一种现场总线控制实验实训教学平台的制作方法

本发明涉及实践教学实训设备技术领域，尤其涉及一种现场总线控制实验实训教学平台。

背景技术：

现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络，即将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行数字化的网络。通讯网络的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，实现了设备的高性能化、高可靠化、保养简便化并且节省了配线。

现场总线的传统控制系统与现场设备之间的信号传输主要依靠I/O连线连接，并以此监控现场设备。但是，传统的控制系统常常暴露出底层数据不全、息集成能力不强的问题，不能完全满足自动化系统对底层数据的要求，而且系统的软、硬件通常只能使用一家产品，配套使用。因此，使用一种现场总线技术很难满足生成企业的技术要求。

目前，在各大、中专院校均开设有现场总线控制系统的课程，但仍采用的是传统控制系统，并且只采用某一种总线控制系统，教学内容单一，只能演示一个通信控制系统，实践教学效果欠佳，且由于传统控制系统的软、硬件通常只能配套使用，所以教学成本较高。因此，现有技术还有待于改进和发展。

因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种现场总线控制实验实训教学平台，旨在解决现有现场总线控制教学只采用一种软、硬件配套使用的通讯控制系统，教学内容单一、教学成本较高，学生实践课程欠佳的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种现场总线控制实验实训教学平台，其中，包括：

教学平台本体；

分别设置在所述教学平台本体上的用于对第三方设备信息的采集和控制的Profibus-DP通讯控制系统；

用于数据的交换和监控的MODBUS通讯控制系统；

用于支持普通模式通信和瞬间通信的CC-Link通讯控制系统；

第一变频传动模组；

第二变频传动模组；

所述Profibus-DP通讯控制系统与所述MODBUS通讯控制系统电连接、所述MODBUS通讯控制系统与所述CC-Link通讯控制系统电连接；

所述Profibus-DP通讯控制系统与所述第一变频传动模组电连接；所述MODBUS通讯控制系统与所述CC-Link通讯控制系统分别与所述第二变频传动模组电连接；

所述Profibus-DP通讯控制系统、所述MODBUS通讯控制系统、所述CC-Link通讯控制系统分别与主控计算机连接。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，所述第一变频传动模组包括：

第一变频器、第一变频器BOP面板、Profibus-DP模板及第一三相异步电机；

所述第二变频传动模组包括：

第二变频器、变频器CC-Link通信连接器及第二三相异步电机。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，所述Profibus-DP通讯控制系统具体包括：

第一可编程控制器、DP主站通信模块、DP接口模块、数字量信号模块、模拟量信号模块、所述Profibus-DP模板及所述第一变频器BOP面板；

所述Profibus-DP通讯控制系统的第一可编程控制器通过DP主站通信模块和DP接口模块连接可分别单独监控数字量信号模块和模拟量模块；第一可编程控制器通过DP主站通信模块和Profibus-DP模板连接可单独监控第一变频器；第一可编程控制器通过DP主站通信模块和DP接口模块以及Profibus-DP模板连接可同时监控数字量信号模块与模拟量模块以及第一变频器。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，所述MODBUS通讯控制系统具体包括：

第一可编程控制器、第二可编程控制器、第三可编程控制器、485ADP-MB通讯模块、485-BD通讯信号板、485通信模块、数字量采集器、模拟量采集器及所述第二变频器；

所述MODBUS通讯控制系统第二可编程控制器通过485-BD通讯信号板可分别单独监控数字量采集器、模拟量采集器、第三可编程控制器以及第二变频器；第二可编程控制器通过485ADP-MB通讯模块可分别单独监视数字量采集器、模拟量采集器、第一可编程控制器、第三可编程控制器以及第二变频器；第二可编程控制器通过485ADP-MB通讯模块和485-BD通讯信号板以及485通信模块连接同时监控数字量采集器、模拟量采集器、第一可编程控制器、第三可编程控制器以及第二变频器。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，所述CC-Link通讯控制系统具体包括：

第二可编程控制器、第三可编程控制器、CC-Link主站模块、CC-Link从站模块、远程数字量I/O站、远程模拟量I/O站、变频器CC-Link通信连接器及所述第二变频器；

