ZN-05PLC单片机变频调速电气控制实训装置

一、概述

ZN-05PLC单片机变频调速电气控制实训装置，PLC部分集可编程逻辑控制器、通信编辑器、编程软件、工控组态软件、仿真教学软件、模拟控制实训挂箱、实物等于一体，可直观地进行PLC的基本指令训练，多个应用广泛的PLC实际应用模拟实验和实物控制实训，也为高层次的设计开发实验实训提供良好的条件。为了结合教学要求，设计过程中参考了国内多种教材，从中精选出*具典型性的实训实验项目，ZN-05PLC单片机变频调速电气控制实训装置配备三相鼠笼异步电机及继电器，能完成多个电气控制项目训练。

二、装置特点

1、装置采用组件式结构，更换实验模块便捷，如需要扩展功能或开发新实验，只需添加实验模块挂箱即可，永不淘汰。

2、实验对象形象逼真，接近工业现场的实际应用，通过本装置的训练，学生很快就能适应现场的工作。

3、采用西门子S7-200 CPU226可编程序控制器，功能强大、性能优越，采用模块化设计，组合灵活，用户可根据不同的需要组成不同的控制系统。

4、组态棒图教学，采用MCGS工控组态软件，所有实验都已编辑出形象直观、动感强、教学效果好的组态棒图，进行实验动态跟踪教学。

5、实验项目齐全，含数字量、模拟量、变频调速、触摸屏、网络通讯及电气控制等。

6、PLC主机的网络教学实验：配有RS485网络通信教师端电脑（主站）分别跟16台PLC主机（从站）进行直接通信实验（即进行1：N通信），任一台PLC主机（主站）跟7台PLC主机（从站）进行直接通信实验（即进行N：N通信）。

7、仿真实训教学：通过FLASH虚拟环境实时显示PLC运行状态，也可以实现PLC接线、错误检查、编程训练、程序编写测试等功能。

三、技术性能

1、输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±10%  50Hz

2、电源输出：有漏电型保护器、过载、短路保护装置。

3、三相四线380V输出，由三只电压表指示输出电压

4、～220V通过安全插座输出

5、+24V/2A直流稳压电源输出

6、+5V/1A直流稳压电源输出

7、±12V/1A直流稳压电源输出（根据装置需求而定）

8、直流电压：0～10V可调输出；直流电流：4～20mA可调输出

9、工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度＜85%(25℃)  海拔<400m

10、装置容量：＜1KVA

11、重    量：＜110Kg

12、外形尺寸：1600mm×750mm×1600mm

13、安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准

四、实训装置的基本配置及功能

实训装置由控制屏、实训桌、主机实训组件、实训模块（含丰富的工业现场设备模拟实训对象）、变频器挂箱、触摸屏挂箱、交直流电机、总线单元、通信模块、电机导轨、测速机构等组成。

（一）控制屏

1、交流电源控制单元

三相四线380V交流电源经空气开关后给装置供电，电网电压表监控电网电压，设有带灯保险丝保护，控制屏的供电由钥匙开关和启停开关控制，同时具有漏电告警指示及告警复位。

提供三相四线380V、单相220V电源各一组，由启停开关控制输出，并设有保险丝保护。

2、定时器兼报警记录仪

定时器兼报警记录仪，平时作时钟使用，具有设定时间、定时报警、切断电源等功能；还可自动记录由于接线或操作错误所造成的漏电告警次数。

3、直流电源、直流电压/电流表、逻辑输出及指示等

直流电压：0～10V可调输出；直流电流：0～20mA可调输出；直流数字电压表/电流表；电压表量程0～200V、输入阻抗为10MΩ、精度0.5级；电流表量程0～200 mA、精度0.5级；同时设有逻辑电平输出（点动、自锁）、逻辑电平指示、LED数码管、方向指示器、八音盒、直流24V继电器、信号转换座若干。

4、主机实训组件

配置西门子S7-200 CPU226  PLC主机， 24路数字量输入16路数字量输出EM235模拟量模块4路输入/1路输出，配套PC/PPI通信编程电缆。

（二）实训挂箱

（三）电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表

包含光码盘测速系统、数显转速表及固定电机的导轨等。导轨平整度好，无应力变形，加工精细，同心度好，互换性好，能保证电机与编码盘之间连接的同心度不超过±5丝，电机运行噪声小，实训参数典型，能较好满足实训要求。在导轨面板上设有五位数显转速表，显示当前转速；具有电压反馈信号；同时设有光电编码信号输出，包括A、B两个通道；能够完成各种速度开/闭环及定位实训。

（四）三相鼠笼异步电机：交流380V/△

（五）实训桌

实训桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板；左右设有两个大抽屉（带锁），用于放置工具及资料，电脑桌联体设计，造型美观大方。

