机电、电气实验室设备：创新与发展的驱动力
2024-08-19 06:47在当今科技高速发展的背景下，机电、电气实验室设备的研发与创新成为了推动科技进步的重要力量。这些设备不仅为科研人员提供了强大的技术支持，更为产业发展提供了源源不断的动力。本文将对机电、电气实验室设备的发展现状、技术创新以及未来趋势进行探讨。
一、机电、电气实验室设备的发展现状
随着科学技术的不断进步，机电、电气实验室设备在各个领域得到了广泛应用。从基础理论研究到实际工程应用，这些设备都发挥着举足轻重的作用。特别是在新能源、新材料、生物医药等高新技术领域，机电、电气实验室设备的应用更是如火如荼。这些设备的出现，不仅极大地提高了科研效率，还为相关产业的发展注入了强大活力。
二、技术创新助力机电、电气实验室设备发展
1. 智能化：随着人工智能技术的不断发展，越来越多的机电、电气实验室设备开始实现智能化。通过引入先进的传感器技术、数据处理算法以及机器学习方法，这些设备能够实现对实验数据的自动采集、分析和处理，从而大大提高了实验的精度和效率。
2. 虚拟现实技术：虚拟现实技术在机电、电气实验室设备领域的应用也日益广泛。通过构建虚拟的实验环境，科研人员可以在计算机上进行各种复杂的实验操作，大大降低了实验成本和风险。同时，这种技术还可以为培训和教学提供更加直观、形象的实验资源。
3. 模块化设计：为了提高设备的灵活性和可扩展性，越来越多的机电、电气实验室设备开始采用模块化设计。这种设计方式可以将复杂的设备分解为多个独立的模块，用户可以根据需要自由组合和替换这些模块，从而满足不同实验的需求。
机电.电气实验室设备是根据《中华人民共和国教育行业标准---电工电子类实训基地仪器设备配备标准》，教育部“振兴21世纪职业教育课程改革和教材建设规划”要求，我公司联合相关单位院校的专业教师、资深行业专业人员，按照职业教育教学和实训要求，结合实际的教学和学生实验情况，研发了该实验室设备。
PLC是微电子技术和自动控制技术相结合的产物，是专门针对工业环境应用而设计的一种特殊的计算机系统，具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展、通用性强等一系列优点，可用于各类机械或生产过程的复杂控制和自动化网络构建，在工业控制领域里得到了广泛的应用，是现代工业自动化的三大支柱（PLC、CAD/CAM、机器人）之一。甚至可以说，PLC+变频器=无所不能！
该实验室内的设备配置了可编程序控制器（SIMATIC S7-200）是选用了SIEMANS公司生产的小型PLC及其扩展模块，特别值得一提的是，该实验室的控制箱是自行设计和制作的。
可编程控制器实训室简介
一、PLC课程简介
在可编程控制器（PLC）出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。
随着计算机技术的发展，1969年，美国数字设备公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一台可编程控制器，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。PLC综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。所以，掌握PLC技术，是改造传统生产工艺和设备的重要途径。目前，PLC与电气控制在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
《PLC原理及应用》课程是我院机电一体化技术专业的核心专业课程。
一、控制箱的设计思路
1．可编程控制器（PLC）控制实验箱的设计基本思路，就是要让学生贴近生产实际，增加学生实验的自主性，加强动手能力，灵活运用PLC（包括扩展模块）及各种控制器件而不只是单纯地为实验而实验。通过实验、开放、小课题以及毕业设计，使学生逐步了解并最终达到初步掌握应用PLC的能力。
2．控制箱的设计与生产企业的实际应用相结合，所使用的元件、导线、连接方式、箱子外型等都尽可能与实际机械设备上的控制箱类似。
3．控制箱内有足够多的输入和输出元件，以及接触器、时间继电器、不同电压等级的中间继电器等，既能满足基本教学需要，又便于进一步扩展应用。各种控制电器的类型尽可能多样化，让学生能尽快了解不同种类的电器元件。