所述CC-Link通讯控制系统第二可编程控制器通过CC-Link主站模块与第三可编程控制器通过CC-Link从站模块连接可单独监控第三可编程控制器；第二可编程控制器通过CC-Link主站模块可单独监控远程数字量I/O站；第二可编程控制器通过CC-Link主站模块可单独监控远程模拟量I/O站；第二可编程控制器通过CC-Link主站模块与变频器CC-Link通信连接器连接可单独监控第二变频器；第二可编程控制器通过CC-Link主站模块可同时监控三可编程控制器、远程数字量I/O站、远程模拟量I/O站以及第二变频器。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，还包括：

用于采集电压和电流信号并输入上位机的模拟量采集器；

用于从待测设备模拟和数字被测单元中自动采集电量或非电量信号并发送至上位机的数字量采集器。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，还包括：用于监测和控制设备温湿度的传感器模块，所述传感器模块包括温度传感器、温湿度传感器、接近开关、光电开关及大气压力变送器。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，还包括：

用于显示控制/输出的显示指令区；

用于执行操作的运算/执行操作指令区；

所述显示指令区设置有多个指示灯；

所述操作指令区设置有多个按钮。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，还包括：

电源模块，所述电源模块包括开关电源及漏电开关。

所述现场总线控制实验实训教学平台，其中，所述主控计算机控制所述Profibus-DP通讯控制系统、MODBUS通讯控制系统、CC-Link通讯控制系统的操作程序，当其中的任一操作出现错误或故障时即发出警告并提示正确的操作步骤。

有益效果：本发明提供的一种现场总线控制实验实训教学平台，通过分别在所述教学平台上的Profibus-DP通讯控制系统、MODBUS通讯控制系统、CC-Link通讯控制系统、第一变频传动模组及第二变频传动模组，并通过在主控计算机系统内预置各个控制系统的操作规程，在教学内容上能够覆盖各个控制系统的教学知识点，实现了知识学习与实践应用的结合。所述教学平台的布局清晰直观，且各个通讯系统之间既可以单独操作，也可以同时操作，增加了整个实验实训教学平台的灵活性、多样性和逻辑性，丰富了教学效果。学生在进行接线练习时，结合主控计算机的操作规程，能够有效降低接线错误的概率，同时方便故障排除，而无需花费大量的时间进行寻线、测线。

附图说明

图1为本发明所述现场总线控制实验实训教学平台整体结构示意图。

图2为本发明所述现场总线控制实验实训教学平台的主视图。

图3为本发明所述现场总线控制实验实训教学平台的左视图。

具体实施方式

本发明提供一种现场总线控制实验实训教学平台。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1-2，图1为本发明所述现场总线控制实验实训教学平台整体结构示意图，图2为本发明所述现场总线控制实验实训教学平台的主视图。如图1-2所示，所述现场总线控制实验实训教学平台，包括：

教学平台本体10；

分别设置在所述教学平台本体10上的用于对第三方设备信息的采集和控制的Profibus-DP通讯控制系统；

用于数据交换和监控的MODBUS通讯控制系统；

用于支持普通模式通信和瞬间通信的CC-Link通讯控制系统；

第一变频传动模组；

第二变频传动模组；

所述Profibus-DP通讯控制系统与所述MODBUS通讯控制系统电连接、所述MODBUS通讯控制系统与所述CC-Link通讯控制系统电连接；

所述Profibus-DP通讯控制系统与所述第一变频传动模组电连接；所述MODBUS通讯控制系统、所述CC-Link通讯控制系统分别与所述第二变频传动模组电连接；

所述Profibus-DP通讯控制系统、所述MODBUS通讯控制系统、所述CC-Link通讯控制系统分别与主控计算机连接。

具体地，所述Profibus-DP通讯控制系统，可通过PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）与远程I/O模块，变频器等现场设备进行DP现场总线控制，从而实现对第三方设备信息的采集和控制，其可对设备的分散式数字和现场网络进行控制；所述MODBUS通讯控制系统，是一种能够通过采用不同厂家的PLC及现场设备实现通讯的系统，其在进行数据交换、监控等方面被广泛应用，是一种优异的网络协议，已被不少的生产厂家应用；所述CC-Link通讯控制系统的一个整层网络可由 1 个主站和 64 个从站组成。网络中的主站由 PLC 担任, 从站则可以是远程I/O模块 、特殊功能模块 、带有 CPU 和 PLC 本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表 、阀门等现场仪表设备 。另外，所述CC-Link通讯控制系统可实现从 CC-Link 到 AS-I 的联接，同时，CC-Link通讯控制系统具有高速的数据传输速度, 最高可达 10 M b/ s ，CC-Link通讯控制系统的底层通信协议遵循 RS 485 。 而一般情况下, CC-Link通讯控制系统主要采用广播-轮询的方式进行通信 ,但也支持主站与本地站 、智能设备站之间的瞬间通信。

