計有功能強大的操作面板，提供了豐富的實驗教學內容。開放式的前面板的結構在滿足3～5個學生操作的同時，也可以方便教師的教學指導。在系統(tǒng)的背面，安裝兩塊800mm*600mm的網(wǎng)孔板，學生可以在此開展各種機床電氣的裝配實訓。

　　開放式數(shù)控技術實驗系統(tǒng)可以根據(jù)不同的教學要求由“控制器單元”、“驅動原理實驗單元”、“機床控制實驗單元”、“伺服驅動單元”、“電機單元”、“XY運動平臺”、“強電控制單元”、“控制軟件”組成。

　　1. 數(shù)控單元

　　該單元是開放式實驗系統(tǒng)的控制核心，可以裝配PMAC Clipper運動控制卡通過USB或Ethernet網(wǎng)絡與計算機連接，完成基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)控制;也可以裝配嵌入式系統(tǒng)控制板(SCM)或可編程控制器(PLC)作為實驗系統(tǒng)的運動控制器。數(shù)控系統(tǒng)單元設計有針對不同運動控制器的兼容接口，使得用戶在開銷最小的前提下更換實驗系統(tǒng)的數(shù)控單元。這些兼容接口都設計有嚴格的電氣保護電路，以便防止學生在實驗過程中由于操作不當對系統(tǒng)控制器的損壞。

　　圍繞數(shù)控系統(tǒng)單元學生可以開展軟件設計類實驗項目。在掌握不同控制器的編程技術的基礎上，學生可以利用實驗教學課件、軟件接口(API)或者其他行業(yè)操作軟件實現(xiàn)對運動控制器的輸入輸出(I/O)控制編程操作。

　　2. 驅動器實驗單元

　　該單元可以裝配步進/伺服電機驅動器和交流變頻驅動器操作面板，學生通過完成相應驅動器控制電氣電路設計和相應的電氣線路連接之后，就可以通過實驗單元面板完成驅動器單元中相應驅動器的手動操作。學生可以通過此實驗單元了解驅動器的工作原理和工程應用方法，詳細了解運動系統(tǒng)的速度或位置閉環(huán)控制過程、相關的控制信號電氣特征。

　　手動/自動切換功能可以使驅動原理實驗單元在滿足手動控制驅動器的基礎上，也可以接受來自數(shù)控單元的控制信號和控制指令。在本單元中，還安裝有系統(tǒng)監(jiān)測電路，可以將數(shù)控系統(tǒng)控制信號和系統(tǒng)運行檢測信號實時傳送到計算機中的軟件課件和監(jiān)測軟件中，學生可以在計算機上動態(tài)觀測系統(tǒng)運行狀態(tài)，以便深入了解控制系統(tǒng)的工作過程。

　　3. 機床控制單元

　　該單元可以向學生提供機床電氣操作的模擬環(huán)境。單元面板設置有若干各種規(guī)格的開關、指示燈，學生可以通過深入了解銑床電氣原理，對面板端子進行必要的電氣組態(tài)后，可以完成包括刀庫、主軸換擋、刀架、限位等各種機床電氣控制功能的程序設計。本單元通過帶有電氣防護的接口與數(shù)控單元的通用輸入輸出(I/O)接口連接。

　　4. 伺服驅動單元

　　該單元完成數(shù)控系統(tǒng)中電機的驅動功能。由于采用通用的兼容接口設計，伺服驅動單元可以連接驅動原理實驗單元，也可以直接連接到數(shù)控單元。教師可以根據(jù)教學內容的需要選擇不同配置的系統(tǒng)，也可以在日后有升級需求時，隨時添加不同的功能單元。所有設備的操作界面都已經(jīng)過加固防止學生在反復操作時使得設備遭到損壞。

　　5. 電機單元

　　該單元是數(shù)控系統(tǒng)中受控對象的模擬環(huán)節(jié)。為了讓學生能夠直觀的了解數(shù)控系統(tǒng)的工作過程，和對控制程序的深入理解，每個伺服電機都配有旋轉刻度盤，學生可以在操作指令和調試程序時觀測刻度盤的轉動刻度，計算對應的加工行程。

　　6. XY運動平臺

　　在數(shù)控插補原理驗證實驗或G代碼程序實驗時，數(shù)控技術實驗系統(tǒng)可以配置XY運動平臺，帶有程序控制自動升降的筆架可以滿足記錄實驗程序軌跡的需要。運動平臺的每個軸都安裝有磁霍爾器件用于檢測軸中心和極限位置。運動平臺受控于伺服驅動單元，其反饋信號可以與運動原理實驗單元連接。

　　7. 實驗課件

　　控制軟件主要包括：實驗課件、軟件接口和人機操作界面三個部分。

　　實驗課件是實驗系統(tǒng)配套的實驗項目指導軟件，可以帶領學生完成相關的實驗內容，并在實驗過程中實時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，為學生感性理解和深入分析系統(tǒng)工作原理提供豐富的實驗數(shù)據(jù)。

　　8. 強電控制單元

　　該功能單元是系統(tǒng)的主供電回路。安放在系統(tǒng)網(wǎng)孔板上，能夠對三相五線制供電線路進行有效控制和檢測。配置有漏電保護和缺相保護電路，在發(fā)生漏電、短路、缺相、零線斷路的情況下，設備保護電路自動動作。學生也可以在網(wǎng)孔板上對該部分功能單元進行擴展繼電器邏輯控制的培訓。在系統(tǒng)中設有系統(tǒng)急停按鈕，該按鈕可以切斷主供電回路，避免在程序或設備異常時對學生和設備的傷害。

　　作品名稱： 模塊化數(shù)控技術實驗裝置

　　學校或單位：天津大學