新工科综合创新实训核心设备

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技术文章

作者：管理员发布时间：2025-10-31 10:03:32

　　在新工科教育不断推进的背景下，高质量的实训设备是培养学生创新能力与实践技能的关键支撑。本次介绍的新工科综合创新实训核心设备，以开放式、拆装式设计为核心，融合机械、电气、控制等多学科技术，可满足不同层次、不同专业的教学与培训需求，为学生搭建起从理论学习到实践应用的桥梁。

型号：MY-18

一、装置构成：灵活组装，适配多元需求
该实训装置采用模块化、开放式的设计理念，整体由铝合金导轨式实训台、典型机电一体化设备的机械部件、PLC 模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块、接线端子排、各类传感器及计算机等核心部分组成。
其显著优势在于高度的灵活性与可拓展性：一方面，装置支持机械部件的自由组装，既能利用现有部件搭建标准生产设备，也可通过添加新部件开发定制化生产设备，完全适配教学演示、学生实操或技能竞赛等不同场景的需求；另一方面，模块采用标准结构与抽屉式模块放置架，互换性极强，同时支持拓展组成大型生产模拟系统，可满足不同学校、不同专业（如机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、智能制造工程等）在基础教学、进阶实训、职业技能培训等不同层次的教学目标。
二、技术参数：稳定可靠，保障实训安全
设备的技术参数严格遵循国家标准，兼顾稳定性与安全性，为实训教学提供坚实保障，具体参数如下：
电源要求：采用三相五线制交流电源，电压为 AC 380V±10%，频率 50Hz，适配工业生产标准供电环境，让学生提前熟悉工业用电规范。
环境适应性：可在 - 10～40℃的温度范围内稳定运行，环境湿度≤90%（25℃），能够适应大多数学校实训车间的环境条件，无需额外特殊温控设备。
外形尺寸：长 × 宽 × 高 = 1200×800×1500mm，整体尺寸设计合理，既保证了设备的操作空间，又不会占用过多实训场地，便于多台设备同时摆放。
功耗控制：整机功耗≤1.5kW，能耗较低，符合绿色节能的教学设备要求，降低学校实训期间的能源成本。
安全保护：配备完善的安全保护措施，包括接地保护、漏电保护功能，安全性完全符合相关国家标准。同时，采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线，从源头杜绝触电风险，保障学生实训过程中的人身安全。
三、装置配置：部件齐全，覆盖实训全流程
装置配置丰富且精准，涵盖了从机械结构到电气控制、从硬件设备到配套资源的全链条组件，确保实训项目可顺利开展。
四、设备结构：科学设计，兼顾实操与安全
设备结构以 “便于实训操作、保障实训安全” 为核心原则，各部件布局合理，连接方式科学，具体结构特点如下：
（一）整体连接方式
实训装置台架为铝合金导轨式，PLC 模块的 I/O 端子、变频器的接线端子及各常用模块与 PLC 的连接端子，均与安全插座连接，使用带安全插头的导线进行电路连接；而各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接。这种 “插拔线连接 + 端子排连接” 的组合方式，既能让学生通过插拔线熟悉电路连接的基本技能，又能通过端子排保障电路连接的快速、安全与可靠，实现 “技能训练” 与 “安全保障” 的双重目标。
（二）核心部件结构
铝合金导轨式实训台：台架采用铝合金导轨设计，可灵活安装上料机构、机械手搬运机构、加工机构、物件包装机构、传输分拣机构等，满足不同实训项目的设备组装需求。同时，实训模块及 PLC 主机采用一体化设计，放入抽屉式实训箱中，便于收纳与管理，减少设备占用空间。
