一种智能仪表及电力电子实训装置及其控制方法.pdf

本发明公开了一种智能仪表及电力电子实训装置，包括电气系统、受控设备、测试仪器组、中央控制器、操控系统以及执行单元；本发明采用技术成熟的单元模块电路以及可控的中央控制器对各个电路、测试仪器和受控设备进行组合，以满足不同场合的需求。当本实训装置作为教学实训时，调用预先编写好的应用程序实现真实的工程案例进行教学实训，当本实训装置作为科研开发平台时，可按功能要求重新编程组合单元模块电路，以满足需要。学生学习实训后可以直接将调试方法、智能仪表、电路系统应用在实际工作中，具有真实性、高效性、灵活性。

权利要求书
1.  一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：包括电气系统（1）、受控设备（2）、测试仪器组（3）、中央控制器（4）、操控系统（5）以及执行单元（7）；
所述的中央控制器（4），用于对各个部件进行指挥、协调、组织及其控制，并对操控系统（5）输入的配电支路数据进行接收、判断，决定是否接通该配电支路；
所述执行单元（7）用于根据中央控制器（4）的指令对配电支路进行通断控制，该执行单元（7）的输入端与中央控制器（4）的输出端连接；
所述受控设备（2）用于完成根据实际的企业生产应用所要求的全部作业，受控设备（2）的输入端与执行单元（7）的输出端连接；
所述电气系统（1）用于为测试仪器组（3）、中央控制器（4）、操控系统（5）以及执行单元（7）提供电源并驱动所述受控设备（2）；
所述测试仪器组（3）用于测试电气系统（1）和受控设备（2）内的运行状况并在实训装置的操控台上进行显示数据。

2.  根据权利要求1所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：所述电气系统（1）包括电源、带保护的大功率单相固态继电器输出电路、带保护的大功率三相固态继电器输出电路、带保护的大功率单相晶闸管调压输出电路、带保护的大功率三相晶闸管调压输出电路、带直流无刷伺服电机驱动器的输出电路、带交流无刷伺服电机驱动器的输出电路、带矢量变频器的输出电路、带直流斩波调压器的输出电路、带单相晶闸管直流调压器输出电路、带三相晶闸管直流调压器的输出电路、带单相变压器的输出电路、带三相变压器的输出电路、带三相整流变压器的输出电路，上述电路的控制端与执行单元（7）的输出端连接。

3.  根据权利要求1所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：所述受控设备（2）包括烘箱箱体及发热丝和热电阻、电炉炉体及硅碳棒和热电偶、电炉炉体及硅钼棒和热电偶、带减速电机的三相调压器、交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、永磁直流无刷伺服电机、电磁离合器、电动计量泵、电动阀门、电磁气阀，上述设备的控制端与执行单元（7）的输出端连接。

4.  根据权利要求1所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：所述测试仪器组（3）包括四踪示波器、智能温控表、电压电流及功率测试仪表、相序表、转速表、兆欧表、电桥、电容电感表。

5.  根据权利要求1所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：实训装置内还设有控制电气系统（1）和受控设备（2）运行状态的控制电路（6），所述控制电路（6）包括温度控制电路、带传感器的湿度控制电路、带限位装置的阀位控制电路、带传感器的PH值控制电路、带电压变换器的恒电压控制电路、带电流变换器的恒电流控制电路、带功率变换器的恒功率控制电路、模拟电压波动控制电路、电机转速控制电路，上述电路的控制端与执行单元（7）的输出端连接。

6.  根据权利要求5所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：所述控制电路（6）的各个电路组成模块电路并安装在实训装置主体内。

7.  根据权利要求1所述的一种智能仪表及电力电子实训装置，其特征在于：所述中央控制器（4）上预留有外扩接口（8）。

8.  一种智能仪表及电力电子实训装置的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A、按根据实际的企业生产应用电路的要求编写若干个子程序；B、将个子程序存储在中央控制器（4）内，中央控制器（4）对接收到操控系统（5）输入的配电支路数据进行接收、判断，中央控制器（4）根据数据调用相应的子程序并通过执行单元（7）将模块电路组合成对应的应用电路。

