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GOLINK-1 型現代機電綜合控制實驗裝置

一、概述 GOLINK-1 型現代機電綜合控制實驗裝置集合了交流，直流，電機拖動、電力電子、PLC控制、電工控制多專業多內容實訓設備特點。包含晶閘管控制，直流電機控制、變壓器控制、電機拖動控制、交直流調速、PLC控制等實訓項目。這都是這方面的充分考慮了實驗室的現狀和發展趨勢，精心研制而成。在同類產品中結構合理、功能完善、可靠性好、性價比高。二、技術參數 1、輸入電源：三相四線(或三相五線 380V±10% 50Hz) 2、工作環境：溫度-10℃～+40℃　相對濕度＜85% (25℃)　海拔＜4000m 3、裝置容量：＜1.5kVA 4、外形尺寸：1890mm×740mm×1585mm 三、要求實驗室可完成的實驗內容 1、電力電子技術實驗（晶閘管部分） 1) 鋸齒波同步移相觸發電路實驗 2) 單結晶體管觸發電路 3) 正弦波同步移相觸發電路實驗 4）單相半波可控整流電路實驗 5）單相橋式半控整流電路實驗 6) 單相橋式全控整流電路實驗 7) 單相橋式有源逆變電路實驗 8) 三相半波可控整流電路的研究 9) 三相橋式半控整流電路實驗 10) 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗 11) 單相交流調壓電路實驗 12) 三相交流調壓電路實驗 2、全控型電力電子器件實驗 1）電力晶體管（GTR）驅動電路的研究 2）電力晶體管（GTR）的特性研究 3）功率場效應晶體管(MOSFET)的驅動電路研究 4）功率場效應晶體管(MOSFET)的主要參數測量 5）絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)特性及其驅動電路的研究 3、全控型器件典型線路實驗 1）直流斬波電路（Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種電路）的性能研究 2) 單相交直交變頻電路的性能研究 4、直流電機調速實驗 1）晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定實驗(SCR) 2）晶閘管直流調速系統主要單元的調試(SCR) 3）單閉環(電壓單閉環、轉速單閉環、電流單閉環)不可逆直流調速系統實驗(SCR) 5、交流電機調速系統實驗 1）雙閉環三相異步電機調壓調速系統實驗(SCR) 2）雙閉環三相異步電機串極調速系統實驗(SCR) 6、電氣控制基礎實訓轉換開關與電壓表連接測量三相電壓；電力綜合顯示儀表的使用；三相異步電動機直接起動、停車的控制電路連接；接觸器聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；按鈕聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；按鈕、接觸器聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；萬能轉換開關控制三相異步電動機的正反轉；三相交流異步電動機Y-△（手動切換）啟動控制電路的連接；三相交流異步電動機Y-△（時間繼電器切換）啟動控制電路的連接；定子繞組串聯電阻啟動控制電路的連接；三相交流異步電動機能耗制動控制電路的連接；三相交流異步電動機反接制動控制電路的連接；多臺（3臺及以下）電動機的順序控制電路的連接電動機的往返行程控制電路的連接； 