一、概述 GOLINK-1 型 现代机电综合控制实验装置集合了交流，直流，电机拖动、电力电子、PLC控制、电工控制多专业多内容实训设备特点。包含晶闸管控制，直流电机控制、变压器控制、电机拖动控制、交直流调速、PLC控制等实训项目。这都是这方面的充分考虑了实验室的现状和发展趋势，精心研制而成。在同类产品中结构合理、功能完善、可靠性好、性价比高。       二、技术参数 1、输入电源：三相四线(或三相五线 380V±10% 50Hz) 2、工作环境：温度-10℃～+40℃　相对湿度＜85% (25℃)　海拔＜4000m 3、装置容量：＜1.5kVA 4、外形尺寸：1890mm×740mm×1585mm 三、要求实验室可完成的实验内容 1、电力电子技术实验（晶闸管部分） 1) 锯齿波同步移相触发电路实验    2) 单结晶体管触发电路 3) 正弦波同步移相触发电路实验 4）单相半波可控整流电路实验 5）单相桥式半控整流电路实验  6) 单相桥式全控整流电路实验  7) 单相桥式有源逆变电路实验  8) 三相半波可控整流电路的研究    9) 三相桥式半控整流电路实验  10) 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验     11) 单相交流调压电路实验     12) 三相交流调压电路实验 2、全控型电力电子器件实验 1）电力晶体管（GTR）驱动电路的研究 2）电力晶体管（GTR）的特性研究 3）功率场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路研究 4）功率场效应晶体管(MOSFET)的主要参数测量 5）绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性及其驱动电路的研究 3、全控型器件典型线路实验 1）直流斩波电路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种电路）的性能研究 2) 单相交直交变频电路的性能研究 4、直流电机调速实验 1）晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验(SCR) 2）晶闸管直流调速系统主要单元的调试(SCR) 3）单闭环(电压单闭环、转速单闭环、电流单闭环)不可逆直流调速系统实验(SCR) 5、交流电机调速系统实验 1）双闭环三相异步电机调压调速系统实验(SCR) 2）双闭环三相异步电机串极调速系统实验(SCR) 6、电气控制基础实训 转换开关与电压表连接测量三相电压； 电力综合显示仪表的使用； 三相异步电动机直接起动、停车的控制电路连接； 接触器联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 按钮联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 按钮、接触器联锁的三相交流异步电动机正、反转控制电路的连接； 万能转换开关控制三相异步电动机的正反转； 三相交流异步电动机Y-△（手动切换）启动控制电路的连接； 三相交流异步电动机Y-△（时间继电器切换）启动控制电路的连接； 定子绕组串联电阻启动控制电路的连接； 三相交流异步电动机能耗制动控制电路的连接； 三相交流异步电动机反接制动控制电路的连接； 多台（3台及以下）电动机的顺序控制电路的连接 电动机的往返行程控制电路的连接； 7、PLC、变频实训项目 变变频器面板功能参数设置和操作实训； 变频器对电机点动控制、启停控制； 电机转速多段控制； 工频、变频切换控制； 基于模拟量控制的电机开环调速； 基于面板操作的电机开环调速； 变频器的保护和报警功能实训； 基于PLC的变频器开环调速； PLC控制电机顺序启动； PLC控制三相异步电动机Y-△启动电路； 四、产品技术功能 1、设备安全保护功能 1）设备的人身安全保护 ◆ 三相隔离变压器的浮地保护,将实验用电与电网完全隔离，对人身安全起到有效的保护作用； ◆ 三相电源输入端设有电流型漏电保护器，设备的漏电流大于30mA即可断开开关，符合国家标准对低压电器安全的要求； ◆ 强电实验导线采用全塑封闭型手枪式导线，避免学生触摸到金属部分而引起的双手带电操作触电的可能。 