说明书一种智能仪表及电力电子实训装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种实训装置，具体涉及一种基于生产实际的智能仪表及电力电子实训装置及其控制方法。
背景技术
目前绝大多数的智能仪表实训装置、电力电子实训装置只是为教学、实训、技能竞赛、技能鉴定设计，智能仪表实训装置或电力电子实训装置主要模拟生产过程自动化或电力电子系统原理性的知识学习而设计的，实用性不强；学生学习实训后难以将相关知识直接运用到工作中。
发明内容
为了克服现有智能仪表、电力电子实训装置的不足，本发明提供一种能够根据生产实际而设计的智能仪表及电力电子实训装置及其控制方法，采用中央控制器将模块电路和受控设备按需要的功能编程组合同时预留外扩接口、可以按需增容，提高现有设备使用的灵活性、实用性，节约成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种智能仪表及电力电子实训装置，包括电气系统、受控设备、测试仪器组、中央控制器、操控系统以及执行单元；所述的中央控制器可为PLC控制器、工业计算机或单片机等可编程控制器，用于对各个部件进行指挥、协调、组织及其控制，并对操控系统输入的配电支路数据进行接收、判断，决定是否接通该配电支路；所述执行单元用于根据中央控制器的指令对配电支路进行通断控制，该执行单元的输入端与中央控制器的输出端连接；所述执行单元为输出继电器；所述受控设备用于完成根据实际的企业生产应用所要求的全部作业，受控设备的输入端与执行单元的输出端连接；所述电气系统用于为测试仪器组、中央控制器、操控系统以及执行单元提供电源并驱动所述受控设备；所述测试仪器组用于测试电气系统和受控设备内的运行状况并在实训装置的操控台上进行显示数据。所述操控系统可为触摸屏、键盘、按钮、各类工控传感器等，所述测试仪器组分别与电气系统和受控设备连接，在此处，测试仪器组亦可单独存在，作为独立的测量仪表使用。
在本发明中，所述电气系统包括电源、带保护的大功率单相固态继电器输出电路、带保护的大功率三相固态继电器输出电路、带保护的大功率单相晶闸管调压输出电路、带保护的大功率三相晶闸管调压输出电路、带直流无刷伺服电机驱动器的输出电路、带交流无刷伺服电机驱动器的输出电路、带矢量变频器的输出电路、带直流斩波调压器的输出电路、带单相晶闸管直流调压器输出电路、带三相晶闸管直流调压器的输出电路、带单相变压器的输出电路、带三相变压器的输出电路、带三相整流变压器的输出电路，上述电路的控制端与执行单元的输出端连接。
在本发明中，所述受控设备包括烘箱箱体及发热丝和热电阻、电炉炉体及硅碳棒和热电偶、电炉炉体及硅钼棒和热电偶、带减速电机的三相调压器、交流异步电动机、直流电动机、交流伺服电动机、永磁直流无刷伺服电机、电磁离合器、电动计量泵、电动阀门、电磁气阀，上述设备的控制端与执行单元的输出端连接。
在本发明中，所述测试仪器组包括四踪示波器、智能温控表、电压电流及功率测试仪表、相序表、转速表、兆欧表、电桥、电容电感表。
在本发明中，实训装置内还设有控制电气系统和受控设备运行状态的控制电路，所述控制电路包括温度控制电路、带传感器的湿度控制电路、带限位装置的阀位控制电路、带传感器的PH值控制电路、带电压变换器的恒电压控制电路、带电流变换器的恒电流控制电路、带功率变换器的恒功率控制电路、模拟电压波动控制电路、电机转速控制电路，上述电路的控制端与执行单元的输出端连接。
在本发明中，所述控制电路的各个电路组成模块电路并安装在实训装置主体内。
在本发明中，所述中央控制器上预留有外扩接口，外部设备或外部操控设备可通过该外扩接口连接中央控制器，并操控或显示电气系统、受控设备、测试仪器组或执行单元的状况，作为实训装置使用时，通过该外扩接口可使更多学生同时连接，提高了教学效率。作为科研开发平台使用时，通过该外扩接口可使用更多的单元模块电路，提高了装置的实用性。
一种智能仪表及电力电子实训装置的控制方法，该方法包括以下步骤：A、按根据实际的企业生产应用电路的要求编写若干个子程序；B、将各子程序存储在中央控制器内，中央控制器对接收到操控系统输入的配电支路数据进行接收、判断，中央控制器根据数据调用相应的子程序并通过执行单元将模块电路组合成对应的应用电路。
本发明的有益效果是：本发明采用技术成熟的单元模块电路以及可控的中央控制器对各个电路、测试仪器和受控设备进行组合，以满足不同场合的需求。当本实训装置作为教学实训时，调用预先编写好的应用程序实现真实的工程案例进行教学实训，当本实训装置作为科研开发平台时，可按功能要求重新编程组合单元模块电路，以满足需要。学生学习实训后可以直接将调试方法、智能仪表、电路系统应用在实际工作中，具有真实性、高效性；同时能将电工基础课的基本原理应用真实呈现给学生，具有直观性，能提高学生学习的兴趣；由于采用中央控制器（如PLC等），本实训装置成本低，能完成各种真实的或模拟的工业生产流程及设备调试、生产工艺参数调试，具有灵活性、实用性，可作科研开发的平台。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明：
