機電、電氣實驗室設備：創(chuàng)新與發(fā)展的驅動力
2024-08-19 06:47在當今科技高速發(fā)展的背景下，機電、電氣實驗室設備的研發(fā)與創(chuàng)新成為了推動科技進步的重要力量。這些設備不僅為科研人員提供了強大的技術支持，更為產業(yè)發(fā)展提供了源源不斷的動力。本文將對機電、電氣實驗室設備的發(fā)展現狀、技術創(chuàng)新以及未來趨勢進行探討。
一、機電、電氣實驗室設備的發(fā)展現狀
隨著科學技術的不斷進步，機電、電氣實驗室設備在各個領域得到了廣泛應用。從基礎理論研究到實際工程應用，這些設備都發(fā)揮著舉足輕重的作用。特別是在新能源、新材料、生物醫(yī)藥等高新技術領域，機電、電氣實驗室設備的應用更是如火如荼。這些設備的出現，不僅極大地提高了科研效率，還為相關產業(yè)的發(fā)展注入了強大活力。
二、技術創(chuàng)新助力機電、電氣實驗室設備發(fā)展
1. 智能化：隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，越來越多的機電、電氣實驗室設備開始實現智能化。通過引入先進的傳感器技術、數據處理算法以及機器學習方法，這些設備能夠實現對實驗數據的自動采集、分析和處理，從而大大提高了實驗的精度和效率。
2. 虛擬現實技術：虛擬現實技術在機電、電氣實驗室設備領域的應用也日益廣泛。通過構建虛擬的實驗環(huán)境，科研人員可以在計算機上進行各種復雜的實驗操作，大大降低了實驗成本和風險。同時，這種技術還可以為培訓和教學提供更加直觀、形象的實驗資源。
3. 模塊化設計：為了提高設備的靈活性和可擴展性，越來越多的機電、電氣實驗室設備開始采用模塊化設計。這種設計方式可以將復雜的設備分解為多個獨立的模塊，用戶可以根據需要自由組合和替換這些模塊，從而滿足不同實驗的需求。
機電.電氣實驗室設備是根據《中華人民共和國教育行業(yè)標準---電工電子類實訓基地儀器設備配備標準》，教育部“振興21世紀職業(yè)教育課程改革和教材建設規(guī)劃”要求，我公司聯(lián)合相關單位院校的專業(yè)教師、資深行業(yè)專業(yè)人員，按照職業(yè)教育教學和實訓要求，結合實際的教學和學生實驗情況，研發(fā)了該實驗室設備。
PLC是微電子技術和自動控制技術相結合的產物，是專門針對工業(yè)環(huán)境應用而設計的一種特殊的計算機系統(tǒng)，具有控制功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于擴展、通用性強等一系列優(yōu)點，可用于各類機械或生產過程的復雜控制和自動化網絡構建，在工業(yè)控制領域里得到了廣泛的應用，是現代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、CAD/CAM、機器人）之一。甚至可以說，PLC+變頻器=無所不能！
該實驗室內的設備配置了可編程序控制器（SIMATIC S7-200）是選用了SIEMANS公司生產的小型PLC及其擴展模塊，特別值得一提的是，該實驗室的控制箱是自行設計和制作的。
可編程控制器實訓室簡介
一、PLC課程簡介
在可編程控制器（PLC）出現以前，繼電器控制在工業(yè)控制領域占主導地位，由此構成的控制系統(tǒng)都是按預先設定好的時間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。