触摸屏：触摸屏支架面板为铁质喷塑板，材质坚固，防腐蚀、防磨损，可长期保持外观整洁；触摸屏安装高度适配学生操作习惯，便于实训过程中的参数设置与控制操作。
PLC 模块及变频器模块：PLC 模块 IO 点数≥40 点，满足复杂控制程序的编写与运行需求；变频器选用三菱品牌，性能稳定，适配工业应用场景。模块外壳采用铝板喷塑材质，表面用进口油墨印刷字符，字符清晰耐磨，便于学生识别模块接口与功能。
电源模块与按钮模块：电源模块除三相电源总开关（带漏电和短路保护）、单相电源插座外，还配备熔断器 3 只、安全插座 5 个，进一步强化电源保护功能；按钮模块包含 24 V/6 A、12 V/2 A 两组电源输出，按钮与指示灯种类齐全，颜色区分明确，便于学生开展不同电压等级的控制电路实训。
接线排：接线排壳体两侧分别设有初级接线区（接线端子）和次级接线区（安全插座），接线端子与对应的安全插座通过导电弹性件连接，保障电流传输稳定；接线排壳体边缘卷折设计，设有固定用的螺孔，可牢固固定在实训桌上，避免实训过程中接线排移位影响操作。
核心功能机构
上料机构：包含工件库、物料推出机构、光电传感器（2 只）、磁性开关（1 只）、单缸气缸（1 只）、单控电磁阀（1 只）、警示灯（1 只），主要功能是将工件库中的工件依次推出，模拟工业生产中的自动上料流程。其中，气缸及附属传感器选用 SMC 品牌，保障气动部件的稳定性与耐用性。
气动机械手装置：为四自由度气动机械手，可完成手臂上升下降、左右来回运动、夹紧放松等动作，完全模拟工业机械手的基本功能。气缸及附属传感器同样选用 SMC 品牌，确保机械手动作精准、响应迅速。
加工机构：由物料台、物料夹紧装置、主轴电机、刀具及相应的传感器、磁性开关、电磁阀、支架、机械零部件构成，可模拟简单的物料加工过程，让学生了解加工设备的结构与控制原理。
物料分拣装置：传送带由三相异步电动机驱动，端点处设计落料口，通过光电传感器检测物料；传送带上装有三个出料槽，对应位置配备电感传感器、光纤传感器等，正对料槽位置装有 3 个推料气缸，可实现不同材质物料的自动分拣。传送带采用可拆卸的铝合金支架，便于安装、调试与维护，气缸及附属传感器选用 SMC 品牌，保障分拣动作的精准性。
五、部分实训项目：覆盖多领域，培养综合能力
该设备可开展涵盖气动控制、变频器应用、机电设备安装、电气控制与 PLC 编程、自动控制系统调试、触摸屏操作等多个领域的实训项目，全面培养学生的实践技能与创新能力，具体实训项目如下：
（一）气动系统的安装与调试
气动系统是机电一体化设备的核心动力来源之一，该类实训项目旨在让学生掌握气动回路的搭建与调试技能，具体包括：
气动方向控制回路的安装：学习不同类型气动方向阀的选型与安装，搭建单作用气缸、双作用气缸的方向控制回路；
气动速度控制回路的安装：掌握节流阀的工作原理，搭建气缸伸缩速度控制回路，实现气缸速度的调节；
气动顺序控制回路的安装：根据预设的动作顺序，搭建多气缸的顺序控制回路，理解气动顺序控制的逻辑；
气动机械手的安装：学习气动机械手的结构组成，完成机械手各部件的组装与气路连接；
气动系统气路的连接：掌握气管的裁剪、连接方法，确保气路密封无泄漏；
磁性开关的位置调整：根据实训需求，调整磁性开关在气缸上的安装位置，实现气缸行程的精准控制；
气动系统调试：学习气动系统的调试方法，排查气路泄漏、动作卡顿等问题，确保系统正常运行；
摆动控制回路的安装：搭建摆动气缸的控制回路，实现摆动角度的调节与控制。
（二）变频器的安装与调试
变频器是实现电机调速的核心设备，该类实训项目旨在让学生掌握变频器的应用技能，具体包括：
变频器与交流电机主电路的连接：学习变频器的接线规则，完成变频器与三相异步电机的主电路连接；
变频器面板的参数设置与操作：熟悉变频器面板的按键功能，掌握基本参数（如频率、转速、运行模式）的设置方法；
