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机械电子工程专业实验室

发布时间：2017年12月05日 22:47 作者：来源：点击率：次

实验室发展

机械电子工程专业虽然办学悠久，但经学科整合划归二院后实验设备奇缺。机械电子工程专业所需实验设备价格昂贵，学校实验室建设经费有限。2004年机械工程与自动化学院机械电子工程专业开始申请专业实验室建设，2006年上半年落实了机械电子工程专业实验室所用房屋（光电楼四层）和面积（约120平米），并通过申请、学校拨款11万元进行实验室建设，定制华中科技大学组合式光机电一体化实训装置、机电一体化教学实验设备实验台，2006年12月完成供货，2007年一月进行安装与调试。由于机械电子工程专业，仅有两套实验台不能满足要求，于2010年经申请并通过，学校拨款40万元进行实验室建设，定制机电一体化实训操作系统、振动噪声测试分析系统。

实验设备

1.机电一体化技术实训和故障诊断实验平台

该综合实验台由动力系统（电机和泵）、物流系统、数据采集系统、以及控制系统等组成，是一套实用性很强的实验装置，它不仅能够满足本科生教学实验的要求，还为包括控制系统设计、物流系统设计、PLC控制在内的多方面科研工作提供硬件及软件平台。实验台在硬件和软件方面涉及到了变频控制技术；压力、温度、转速等的信号测试技术；机电系统PID控制技术等，是比较典型的集机械、电子及控制于一体的多学科交叉实验装置。

该平台可以任意的组合交流伺服系统、直流伺服系统、步进电机控制系统以及变频器控制系统等。该实验系统可以实现两个主要的实验功能，一是机电一体化技术与运动控制实训实验，二是故障诊断实验。机电一体化技术实验内容中，包含了典型的传感器技术、交流电机控制、直流电机控制、步进电机控制、运动控制器、计算机控制、数控系统等课程实验；故障诊断实验中，包含了典型的机电一体化系统故障诊断与分析实验。

基本实验项目：

1) 交流伺服控制系统实训与故障诊断实验

2) 直流伺服控制系统实训与故障诊断实验

3) 步进控制系统实训与故障诊断实验

4) 变频器控制系统实训与故障诊断实验

5) 单轴电机运动控制实验

6) 二维插补原理及实现实验

7) 丝杠反向间隙实验

8) 数控代码编程实验 $说明: E:\109实验设备\新建文件夹\机电一体化设备资料\中北大学2010.6.29\DSCF4299.JPG$

2.模块化生产培训系统（MPS，Modular Production training System）

MPS设备是一套开放式的设备，用户可以根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由9个单元组成，当然最少时一个单元亦可自成一个独立的控制系统。而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。

在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感器应用技术、PLC控制技术、组态控制技术、信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员在一个非常接近于实际的教学设备环境，使学员在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

$说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps4410.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsBEE7.tmp.png$ 说明: 检测站说明: 加工站

$说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsEFA3.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps2BBE.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsA48A.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsE846.tmp.png$

$说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsF9A7.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsDD3.tmp.png$ $说明: C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps79FF.tmp.jpg$

模块化生产培训系统模块简介：

（1）上料检测单元：

功能简介：完成整个系统的上料工作，将大工件输出，判断出其颜色，并将其信息发给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制而为整个系统的主站。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件

（2）供料单元：

功能简介：作用是为加工过程逐一提供加工工件。由双作用气缸从料仓中逐一推出工件，转换模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：真空组件、旋转模块、供料模块

（3）检测单元：

功能简介：检测单元主要是检测加工工件的各种特性，如颜色、材质、高度等。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：工件高度检测模块、提升模块、工件材质及颜色识别组件

（4）加工单元：

功能简介：工件将在旋转平台上被检测及加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件

（5）搬运单元：

功能简介：该搬运单元由无杆气缸、椭圆形活塞气缸和夹爪等部件组成，通过移动、上下伸缩、抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：提升模块、气动夹爪组件、直线运动无杆缸

（6）安装单元：

功能简介：该单元提供两色小工件，并能将其输入大工件的空腔中。气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件

（7）安装搬运单元：

功能简介：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：直线转旋转运动模块、气动夹爪装置

（8）操作手单元：

功能简介：操作手单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元的输入工位。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：伸出及提升模块、旋转模块、气动夹爪组件

（9）立体存储单元：

功能简介：该站为仓库存储的模拟，它将系统加工完成的合格产品，按照不同类别，进行分类立体存放。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