可见，本发明将所述Profibus-DP通讯控制系统、所述MODBUS通讯控制系统、所述CC-Link通讯控制系统嵌设于实验实训教学平台上，并分别与主控计算机连接，且各个通讯系统之间既可以单独操作，也可以同时操作，实现了机电一体化教学。

同时，由于所述Profibus-DP通讯控制系统、MODBUS通讯控制系统、CC-Link通讯控制系统、电源模块及传感器模块的接线端子分别与对应的香蕉插座11内的插针连通，学生可根据所进行的实验进行接线操作。当需要实现某一通讯系统控制时，只需将对应通讯系统的香蕉插座11与通讯电缆（图中未示出）连接即可，这一操作取代了传统教学中需要通过将端子排上的接线端子使用螺钉拧紧以实现电连接的做法，从而使得教学中的练习操作更加简便快捷。这样，既锻炼了学生的动手能力及观察能力，又增强学生对实验实训教学平台的熟悉程度，激发学生的学习兴趣。

具体地，所述香蕉插座11均标明了接口出处，使得教学中的练习操作简单易懂，便于学生掌握学习。为了便于区分、提高安全性，避免出现因接线错误而导致模块损坏的情况，在本发明实施例中，还将各种功能的香蕉插座11进行颜色与尺寸的划分。例如：电源正极使用半径为4mm的红色香蕉插座，电源负极使用半径为4mm的黑色香蕉插座，信号端子则采用半径为2mm的蓝绿黄三色香蕉插座。另外，本发明的各个组件均是嵌设于教学平台本体10上的，其外观简洁美观，体积小、灵活度高，有效避免了传统技术上采用悬挂式设置而导致的整体布局凌乱、安全性、可靠性差的问题。

进一步地，如图1-2所示，所述第一变频传动模组包括：第一变频器70、第一变频器BOP面板、Profibus-DP模板35及第一三相异步电机（未示出）；所述第二变频传动模组包括：第二变频器80、变频器CC-Link通信连接器45及第二三相异步电机（图中未示出）。所述第一变频器70与第二变频器80分别嵌设于所述教学平台本体10正面的左右两侧，所述教学平台本体10的下部侧壁上设有变频电机航空插口16和变频电机航空插口18。所述第一变频器70通过所述变频电机航空插口16与所述第一三相异步电机连接，所述第二变频器80通过所述变频电机航空插口18与所述第二三相异步电机连接。优选地，所述第一变频器70为西门子变频器，第二变频器80为三菱变频器，所述变频器CC-Link通信连接器45为三菱变频器CC-Link通信连接器。

变频传动是一种通过改变输入电源频率的方式来控制交流电动机的技术。采用变频传动的装置一般称为变频器。变频器通常分为两部分：整流单元和逆变器。整流单元将交流电转化为直流电，逆变器通过电子开关将直流电转化成所需频率的方波，多次叠加成为近似正弦交流电，驱动电动机。

进一步地，如图1-2所示，所述Profibus-DP通讯控制系统具体包括：

第一可编程控制器30、DP主站通信模块31、DP接口模块34、数字量信号模块33、模拟量信号模块32、Profibus-DP模板35及所述第一变频器BOP面板。所述第一可编程控制器30，用于存储程序，其根据控制要求，通过控制信号，执行各项用户指令，所述模拟量信号模块32则用于对相对应的模拟量传感器进行运算和转换，变成数字量；所述数字量信号模块33用于对相对应的开关量信号的输入/输出。所述DP主站通信模块31、DP接口模块34 以及Profibus-DP模板35用DP通讯线（图中未示）分别与相对应的接口连接，从而实现Profibus-DP通讯控制系统对所述第一变频器70、所述数字量信号模块33及所述模拟量信号模块32进行监控。