变频器面板控制交流电机调速：通过变频器面板控制电机的启动、停止与转速调节，观察电机转速变化；
通过变频器外部端子控制电机启停：学习变频器外部端子的功能，搭建外部端子控制电路，实现通过外部按钮控制电机启停。
（三）机电设备的安装与调试
该类实训项目聚焦于机电设备的机械结构组装与调试，培养学生的机械装配技能，具体包括：
传动装置同轴度的调整：学习同轴度检测方法，调整皮带传动、齿轮传动等装置的同轴度，减少传动误差；
皮带输送机的安装与调整：完成皮带输送机的支架组装、皮带安装，调整皮带张紧度，确保输送机平稳运行；
搬运机械手设备安装与调试：组装搬运机械手的机械结构，调整各关节的灵活性，确保机械手动作顺畅；
物件分拣设备的安装与调试：安装物件分拣装置的传送带、传感器、推料气缸等部件，调试分拣动作的精准性；
送料设备的安装与调试：组装上料机构的送料盘、气缸、传感器等部件，确保物料能够准确、稳定地输送；
自动生产线设备安装与调试：整合上料、搬运、加工、分拣等设备，搭建小型自动生产线，调试整条生产线的运行流程。
（四）电气控制电路的安装与 PLC 编程
该类实训项目是设备实训的核心，旨在培养学生的电气接线能力与 PLC 编程能力，具体包括：
电动机正反转控制电路的连接与程序编写：搭建电动机正反转控制的电气电路，编写 PLC 程序实现电机正反转控制；
电动机调速控制电路的连接与程序编写：结合变频器，搭建电机调速控制电路，编写 PLC 程序实现电机转速的自动调节；
皮带输送检测程序编写：利用光电传感器检测皮带输送机上的物料，编写 PLC 程序实现物料检测与输送机启停控制；
气动顺序动作控制程序编写：根据气动回路的动作要求，编写 PLC 程序实现气缸的顺序动作控制；
气动机械手控制程序编写：编写 PLC 程序控制气动机械手完成抓取、搬运、放置等一系列动作；
机电一体化设备控制程序编写：针对单一机电设备（如分拣设备、送料设备），编写 PLC 程序实现设备的自动运行；
自动生产线控制程序编写：整合各设备的控制逻辑，编写 PLC 程序实现小型自动生产线的联动运行。
（五）自动控制系统的安装与调试
该类实训项目聚焦于自动控制系统的整体搭建与调试，培养学生的系统集成能力，具体包括：
多种传感器的安装与调试：学习光电传感器、磁性开关、金属传感器、光纤传感器等的工作原理，完成传感器的安装与参数调试；
皮带输送检测的自动控制：结合传感器与 PLC，搭建皮带输送检测的自动控制系统，实现物料有无检测、输送机自动启停；
机械手的自动控制：整合 PLC、传感器与气动机械手，实现机械手的自动抓取、搬运与放置；
机电一体化的自动控制：针对单一机电一体化设备，搭建自动控制系统，实现设备的无人化自动运行；
PLC 控制系统的安装与调试：搭建完整的 PLC 控制系统，包括电源、输入输出设备、传感器等，调试系统运行的稳定性与可靠性；
自动生产线的安装与调试：搭建小型自动生产线的自动控制系统，调试各设备之间的联动逻辑，实现生产线的连续自动运行。
（六）触摸屏基本控制及设置
触摸屏是人机交互的重要界面，该类实训项目旨在让学生掌握触摸屏的应用技能，具体包括：
触摸屏的接线和基本参数设置：学习触摸屏与 PLC、计算机的接线方法，完成触摸屏的语言、分辨率、通信参数等基本设置；
基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习：在触摸屏上设计控制界面（如按钮、指示灯、数值显示等），编写 PLC 程序实现通过触摸屏控制设备运行；
PLC、触摸屏与变频器通信控制：搭建 PLC、触摸屏、变频器的通信链路，实现通过触摸屏设置变频器参数、控制电机转速，同时在触摸屏上显示电机运行状态。
综上所述，该新工科综合创新实训核心设备凭借灵活的组装方式、齐全的配置、科学的结构设计及丰富的实训项目，能够有效满足新工科教育中对学生实践能力与创新能力的培养需求，是各大院校开展机电一体化、智能制造等。