一、产品概述

ZWM-I型智网电气控制综合创新平台，是公司根据多年教学仪器设计制造经验，打造的一款全新的，综合型，平台化，全面模块化的产品。实验平台更加开放自由，可以根据客户需要，为电子、电气、机电、自动化、计算机等多种专业配置单一或者综合性的实验实训系统。

该系统可以开设的实验课程有《电力电子技术》、《电机及电力拖动》、《交/直流电机调速技术》、《电气控制与传动技术》、《变频调速技术》、《PLC控制技术》、《单片机原理及应用技术》、《嵌入式控制器应用技术》、《DSP控制器应用技术》、《FPGA可编程技术》、《基于C++的计算机控制创新应用》、《基于Matlab的计算机控制创新应用》、《基于Labview的计算机控制创新应用》、《工业传感技术原理及应用》、《自动控制原理实验》、《工业网络技术的应用》等，所有实验项目都可以根据实际需要，通过灵活选用模块的形式实现，同时还可以不断的进行功能扩展。

扩展模块采用全开放透明的结构形式，用户可以从多种不同的角度来观察模块电路和电子部件，透明壳体的材质采用工程有机材质，具有绝缘、耐热、耐磨、不易变形等特点，模块内部的核心电路和部件都采用了“即插即用”的连接结构，方便维修和更换，更有利于后期的电路功能升级，降低客户购买产品后的维护成本。

产品基本结构布局，总体包含四个基本部分，实验控制模块、实验对象、实验区、电源控制和保护系统。每个部分都更加独立和标准化，便于加工制造和使用维护。能给客户带来全新的使用体验。

二、硬件系统介绍

2.1、实验模块

实验模块是系统的基本单元，由多种标准尺寸的功能块构成。模块具有统一的外形样式和接口形式，其面板上以简单图示描述内部功能及基本原理。其输入输出接口则采用标准的插孔端子，支持配套标准的实验导线。每个模块具有独立的供电单元，只需通过标准的插孔端子外供220V交流电源即可使用。模块底部有吸盘，可以灵活吸附于试验区的板面上，使用起来十分灵活便利。模块壳体为完全透明形式，内部电路元件，一览无余，便于学生认识器件，更能做到理论联系实际。

标准化模块设计，使用户可以根据需要选配模块，配置非常灵活。同时也非常便于用户后续升级扩展，因为新增模块和可以无缝加入系统。只要220V供电。用户在首次采购以后，无论因为试验需求变化，还是我们开发了新模块，令客户产生新的功能需要，只要增购一些新模块即可，无需对已购平台做改造，相对以往产品或其他同类产品，升级代价更低。为客户节约成本。

2.2、实验对象

这里的实验对象特指控制对象。大多数情况下，都是根据客户需要进行定制开发。目前我们也积累了丰富对象产品。本系统标准配置对象为可移动的电机组。用于满足调速系统、电机控制、电气自动化、电力拖动、电力电子等实验应用。

机组被置于专门的封闭小车内，小车置于实验桌下方。小车顶面有透明窗，并设置了标准的电机接。使用时，用户将小车拉出来，方便完成接线。还可以通过透明窗，清楚地看到电机的运转情况，并且不用担心旋转结构给实验人员造成安全威胁。因为电机置于小车内，还可以降低噪音影响。

2.3、实验区

实验区，位于设备的上部，包含四块平板和6个实验电源接口组件。此部分以工业铝型材构成框架，配合轻便的钣金结构，非常便于生产装配。这样的结构，简约、现代，轻便灵活，更加便于使用和维护。

电源接口组件排成三条天然分割线，将实验区分隔成上下两个长条形区域。每个电源组件上提供三组控制电源接口。实验模块可以被自由摆放在平板上，并能就近连接到控制电源。使用过程中，用户可根据需要随意布局试验模块。就好像在黑板上画图一样自由与灵活。

2.4、电源控制系统

电源控制系统，用来为各种实验提供多种形式的电源，并提供完善的保护功能。系统由三个主控箱组成。他们位于实验区的下方。其中，1号主控箱位于中间，是系统的核心单元，由PLC、人机界面、电流电压传感器、空开和继电器等构成。2号和3号主控箱分列1号主控箱两侧，用来安装有关变压器、功率电阻等重型器件。