2）设备的安全保护体系 ◆ 三相交流电源输出设有电子线路及保险丝双重过流及短路保护功能 ◆ 晶闸管的门阴极和各触发电路的观察孔设有高压保护功能，避免学生误接线； ◆ 实验台采用三种实验导线，相互间不能互插，强电采用全塑型封闭安全实验导线，弱电采用金属裸露实验导线，观察孔采用2＃实验导线，避免了学生误操作将强电接到弱点的可能； 2、产品的结构要求 1）要求装置由控制屏、实验电源、测量仪表、实验桌、实验模块、实验电机和实验导线等组成。实验电源、各种测量仪表必须固定安装在控制屏中。要求各挂箱的面板采用凹字烂板印刷工艺。 2）实验桌采用铁质喷塑结构，桌面为高强度密度板，桌子下面设有储藏柜，可放置的实验箱、导线和工具等。 3、产品基本配置技术要求 1）低压电源及仪表：提供指针式电压表一只（450V⊥1.5级）。提供交直流电压表和电流表各2只，四位半高精度仪表，是具有6位数码管显示，8个指示灯，交直流测量功能切换；手自量程切换功能；具有RS485通讯、继电器输出、上限限报警、4~20mA变送器输出功能；配有锁存按键；交直流电压表信号输入范围： AC/DC2V ， AC/DC20V ， AC/DC200 ， AC/DC500V 。交直流电流表信号输入范围： AC/DC20mA ， AC/DC200mA， AC/DC2000mA， AC/DC5A 。提供速度变换器，给定，零速封锁器；提供±15V/1A直流稳压电源。 2）交/直流电源：通过开关切换分别输出三相200V和240V交流电源，给直流调速和交流调速提供实验电源，带过流保护。该电源经过电流型漏电器、三相隔离变压器等安全保护措施后供实验用电。提供230V/0.5A直流励磁电源，带电源指示、过流保护功能。 3）三相可调电阻：提供900W/0.41A与电阻180W/1.3A串联的三组可调电阻负载，供发电机负载电阻和其它实验阻性负载。 4）平波电抗器及阻容吸收：提供直流调速实验中需要的平波电抗器及RC滤波，平波电抗器提供100-200-500-700mH/1.2A，一只。 5）三相变压器：该三相变压器可作为串级调速系统和有源逆变线路中的逆变变压器。(初级380V/1.1A*3相；次级88V/115V/139V/3A*3相) 6）触发电路：配有单结晶体管触发电路、正弦波同步移相触发电路、锯齿波同步移相触发电路、单相交流调压触发电路、TCA785集成触发电路共五个触发电路实验。使学生能够直观的了解各种触发电路的工作原理，与对应的晶闸管连接，完成单相半波整流和单相全桥整流电路实验。 7）三相触发及主回路：采用插板结构，与底板配合，组成三相相控脉冲触发电路，输出的双窄脉冲均匀、一致、干净，脉冲移相范围最高可达170°，设有三相同步信号、三相锯齿波信号、六路移相触发脉冲等的观测孔，设有外接模拟量控制端口“Uct”输入0~Uctmax，可对三相触发脉冲的移相角进行连续调整，设有两组六路触发脉冲功放电路用于外接的控制端口“Ublr”、和”Ublf”， 晶闸管主电路：配置12块晶闸管插板，插板采用快速插入方式，每块插板上设有过流、过压保护电路。，晶闸管参数为5A/1000V，金属封装，插板分别形成正、反桥两组三相桥，正、反桥晶闸管设有触发信号接入口，设有六路钮子开关，用于控制每一路触发脉冲的“通、断”，模拟整流主电路功率器件的触发脉冲丢失、逆变电路逆变颠覆等故障情况，设有带镜面精密指针式直流电压表±300V，精度1.0级带镜面直流电流表±2A，精度1.0级各一只，设有带中心抽头方式平波电抗器一组(为50mH、100mH、200MH、700MH,在通过交流电流小于1.5A状态下，感抗值保持线性)，RC滤波12路。 8）功率器件特性与驱动电路：该实验箱可对SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR电力电子器件，可测定其特性曲线、提供压敏电阻(作为过压保护元件，内部已连成三角形接法)、二极管。 