隨著計算機技術的發(fā)展，1969年，美國數字設備公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一臺可編程控制器，在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。PLC綜合了計算機技術、電氣控制技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，在工業(yè)生產過程自動控制領域得到廣泛的應用。無論是國外引進的自動化生產線，還是自行設計的自動控制系統(tǒng)，都廣泛采用單臺或多臺可編程序控制器組成。所以，掌握PLC技術，是改造傳統(tǒng)生產工藝和設備的重要途徑。目前，PLC與電氣控制在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。
《PLC原理及應用》課程是我院機電一體化技術專業(yè)的核心專業(yè)課程。
一、控制箱的設計思路
1．可編程控制器（PLC）控制實驗箱的設計基本思路，就是要讓學生貼近生產實際，增加學生實驗的自主性，加強動手能力，靈活運用PLC（包括擴展模塊）及各種控制器件而不只是單純地為實驗而實驗。通過實驗、開放、小課題以及畢業(yè)設計，使學生逐步了解并最終達到初步掌握應用PLC的能力。
2．控制箱的設計與生產企業(yè)的實際應用相結合，所使用的元件、導線、連接方式、箱子外型等都盡可能與實際機械設備上的控制箱類似。
3．控制箱內有足夠多的輸入和輸出元件，以及接觸器、時間繼電器、不同電壓等級的中間繼電器等，既能滿足基本教學需要，又便于進一步擴展應用。各種控制電器的類型盡可能多樣化，讓學生能盡快了解不同種類的電器元件。
4．為了最大限度地提高學生的動手能力，又盡可能減少對元件器本身的損害，各種元器件輸入、輸出端子都被引接至端子排上，編上線號，并將編線號的分布情況繪成圖紙。學生可以根據圖紙，自行設計電路及接線方式。這樣既能使學生了解編號的設計方式，又能掌握編號接線的優(yōu)勢，同時還能最大限度地保證元件設備完好。
二、控制箱的性能特點
1．該控制箱的功能齊全，元器件數量和種類較多，既有實驗、自行設計開發(fā)功能，又有體驗實際的效果�？刂葡湓O計周全，外觀精美、體積小巧，安裝專業(yè)、線號清晰，接線方便、直觀性強，是一種通用型的PLC實驗教學儀器。
2．控制箱只比普通電腦顯示器略寬一點，僅有1根電源線與外界相連，可以放置于普通實驗桌上。建議1個學生使用1臺設備，也可以兩個人及更多學生同時設計、操作同一臺控制箱。必要時，甚至可以將若干臺控制箱進行多個PLC的聯(lián)網操作。
3．每一個使用實驗室控制箱的學生，都是第一次接觸這些廠礦企業(yè)實際在用的元器件和設備，動手操作的能力非常有限。為此，將部分最常用的接線端子安裝在控制箱頂部，可以讓學生看清線路的安裝方法和線號，也便于接線；同時，對于初學者來說，不需要打開控制箱門就可以完成一般的實驗，提高了實驗的安全性。
4．控制箱的頂部，還有安裝著三個風扇電機和兩個限位開關，是仿照工業(yè)現場中此類元件往往安裝在機械設備上、而不安裝于控制箱內的情況，盡可能將生產實際展現給學生，增強直觀感受。采用軸流電機代替三相交流電動機，以及三個大按鈕全部采用新型的保護式按鈕，能夠更有效地保證學生的安全。
5．各種類型的輸入和輸出點引出數量多達150個，便于學生對PLC進行擴展功能的應用。并且在個別輸入、輸出點損壞的情況下，不影響學生對實驗箱的使用。
6．所有的線號全部是電腦打印的，并采用字母加數字的方式按一定規(guī)律編排，既美觀又便于學生識別；由此，可以幫助學生進一步理解線號的作用，還提高了接線時的安全性。
7．所有穿導線的金屬面板孔都加裝了橡膠防護套，確�？刂葡涫褂脮r不發(fā)生漏電等意外事故。
8．安裝了兩個快速反應的空氣開關，能更好地防止線路短路等事故發(fā)生，還為學生使用220V提供了一路單獨供電的電源。這兩個開關的順序操作功能，可以更好地培養(yǎng)學生分段操作、減少事故發(fā)生的理念。
三、控制箱的可開實驗
可編程序控制器（PLC）實驗控制箱可以由教師指定實驗項目，也可以由學生自行設計、開發(fā)實驗項目，可完成的實驗主要有：不同電壓等級之間的間接控制，各種電動機的自動控制，模擬交通信號燈控制，藝術造型彩燈控制，步進電機控制，順序控制，自動洗衣機模擬控制等等幾十種既定實驗，以及數百種設計性實驗。
