教学用plc实训平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种教学用PLC实训平台，包括：机架，机架内安装有电机驱动单元，机架上设置有与电机驱动单元电连接的电机转盘示意单元，以及指示灯单元、按键开关单元；机架上还安装软PLC控制器，软PLC控制器含有PLC控制器模块、HMI模块、NC模块、CNC模块、网络模块和安全模块，按键开关单元及指示灯单元与软PLC控制器的输入端电连接，软PLC控制器的输出端与电机驱动单元电连接。通过在实训平台上设置软PLC控制器，学生可以灵活运用实训平台上的软、硬件，进行演示测验，对教学内容有更直观深入的认识，而且伺服驱动的控制方式使得实训平台控制精度更高，测试结果更精确。本实用新型结构设计合理，使用可靠。
【专利说明】教学用PLC实训平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及教学演示【技术领域】，特别是涉及一种教学用PLC实训平台。
【背景技术】
[0002]PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)控制器是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制器以其可靠性、抗干扰能力强、专用化与模块化设计，适应恶劣坏境等优点，在工业控制领域和其他行业得到广泛应用。
[0003]由于PLC控制器在工业控制领域及其他行业的广泛应用，所以PLC实训平台一直是大中院校机电、电气专业的必要的实训平台。PLC实训平台是基于平台的实验教学，在实验平台中，选取典型的实物被控对象用以模拟典型的控制系统，力求达到并接近工程现场的目的。通过PLC实训平台演示教学，能使学生在建立轮廓认识的基础上逐步熟悉工业系统中网络通信，组件使用等，向工业控制的高级阶段迈进。
[0004]但是，传统PLC实训平台中的PLC控制器的指令集是固定的，而实际工业模拟中有可能需要重新定义算法，不便于学生编程学习和操作；另外，由于PLC控制器一般是由几家厂商垄断生产，具有私有性，很难适应现有标准计算机网络，常常是PLC实训平台与计算机处于不同类型的网络中，无法利用现有的网络资源用于教学和学习。而且，传统PLC实训平台控制程序不够精密，演示过程精确度不高。
实用新型内容
[0005]基于此，有必要针对传统PLC实训平台不便于学生编程学习和操作的问题，提供一种易于操作的开放式的教学用PLC实训平台。
[0006]一种教学用PLC实训平台，包括机架，机架内安装有电机驱动单元，机架上设置有与电机驱动单元电连接的电机转盘示意单元，以及指示灯单元、按键开关单元；机架上还安装有软PLC控制器，软PLC控制器含有PLC控制器模块、HMI(Human Machine Interface，人机界面)模块、NC(Numerical Control,数字控制)模块、CNC(Computer numerical control,计算机数字控制)模块、网络模块和安全模块，按键开关单元及指示灯单元与软PLC控制器的输入端电连接，软PLC控制器的输出端与电机驱动单元电连接。
[0007]在其中一个实施例中，软PLC控制器单元嵌入CoDeSys应用处理装置和Linux系
统装置。
[0008]在其中一个实施例中，软PLC控制器包括中央处理器，与所述中央处理器连接的夕卜扩存储器、以太网接口模块、SD卡接口模块、EtherCAT总线接口模块、信号输入端口、信号输出端口。
[0009]在其中一个实施例中，电机驱动单元是伺服驱动单元，伺服驱动单元包括伺服电机，用于驱动伺服电机的伺服驱动器以及用于控制伺服驱动器及伺服电机的供电电源通断的断路控制器。
[0010]上述教学用PLC实训平台，因其采用了集PLC、HMI与NC功能于一体的软PLC控制器,软PLC是将操作系统和PC (personal computer,个人计算机)作为软硬件平台，用软件实现传统硬件PLC的控制功能，软PLC控制器具有编程语言标准化，支持多种编程语言，内含丰富的控制模块，支持多种算法，开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块，强大的网络功能，支持互联网协议，这使得教学用PLC实训平台的硬件体系结构不再封闭，可以选择合适的硬件组成满足要求的软PLC，使学生可自由组成，灵活测试；而且学生可以使用符合标准的操作指令编程，易于编程学习和操作；教学用PLC实训平台不仅能加入到已存在的私有PLC网络中，还可以加入到标准计算机网络中，教学实训可充分利用网络资源，还可通过网络控制教学用PLC实训平台。
[0011]采用高级的编程环境和灵活的操作系统，使得教学用PLC实训平台易于编程控制且性能稳定。
[0012]采用开放的实时以太网络通讯协议，使得教学用PLC实训平台能很好地进行网络通讯。
[0013]采用的伺服电机具有响应速度快、定位准确、转动惯量较大的特点，伺服驱动控制精度高，使得实训平台演示效果精确度高，测试结果理想，便于学生加深教学内容的认识。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型所述的教学用PLC实训平台的结构示意图；
[0015]图2是图1所示的软PLC控制器的功能模块结构图；
[0016]图3是本实用新型所述的教学用PLC实训平台的电气结构框图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，图1为本实用新型所述教学用PLC实训平台实施例的结构示意图，其中，伺服驱动器及伺服电机不可见。