7、PLC、變頻實訓項目變變頻器面板功能參數設置和操作實訓；變頻器對電機點動控制、啟停控制；電機轉速多段控制；工頻、變頻切換控制；基于模擬量控制的電機開環調速；基于面板操作的電機開環調速；變頻器的保護和報警功能實訓；基于PLC的變頻器開環調速； PLC控制電機順序啟動； PLC控制三相異步電動機Y-△啟動電路；四、產品技術功能 1、設備安全保護功能 1）設備的人身安全保護 ◆ 三相隔離變壓器的浮地保護,將實驗用電與電網完全隔離，對人身安全起到有效的保護作用； ◆ 三相電源輸入端設有電流型漏電保護器，設備的漏電流大于30mA即可斷開開關，符合國家標準對低壓電器安全的要求； ◆ 強電實驗導線采用全塑封閉型手槍式導線，避免學生觸摸到金屬部分而引起的雙手帶電操作觸電的可能。 2）設備的安全保護體系 ◆ 三相交流電源輸出設有電子線路及保險絲雙重過流及短路保護功能 ◆ 晶閘管的門陰極和各觸發電路的觀察孔設有高壓保護功能，避免學生誤接線； ◆ 實驗臺采用三種實驗導線，相互間不能互插，強電采用全塑型封閉安全實驗導線，弱電采用金屬裸露實驗導線，觀察孔采用2＃實驗導線，避免了學生誤操作將強電接到弱點的可能； 2、產品的結構要求 1）要求裝置由控制屏、實驗電源、測量儀表、實驗桌、實驗模塊、實驗電機和實驗導線等組成。實驗電源、各種測量儀表必須固定安裝在控制屏中。要求各掛箱的面板采用凹字爛板印刷工藝。 2）實驗桌采用鐵質噴塑結構，桌面為高強度密度板，桌子下面設有儲藏柜，可放置的實驗箱、導線和工具等。 3、產品基本配置技術要求 1）低壓電源及儀表：提供指針式電壓表一只（450V⊥1.5級）。提供交直流電壓表和電流表各2只，四位半高精度儀表，是具有6位數碼管顯示，8個指示燈，交直流測量功能切換；手自量程切換功能；具有RS485通訊、繼電器輸出、上限限報警、4~20mA變送器輸出功能；配有鎖存按鍵；交直流電壓表信號輸入范圍： AC/DC2V ， AC/DC20V ， AC/DC200 ， AC/DC500V 。交直流電流表信號輸入范圍： AC/DC20mA ， AC/DC200mA， AC/DC2000mA， AC/DC5A 。提供速度變換器，給定，零速封鎖器；提供±15V/1A直流穩壓電源。 2）交/直流電源：通過開關切換分別輸出三相200V和240V交流電源，給直流調速和交流調速提供實驗電源，帶過流保護。該電源經過電流型漏電器、三相隔離變壓器等安全保護措施后供實驗用電。提供230V/0.5A直流勵磁電源，帶電源指示、過流保護功能。 3）三相可調電阻：提供900W/0.41A與電阻180W/1.3A串聯的三組可調電阻負載，供發電機負載電阻和其它實驗阻性負載。 4）平波電抗器及阻容吸收：提供直流調速實驗中需要的平波電抗器及RC濾波，平波電抗器提供100-200-500-700mH/1.2A，一只。 5）三相變壓器：該三相變壓器可作為串級調速系統和有源逆變線路中的逆變變壓器。(初級380V/1.1A*3相；次級88V/115V/139V/3A*3相) 6）觸發電路：配有單結晶體管觸發電路、正弦波同步移相觸發電路、鋸齒波同步移相觸發電路、單相交流調壓觸發電路、TCA785集成觸發電路共五個觸發電路實驗。使學生能夠直觀的了解各種觸發電路的工作原理，與對應的晶閘管連接，完成單相半波整流和單相全橋整流電路實驗。 7）三相觸發及主回路：采用插板結構，與底板配合，組成三相相控脈沖觸發電路，輸出的雙窄脈沖均勻、一致、干凈，脈沖移相范圍最高可達170°，設有三相同步信號、三相鋸齒波信號、六路移相觸發脈沖等的觀測孔，設有外接模擬量控制端口“Uct”輸入0~Uctmax，可對三相觸發脈沖的移相角進行連續調整，設有兩組六路觸發脈沖功放電路用于外接的控制端口“Ublr”、和”Ublf”，晶閘管主電路：配置12塊晶閘管插板，插板采用快速插入方式，每塊插板上設有過流、過壓保護電路。