四、技術性能配置與參數：
可編程控制器（PLC）24點I/O（14個輸入點和10個輸出點），220V指示燈6個，24V指示燈30個，220V和24V繼電器各5個，24V直流電機3個，24V/12V/5V（直流）開關電源一組
實驗桌外觀尺寸：1600X800X800
控制箱外觀尺寸：寬600×高550×厚250（加裝了所有元件后）
輸入電源：220V（交流）/24V（直流）
輸出電源：24V/12V/5V（直流）
裝置容量：100VA
可編程序控制器（PLC）
OGJDX--A機電、電氣實驗室設備實驗項目
可完成的實驗項目：
1、小車循環(huán)運動的控制、
2、傳送帶報警的控制、
3、電機的順序啟動與停止、
4、搶答器、
5、電機啟停的控制、
6、十字路口交通燈控制、
7、多個傳送帶啟�？刂啤�
8、大小球分撿裝置、
9、傳送帶報警的控制、
10、攪拌器的PLC自動控制實驗、
11、LED數碼管顯示PLC自動控制實驗、
12、四層電梯的PLC自動控制實驗、
13、藝術彩燈造型的PLC控制實驗、
14、電機的自動控制實驗、
15、步進電機的PLC控制、
16、自動送料裝車系統(tǒng)控制實驗自動售貨機實驗、
17、自動洗衣機控制系統(tǒng)模擬實驗、
18、繼電器控制系統(tǒng)
并可在實際運用中開發(fā)出更多的實驗項目。
三、機電、電氣實驗室設備的未來趨勢
1. 綠色環(huán)保：隨著全球環(huán)保意識的不斷提高，未來的機電、電氣實驗室設備將更加注重綠色環(huán)保。這包括在設備設計階段就充分考慮節(jié)能減排因素，以及在運行過程中采取有效的環(huán)保措施，減少對環(huán)境的影響。
2. 互聯(lián)網+:隨著互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，未來的機電、電氣實驗室設備將更加緊密地融入互聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)。這意味著設備之間將實現更加便捷的數據共享和協(xié)同工作，同時也為遠程實驗和在線教育提供了更多可能。
3. 跨學科融合：隨著科學研究的深入發(fā)展，越來越多的交叉學科開始涌現出來。未來的機電、電氣實驗室設備將更加注重跨學科的融合，以滿足不同領域對于高性能、多功能實驗設備的需求。
一、機電、電氣實驗室設備的發(fā)展現狀
隨著科學技術的不斷進步，機電、電氣實驗室設備在各個領域得到了廣泛應用。從基礎理論研究到實際工程應用，這些設備都發(fā)揮著舉足輕重的作用。特別是在新能源、新材料、生物醫(yī)藥等高新技術領域，機電、電氣實驗室設備的應用更是如火如荼。這些設備的出現，不僅極大地提高了科研效率，還為相關產業(yè)的發(fā)展注入了強大活力。
二、技術創(chuàng)新助力機電、電氣實驗室設備發(fā)展
1. 智能化：隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，越來越多的機電、電氣實驗室設備開始實現智能化。通過引入先進的傳感器技術、數據處理算法以及機器學習方法，這些設備能夠實現對實驗數據的自動采集、分析和處理，從而大大提高了實驗的精度和效率。
2. 虛擬現實技術：虛擬現實技術在機電、電氣實驗室設備領域的應用也日益廣泛。通過構建虛擬的實驗環(huán)境，科研人員可以在計算機上進行各種復雜的實驗操作，大大降低了實驗成本和風險。同時，這種技術還可以為培訓和教學提供更加直觀、形象的實驗資源。
3. 模塊化設計：為了提高設備的靈活性和可擴展性，越來越多的機電、電氣實驗室設備開始采用模塊化設計。這種設計方式可以將復雜的設備分解為多個獨立的模塊，用戶可以根據需要自由組合和替換這些模塊，從而滿足不同實驗的需求。
DB-A 機電、電氣實驗室設備(可編程序控制器PLC)