具体实施时，所述Profibus-DP通讯控制系统的第一可编程控制器30通过DP主站通信模块31和DP接口模块34连接分别单独监控数字量信号模块33和模拟量模块32；第一可编程控制器30通过DP主站通信模块34和Profibus-DP模板35连接单独监控第一变频器70；第一可编程控制器30通过DP主站通信模块31和DP接口模块34与Profibus-DP模板35连接可同时监控数字量信号模块33与模拟量模块32以及第一变频器70。

进一步地，如图1-2所示，所述MODBUS通讯控制系统具体包括：第一可编程控制器30、第二可编程控制器40、第三可编程控制器46、485ADP-MB通讯模块51、485-BD通讯信号板50和485-BD通讯信号板52、485通信模块55、数字量采集器53、模拟量采集器54及所述第二变频器80。其中，所述模拟量采集器54用于采集电压和电流信号并输入上位机；所述数字量采集器53用于从待测设备模拟和数字被测单元中自动采集电量或非电量信号并发送至上位机。所述第二可编程控制器40，用于存储程序，其根据控制要求通过控制信号，执行各项用户指令。所述数字量采集器53用于对相对应的开关量信号的输入/输出，所述模拟量采集器54用于对相对应的模拟量传感器进行运算和转换，变成数字量。所述485-ADP-MB通信信号板51、485-BD通信信号板50、数字量采集器53、模拟量采集器54及用于通讯传输的485通信模块55均用RS485通讯线（图中未标示）分别与相对应的接口连接，从而实现MODBUS通迅控制系统对所述第二变频器80、所述数字量采集器53及所述模拟量采集器54进行监控。

具体实施时，所述MODBUS通讯控制系统的第二可编程控制器40通过485-BD通讯信号板50分别单独监控数字量采集器53、模拟量采集器54、第三可编程控制器46以及第二变频器80；第二可编程控制器40通过485ADP-MB通讯模块51分别单独监视数字量采集器53、模拟量采集器54、第一可编程控制器30、第三可编程控制器46以及第二变频器80；第二可编程控制器40通过485ADP-MB通讯模块51、485-BD通讯信号板52及485通信模块55连接同时监控数字量采集器53、模拟量采集器54、第一可编程控制器30、第三可编程控制器46以及第二变频器80。

进一步地，如图1-2所示，所述CC-Link通讯控制系统具体包括：第二可编程控制器40、第三可编程控制器46、CC-Link主站模块41、CC-Link从站模块42、远程数字量I/O站44、远程模拟量I/O站43、变频器CC-Link通信连接器45及第二变频器80。所述第三可编程序控制器46，用于存储程序，其根据控制要求通过控制信号，执行各项用户指令。所述远程模拟量I/O站43用于对相对应的模拟量传感器进行运算和转换，使其转变为数字量。所述远程数字量I/O站44用于对相对应的开关量信号的输入和输出。所述CC-Link主站模块41、所述CC-Link从站模块42、所述远程模拟量I/O站43、所述远程数字量I/O站44及所述变频器CC-Link通信连接器45用CC-Link通讯专用电缆（图中未标示）分别与相对应的接口连接，实现CC-Link通讯控制系统对所述第二所述变频器80、所述远程数字量I/O站44及所述远程模拟量I/O站43进行监控。

具体实施时，所述CC-Link通讯控制系统的第二可编程控制器40通过CC-Link主站模块41与第三可编程控制器46通过CC-Link从站模块42连接可单独监控第三可编程控制器46；第二可编程控制器40通过CC-Link主站模块41可单独监控远程数字量I/O站43；第二可编程控制器40通过CC-Link主站模块41与变频器CC-Link通信连接器45连接单独监控第二变频器80；第二可编程控制器40通过CC-Link主站模块41同时监控第三可编程控制器46、远程数字量I/O站44、远程模拟量I/O站43以及第二变频器80。

进一步地，所述主控计算机控制所述Profibus-DP通讯控制系统、MODBUS通讯控制系统、CC-Link通讯控制系统的操作程序，当其中的任一操作出现错误或故障时即发出警告并提示正确的操作步骤。