，晶閘管參數為5A/1000V，金屬封裝，插板分別形成正、反橋兩組三相橋，正、反橋晶閘管設有觸發信號接入口，設有六路鈕子開關，用于控制每一路觸發脈沖的“通、斷”，模擬整流主電路功率器件的觸發脈沖丟失、逆變電路逆變顛覆等故障情況，設有帶鏡面精密指針式直流電壓表±300V，精度1.0級帶鏡面直流電流表±2A，精度1.0級各一只，設有帶中心抽頭方式平波電抗器一組(為50mH、100mH、200MH、700MH,在通過交流電流小于1.5A狀態下，感抗值保持線性)，RC濾波12路。 8）功率器件特性與驅動電路：該實驗箱可對SCR、MOSFET、IGBT、GTO、GTR電力電子器件，可測定其特性曲線、提供壓敏電阻(作為過壓保護元件，內部已連成三角形接法)、二極管。 9）直流斬波電路：由DC電源、PWM波形發生器、直流斬波電路（Buck和Boost）和完成六種斬波電路的元件組成。DC電源：+15V/0.5A，帶保險絲過流保護；PWM波形發生器：產生頻率10KHz占空比5%-70%連續可調的脈沖信號輸出；直流斬波電路：提供了Buck和Boost兩種直流斬波電路,供學生完成驗證性實驗。六種斬波電路：模塊中的功率場效應晶體管、電感、電阻、二極管、電容等元件與直流電源和PWM波形發生器連接，可完成Buck、Cuk、Boost、Sepic、Buck-Boost、Zeta等六種斬波電路實驗。 11）可調電阻、電容箱：提供耐壓AC63V的可調電容三組，調節范圍為0.1～11.37µF，0～999kΩ十進制可調電阻兩組；供電流調節器，速度調節器反饋回路使用，可靈活改變調節器的放大倍數及積分時間。 12）單相調壓與可調負載：配置了一只0～250V/0.5kVA單相交流自耦調壓器，為相應的實驗提供可調電源；一個整流濾波電路以及0～180Ω/1.3A(串聯)或0～45Ω/2.6A(并聯)瓷盤可調電阻，為相應的實驗提供一個可調的阻性負載。 13）芯式變壓器與不控整流：配置三相芯式變壓器一個(該變壓器有2套副邊繞組，原、副邊繞組的電壓為127V/63.6V/36.7V)，用于三相橋式全控12脈動整流電路實驗；還設有三相不可控整流電路用來產生直流電源。 14）半橋型開關穩壓電源：提供了半橋型開關穩壓電源的主電路和控制電路，主電路中的電力電子器件為電力MOSFET管；控制電路采用專用PWM控制集成電路SG3525，采用恒頻脈寬調制控制方案。可完成“開關電路在開環與閉環下負載特性的測試”以及“電源電壓波動對輸出的影響”等實驗內容。 15）一體化晶閘管插板：晶閘管插板即插即用，快速插入方式，每塊插板上設有過流、過壓保護電路。 16）電機調速控制實驗(I)：配置以下模塊：電流反饋與過流保護(FBC+FA)、給定器(G)、轉速變換器(FBS)、反號器(AR)、電壓隔離器(TVD)、調節器I和調節器II。其中調節器I和調節器II的反饋電阻、電容均外接(從控制屏上獲得)，實驗時可以靈活改變系統的參數，觀測不同的參數對系統穩定性及相應時間等影響；更可以讓學生從調速系統的各種參數(如電機的機電時間常數等)出發對調節器的放大倍數及積分時間的參數分別設計，同時進行實際結果的驗證，從而完成設計性實驗。 17）線繞式異步電機轉子專用箱：配置3只線繞式異步電動機轉子專用電阻（用于線繞式異步電動機起動與調速等實訓）。 18）多功能測速儀：設有五位數顯轉速表，顯示當前轉速；具有電壓反饋信號；同時設有光電編碼信號輸出，包括A、B兩個通道；能夠完成各種速度開/閉環及定位控制；配有位機軟件，基于設備常用的RS485通信接口。 