PLC是微電子技術和自動控制技術相結合的產物，是專門針對工業(yè)環(huán)境應用而設計的一種特殊的計算機系統(tǒng)，具有控制功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于擴展、通用性強等一系列優(yōu)點，可用于各類機械或生產過程的復雜控制和自動化網絡構建，在工業(yè)控制領域里得到了廣泛的應用，是現代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、CAD/CAM、機器人）之一。甚至可以說，PLC+變頻器=無所不能！
該實驗室內的設備配置了可編程序控制器（SIMATIC S7-200）是選用了SIEMANS公司生產的小型PLC及其擴展模塊，特別值得一提的是，該實驗室的控制箱是自行設計和制作的。
可編程控制器實訓室簡介
一、PLC課程簡介
在可編程控制器（PLC）出現以前，繼電器控制在工業(yè)控制領域占主導地位，由此構成的控制系統(tǒng)都是按預先設定好的時間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。
隨著計算機技術的發(fā)展，1969年，美國數字設備公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一臺可編程控制器，在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。PLC綜合了計算機技術、電氣控制技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，在工業(yè)生產過程自動控制領域得到廣泛的應用。無論是國外引進的自動化生產線，還是自行設計的自動控制系統(tǒng)，都廣泛采用單臺或多臺可編程序控制器組成。所以，掌握PLC技術，是改造傳統(tǒng)生產工藝和設備的重要途徑。目前，PLC與電氣控制在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。
《PLC原理及應用》課程是我院機電一體化技術專業(yè)的核心專業(yè)課程。
一、控制箱的設計思路
1．可編程控制器（PLC）控制實驗箱的設計基本思路，就是要讓學生貼近生產實際，增加學生實驗的自主性，加強動手能力，靈活運用PLC（包括擴展模塊）及各種控制器件而不只是單純地為實驗而實驗。通過實驗、開放、小課題以及畢業(yè)設計，使學生逐步了解并最終達到初步掌握應用PLC的能力。
2．控制箱的設計與生產企業(yè)的實際應用相結合，所使用的元件、導線、連接方式、箱子外型等都盡可能與實際機械設備上的控制箱類似。
3．控制箱內有足夠多的輸入和輸出元件，以及接觸器、時間繼電器、不同電壓等級的中間繼電器等，既能滿足基本教學需要，又便于進一步擴展應用。各種控制電器的類型盡可能多樣化，讓學生能盡快了解不同種類的電器元件。
4．為了最大限度地提高學生的動手能力，又盡可能減少對元件器本身的損害，各種元器件輸入、輸出端子都被引接至端子排上，編上線號，并將編線號的分布情況繪成圖紙。學生可以根據圖紙，自行設計電路及接線方式。這樣既能使學生了解編號的設計方式，又能掌握編號接線的優(yōu)勢，同時還能最大限度地保證元件設備完好。
二、控制箱的性能特點
1．該控制箱的功能齊全，元器件數量和種類較多，既有實驗、自行設計開發(fā)功能，又有體驗實際的效果�？刂葡湓O計周全，外觀精美、體積小巧，安裝專業(yè)、線號清晰，接線方便、直觀性強，是一種通用型的PLC實驗教學儀器。
2．控制箱只比普通電腦顯示器略寬一點，僅有1根電源線與外界相連，可以放置于普通實驗桌上。建議1個學生使用1臺設備，也可以兩個人及更多學生同時設計、操作同一臺控制箱。必要時，甚至可以將若干臺控制箱進行多個PLC的聯(lián)網操作。
3．每一個使用實驗室控制箱的學生，都是第一次接觸這些廠礦企業(yè)實際在用的元器件和設備，動手操作的能力非常有限。為此，將部分最常用的接線端子安裝在控制箱頂部，可以讓學生看清線路的安裝方法和線號，也便于接線；同時，對于初學者來說，不需要打開控制箱門就可以完成一般的實驗，提高了實驗的安全性。
