模块化数控技术实验装置
QSSJ-1型开放式数控技术实验系统是针对高等院校电气自动化、机械一体化专业学生在数控技术课程学习过程中将理论知识与工程实践相结合的需要、为实现知识验证、创新设计和理论研究等实验项目为目的而设计的教学实验设备。学生不仅可以经过理论知识的理解完成自动控制程序的设计，还可以得到电气操作、工程装配、电工实训等工程实践锻炼。
本系统采用可以灵活组合、方便升级和维护的模块化结构方式设计。全钢制系统框架上可以安装不同的实验单元，各单元都装配有可以实现系统级联和替换的、带有电气防护的连接端口，使得系统的实验项目更换、升级、维护变得非常方便。每个功能单元都设计有功能强大的操作面板，提供了丰富的实验教学内容。开放式的前面板的结构在满足3～5个学生操作的同时，也可以方便教师的教学指导。在系统的背面，安装两块800mm*600mm的网孔板，学生可以在此开展各种机床电气的装配实训。
开放式数控技术实验系统可以根据不同的教学要求由“控制器单元”、“驱动原理实验单元”、“机床控制实验单元”、“伺服驱动单元”、“电机单元”、“XY运动平台”、“强电控制单元”、“控制软件”组成。
1. 数控单元
该单元是开放式实验系统的控制核心，可以装配PMAC Clipper运动控制卡通过USB或Ethernet网络与计算机连接，完成基于PC的开放式数控系统控制;也可以装配嵌入式系统控制板(SCM)或可编程控制器(PLC)作为实验系统的运动控制器。数控系统单元设计有针对不同运动控制器的兼容接口，使得用户在开销最小的前提下更换实验系统的数控单元。这些兼容接口都设计有严格的电气保护电路，以便防止学生在实验过程中由于操作不当对系统控制器的损坏。
围绕数控系统单元学生可以开展软件设计类实验项目。在掌握不同控制器的编程技术的基础上，学生可以利用实验教学课件、软件接口(API)或者其他行业操作软件实现对运动控制器的输入输出(I/O)控制编程操作。
2. 驱动器实验单元
该单元可以装配步进/伺服电机驱动器和交流变频驱动器操作面板，学生通过完成相应驱动器控制电气电路设计和相应的电气线路连接之后，就可以通过实验单元面板完成驱动器单元中相应驱动器的手动操作。学生可以通过此实验单元了解驱动器的工作原理和工程应用方法，详细了解运动系统的速度或位置闭环控制过程、相关的控制信号电气特征。
手动/自动切换功能可以使驱动原理实验单元在满足手动控制驱动器的基础上，也可以接受来自数控单元的控制信号和控制指令。在本单元中，还安装有系统监测电路，可以将数控系统控制信号和系统运行检测信号实时传送到计算机中的软件课件和监测软件中，学生可以在计算机上动态观测系统运行状态，以便深入了解控制系统的工作过程。
3. 机床控制单元
该单元可以向学生提供机床电气操作的模拟环境。单元面板设置有若干各种规格的开关、指示灯，学生可以通过深入了解铣床电气原理，对面板端子进行必要的电气组态后，可以完成包括刀库、主轴换挡、刀架、限位等各种机床电气控制功能的程序设计。本单元通过带有电气防护的接口与数控单元的通用输入输出(I/O)接口连接。
4. 伺服驱动单元
该单元完成数控系统中电机的驱动功能。由于采用通用的兼容接口设计，伺服驱动单元可以连接驱动原理实验单元，也可以直接连接到数控单元。教师可以根据教学内容的需要选择不同配置的系统，也可以在日后有升级需求时，随时添加不同的功能单元。所有设备的操作界面都已经过加固防止学生在反复操作时使得设备遭到损坏。
5. 电机单元
该单元是数控系统中受控对象的模拟环节。为了让学生能够直观的了解数控系统的工作过程，和对控制程序的深入理解，每个伺服电机都配有旋转刻度盘，学生可以在操作指令和调试程序时观测刻度盘的转动刻度，计算对应的加工行程。
6. XY运动平台
在数控插补原理验证实验或G代码程序实验时，数控技术实验系统可以配置XY运动平台，带有程序控制自动升降的笔架可以满足记录实验程序轨迹的需要。运动平台的每个轴都安装有磁霍尔器件用于检测轴中心和极限位置。运动平台受控于伺服驱动单元，其反馈信号可以与运动原理实验单元连接。
7. 实验课件
控制软件主要包括：实验课件、软件接口和人机操作界面三个部分。
实验课件是实验系统配套的实验项目指导软件，可以带领学生完成相关的实验内容，并在实验过程中实时显示系统的工作状态，为学生感性理解和深入分析系统工作原理提供丰富的实验数据。
8. 强电控制单元
该功能单元是系统的主供电回路。安放在系统网孔板上，能够对三相五线制供电线路进行有效控制和检测。配置有漏电保护和缺相保护电路，在发生漏电、短路、缺相、零线断路的情况下，设备保护电路自动动作。学生也可以在网孔板上对该部分功能单元进行扩展继电器逻辑控制的培训。在系统中设有系统急停按钮，该按钮可以切断主供电回路，避免在程序或设备异常时对学生和设备的伤害。
作品名称： 模块化数控技术实验装置
学校或单位：天津大学