基于PLC和人机界面构建的电源控制系统，是以工业设备标准设计教学实验设备。这样做，一方面，可以实现更加完善的电源控制与保护功能，并提升设备抗干扰能力。更重要的是，可以为将来系统功能的不断完善升级，提供良好的硬件基础。未来我们将通过对PLC和触摸屏的程序持续升级，不断提升系统功能和性能水平，为客户提供增值服务，更好的满足客户个性化需求。用有限的成本提升，带来无限的功能与性能飞跃。

针对这套系统的功能，我们做了全面的规划。除了基础的电源控制与保护以外，还包括：网络化实验设备管理，自动实验报告生成，在线实验导航，远程故障诊断等。目的是，在设备安全，人员安全，设备维护，教学实验效率提升，减轻实验老师工作量等多方面不断完善产品功能。我们不仅着眼于实验本身，更加关注到了实验相关领域，目标是将产品逐步打造成完全不同于传统实验设备的智能化的，网络化的现代实验系统。

三、产品应用特点

彻底模块化的设计，单元模块更小更独立，全透明的模块外壳，平板化的试验区，融入实验区的电源设置，多方面的电源保护，丰富的状态监测，智能控制器的应用等，为用户提供更加安全，便捷的实验环境。下面从多个角度进行设备使用特点说明。

3.1、产品更开放，更加便于用户开展创新实验

应教育改革的需要，为了让学生真正能通过实验学到更多知识，实验设备的开放性要求越来越高。传统的，固定式的验证性实验装置已经无法满足需要。为此，我们通过将产品彻底模块化，并引入流行的数字技术作为辅助，为用户提供更加接近实际应用的全新案例。并且，还提供了更多软性的环节，以方便用户实现参数调整，通过观察调整带来的影响，可以更加深入理解实验相关原理与规律。

以电机调速试验系统为例来说明，每个基础功能单元都做成独立模块，可以说，我们对产品进行了最大限度的模块化。原来的挂箱产品被切分成外形标准的膜，比如给定单元、转速调节器，电流调节器，电压调节器，波形发生器，驱动单元，功率单元，电流检测单元，电压检测电压，速度检测单元，控制对象（电机等）。

上述这些模块，我们不仅基于传统的电子电路和专用控制器来构建，还将通过DSP，单片机等数字核心来实现。前者承接了传统产品的特点，老客户可以像使用老产品一样，无需花时间熟悉，面板图样，符号标识，接口等，都保留了老产品的特点。后者则为全新设计的平台化模块，通过软件实现一种或者多种传统单元的功能，比如：实现波形发生器（如：PWM、SPWM、直流移相脉冲、FOC等）和通用的数字调节器（如：转速调节器、电流调节器、电压调节器等），或者实现两者的功能组合，用于满足用户的创新需求。

在我们系统中，我们设计了五大创新工具平台，分别是计算机算法平台（C语言版）、计算机算法平台（Matlab软件版）、DSP算法平台、单片机控制平台、FPGA控制平台，用户可根据这些工具平台的特性来设计开发个性化的“功能模块”代替原有系统中的部分功能，比如信号指令模块、电流闭环调节模块、转速闭环调节模块、转速检测变换模块、6路晶闸管全桥信号触发模块等等，用户自己设计开发 “算法或应用程序”“ 来代替传统的 “固定器件电路” ，并不断调试、改进自己的设计作品，最终使整套电力电子系统能按照使用者预期的目标进行工作，在这个过程中，来充分对所学知识进行深入的学习，另外，我们我还为用户提供了大量开发样例，帮助用户更快更好的使用我们的产品。

基于“传统”的分立器件实现的模块，我们称为“经典模块”，实现的技术手段，与老产品一致，但各方面性能上做了改进，可以平滑替代老产品。使用起来，比老产品具有更高的可靠性，并不失灵活性，更加便于客户使用，管理和维护。

基于数字核心的模块，我们称为“创新模块”。专门为了更好适应学校的创新实验需求而开发。我们针对典型功能，开发了相应的软件案例，并留有参数接口，允许用户进行修改。既能实现演示性实验，还可以对相关课题的研究，提供支持。

所有模块，都采用标准透明外壳样式，目的是让学生无死角的观察实验单元的内部结构，熟悉自己做实验所使用的硬件细节。以往学生做实验，只能看到表面，眼前更多的是图形符号，虽然与教材可以紧密联系，却容易脱离实际，不知道图形符号后面的细节，做了实验，确收获不多，让实验效果大打折扣。有些老师，为了让学生可以观察到实际电路情况，会尝试打开实验单元，让学生观察，但迫于工作量，又担心设备损坏，实际操作起来困难重重。而我们的模块产品，很好地解决了这一问题。