4．控制箱的頂部，還有安裝著三個風扇電機和兩個限位開關，是仿照工業(yè)現場中此類元件往往安裝在機械設備上、而不安裝于控制箱內的情況，盡可能將生產實際展現給學生，增強直觀感受。采用軸流電機代替三相交流電動機，以及三個大按鈕全部采用新型的保護式按鈕，能夠更有效地保證學生的安全。
5．各種類型的輸入和輸出點引出數量多達150個，便于學生對PLC進行擴展功能的應用。并且在個別輸入、輸出點損壞的情況下，不影響學生對實驗箱的使用。
6．所有的線號全部是電腦打印的，并采用字母加數字的方式按一定規(guī)律編排，既美觀又便于學生識別；由此，可以幫助學生進一步理解線號的作用，還提高了接線時的安全性。
7．所有穿導線的金屬面板孔都加裝了橡膠防護套，確�？刂葡涫褂脮r不發(fā)生漏電等意外事故。
8．安裝了兩個快速反應的空氣開關，能更好地防止線路短路等事故發(fā)生，還為學生使用220V提供了一路單獨供電的電源。這兩個開關的順序操作功能，可以更好地培養(yǎng)學生分段操作、減少事故發(fā)生的理念。
三、控制箱的可開實驗
可編程序控制器（PLC）實驗控制箱可以由教師指定實驗項目，也可以由學生自行設計、開發(fā)實驗項目，可完成的實驗主要有：不同電壓等級之間的間接控制，各種電動機的自動控制，模擬交通信號燈控制，藝術造型彩燈控制，步進電機控制，順序控制，自動洗衣機模擬控制等等幾十種既定實驗，以及數百種設計性實驗。
四、技術性能配置與參數：
可編程控制器（PLC）24點I/O（14個輸入點和10個輸出點），220V指示燈6個，24V指示燈30個，220V和24V繼電器各5個，24V直流電機3個，24V/12V/5V（直流）開關電源一組
實驗桌外觀尺寸：1600X800X800
控制箱外觀尺寸：寬600×高550×厚250（加裝了所有元件后）
輸入電源：220V（交流）/24V（直流）
輸出電源：24V/12V/5V（直流）
裝置容量：100VA
可編程序控制器（PLC）
OGJDX--A機電、電氣實驗室設備實驗項目
可完成的實驗項目：
1、小車循環(huán)運動的控制、
2、傳送帶報警的控制、
3、電機的順序啟動與停止、
4、搶答器、
5、電機啟停的控制、
6、十字路口交通燈控制、
7、多個傳送帶啟�？刂啤�
8、大小球分撿裝置、
9、傳送帶報警的控制、
10、攪拌器的PLC自動控制實驗、
11、LED數碼管顯示PLC自動控制實驗、
12、四層電梯的PLC自動控制實驗、
13、藝術彩燈造型的PLC控制實驗、
14、電機的自動控制實驗、
15、步進電機的PLC控制、
16、自動送料裝車系統(tǒng)控制實驗自動售貨機實驗、
17、自動洗衣機控制系統(tǒng)模擬實驗、
18、繼電器控制系統(tǒng)
并可在實際運用中開發(fā)出更多的實驗項目。
三、機電、電氣實驗室設備的未來趨勢
1. 綠色環(huán)保：隨著全球環(huán)保意識的不斷提高，未來的機電、電氣實驗室設備將更加注重綠色環(huán)保。這包括在設備設計階段就充分考慮節(jié)能減排因素，以及在運行過程中采取有效的環(huán)保措施，減少對環(huán)境的影響。
2. 互聯(lián)網+:隨著互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，未來的機電、電氣實驗室設備將更加緊密地融入互聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)。這意味著設備之間將實現更加便捷的數據共享和協(xié)同工作，同時也為遠程實驗和在線教育提供了更多可能。
3. 跨學科融合：隨著科學研究的深入發(fā)展，越來越多的交叉學科開始涌現出來。未來的機電、電氣實驗室設備將更加注重跨學科的融合，以滿足不同領域對于高性能、多功能實驗設備的需求。