4．为了最大限度地提高学生的动手能力，又尽可能减少对元件器本身的损害，各种元器件输入、输出端子都被引接至端子排上，编上线号，并将编线号的分布情况绘成图纸。学生可以根据图纸，自行设计电路及接线方式。这样既能使学生了解编号的设计方式，又能掌握编号接线的优势，同时还能最大限度地保证元件设备完好。
二、控制箱的性能特点
1．该控制箱的功能齐全，元器件数量和种类较多，既有实验、自行设计开发功能，又有体验实际的效果。控制箱设计周全，外观精美、体积小巧，安装专业、线号清晰，接线方便、直观性强，是一种通用型的PLC实验教学仪器。
2．控制箱只比普通电脑显示器略宽一点，仅有1根电源线与外界相连，可以放置于普通实验桌上。建议1个学生使用1台设备，也可以两个人及更多学生同时设计、操作同一台控制箱。必要时，甚至可以将若干台控制箱进行多个PLC的联网操作。
3．每一个使用实验室控制箱的学生，都是第一次接触这些厂矿企业实际在用的元器件和设备，动手操作的能力非常有限。为此，将部分最常用的接线端子安装在控制箱顶部，可以让学生看清线路的安装方法和线号，也便于接线；同时，对于初学者来说，不需要打开控制箱门就可以完成一般的实验，提高了实验的安全性。
4．控制箱的顶部，还有安装着三个风扇电机和两个限位开关，是仿照工业现场中此类元件往往安装在机械设备上、而不安装于控制箱内的情况，尽可能将生产实际展现给学生，增强直观感受。采用轴流电机代替三相交流电动机，以及三个大按钮全部采用新型的保护式按钮，能够更有效地保证学生的安全。
5．各种类型的输入和输出点引出数量多达150个，便于学生对PLC进行扩展功能的应用。并且在个别输入、输出点损坏的情况下，不影响学生对实验箱的使用。
6．所有的线号全部是电脑打印的，并采用字母加数字的方式按一定规律编排，既美观又便于学生识别；由此，可以帮助学生进一步理解线号的作用，还提高了接线时的安全性。
7．所有穿导线的金属面板孔都加装了橡胶防护套，确保控制箱使用时不发生漏电等意外事故。
8．安装了两个快速反应的空气开关，能更好地防止线路短路等事故发生，还为学生使用220V提供了一路单独供电的电源。这两个开关的顺序操作功能，可以更好地培养学生分段操作、减少事故发生的理念。
三、控制箱的可开实验
可编程序控制器（PLC）实验控制箱可以由教师指定实验项目，也可以由学生自行设计、开发实验项目，可完成的实验主要有：不同电压等级之间的间接控制，各种电动机的自动控制，模拟交通信号灯控制，艺术造型彩灯控制，步进电机控制，顺序控制，自动洗衣机模拟控制等等几十种既定实验，以及数百种设计性实验。
四、技术性能配置与参数：
可编程控制器（PLC）24点I/O（14个输入点和10个输出点），220V指示灯6个，24V指示灯30个，220V和24V继电器各5个，24V直流电机3个，24V/12V/5V（直流）开关电源一组
实验桌外观尺寸：1600X800X800
控制箱外观尺寸：宽600×高550×厚250（加装了所有元件后）
输入电源：220V（交流）/24V（直流）
输出电源：24V/12V/5V（直流）
装置容量：100VA
可编程序控制器（PLC）
OGJDX--A机电、电气实验室设备实验项目
可完成的实验项目：
1、小车循环运动的控制、
2、传送带报警的控制、
3、电机的顺序启动与停止、
4、抢答器、
5、电机启停的控制、
6、十字路口交通灯控制、
7、多个传送带启停控制、
8、大小球分捡装置、
9、传送带报警的控制、
10、搅拌器的PLC自动控制实验、
11、LED数码管显示PLC自动控制实验、
12、四层电梯的PLC自动控制实验、
13、艺术彩灯造型的PLC控制实验、
14、电机的自动控制实验、
15、步进电机的PLC控制、
16、自动送料装车系统控制实验自动售货机实验、
17、自动洗衣机控制系统模拟实验、
18、继电器控制系统
并可在实际运用中开发出更多的实验项目。
三、机电、电气实验室设备的未来趋势
1. 绿色环保：随着全球环保意识的不断提高，未来的机电、电气实验室设备将更加注重绿色环保。这包括在设备设计阶段就充分考虑节能减排因素，以及在运行过程中采取有效的环保措施，减少对环境的影响。
2. 互联网+:随着互联网技术的不断发展，未来的机电、电气实验室设备将更加紧密地融入互联网生态系统。这意味着设备之间将实现更加便捷的数据共享和协同工作，同时也为远程实验和在线教育提供了更多可能。