步进电机及驱动器：Start

组成模块：步进电机控制模块、滚珠丝杆模块、工件推出组件、立体仓库

（10）机械手单元：

功能简介：该单元是一个六个关节的机械手，它可以用来完成抓取动作，可以进行工件的组装，产生一个完整的产品。

手臂本体：日本莫托曼HP3

扩展模块：控制器、变压器

组成模块：手臂本体、手臂控制器、气动夹爪

（11）分类工作单元：

功能简介：将工件从传送带的前端输送到后端。它带有工件滑槽及导向装置，将工件按类别进行存储。

PLC主机：三菱FX2N系列、西门子S7系列

扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络

组成模块：传送带、阻挡装置、工件滑槽

3.CR500M组合式光机电一体化实训装置

本装置从机械零件安装、调试到电气回路的设计和连接都可以进行训练，它填补了国内高校在“机电一体化实践训练”领域的空白。同时该置综合了《电机传动与控制》、《运动控制》、《电机控制》、《可编程控制器技术》、《机电一体化系统》、《机电控制工程》、《自控原理》等多个课程实验内容，是作为机电专业、机械制造与自动化专业、先进制造专业、电气工程、自动化进行学生动手训练的最佳产品。

基本实验项目：

1) 气源处理系统

2) 气动元件的调节

3) 传感器实验

4) 传感器与PLC的连接

5) 简单编程调试

6) PLC控制上料气缸上料

7) 步进电机定位实验

8) 步进电机复位实验

9) 步进电机多段速S曲线控制编程

10) 上料与工件运输实验

11) 机械手颜色分选

12) OP人机界面编程

4.HJD-1型机电一体化教学实验系统

本设备可用于《机电传动控制》、《可编程控制器原理与应用》、《机床电气控制》、《机电一体化控制技术与系统》等课程的实验教学；HJD-1型机电一体化教学实验系统由PC机（用户自备）、电气控制柜和两轴机械工作台及控制软件等几个部分组成，如图所示。

说明: DSCF1493

HJD-1型机电一体化教学实验系统

基本实验项目

1) 三相异步电动机启停控制实验；

2) 三相异步电动机正反转控制实验；

3) PLC控制三相异步电动机变频调速实验；

4) PLC顺序控制程序设计与调试实验；

5) 步进电机单轴定位控制实验；

6) 步进电机基本动作参数设定及控制实验；

7) 步进电机两轴联动控制实验；

8) PLC与PC通信程序设计与调试实验；

9) PC和PLC两级控制程序设计和调试实验；

10) 数控机床基本组成及功能部件的认识实验；

5.振动噪声测试分析系统

振动噪声测试分析系统包含： $说明: L:\学科建设\实验室图片集\IMG_20140317_101745.jpg$

DASP-V10工程版平台软件；

基本模态测试分析软件；

ODS测试分析软件；

PolyLSCF模态分析软件；

噪声分析声学测试软件；

声强和三维声强声学测试软件；

INV3018C 8通道/24位信号采集分析仪；

INV-BOX仪器专用箱。

6.摆动摩擦副摩擦磨损模拟实验台

经过科研转化的实验设备摆动摩擦副摩擦磨损模拟实验台，目前可承担机械电子工程专业及其他相关专业的教学实验以及进行有关科学研究。用于机电系统测试技术、电气控制与PLC、控制工程基础等课程的本科实验教学。

说明: 摩擦磨损.png 说明: 摩擦磨损-1.png

7.WS-ZHT1-1多功能转子教学试验台

基本实验项目

1) 单面转子动平衡测试；

2) 转子过临界转速机壳振动与轴的振幅及相位测试；

3) 转子结构形式对临界转速的影响测试；

4) 转子的临界转速测量；

5) 柔性转子的振型测试；

6) 滑动轴承油膜涡动和油膜振荡；

7) 非接触测量轴的径向振动和轴向位移（李莎育图）；

8) 伯德图显示；

9) 转子三维瀑布图分析；

10) 转子三维色阶图分析

机电一体化实训操作系统包含分类、搬运、检测、操作手、安装、加工、安装搬运、立体存储共8个独立工作单元。各单元可组装成一套协同工作的实训操作系统，又可作为单体独立完成其各自功能；控制系统选用SIEMENS S7系列PLC；系统配备静音气泵1台、PLC编程电缆、工作台等附件设备。

还有用于大型实验周的设备有：JDYQ-A机电液气一体化实验教学培训系统、GMS1021-VP机电一体化综合实训平台、THWZDO-1型数控机床四合一电气控制与维修实训台、上海英吉斯机电一体化实训操作系统.