19）電機配置：直流發電機：200V、1.1A、220W、1600r/min 直流并勵電動機：220V、1.1A、185W、1600r/min 三相線繞式異步電動機：220V/Y、0.6A、120W、1380r/min PLC模塊：裝置選用西門子1200大眾型可編程控制器CPU 1214C,集成14輸入/10輸出,集成2AI；2M 的數據存儲，帶 1 個PROFINET 接口； 21）變頻器：選用西門子V20 工業矢量變頻器、額定功率 0.37Kw，帶 BOP 面板及PROFINET接口。 22）實驗導線技術實驗連接導線采用高可靠全封閉手槍插型式，內部為無氧銅抽絲而成發絲般細的128股線，質地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學制品制成，插頭采用實芯銅質件。四、機電綜合三維虛實仿真軟件軟件采用理實虛結合三維仿真軟件能夠進行虛擬對象加真實PLC編程結合控制實驗，實現對象的虛擬化，編程的實際化模式，運行環境支持Windows10以上版本；通過鼠標的控制，實現場景模型的放大、縮小、旋轉、移動；系統畫面清晰，能夠進行模擬運行PLC實驗，也可以進行虛實結合實驗（與真實PLC數據連接），場景類型至少包含1、多自由度機械手、自動循環供料、機械自動沖壓、物料輸送分揀、碼垛堆積控制、自動倉儲控制。工業場景通用功能說明：（1）信號指示區：集成設備控制的傳感器信號，直觀的反饋設備運行動作信號。（2）模型展示區：提供自動化模型，配合PLC控制，實現自動化運行。（3）操作區：提供多種規格按鈕，實現對設備的控制；啟動、停止、復位，脫機仿真時，實現自動化設備的啟停控制和復位出廠設置控制；聯機仿真時，提供三個信號給PLC，由PLC根據程序自行確定控制流程。（4）脫機仿真：不用連接PLC，自動化設備按固定的流程模擬運行，可以根據任務要求或者模擬運行流程，自行編寫PLC程序，實現PLC編程的在線仿真控制。（5）在線仿真：在網絡區輸入PLC的IP地址和端口號，連接成功后，顯示“已連接”，通過PLC在線編程控制自動化模型動作，實現PLC編程的虛擬控制訓練。電工三維仿真系統內容豐富，包含常見的基礎數字量模擬控制，也包含常見機電一體化的虛實仿真實訓內容，包含維修電工實訓內容主要包含常見電機控制及開關控制電路的原理學習，繼電器、交流接觸器、時間繼電器、信號繼電器、自復位按鈕、自鎖按鈕、日光燈實驗、機床線路實驗等。其中軟件具有儀器儀表結構展示、原理演示、接線操作、運行演示等3D功能，可直觀了解各種典型儀器儀表的特點和外觀。采用開放的資源導入設計方式，除了已經固化在軟件中的實訓內容，后期還可以根據學校需求添加儀器儀表庫。系統使用3D虛擬仿真技術，通過鼠標可以實現在虛擬場景中的漫游和對儀器儀表模型的動態控制，從而達到360度無死角觀察器件外觀細節的效果。與本次提供的電力電子實驗模塊配套，虛擬軟件中的三維設備與實際設備一致，學生可以通過虛擬環境做真實實驗的數據和操作方式，軟件由虛擬仿真學習和虛實結合仿真學習系統兩部分組成。仿真平臺模擬真實實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境；虛擬實驗教學管理系統提供全方位的虛擬實驗教學輔助功能，實驗前的原理學習、典型實驗庫的維護、實驗過程的指導等功能，為實驗教學環境提供服務并開展應用。軟件虛擬仿真部分主要包括：電力電子及電子元器件的學習機認識、儀器儀表的使用規范及學習認識、電力電子實驗箱仿真實驗、數字電路的虛擬仿真實驗、模擬電路虛擬仿真實驗。器件認識及學習：主要包含電力電子、電阻、電容、二極管、三極管等常見模擬電路和數字電路、電路原理中用的四大件。