一、装置概述
本装置旨在模拟水下环境，对绝对值编码器的防水性能及数据传输功能进行全面测试与演示。通过构建闭环控制系统，可实现对编码器在特定水压条件下的位置、速度及角度等参数的精准测量与实时监控。
二、核心原理
将绝对值编码器置于可加水加压的密封容器内，以此模拟水下特定深度环境（如 20 米水深）。借助步进电机搭配 3 轴减速箱，带动编码器与转盘同步转动。编码器实时采集位置和速度信号，并将其传输至 PLC（可编程逻辑控制器）。PLC 对数据进行运算处理后，通过 HMI（人机界面）以可视化形式实时展示电机的移动位置、旋转速度和旋转角度等测量数据。同时，HMI 上的交互按钮支持对电机的旋转速度和方向进行反向控制，从而形成完整的运动闭环系统。
三、功能特点
1. 防水模拟功能：采用在密封容器内充入气体加压的方式，无需实际水下环境，在实验室即可精准模拟特定深度（如 20 米）的水压条件，便捷地测试编码器防水性能。
2.动态展示效果：步进电机通过 3 轴减速箱同步带动编码器和转盘转动，直观呈现编码器在动态运行中的性能表现，增强演示的直观性与可操作性。
3.高效数据输出：绝对值编码器可直接同时输出位置和转速数据，具有响应速度快、延时短的显著优势，确保数据的实时性与准确性。
4.高分辨率测量：角度测量具备高分辨率展示能力，本实验中编码器分辨率设置为 36000，实际最高可设置至 18 位分辨率，满足高分辨率测量需求。
四、结构组成
（一）运动装置
- 封闭容器：用于模拟水下环境，容纳编码器并承受水压。
- 支架及附件：支撑和固定装置各部件，确保机械结构稳定。
- 步进电机：作为动力源，驱动编码器和转盘转动。
- 三轴减速箱：实现一台电机同时驱动编码器和转盘的旋转，保证运行平稳。
- 压力表：实时显示密封容器内的压力值，便于监控水压情况。
- 进气阀：用于向密封容器内充入气体，调节容器内压力。
- 绝对值编码器：采集位置和速度信号，是装置的核心测量部件。
（二）电气箱
- HMI（人机界面）：实时显示测量数据，提供交互按钮用于控制电机参数，实现人机交互。
- PLC（可编程逻辑控制器）：接收并处理编码器数据，控制电机运行，是系统的控制核心。
- 开关电源：为装置各电气部件提供稳定的电源。
- 电机驱动器：驱动步进电机运行，控制电机的转速和方向。
- 报警器：在系统出现异常情况时发出警报，提醒操作人员。
- 启动按钮（电机）：用于启动步进电机。
- 停止按钮（电机）：用于停止步进电机运行。
- 编码器接头：实现编码器与电气箱之间的数据传输连接。
- 电源接头：连接外部电源，为装置供电。
- 电源开关：控制装置的电源通断。
五、试验流程
（一）机械结构调试
- 检查机械结构中各连接杆的同轴度，可通过支架上的滑块进行精细调整。
- 调整完成后，务必锁紧滑块上的螺栓，确保机械结构牢固稳定，避免因松动影响试验精度。
（二）密封容器加水
- 密封容器上部设有 2 个进气阀，拆除其中一个进气阀上的接头，另一个进气阀保持打开状态。
- 使用漏斗向密封容器中添加一定量的水，添加完成后，将拆除的进气阀重新安装好。
（三）容器加压操作
- 打开其中 1 个进气阀的开关，另一个进气阀保持关闭状态。
- 使用充气泵或者压缩机，通过打开的进气阀向密封容器内加压。由于容器尺寸较小，为确保安全和模拟精度，建议将压力保持在 0.2MPa（该压力值相当于水深 20 米的水压）。
（四）电气连接与通电
- 将绝对值编码器的接头和电源线接头分别准确插入电气箱上对应的插头上，确保线路连接牢固且正确无误。
- 接通外部电源（220VAC），然后打开装置的电源开关，为系统供电。
（五）系统启动与运行
- 待触摸屏（HMI）程序加载完成后，按下电机启动按钮，步进电机即可带动编码器开始旋转，HMI 界面将动态显示电机的移动位置、旋转速度和旋转角度等实时测量数据。
- HMI 界面下方设有 3 个电机转速调节按钮（高速、中速、低速）和 2 个电机旋转方向按钮（正转和反转）。操作人员可根据试验需求，选择对应的功能按钮来控制电机的旋转速度和方向。需要注意的是，出于安全考虑，系统通过程序将电机的最大转速固定在 30RPM 以内。
（六）界面操作与数据重置
- 屏幕右上角设有 4 个按键，分别为英文、中文、用户登录和复位按键。点击英文或中文按钮，可将界面语言切换至对应的语种，方便不同操作人员使用。
- 在发生数据错误或者需要清零时，操作人员首先应点击用户登录界面，输入用户名 “haomiao” 和密码 “hmkj” 进行登录验证，验证通过后，点击复位按钮，即可实现数据重置清零操作。
- 作流程，确保操作规范安全。
- 加压过程中，密切关注压力表的数值，严禁超过建议压力值（0.2MPa），以免发生安全事故。
- 电气连接操作必须在断电状态下进行，避免因触电造成人员伤害或设备损坏。
- 装置运行过程中，禁止触摸运动部件，如步进电机、减速箱、编码器等，以免发生机械伤害。
- 如遇系统异常或报警情况，应立即按下停止按钮，切断电源，并及时通知专业人员进行检查和维修。
- 定期对装置进行维护和保养，检查机械结构的稳定性、电气部件的连接情况以及各功能的运行状态，确保装置始终处于良好的工作状态。
六、安全注意事项
- 在进行装置操作前，务必仔细阅读本操作说明，熟悉各部件的功能和操作流程，确保操作规范安全。
- 加压过程中，密切关注压力表的数值，严禁超过建议压力值（0.2MPa），以免发生安全事故。
- 电气连接操作必须在断电状态下进行，避免因触电造成人员伤害或设备损坏。
- 装置运行过程中，禁止触摸运动部件，如步进电机、减速箱、编码器等，以免发生机械伤害。
- 如遇系统异常或报警情况，应立即按下停止按钮，切断电源，并及时通知专业人员进行检查和维修。
- 定期对装置进行维护和保养，检查机械结构的稳定性、电气部件的连接情况以及各功能的运行状态，确保装置始终处于良好的工作状态。