$说明: L:\学科建设\实验室图片集\综合实验室\IMG_20140219_083346.jpg$ $说明: L:\学科建设\实验室图片集\综合实验室\IMG_20140219_083635.jpg$

JDYQ-A机电液气一体化实验教学培训系统 GMS1021-VP机电一体化综合实训平台

$说明: L:\学科建设\实验室图片集\综合实验室\IMG_20140219_083356.jpg$ $说明: L:\学科建设\实验室图片集\综合实验室\IMG_20140219_083541.jpg$

THWZDO-1型数控机床四合一电气控制与维修实训台上海英吉斯机电一体化实训操作系统

辅助教学仪器设备有以下几种：

$说明: L:\实验室建设\旋压工程技术中心设备图\哈斯ST-10数控车床-1.jpg$ $说明: L:\实验室建设\旋压工程技术中心设备图\哈斯VT-2立式数控加工中心-2.jpg$

哈斯ST-10数控车床哈斯VT-2立式数控加工中心

$说明: L:\实验室建设\旋压工程技术中心设备图\山西中通SX100-3数控强力旋压机-1.jpg$ $说明: L:\实验室建设\旋压工程技术中心设备图\无心外圆磨床-1.jpg$

SX100-3数控强力旋压机无心外圆磨床

拟购教学仪器设备：六自由度中型串联关节式机器人

说明: rbt_62

实验教学

在学校前后投入50余万元购置实验装置后，仍有部分课程的实验内容不能开出，为此将有关科研设备转化用于本科教学，完成相关本科实验教学。如经过多年的科研工作积累，自行研制了摆动摩擦副摩擦磨损模拟实验台，可进行科学研究以及博士、硕士研究生的有关实验研究，并应用于本科实验教学，如于机电系统测试技术、电气控制与PLC、控制工程基础等课程的本科相关实验教学。

机械电子工程专业实验室采用理论课教师从事实验教学、实验教师兼任理论教学的教学模式，实现两类教师的融会贯通与交叉渗透。

经过机械电子工程专业教师的努力和学校的建设支持，基本达到了该专业关于实验项目和内容的基本要求，其中综合性、设计性实验项目数占项目总数比例80%以上。作到基本实验操作训练和创新能力训练的较好结合。这些实验对提高学生从事专业实验的兴趣，引导学生的个性发展，培养学生的综合素质和创新能力发挥了良好作用。

本专业基于组合式光机电一体化实训装置、机电一体化教学实验设备实验台先后开设信号波形仿真实验(设计)、有规信号通过带通滤波器的输出仿真(设计)、连续时间LTI系统的频域分析(设计)、PLC编程实验(设计)、伺服与检测(综合)、二阶系统的阶跃响应(设计)、PLC控制三相异步电动机变频调速实验（设计性）、PLC顺序控制程序设计与调试实验（设计性）、步进电机单轴定位控制实验（演示性）、步进电机基本动作参数设定及控制实验（设计性）、PC与PLC通信程序设计与调试实验（设计性）、PC与PLC两极控制程序设计与调试实验（设计性）、数控机床基本组成及功能部件的认识实验（综合性）、蜡模的定位钻孔加工实验（综合性）、等实验。基于HJD-1组合式光机电一体化实训装置开设了三相异步电动机控制实验（验证性、设计性）、三相异步电动机变频调速实验（设计性）和步进电机单轴定位、两轴联动控制实验（设计性）。基于CR500M组合式光机电一体化实验台开设了CR500M系统认知实验（验证性）、PLC编程调试顺序控制实验（设计性）、步进电机驱动实验（设计性）以及步进电机多段速S曲线控制编程（设计性）。

实验室管理

实验室工作是培养学生素质的一个重要方面，因此，抓好实验工作管理，以实验为突破口，通过实验激发学生兴趣，提高学生素质，是我校整个教学工作计划中的重要一环，历年来我校领导都很重视其建设和管理工作，逐步规范了实验室建设，制定了《实验室管理条例》和各项合理的管理制度。为此实验室组织机械电子工程全系教师编写了专业课的实验教学大纲和实验指导书，并根据学院要求统一了实验报告格式。做到实验任务登记表填写准确无误，及时上报，无错报、漏报。实验室整洁，仪器设备摆放合理工整，仪器设备全部完好。

同时为完善实验室管理，制定了机械电子工程专业开放实验室办法，向机械工程与自动化学院全体在校本科生、研究生、教师开放。特别是自行研制了齿轮箱故障诊断实验台，长期有博士、硕士研究生进行有关实验研究。