其中軟件具有器件結構展示、原理演示、接線操作、運行演示等3D功能，可直觀了解各種典型元器件的特點和外觀。采用開放的資源導入設計方式，除了已經固化在軟件中的實訓內容，學生還可將制作的Solidwoks三維庫零件及其他格式素材添加到此軟件資源庫，后期還可以根據學校需求添加器件庫。系統使用3D虛擬仿真技術，通過鼠標可以實現在虛擬場景中的漫游和對器件模型的動態控制，從而達到360度無死角觀察器件外觀細節的效果。軟件內容包含實驗臺操作說明、實驗臺及模塊3D虛擬模型、元器件介紹、儀器使用、電路接線與運行等仿真內容；器件與實驗臺中儀器及元器件型號一樣，能夠配套使用于各實驗單元的三維仿真實驗。

浙江高聯檢測技術有限公司 2022-11-02

基于制藥認知智能為核心的中藥大品種培育關鍵技術

本項目創造性提出符合中藥特點的制藥工業大腦模型，將中藥傳統工藝與最新智能技術相融合，改革中藥粗放型生產制造方式，建成符合高效能生產優質中成藥要求的中藥智能制造平臺，成為信息化、網絡化、智能化制造中成藥的開拓者，為中藥制藥企業高效營運、提質降本、高質量發展提供了關鍵核心技術體系，實現了科學、嚴謹、智能、精準管控中藥制藥過程的技術跨越。關鍵技術1：中藥制藥關鍵物料屬性智能辨識技術本項目在中醫藥理論指導下，將現代醫學分子實驗方法與知識網絡分析等智能技術相融合，科學認知中成藥臨床優勢特色和中藥產品質量屬性。研發了3種辨識方劑化學物質的新方法，整合方劑藥材組成、化學成分、中醫證候和臨床療效等知識單元，從方-藥-病-證入手，提出三個層次的知識關聯網絡構建方法。根據“病證結合、方證對應、理法方藥一致”研究理念，構建了涵蓋藥材-證候、藥材-疾病、成分-疾病三個層次的方劑關聯知識網絡。在此基礎上，整合中醫遣方用藥規律、現代分離分析與高通量篩選技術，發展了基于知識發現的方劑活性物質智能認知新策略，研究發現小青龍湯類方宣肺平喘、助陽解表功效物質組以及一系列具有潛在抗病毒活性的方劑活性物質，不僅為詮釋方劑組方的科學內涵提供了技術工具，也為智能認知中成藥質量屬性探索了新路。以中醫氣血理論認識心腦血管疾病及2型糖尿病的共同特征，針對疾病發生發展的關鍵病理環節，以糖脂代謝、血管功能、血液流變等為重點，構建心腦血管疾病共有生物分子網絡模型；創新設計靶向PTP1B等關鍵靶點的熒光探針，用于辨識具有抗脂質累積、改善胰島素抵抗等生物效應的中藥活性物質，在此基礎上建立了“成分-靶點-通路-疾病”多層次網絡整體分析方法。以芪參益氣滴丸、冠心寧片、丹紅注射液等品種為研究載體，通過系統總結中成藥化學、生物及臨床應用信息，梳理中藥生產制造中所涉及的知識實體類、實體類屬性及屬性數據來源，并詳細描述各類實體間的關系，從而構建中藥制藥知識圖譜，科學認知中成藥臨床特色和中成藥質量屬性。關鍵技術2：中藥產品質量多屬性同時檢測技術本項目發明了可同時檢測中藥質量及其生物活性成分的方法以及中藥產品化學屬性與生物屬性同時檢測法，并建立了基于深度學習與計算視覺的中藥理化屬性與生物屬性高光譜同時檢測法，實現了中藥化學-生物屬性融合檢測、化學-生物-物理屬性融合檢測以及生物活性多重檢測，為多方位快速檢測中藥產品質量開辟了技術新路。創新設計中藥化學-生物融合檢測原理，通過在能夠特異性識別生物靶標的肽段上修飾易離子化的標簽分子，合成制備靶向質譜響應探針，用于多靶標高靈敏同步檢測，再使用DART-MS對中藥質譜指紋圖譜與多靶酶活性進行融合檢測，從而建立了基于質譜響應探針的中藥質量多屬性同時檢測法，可快速、靈敏、準確地同時檢測中藥產品化學成分一致性與生物活性，相關研究成果發表在國際分析技術領域頂級期刊《Analytical Chemistry》（IF=6.7）。