9）直流斩波电路：由DC电源、PWM波形发生器、直流斩波电路（Buck和Boost）和完成六种斩波电路的元件组成。DC电源：+15V/0.5A，带保险丝过流保护；PWM波形发生器：产生频率10KHz占空比5%-70%连续可调的脉冲信号输出；直流斩波电路：提供了Buck和Boost两种直流斩波电路,供学生完成验证性实验。六种斩波电路：模块中的功率场效应晶体管、电感、电阻、二极管、电容等元件与直流电源和PWM波形发生器连接，可完成Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六种斩波电路实验。 11）可调电阻、电容箱：提供耐压AC63V的可调电容三组，调节范围为0.1～11.37µF，0～999kΩ十进制可调电阻两组；供电流调节器，速度调节器反馈回路使用，可灵活改变调节器的放大倍数及积分时间。 12）单相调压与可调负载：配置了一只0～250V/0.5kVA单相交流自耦调压器，为相应的实验提供可调电源；一个整流滤波电路以及0～180Ω/1.3A(串联)或0～45Ω/2.6A(并联)瓷盘可调电阻，为相应的实验提供一个可调的阻性负载。 13）芯式变压器与不控整流：配置三相芯式变压器一个(该变压器有2套副边绕组，原、副边绕组的电压为127V/63.6V/36.7V)，用于三相桥式全控12脉动整流电路实验；还设有三相不可控整流电路用来产生直流电源。 14）半桥型开关稳压电源：提供了半桥型开关稳压电源的主电路和控制电路，主电路中的电力电子器件为电力MOSFET管；控制电路采用专用PWM控制集成电路SG3525，采用恒频脉宽调制控制方案。可完成“开关电路在开环与闭环下负载特性的测试”以及“电源电压波动对输出的影响”等实验内容。 15）一体化晶闸管插板：晶闸管插板即插即用，快速插入方式，每块插板上设有过流、过压保护电路。 16）电机调速控制实验(I)：配置以下模块：电流反馈与过流保护(FBC+FA)、给定器(G)、转速变换器(FBS)、反号器(AR)、电压隔离器(TVD)、调节器I和调节器II。其中调节器I和调节器II的反馈电阻、电容均外接(从控制屏上获得)，实验时可以灵活改变系统的参数，观测不同的参数对系统稳定性及相应时间等影响；更可以让学生从调速系统的各种参数(如电机的机电时间常数等)出发对调节器的放大倍数及积分时间的参数分别设计，同时进行实际结果的验证，从而完成设计性实验。 17）线绕式异步电机转子专用箱：配置3只线绕式异步电动机转子专用电阻（用于线绕式异步电动机起动与调速等实训）。 18）多功能测速仪：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/闭环及定位控制；配有位机软件，基于设备常用的RS485通信接口。 19）电机配置：直流发电机：200V、1.1A、220W、1600r/min 直流并励电动机：220V、1.1A、185W、1600r/min 三相线绕式异步电动机：220V/Y、0.6A、120W、1380r/min PLC模块：装置选用西门子1200大众型可编程控制器CPU 1214C,集成14输入/10输出,集成2AI；2M 的数据存储，带 1 个PROFINET 接口； 21）变频器：选用西门子V20 工业矢量变频器、额定功率 0.37Kw，带 BOP 面板及PROFINET接口。 22）实验导线技术 实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件。 四、机电综合三维虚实仿真软件 软件采用理实虚结合三维仿真软件能够进行虚拟对象加真实PLC编程结合控制实验，实现对象的虚拟化，编程的实际化模式，运行环境支持Windows10以上版本；通过鼠标的控制，实现场景模型的放大、缩小、旋转、移动；系统画面清晰，能够进行模拟运行PLC实验，也可以进行虚实结合实验（与真实PLC数据连接），场景类型至少包含1、多自由度机械手、自动循环供料、机械自动冲压、物料输送分拣、码垛堆积控制、自动仓储控制。 工业场景通用功能说明： （1）信号指示区：集成设备控制的传感器信号，直观的反馈设备运行动作信号。 （2）模型展示区：提供自动化模型，配合PLC控制，实现自动化运行。 （3）操作区：提供多种规格按钮，实现对设备的控制；启动、停止、复位，脱机仿真时，实现自动化设备的启停控制和复位出厂设置控制；联机仿真时，提供三个信号给PLC，由PLC根据程序自行确定控制流程。 （4）脱机仿真：不用连接PLC，自动化设备按固定的流程模拟运行，可以根据任务要求或者模拟运行流程，自行编写PLC程序，实现PLC编程的在线仿真控制。 （5）在线仿真：在网络区输入PLC的IP地址和端口号，连接成功后，显示“已连接”，通过PLC在线编程控制自动化模型动作，实现PLC编程的虚拟控制训练。 电工三维仿真系统内容丰富，包含常见的基础数字量模拟控制，也包含常见机电一体化的虚实仿真实训内容，包含维修电工实训内容主要包含常见电机控制及开关控制电路的原理学习，继电器、交流接触器、时间继电器、信号继电器、自复位按钮、自锁按钮、日光灯实验、机床线路实验等。其中软件具有仪器仪表结构展示、原理演示、接线操作、运行演示等3D功能，可直观了解各种典型仪器仪表的特点和外观。采用开放的资源导入设计方式，除了已经固化在软件中的实训内容，后期还可以根据学校需求添加仪器仪表库。系统使用3D虚拟仿真技术，通过鼠标可以实现在虚拟场景中的漫游和对仪器仪表模型的动态控制，从而达到360度无死角观察器件外观细节的效果。 与本次提供的电力电子实验模块配套，虚拟软件中的三维设备与实际设备一致，学生可以通过虚拟环境做真实实验的数据和操作方式，软件由虚拟仿真学习和虚实结合仿真学习系统两部分组成。仿真平台模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境；虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，实验前的原理学习、典型实验库的维护、实验过程的指导等功能，为实验教学环境提供服务并开展应用。 软件虚拟仿真部分主要包括：电力电子及电子元器件的学习机认识、仪器仪表的使用规范及学习认识、电力电子实验箱仿真实验、数字电路的虚拟仿真实验、模拟电路虚拟仿真实验。 器件认识及学习：主要包含电力电子、电阻、电容、二极管、三极管等常见模拟电路和数字电路、电路原理中用的四大件。其中软件具有器件结构展示、原理演示、接线操作、运行演示等3D功能，可直观了解各种典型元器件的特点和外观。采用开放的资源导入设计方式，除了已经固化在软件中的实训内容，学生还可将制作的Solidwoks三维库零件及其他格式素材添加到此软件资源库，后期还可以根据学校需求添加器件库。系统使用3D虚拟仿真技术，通过鼠标可以实现在虚拟场景中的漫游和对器件模型的动态控制，从而达到360度无死角观察器件外观细节的效果。软件内容包含实验台操作说明、实验台及模块3D虚拟模型、元器件介绍、仪器使用、电路接线与运行等仿真内容；器件与实验台中仪器及元器件型号一样，能够配套使用于各实验单元的三维仿真实验。    

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自2004年起，中岩科技陆续与近20余所国家双一流、985、211类重点大学及行业内专业技术学院建立校企共建合作中心，与50余所高校共建实习基地，中国科学院武汉岩土力学研究所、武汉中岩科技股份有限公司与相关高校合作共建实验室、定向提供教学培训服务，完成科研合作项目，促进学术交流，共同参与行业规范参编，借助学校得天独厚的教学和研发资源，结合我司对岩土工程领域智能化检测方法、检测设备方面的专业与专注，推动了院校和企业在教学专业课程、学校研发技术转化方面的有效合作和共同进步。