3. 跨学科融合：随着科学研究的深入发展，越来越多的交叉学科开始涌现出来。未来的机电、电气实验室设备将更加注重跨学科的融合，以满足不同领域对于高性能、多功能实验设备的需求。
一、机电、电气实验室设备的发展现状
随着科学技术的不断进步，机电、电气实验室设备在各个领域得到了广泛应用。从基础理论研究到实际工程应用，这些设备都发挥着举足轻重的作用。特别是在新能源、新材料、生物医药等高新技术领域，机电、电气实验室设备的应用更是如火如荼。这些设备的出现，不仅极大地提高了科研效率，还为相关产业的发展注入了强大活力。
二、技术创新助力机电、电气实验室设备发展
1. 智能化：随着人工智能技术的不断发展，越来越多的机电、电气实验室设备开始实现智能化。通过引入先进的传感器技术、数据处理算法以及机器学习方法，这些设备能够实现对实验数据的自动采集、分析和处理，从而大大提高了实验的精度和效率。
2. 虚拟现实技术：虚拟现实技术在机电、电气实验室设备领域的应用也日益广泛。通过构建虚拟的实验环境，科研人员可以在计算机上进行各种复杂的实验操作，大大降低了实验成本和风险。同时，这种技术还可以为培训和教学提供更加直观、形象的实验资源。
3. 模块化设计：为了提高设备的灵活性和可扩展性，越来越多的机电、电气实验室设备开始采用模块化设计。这种设计方式可以将复杂的设备分解为多个独立的模块，用户可以根据需要自由组合和替换这些模块，从而满足不同实验的需求。
DB-A 机电、电气实验室设备(可编程序控制器PLC)
PLC是微电子技术和自动控制技术相结合的产物，是专门针对工业环境应用而设计的一种特殊的计算机系统，具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展、通用性强等一系列优点，可用于各类机械或生产过程的复杂控制和自动化网络构建，在工业控制领域里得到了广泛的应用，是现代工业自动化的三大支柱（PLC、CAD/CAM、机器人）之一。甚至可以说，PLC+变频器=无所不能！
该实验室内的设备配置了可编程序控制器（SIMATIC S7-200）是选用了SIEMANS公司生产的小型PLC及其扩展模块，特别值得一提的是，该实验室的控制箱是自行设计和制作的。
可编程控制器实训室简介
一、PLC课程简介
在可编程控制器（PLC）出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。
随着计算机技术的发展，1969年，美国数字设备公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一台可编程控制器，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。PLC综合了计算机技术、电气控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。所以，掌握PLC技术，是改造传统生产工艺和设备的重要途径。目前，PLC与电气控制在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
《PLC原理及应用》课程是我院机电一体化技术专业的核心专业课程。
一、控制箱的设计思路
1．可编程控制器（PLC）控制实验箱的设计基本思路，就是要让学生贴近生产实际，增加学生实验的自主性，加强动手能力，灵活运用PLC（包括扩展模块）及各种控制器件而不只是单纯地为实验而实验。通过实验、开放、小课题以及毕业设计，使学生逐步了解并最终达到初步掌握应用PLC的能力。
2．控制箱的设计与生产企业的实际应用相结合，所使用的元件、导线、连接方式、箱子外型等都尽可能与实际机械设备上的控制箱类似。
3．控制箱内有足够多的输入和输出元件，以及接触器、时间继电器、不同电压等级的中间继电器等，既能满足基本教学需要，又便于进一步扩展应用。各种控制电器的类型尽可能多样化，让学生能尽快了解不同种类的电器元件。
4．为了最大限度地提高学生的动手能力，又尽可能减少对元件器本身的损害，各种元器件输入、输出端子都被引接至端子排上，编上线号，并将编线号的分布情况绘成图纸。学生可以根据图纸，自行设计电路及接线方式。这样既能使学生了解编号的设计方式，又能掌握编号接线的优势，同时还能最大限度地保证元件设备完好。