首次將微流控芯片應用于中成藥質量評價，針對心腦血管疾病相關的兩個關鍵靶酶（凝血酶與血管緊張素轉化酶），發明并研制出多功能的微流控芯片，將其用于評價芪參益氣滴丸等中成藥的生物活性，實現了對正常與異常批次產品的準確識別，且效果優于色譜指紋圖譜方法。這種微流控芯片不僅可用于評價中藥產品生物活性，而且能夠同時篩選出中藥產品內具有酶抑制活性的化合物。將新一代人工智能技術與高光譜分析技術相融合，用于智能處理高光譜（可見光和短波近紅外）數據，研制出一種可同時檢測中藥注射劑化學、生物及物理質量屬性的在線分析方法。該方法包括一個端到端的多輸出深度學習模型和一種新的雙尺度異常檢測算法，前者以光譜數據為輸入，可同時測定多個化學成分含量和生物活性指標；后者通過對圖像數據進行邊緣檢測、角點檢測以及曲率計算，能檢測出最小直徑為60 μm的可見異物，實現了總黃酮、總內酯、抗氧化活性、抗凝血活性、色度及可見異物的同時檢測。關鍵技術3：中藥制藥過程多維度智能感知技術本項目建立了中藥制藥過程多維度智能感知技術，從不同方位表征制藥過程物料信息與時變特性，為智能認知制藥過程規律提供關鍵信息。采用高光譜和高速攝像等技術獲取不均勻藥材表面上光學數據，優選數據融合及分類方法，依靠計算機視覺準確感知藥材真偽、產地、質量等級；進一步與常規液相色譜檢測等技術相結合，從物理性狀、指標成分和大類成分等多個維度綜合精準感知藥材品質。針對致病微生物快速檢測，研制了基于SERS的生物傳感器，利用拉曼光譜儀快速檢測中藥產品中微生物，攻克微生物檢測時間長、靈敏度低的現場感知難題。針對提取過程等中藥制藥關鍵工序中有效成分時變信息檢測，采集并比對正常及異常工況時的提取動態光譜數據，采用機器學習算法建立監測模型，在線實時獲取過程中有效成分提出情況，通過提取數據積累，不斷提升模型精度，準確感知提取過程工藝品質。為有效降低異常工況發生率，提出中藥制藥過程軌跡監測方法，采用Hotelling T2、DModX和主成分得分等多維統計量綜合表征過程狀態，快速靈敏感知制藥過程狀態異常；根據狀態特征控制后續工況操作參數，提前排除潛在擾動因素，保持過程軌跡始終處于控制限內，攻克了中藥生產制造狀態無法測控的難題，并成功應用于丹紅注射液生產現場。運用所建立的適用于中藥復雜體系并體現整體觀的中藥制藥過程多維度智能感知技術，將制藥分析技術從以往的“檢測指標成分”創新發展為“監控制藥過程狀態”，科學測判中藥制藥過程狀態一致性，開創了中藥制藥過程一致性管控的技術先河。關鍵技術4：中藥制藥過程智能認知與優化技術本項目在中醫藥理論指導下，聚焦中藥先進制藥與信息化融合中的重大技術挑戰，創造性提出符合中藥特點的制藥工業大腦模型以及中成藥生產制造知識圖譜構建方法，建立了制藥過程智能認知與優化技術，打通“信息孤島”，從而能利用中藥工業大數據來發現中藥制藥知識，提升中藥制造智能化程度。建立藥材關鍵性質和關鍵過程參數范圍與過程產物品質之間的定量關系，明確制藥過程對藥材質量波動的承受能力大小，建立與之相匹配的投料藥材質控標準；進而采用不同批號藥材按比例混勻投料等均一化質控手段嚴控藥材關鍵指標成分含量波動在預設質控標準范圍內，顯著減少原料批次間差異，從制藥過程源頭保障了中藥質量。創建了風險分析和統計分析相結合的中藥制藥關鍵工藝單元辨析及工藝關鍵參數辨識技術，提出加權決定系數法綜合制藥工藝對有效成分含量、風險物質限量和生產效率等的多目標需求，自主開發計算機軟件并獲軟件著作權，為精準設定制藥過程控制目標參數提供了有效認知工具。

浙江大學 2021-05-10

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