（六）、电气控制仿真软件（为了避免知识产权纠纷投标现场需提供计算机软件著作权证书）

以三维仿真交互技术和三维动画视觉表现及多媒体数字技术为核心，能进行三维电路分析、电气电路模拟电路考核、综合技能虚拟实训、电气基础训练、元器件识别检测。

（七）实验室系统控制器

1）该系统由专用供电管理主机与移动管理平台组成。能对设备具有用电管理（包括电压、电流、用电量、用电时间等）和短路、过压、漏电和输出防护等多种保护功能。该系统具有智能管理功能，主控采用7寸全彩触摸屏平板控制，可通过手机或者平板电脑实现远程监控、操作等管理和现场可视化管理。专用供电管理主机不小于2路负载，每路负载能力不应小于20KW，包括三相断路器、断路器、防雷模块、交流接触器、熔断器、控制板、互感器、继电器、金属钥匙开关等。

2）本系统控制器将数据上传至云平台，进行海量数据存储，并提供丰富的数据分析工具方便更加准确的掌握数据与分析数据。  

①数据云系统上传

②手机app数据查询

③历史数据查询

④数据分析统计

⑤短信报警

⑥微信报警

⑦微信反向控制

⑧二次开发

（1）云平台包含：

1）数据显示显示输入电压监控，输出电压监控，输入开关监控，输出开关控制以及输入电压模拟量实时数据，可根据实际需求添加128路。

2）控制：控制启动停止开关的开和关，输出电压值的给定，可根据实际需求添加128路。

3）历史数据：显示输入输出电压值的历史数据，可按时、天、月进行查询历史数据曲线，以及历史数据表格，可表格数据导出处理。

4）设备报警：对设备急停按键做的模拟设备故障报警进行微信报警，同时可以实现短信及邮箱报警。报警范围包括模拟量，开关量的上下线、阀值等状态进行设置报警。

（2）终端包含：

1）数据显示画面：画面显示输入电压数值，输出电压监控，开关状态输入，开关控制输出，以及云端连接二维码。

2）联网设置界面：设置现场数据连接云平台后台数据库管理

（八）工业4.0仿真实训软件

软件采用三维建模基于虚拟现实技术的计算机仿真模拟技术，可以进行PLC电气控制仿真、电工电子仿真、气动仿真、液压仿真、传感器仿真等工业常用技术仿真

1）PLC仿真可以通过PLC编程控制模型的相应动作从而完成工序动作包含机械手仿真、自动门仿真、升降机仿真、分拣仿真、正反转仿真、邮件分拣、流水线、自动分拣等。

2）电工电子仿真

（1）接线仿真

01具有过载保护的正转控制接线仿真

02双重互锁的正反转控制接线仿真

05接触器星形、三角形控制接线仿真

06时间继电器接线仿真

07三相电动机机械制动控制电路仿真

（2）电路仿真

01具有过载保护的正转控制仿真

02双重互锁的正反转控制仿真

03生产机械行程控制电路仿真

04自耦降压起动仿真

05接触器星形、三角形控制仿真

06时间继电器仿真

07三相电动机机械制动控制电路仿真

08电动机反接制动控制电路仿真

09有变压器全波整流能耗制动控制电路仿真

10接触器控制的双速电动机调速电路仿真

12利用电流继电器控制绕线式异步电动机起动控制线路仿真c620车床电气控制仿真，电动葫芦仿真，z35摇臂钻床仿真

（3）排故仿真

01具有过载保护的正转控制排故

02双重互锁的正反转控制排故

03生产机械行程控制电路排故

04自耦降压起动排故

05接触器星形、三角形控制排故

06时间继电器排故

07三相电动机机械制动控制电路排故

08电动机反接制动控制电路排故

09有变压器全波整流能耗制动控制电路排故

10接触器控制的双速电动机调速电路排故

12利用电流继电器控制绕线式异步电动机起动控制线路排故

13c620车床电气控制排故、两地控制连线等

（4）原理仿真

变压器工作原理、步进电动机工作原理、单向异步电动机工作原理、电度表工作原理、两地控制灯电路、钳型电流表原理、热继电器工作原理、伺服电动机工作原理、兆欧表工作原理、塑壳式断路器工作原理、交流接触器原理等