二、控制箱的性能特点
1．该控制箱的功能齐全，元器件数量和种类较多，既有实验、自行设计开发功能，又有体验实际的效果。控制箱设计周全，外观精美、体积小巧，安装专业、线号清晰，接线方便、直观性强，是一种通用型的PLC实验教学仪器。
2．控制箱只比普通电脑显示器略宽一点，仅有1根电源线与外界相连，可以放置于普通实验桌上。建议1个学生使用1台设备，也可以两个人及更多学生同时设计、操作同一台控制箱。必要时，甚至可以将若干台控制箱进行多个PLC的联网操作。
3．每一个使用实验室控制箱的学生，都是第一次接触这些厂矿企业实际在用的元器件和设备，动手操作的能力非常有限。为此，将部分最常用的接线端子安装在控制箱顶部，可以让学生看清线路的安装方法和线号，也便于接线；同时，对于初学者来说，不需要打开控制箱门就可以完成一般的实验，提高了实验的安全性。
4．控制箱的顶部，还有安装着三个风扇电机和两个限位开关，是仿照工业现场中此类元件往往安装在机械设备上、而不安装于控制箱内的情况，尽可能将生产实际展现给学生，增强直观感受。采用轴流电机代替三相交流电动机，以及三个大按钮全部采用新型的保护式按钮，能够更有效地保证学生的安全。
5．各种类型的输入和输出点引出数量多达150个，便于学生对PLC进行扩展功能的应用。并且在个别输入、输出点损坏的情况下，不影响学生对实验箱的使用。
6．所有的线号全部是电脑打印的，并采用字母加数字的方式按一定规律编排，既美观又便于学生识别；由此，可以帮助学生进一步理解线号的作用，还提高了接线时的安全性。
7．所有穿导线的金属面板孔都加装了橡胶防护套，确保控制箱使用时不发生漏电等意外事故。
8．安装了两个快速反应的空气开关，能更好地防止线路短路等事故发生，还为学生使用220V提供了一路单独供电的电源。这两个开关的顺序操作功能，可以更好地培养学生分段操作、减少事故发生的理念。
三、控制箱的可开实验
可编程序控制器（PLC）实验控制箱可以由教师指定实验项目，也可以由学生自行设计、开发实验项目，可完成的实验主要有：不同电压等级之间的间接控制，各种电动机的自动控制，模拟交通信号灯控制，艺术造型彩灯控制，步进电机控制，顺序控制，自动洗衣机模拟控制等等几十种既定实验，以及数百种设计性实验。
四、技术性能配置与参数：
可编程控制器（PLC）24点I/O（14个输入点和10个输出点），220V指示灯6个，24V指示灯30个，220V和24V继电器各5个，24V直流电机3个，24V/12V/5V（直流）开关电源一组
实验桌外观尺寸：1600X800X800
控制箱外观尺寸：宽600×高550×厚250（加装了所有元件后）
输入电源：220V（交流）/24V（直流）
输出电源：24V/12V/5V（直流）
装置容量：100VA
可编程序控制器（PLC）
OGJDX--A机电、电气实验室设备实验项目
可完成的实验项目：
1、小车循环运动的控制、
2、传送带报警的控制、
3、电机的顺序启动与停止、
4、抢答器、
5、电机启停的控制、
6、十字路口交通灯控制、
7、多个传送带启停控制、
8、大小球分捡装置、
9、传送带报警的控制、
10、搅拌器的PLC自动控制实验、
11、LED数码管显示PLC自动控制实验、
12、四层电梯的PLC自动控制实验、
13、艺术彩灯造型的PLC控制实验、
14、电机的自动控制实验、
15、步进电机的PLC控制、
16、自动送料装车系统控制实验自动售货机实验、
17、自动洗衣机控制系统模拟实验、
18、继电器控制系统
并可在实际运用中开发出更多的实验项目。
三、机电、电气实验室设备的未来趋势
1. 绿色环保：随着全球环保意识的不断提高，未来的机电、电气实验室设备将更加注重绿色环保。这包括在设备设计阶段就充分考虑节能减排因素，以及在运行过程中采取有效的环保措施，减少对环境的影响。
2. 互联网+:随着互联网技术的不断发展，未来的机电、电气实验室设备将更加紧密地融入互联网生态系统。这意味着设备之间将实现更加便捷的数据共享和协同工作，同时也为远程实验和在线教育提供了更多可能。
3. 跨学科融合：随着科学研究的深入发展，越来越多的交叉学科开始涌现出来。未来的机电、电气实验室设备将更加注重跨学科的融合，以满足不同领域对于高性能、多功能实验设备的需求。