[0018]图1示出了教学用PLC实训平台的机架1，机架I上安装有软PLC控制器2，其显示屏置于机架壳体正面所开设的窗口上。
[0019]机架内还安装有第一、第二伺服电机，以及分别控制第一、第二伺服电机的第一、第二伺服驱动器以及断路控制器，电源通过断路器电连接伺服驱动器及伺服电机，伺服电机、伺服驱动器和断路控制器均设置于机架壳体内，在图1中不可见。软PLC控制器控制伺服驱动器驱动伺服电机的运转。
[0020]第一、第二伺服电机的电机轴上分别安装一个转盘3，转盘外周面设有刻度，转盘外置于机架壳体正面，即第一转盘Ml和第二转盘M2，这两个转盘作为电机转盘示意单元，用来显示出两台电机同步性情况。
[0021]在机架壳体正面上还设有作为指示灯单元4的八个信号灯，即L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7，和作为按键开关单元5的八个开关，即K0、Kl、K2、K3、K4、K5、K6、K7。八个信号灯和八个开关分别分两排且交错布局。
[0022]按键开关单元以及指示灯单元通过扩展IO (Input/Output,输入/输出)与软PLC控制器的输入端相连。当按下开关时，相应的指示灯会亮起，然后通过扩展10，操作信号传入软PLC控制器的输入端，经过软PLC控制器的内部运算和处理后，软PLC控制器发出动作指令，动作指令经过软PLC控制器的输出端传递到伺服驱动器，进而驱动伺服电机执行动作指令。
[0023]参见图2，图2示出了软PLC控制器2的功能模块结构。软PLC控制器2内含有PLC控制器模块、HMI模块、NC模块、CNC模块、网络模块和安全模块。
[0024]软PLC控制器2内嵌入CoDeSys应用处理装置和Linux系统装置。CoDeSys是一种功能强大的PLC软件编程工具，它支持IEC61131-3标准IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六种PLC编程语言，用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序，功能模块等。Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统，是一个领先的操作系统。
[0025]软PLC控制器2包括中央处理器，与中央处理器连接的外扩存储器、以太网接口模块、SD卡接口模块、EtherCAT总线接口模块，信号输入端口、信号输出端口。采用EtherCAT总线接口模块，用于支持EtherCAT网络协议通讯。EtherCAT是开放的实时以太网络通讯协议。
[0026]参见图3，图3示出了本实用新型所述的教学用PLC实训平台的电气结构框图。
[0027]软PLC控制器通过EtherCAT总线接口模块与EtherCAT总线控制器连接，用于EtherCAT 通讯。
[0028]第一伺服电机由第一伺服驱动器控制，第一伺服驱动器通过EtherCAT总线接收软PLC控制器的控制指令；第二伺服电机由第二伺服驱动器控制，第二伺服驱动器通过EtherCAT总线接收软PLC控制器的控制指令；EtherCAT远程端子通过数字量输入模块与按键开关单元连接，其通过数字量输出模块与指示灯单元连接。八路的数字量输入模块接八个开关，八路的数字量输出模块接八个信号灯。
[0029]当开关按键按下时，与其相连的数字量输入通道上电平为高，软PLC控制器可通过读数字量输入模块的通道来感知开关是否被按下。当数字量输出模块通道电平为高时，与其相连的信号灯点亮，PLC可通过设置数字量输出模块的通道电平来控制信号灯的亮灭。PLC还可通过EtherCAT总线写伺服驱动器内相应寄存器的值，以达到控制电机运动的目的。
[0030]其中，学生可以根据自己所编写的程序随意定义八个开关按键的控制方式，现实中还可以根据需求扩展IO模块，在扩展多个按钮，定义更多控制方式。
[0031 ] 本实施例还设有电源单元、实验转接端子单元。
[0032]采用本实施例进行教学，系统更开放，可实现网络控制，学生可以灵活运用实训平台上的软、硬件，进行演示测验，对教学内容有更直观深入的认识。而且伺服驱动的控制方式使得实训平台控制精度更高，测试结果更精确，学生还可以利用此优点清楚地分辨电机的同步性。
[0033]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.教学用PLC实训平台，包括: 机架，所述机架内安装有电机驱动单元，所述机架上设置有与所述电机驱动单元电连接的电机转盘示意单元，以及指示灯单元、按键开关单元； 其特征在于，所述机架上还安装有软PLC控制器，所述软PLC控制器包括中央处理器，与所述中央处理器连接的外扩存储器、以太网接口模块、SD卡接口模块、EtherCAT总线接口模块、信号输入端口、信号输出端口 ；所述按键开关单元及所述指示灯单元与所述软PLC控制器的输入端电连接，所述软PLC控制器的输出端与所述电机驱动单元电连接。
2.根据权利要求1所述的教学用PLC实训平台，其特征在于，所述软PLC控制器单元嵌入CoDeSys应用处理装置和Linux系统装置。
3.根据权利要求1或2所述的教学用PLC实训平台，其特征在于，所述电机驱动单元是伺服驱动单元，所述伺服驱动单元包括伺服电机，用于驱动伺服电机的伺服驱动器以及用于控制伺服驱动器及伺服电机的供电电源通断的断路控制器。
【文档编号】G09B25/00GK203415155SQ201320350374
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】陈冰冰, 谢剑辉 申请人:佛山市顺德工业与信息技术研究中心有限公司