（5）电机拆装仿真，三相异步机拆分、单相异步机拆分等

（6）仪器仪表的使用仿真万用表、双踪示波器、信号发生器、频谱仪、钳形表等

3）气动回路仿真

（1）软件以气动经典22回路为依据开发出28回路的在线及离线仿真

（2）软件中设置的14路“考考你！”表现为典型气路设备故障。

（3）软件状态含“模拟运行”“联机运行”即离线仿真、在线仿真。两种运行状态自动切换，当连接外部设备时自动切换为在线仿真，无外部设备连接时为离线仿真即模拟运行。

软件中离线仿真13个回路包括：

1、单作用气缸的换向回路（a）

2、双作用气缸的换向回路（a）

3、单作用气缸的速度控制回路（a）

4、单作用气缸的速度控制回路（b）

5、双作用气缸单向调速回路（a）

6、双作用气缸单向调速回路（b）

7、双作用气缸的速度控制回路一

8、双作用气缸的速度控制回路二

9、压力控制回路

10、计数回路

11、延时回路

12、用机械行程阀的单往复控制回路

13、过载保护回路。

离线、在线自动切换的15个回路包括：

1、单作用气缸的换向回路（b）

2、双作用气缸的换向回路（b）

3、速度换接回路

4、缓冲回路

5、互锁回路

6、用行程开关的单缸往复运动回路

7、单缸连续往复动作回路

8、直线缸、旋转缸顺序动作回路

9、多缸顺序动作回路

10、双缸同步动作回路

11、四缸联动回路

12、卸荷回路

13、或门型梭阀的应用回路

14、快速排气阀的应用回路

15、高低压切换控制回路。

（4）设置14路“考考你！”当点开了“考考你”对话框回路自动设置故障，当回答正确或关闭“考考你”对话框，故障自动接触，回路正常仿真。14路“考考你”包括模拟故障有：

1单作用气缸故障

2、电磁阀故障

3、双作用气缸故障

4、调节阀故障

5、节流阀故障

6、手动换向阀异常

7、节流阀堵死故障

8、行程开关故障

9过滤三联件故障

10、气容故障

11、行程阀故障

12、顺序阀故障

13、行程开关失灵

14、负载阻力过小

4）液压回路仿真其界面可清楚的展示液压元器件的内部结构以及液压回路的工作过程。液压传动原理的动态演示并不少于18种动态演示。

a)多级高压回路

b)减压回路

c)先导式溢流阀缷荷回路

d)顺序平衡回路

e)回油节流调速回路

f)旁路节流调速回路

g)液压缸差动连接回路

h)三位四通电磁换向阀换向回路

i)液控单向阀锁紧回路  

j)顺序阀控制顺序动作回路

k)压力继电器控制顺序动作回路

l)行程开关控制顺序同步回路

m)调速阀控制同步回路

n)液压马达回油节流调速回路

o)二位四通电磁阀换向回路

p)手动阀换向回路

q)速度换接回路

r)二位二通缷荷

五、实训项目

（一）PLC基本技能实训

1.PLC认知实训（软硬件结构、系统组成、基本指令练习、接线、编程 等）

2.典型电动机控制实操实训（点动、自锁、正反转、星三角换接启动等）

3.PLC仿真实训

（二）PLC模拟控制应用实训

4.数码显示控制

5.抢答器控制（优先级、数值运算，具有声效功能）

6.天塔之光控制（闪烁、发射、流水型）

7.音乐喷泉控制（具有声效功能）

8.十字路口交通灯控制

9.水塔水位控制

10.自动送料装车系统控制

11.四节传送带控制

12.装配流水线控制

13.多种液体混合装置控制

14.自控成型机控制

15全自动洗衣机控制（具有声效功能）

16.电镀生产线控制

17.自控轧钢机控制

18.邮件分拣机控制

19.自动售货机控制

20.机械手控制

21.三层电梯控制

22.四层电梯控制（实物）

23.加工中心控制（实物）

（三）PLC实物控制实训

24.直线运动位置识别、运动轨迹控制、定位控制

25.步进电机运动控制

26.直流电机控制

27.温度PID控制（具有声效功能）

（四）PLC高级技能实训（设计、安装、调试及检修）

28.C620车床的电气控制线路

29.卧式车床电气控制线路

30.机床两地控制线路

31.M7130平面磨床的电气控制线路

32.Z3040摇臂钻床的电气控制线路

33.液压滑台式自动攻螺纹机的电气控制线路

34.运行小车的电气控制线路

（五）PLC、变频器、触摸屏综合应用技能实训

35.变频器功能参数设置与操作

36.变频器报警与保护功能

37.外部端子点动控制

38.变频器控制电机正反转

39.多段速度选择变频调速

40.变频器无级调速

41.基于外部模拟量(电压/电流）控制方式的变频调速

42.瞬时停电启动控制

43.PID变频调速控制

44.PLC控制变频器外部端子的电机正反转

45.PLC控制变频器外部端子的电机运行时间控制

46.基于PLC数字量控制方式的多段速

47.基于PLC模拟量控制变频开环调速

48.基于PLC通信方式的变频器开环调速

49.基于PLC通信方式的速度闭环控制

50.基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速

51.变频器恒压供水系统的模拟

52.基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习

53.基于触摸屏控制方式的LED控制

54.基于触摸屏控制方式的温度PID控制

55.PLC、触摸屏与变频器通信控制

56.基于MCGS的现场总线网络通信技术

六、配置清单