数字化控制（NC）是当今机电控制技术发展的主流，是电力电子技术与运动控制学科中的一项重要技术。本项目设计了一种基于ARM?微控制器和uC/OS-Ⅱ实时操作系统的万能材料试验机测控系统软硬件开发方案。关键技术：伺服控制系统需满足其控制精度的要求，因此对AD转换精度，位移监测精度上都有较高要求，同时实现控制系统的PID闭环调节控制；借助于实时操作系统来提高系统的实时性。关键技术路线：根据市场需求确定系统所需实现的功能，将功能模块化，之后根据功能结构划分硬件结构与技术难点的分析，硬件电路制作，软件编写，上机调试，再根据调试结果对硬件电路以及软件部分进行必要的改进。本系统所选控制器保持了强大了外设和快速中断处理能力，处理器采用Philips公司的LPC2214（ARM?）。LPC2214是一种基于支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM?TDMI-STMCPU的微控制器，带有256KB嵌入的高速Flash存储器和16KB的RAM。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。因此能方便的设计出高性能的控制系统，使得开发周期短，成本低，体积小。对系统而言不仅简化电路设计结构，同时使得系统具有抗干扰强，可靠性高的特点。

简易型手动卧式拉力机，控制器选用ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU）精简指令集高速8位AVR单片机。它可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域，一般分为 ATtiny系列、AT90S系列、ATmega系列，产品类型多。与其他类型单片机相比，具有指令执行速度快，在线编程技术ISP，并可对其反复擦写?万次以上等；与此同时，支持 AVR开发软件多，操作方便性价比高，在机电系统控制应用中有很广泛的前景。关键技术：I?C通信与AD转换精度，系统通过C8051F350采集力传感器的电压信号，通过其内部自带的??位AD转换模块将电压值转换为数字信号后发送给AVR控制芯片；如何更好的保证AD转换的精度要求系统对力值采集的硬件电路部分有合理的设计。关键技术路线：根据市场需求确定系统所需实现的功能，将功能模块化，之后根据功能结构划分硬件结构与技术难点的分析，硬件电路制作，软件编写，上机调试，再根据调试结果对硬件电路以及软件部分进行必要的改进。本系统结构简单，开发周期短，成本低，体积小，抗干扰强，可靠性高的特点同时又能满足一定的精度要求。

快速，实时性强，可靠性高已成为现代机电控制系统的主要研究对象，其主要依赖于数字控制系统的发展，因而数字化控制（NC）是当今机电控制技术发展的主流，是电力电子技术与运动控制学科中的一项重要技术，而DSP已成为这项技术的核心。DSP芯片，也称为数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。TMS320系列是DSP大家族中的一个分支，其中包括：定点、浮点、多处理器DSP和定点DSP控制器。TMS320系列DSP的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，具有快速、复杂和灵活的中断处理，丰富的数字和模拟外设，电源管理等功能，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案，以伺服冲床控制系统为例。本系统将借助于RCP设计理念解决控制器设计的瓶颈问题（如图a/b所示），它将控制算法设计、软硬件设计集成在一起，使设计人员在实际产品生产之前，直接可以看到仿真结果，并通过快速迭代对设计进行修改以达到所要求的最佳控制效果。并且RCP设计方法具有代码的自动转换功能，设计者只需要根据所用的控制理论在MATLAB/SIMULINK环境中设计好控制模块框图，选择好编译器，就可以直接把控制模块自动的转换为可执行的源代码，移植到DSP中。因此RCP设计方法可以大大的缩短产品的开发周期，降低成本，提高生产效率。关键技术路线：根据市场需求确定系统所需实现的功能，将功能模块化，之后根据功能结构划分硬件结构与技术难点的分析，硬件电路制作，软件编写，上机调试，再根据调试结果对硬件电路以及软件部分进行必要的改进。本系统所选控制器保持了强大了外设和快速中断处理能力，同时融合了先进的高速数字信号处理功能，并借助于RCP的设计理念，因此能方便的设计出高性能的控制系统，使得开发周期短，成本低，体积小。对系统而言不仅简化电路设计结构，同时使得系统具有抗干扰强，可靠性高的特点。