图1为本实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明通过调用预先编写好的应用程序可组成以下教学实训。
1、智能仪表及电力电子教学实训
（1）、高精度恒温烘箱的控制电路，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把测试仪器组3（智能温控表）、电气系统1和控制电路6（包括：交流接触器、带保护的大功率单相固态继电器输出电路）与受控设备2（烘箱的发热丝）、反馈元件（热电阻PT100）连接起来构成常用的温控电路；在教学实训时，只要在操控系统5输入对应的编号或按下对应的按钮，实训装置即可通过内部电路连接构成高精度恒温烘箱的控制电路，学生可通过对智能温控表的参数设置、调试，达成工艺要求，从而完成实训（在实训中，学生学会智能温控表的使用、热电阻PT100的使用、单相固态继电器的使用，开关式功率控制的原理、高精度恒温烘箱的调试方法）。
（2）、恒功率升温电炉的温度控制电路，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把测试仪器组3（智能温控表）、电气系统1和控制电路6（包括：交流接触器、带保护的大功率三相晶闸管调压输出电路）与受控设备2（硅碳棒电炉）、反馈元件（S分度号热电偶）连接起来构成常用的硅碳棒电炉温控电路；在教学实训时，只要在操控系统5（触摸屏）输入对应的编号或按下对应的按钮，实训装置即可通过内部电路连接构成恒功率升温电炉的温度控制电路，学生可通过对智能温控表的参数设置、调试，达成工艺要求，从而完成实训（在实训中，学生学会智能温控表的使用、S分度号热电偶的使用、三相晶闸管调压器的使用，恒功率控制的方法、硅碳棒电炉的调试方法）。
2、电工基础教学实训
   （1）、阻值相同的电阻的星形接法与三角形接法，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把电气系统1（交流接触器）与受控设备2（发热丝电阻）连接起来构成星形接法或三角形接法电路；在教学实训时，只要在操控系统5（触摸屏）输入对应的编号或按下对应的按钮，实训装置即可通过内部电路连接构成星形接法与三角形接法电路，学生可通过对三相星形接法、三角形接法的电压、电流测量，直观地感受线电压与相电压、线电流与相电流的关系，从而更好的理解三相星形接法与三角形接法的区别与联系。
（2）、三相发电机的原理与交流电的电压有效值、峰值、周期、频率、相位差，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把电气系统1（交流接触器、带矢量变频器的输出电路）和控制电路6（电机转速控制电路）与受控设备2（交流电动机、联轴器、发电机）连接起来构成发电系统；在教学实训时，只要在触摸屏输入对应的编号或按下对应的按钮，实训装置即可通过内部电路连接构成三相发电机系统，学生可通过四踪示波器对三相交流电的电压有效值、峰值、周期、频率、相位差的观测测量，直观地感受电压有效值与峰值、周期与频率的关系、相位差的波形，从而更好的理解三相交流电的电压有效值、峰值、周期、频率、相位差的概念；通过操作变频器的输出频率的大小、调整发电机的励磁的强弱让学生掌握发电的原理、影响发电机输出电压和电流的物理量。
    3、科研平台
   （1）、模拟三相供电电压波动环境，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把模拟电压波动控制电路（由智能阀位控制器、过欠压电路组成）、电气系统1（交流接触器、电压变送器）与受控设备2（带减速电机的三相调压器）连接起来构成的电压调节系统；在作为科研平台时，只要在操控系统5内输入对应的编号或按下对应的按钮，装置即可通过内部电路连接构成模拟三相供电电压波动的环境，技术人员可利用模拟三相供电电压波动的环境测试被测设备的适应性、可靠性。
（2）、产品工艺开发，预先通过对中央控制器4进行编程，通过执行单元7（输出继电器）把测试仪器组3（曲线温度控制器）、电气系统1交流接触器、单相变压器、单相晶闸管调压器、电流变送器）与受控设备2（硅钼棒电炉）、反馈元件（B分度号热电偶）连接起来构成常用的硅钼棒电炉温控电路系统；在作为科研平台时，只要在操控系统5内输入对应的编号或按下对应的按钮，装置即可通过内部电路连接构成高温加工设备，技术人员可利用曲线温度控制器编制热处理工艺流程对工件进行热处理，并调取加工过程的温度记录数据进行分析优化。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。