具体实施时，在主控计算机中预先设置各个通讯控制系统的操作程序及纠错程序，当所述所述Profibus-DP通讯控制系统、所述MODBUS通讯控制系统与所述CC-Link通讯控制系统中的任一操作出现错误或故障时即发出警告并提示正确的操作步骤。这样，教师在安排练习项目时可严格按计划实施实践教学，学生则可以轮换设备进行练习操作，提高学生的技能操作能力，同时也方便故障的排除。

优选地，所述可编程控制器30为西门子S7-1200PLC，所述可编程控制器40以及可编程控制器46均为三菱FX3U-16MT/ES-A PLC，所述变频器70为西门子MM420变频器，所述变频器80为三菱FR-E720S-0.4K-CHT变频器，所述CC-Link主站模块41为FX3U-16CCL-M，所述CC-Link从站模块42为FX3U-64CCL，所述远程模拟量I/O站43为AJ65SBT-64AD，所述远程数字量I/O站44为AJ65SBTB1-16DT，所述变频器CC-Link通信连接器45为FR-A7NC E kit，所述数字量信号模块33为SM323（8DI/8D0），所述模拟量信号模块32为SM334（4AI/2A0），所述DP接口模块34为ET200M (IM151-1), 所述Profibus-DP模板35为6ES6400-1PB00-0AA0。本发明选用国内外知名的大品牌生产一线工业部件，可高度仿真企业生成线的运作规程，便于学生学习与了解实际工作岗位上的工作流程，增强学生学习技能的实用性、有效性与稳定性。

进一步地，如图1-2所示，所述现场总线控制实验实训教学平台，还包括：用于显示控制/输出的显示指令区、用于执行操作的运算/执行操作指令区及电源模块。其中，所述显示指令区设置有多个指示灯13，所述操作指令区设置有多个按钮14。所述电源模块包括开关电源（图中未标示）以及漏电开关60。优选地，所示开关电源为24V开关电源。所述漏电开关60设于教学平台本体10侧壁，所述24开关电源设于教学平台本体内部。

更进一步地，如图1所示，所述教学平台本体10的侧壁上还设置有电源插口17，用于与给本发明所述的现场总线控制实验实训教学平台供电外部电源进行连接。具体实施例时，所述教学平台本体10上还设置有6个船形开关15，较佳地，左起第1-3个为220V电源控制、左起第4-6个为24V电源控制，分别用于对CC-Link通讯控制系统、Profibus-DP通讯控制系统以及MODBUS通讯控制系统进行供电控制，即每一个通讯控制系统由一个220V电源和一个24V电源控制，且每一个开关均可单独通电、断电，提高了用电的安全性和可靠性。

进一步地，如图3所示，所述现场总线控制实验实训教学平台，还包括：用于监测和控制设备温湿度的传感器模块，所述传感器模块包括温度传感器91、接近开关93、光电开关94、温湿度传感器90及大气压力变送器92。各种传感器的设置可以实时监控设备的温度、湿度等环境参数，使学生较全面地认识各种类型的传感器并掌握相关理论知识。

综上所述，本发明通过各个通讯控制系统的功能演示，可进行直观的对比与观察，方便学生理解与应用理论知识，且本发明的布局清晰合理直观，通过Profibus-DP通讯控制系统、MODBUS通讯控制系统、CC-Link通讯控制系统用于监控变频器、数字模块以及模拟量模块。此外，还进行了通讯系统的划分，各个通讯系统之间既可以单独运作，也可以同时运作。这样，不仅达到了丰富的教学效果，而且增加了整个实验实训教学平台的灵活性、多样性及逻辑性，学生在进行接线时，能够直观对比观察，保持思维清晰，从而有效降低接线错误的概率，并且由于主控计算机预设置的操作程序及纠错程序，因此也方便故障的排除，无需花费大量的时间进行寻线、测线。且由于所述教学平台本体10由一体化铝合金型材与不锈钢面板12搭建而成，因此所述的现场总线控制实验实训教学平台体积较小，可广泛应用于桌面教学，降低教学成本。所述教学平台本体10整体呈L型，具有用于安装各模块的倾斜安装面漏电开关，因此，可增大安装面积以及模块安装数量，减小教学平台本体10体积，节约占用的空间面积。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。