另外，产品采用了更加彻底的模块化设计，这使得产品配置灵活性达到极致，用户在选择产品时，完全不用因为厂家捆绑自己不需要的单元而烦恼，需要什么功能就买什么功能的模块。模块统一采用220V单相供电，标准尺寸，吸附式安装，对系统依赖性很低，未来需要增购模块，只需增加就好，几乎不需要考虑系统兼容性问题。以往的挂箱产品，一般都是多个单元组合的形式，无法实现这种程度的灵活配置。客户不得不为了一个单元购买整个挂箱。

3.2、接线更短，线路更清晰，出错率更低

基础功能模块加平板化的实验区的组合，使得实验中，用户获得更大的自由空间。每个模块的功能相对独立。做实验的时候，每个模块可以按照接线要求相邻放置，这样可以最大限度缩短实验导线的长度，每个模块的输入输出接点都设计在模块的边缘，并充分考虑接线的需要，很大程度上避免了实验导线跨越模块表面的情形，使得接线更清晰，不容易出错。

以往挂箱产品，因为单元的位置相对固定，只能有限的移动挂箱位置，无法做到这一点。做稍微复杂一点儿的实验，用到的单元多一些，接完线后，看起来总是非常混乱的状态，不利于接线的检查，容易错接或者遗漏。

3.3、使用更安全

为了满足创新实验要求，产品不得不面临更多安全挑战。因此，我们进行了全面的安全设计，从防止人身伤害和加强设备包含两个方面着手设计，在保护方面投入了更多成本，也带来安全性能的全面提升，以满足用户需要。

主要的安全威胁来源于电源系统和运动装置。为了防止意外触电，我们除了考虑强电单元接线端子和导线的封闭，使用漏电保护器避免触电以外，还通过PLC和人机界面的引入，使得操界面变成安全电压设备，按钮，触摸屏都是24V供电，大大降低了操作触电可能。强电单元，都采用了封闭的结构，外壳接地。

设备方面的保护，主要通过对设备的电源系统的保护实现。在主电源上，为每一项增加了电压电流监测传感器，实施监视主电源输出，针对每种实验的具体要求，PLC内部预设了不同的保护阈值，完全不用担心电压过载或者短路，从根本上解决了试验系统因为电源通用性带来的保护难题。主电路模块上，也设置了很多保险，以防止接线错误带来的短路问题。对于控制电源，也就是模块供电，我们采用统一的AC220V供电，不用担心输入接错线问题。低压输出侧都采用独立开关电源，都有完善的防短路和过载功能。因为每个模块都有自己的电源，且不对外输出，这样可以最大限度的避免低压侧接错线损坏设备的问题。 控制电路的独立供电，使得模块故障影响范围更小，一个模块损坏并不会影响到其他模块，综合可靠性更高。

以往的挂箱产品，是以挂箱为基本单元统一供电，电源发生故障，整个挂箱上的单元都无法工作，故障影响范围更大。电源的保护也无法实现针对不同的实验限定不同参数。

对于运动单元，我们设计了专门的移动电机车，将机组至于其中，上面设置透明窗，在不影响学生观察电机动态的情况下，将人员和运动机构隔离开来，做到真正意义上订单隔离防护。安全性相比传统机组，有了质的飞跃。

3.4、维护更方便

模块体积更小，更轻便，备用模块更容易存储。当某个模块故障，如果用户不能自行处理，可以快递给厂家维修，运输成本很低，厂家也可以减少到用户现场维修的频度，降低维护成本。同样，厂家也可以方便的为用户提供临时代用模块，不必支付过高的运输费用，从而最大限度降低模块故障对用户实验计划的影响。

以往的挂箱产品，由于体积大，多个单元集成一体，不便于运输，也不便于实现多个单元备用，因为相关成本过高。因为距离和维护成本限制，厂家很难做到快速到达现场处理所有问题，一旦产品故障，常会导致用户实验计划延迟。

3.5、更多升级可能

智能控制器和人机界面的应用，为设备功能升级提供了基础。网络化，智能化成为可能。未来随着产品功能逐步完善，智能仪表的逐步配套，传统实验设备无法涉及的功能，如实验数据自动采集，实验报告自动生成，实验在线指导，设备问题远程诊断与处理，实验室设备管理，实验计划管理等，都具有了实现的前提条件。用户不用担心，购买一两年就会过时的问题。