可编程控制器是高等学校电气类专业比较重要的专业基础课之一, 在工业自动化中也占有重要的地位。可编程控制器已经逐步取代电气自动化领域传统的继电器控制方式, 成为当今电气自动化领域中不可或缺的重要控制器件。可编程控制器和现场总线技术在教学过程中必须始终坚持以应用为目的。必须被重视实验和实践环节, 充分培养学生的工程实践能力。针对这个要求, 组建了一套基于现场总线网络结构的可编程控制器实验系统。该系统以主、从方式组建, 可以兼顾电气控制及可编程控制、现场总线技术及其应用等课程的实验、实践环节的要求, 是一个反映了当前工业自动化新技术和发展方向的实验平台。
当前, 世界上有200多个厂家生产了数百个种类的可编程控制器产品, 在课堂中不可能针对多个产品进行教学, 并且, 从理论上来讲也没有这个必要。各种PLC之间虽然存在着一些差异, 但其编程语言和硬件系统从根本上来说是相似的。德国西门子公司生产的PLC功能强大, 并且占有较大的市场份额, 是可编程控制器应用中的主流机型, 适合于各种行业中的监测和控制自动化系统, 并且可以方便的互联为网络, 实现分布式控制, 本实验系统选择西门子公司生产的可编程控制器为典型教学机型。
实验系统总体上以PROFIBUS现场总线为基础, 采取主从式结构, 构成一个单主站系统。采用西门子的中型可编程控制器S7-300作为主站, 并配置了西门子S7-200小型PLC作为系统的智能从站, 如图1所示。S7-300是模块化PLC系统, 能满足工业系统中等性能要求的应用, 各种单独的模块之间可进行组合以实现功能扩展。系统主站CPU模块采用CPU315-2DP, 该模块自带DP结接口, 可以形成强有力的通信网络, 最高能以12M位/秒的传输速率进行数据传输, 可连接127个网络上的结点进行数据交换。该主站还配备了SM321数字量输入模块和SM335 4入/4出模拟量输入/输出模块, 该配置使主站能独立完成一些控制功能。
从站是西门子公司生产的S7-200系列的CPU226, 主机带有24点数字量输入, 16点数字量输出, 主机本身就是一个独立的系统, 可以完成一定的控制功能。系统还配置了模拟量和数字量输入输出扩展模块, 以及能够完成PROFIBUS通讯功能的模块EM-277。从站S7-200的系统组成如图2所示, 其中数字量扩展模块选用的是EM223EM221, EM222。模拟量扩展模块选用的是EM235, 该模块具有4路模拟量输入和1路模拟量输出。在工业自动控制系统中, 为了实现参数设定和控制过程中的相关实时信息的显示, 需要配置一些人机接口。本实验系统采用文本显示器TD200作为人机接口它价格便宜, 能完成基本的参数设置和文字信息显示, 能显示两行20个汉字。
该实验系统采用国际上流行的PROFIB U S-D P作为基本架构, PRO B IBU S是西门子公司开发的一种现场总线, 是国际上应用最为成功的现场总线之一, 也是我国的现场总线国家标准。本系统主要采用以逻辑顺序控制为主的DP技术, 将主站S7-300通过标准的DP电缆与分散的智能从站S7-200连接起来, 进行数据交换, 并对整个网络进行管理和控制。
该系统可以完成PLC应用技术课程实验, 在该系统中能够熟悉和掌握小型PLC S7-200和中型PLC S7-300的编程软件的使用, 学会编制PLC的开关量控制程序和模拟量控制程序, 掌握人机接口的组态和编程方法。由于该系统以PROFIBUS-DP网络构建, 在该系统中也能够完成现场总线技术的基本实验, 如PROFIBUS-DP的网络配置, 电缆的连接和安装, 接线错误的查找, PR OFIB US-D P网络的组态和调试实验。
该实验系统技术先进, 符合自动控制系统的发展趋势, 以国际上应用广泛, 并且也是我国国家标准的PROFIBUS现场总线完成架构, 为教学提供了一个从工业现场直至生产管理层的全方位、开放式的网络。该实验系统不但能够满足本科生可编程控制技术、控制网络技术等课程的实践、课程设计的需求, 也为教师从事网络型全分散数字控制系统的研究提供了一个良好的平台。
摘要：可编程控制器和现场总线是自动化重要的专业课, 这些课程都具有较强的工程性, 需要大量的实验和实践环节巩固和锻炼学生的动手能力。本系统为这两门课程提供了一个涵盖当今先进技术的实验平台, 能够满足学生实验和教师科研的需求。该系统具有良好的扩展性, 可根据实验内容的不同增加相应的设备, 对系统进行扩展。
关键词：可编程控制器,现场总线,实验系统,构建
[1] 王永华.现场总线技术及应用教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2] JB/T10308.3-2005.测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3:PROFIBUS规范[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[3] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.
