一种基于西门系列PLC的电气实验平台的制作方法

一种基于西门系列plc的电气实验平台
技术领域
1.本实用新型属于工业自动化控制领域，具体的说是一种基于西门系列plc的电气实验平台。


背景技术：

2.市面上现有的实验装置往往是针对高校开发的成套一体式实验装置，针对工业自动化控制领域而开发的电气实验平台装置结构较单一，功能不够强大，能模拟的仅仅是单个plc控制系统，不能实现上下位机通讯的模拟、plc之间相互通讯功能、也无法模拟现场各种工业控制器件的应用，软硬件系统跟不上时代发展的潮流，和目前的烟草工业自动化控制的应用环境有一定的差距。


技术实现要素：

3.本实用新型是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于西门系列plc的电气实验平台，以期能通过模块组合来模拟现场工业自动化控制硬件环境，从而能实现多功能、综合性的电气实验平台搭建。
4.本实用新型为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
5.本实用新型一种基于西门系列plc的电气实验平台的特点在于，包括：plc1500系统、plc300系统、网络交换机、上位机监控系统、安装背板；
6.所述plc300系统、所述plc1500系统、所述上位机监控系统分别通过工业以太网profinet与网络交换机连接；
7.所述plc1500系统包括：安装导轨a、pvc线槽a、电源模块a、中央处理器a、内网交换机、触摸屏hmi系统、分布式i/o子站系统et200sp、field device coupler耦合器、温度传感器、阀岛执行器件、控制薄膜阀、变频器；
8.所述安装导轨a、所述pvc线槽a分别通过铆钉与安装背板连接，所述中央处理器a、所述触摸屏hmi系统、分别通过电缆与电源模块连接；所述中央处理器a、所述触摸屏hmi系统、所述分布式i/o子站系统et200sp、所述变频器分别通过工业以太网profinet与内网交换机连接；所述field device coupler耦合器通过工业现场总线profibus_dp与中央处理器a连接，所述温度传感器、所述控制薄膜阀分别通过工业现场总线profibus_pa与field device coupler耦合器连接，所述阀岛执行器件通过工业现场总线profibus_dp与所述中央处理器a连接；
9.所述plc300系统包括：安装导轨b、pvc线槽b、电源模块b、ps307电源模块、中央处理器b、cp343-1通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、分布式i/o子站系统et200s、触摸屏hmi系统、继电器组；
10.所述安装导轨b、所述pvc线槽b分别通过铆钉与安装背板连接，所述中央处理器b、通过桥式连接器与ps307电源模块连接，所述中央处理器b通过模块连接器与cp343-1通讯模块连接，所述cp343-1通讯模块通过模块连接器与数字量输入模块连接，所述数字量输入
模块通过模块连接器与数字量输出模块连接；所述分布式i/o子站系统et200s、所述触摸屏hmi系统分别通过工业现场总线profibus_dp与中央处理器b连接，所述继电器组通过电缆分别与电源模块b、数字量输出模块连接；
11.本实用新型所述的电气实验平台的特点也在于：
12.所述分布式i/o子站系统et200sp包括：im155-6pn st接口模块、数字量输入模块di、数字量输出模块do、模拟量输入模块ai、模拟量输出模块ao、电机启动器模块；
13.所述数字量输入模块di、数字量输出模块do、模拟量输入模块ai、模拟量输出模块ao通过模块底座分别与im155-6pn st接口模块连接，所述电机启动器模块通过模块底座与im155-6pn st接口模块连接。
14.所述分布式i/o子站系统et200s包括：im151-1接口模块、pm-e供电模块、数字量输入模块4di、数字量输出模块4do、模拟量输入模块2ai、模拟量输出模块2ao、温度传感器；
15.所述pm-e供电模块、数字量输入模块4di、数字量输出模块4do、模拟量输入模块2ai、模拟量输出模块2ao通过模块基座分别与im151-1接口模块连接，所述温度传感器通过电缆与模拟量输入模块2ai连接。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
17.1、本实用新型具有更强的针对性。通过采用西门子系列plc新旧系统相结合的方式，构建一种综合性的电气实验平台，能够更贴近烟草行业工业自动化控制环境，对现场工业自动化控制器件进行诊断和调试，解决了现有实验装置不能够模拟工业现场的环境进行控制的问题，从而提高了设备维保效率，提高了电气专业人员技能水平，从而保障了现场生产的连续性。
18.2、本实用新型具有较强大的模拟功能，采用上下位系统的合理组合，能够模拟中央集控系统进行数据采集、过程控制、各主机设备间通讯功能。
19.3、本实用新型具有更强的实用性、实践性。该综合性电气实验平台装置可以作为故障再现模拟、电器元器件的离线诊断，通过这套电气实验平台的使用可以大大提高新进维修人员的动手能力。本电气实验平台采用真实控制器件，直观性很强，在这些具体线路的组装和调试中，需要进行大量的实际操作，从而提高了学员的动手能力和解决实际问题的能力。
附图说明
20.图1为本实用新型各元器件网络和硬件连接图；
21.图2为本实用新型电源模块供电图。
具体实施方式
22.本实施例中，一种基于西门系列plc的电气实验平台，是通过基于西门子s7-1500、s7-300系列plc、plc与计算机网络通讯技术的应用，构建plc电控系统、hmi人机交互系统、工业以太网、上下位机监控系统等综合性的电气实验平台。该平台包括：plc1500系统、plc300系统、网络交换机、上位机监控系统、安装背板；
23.如图1所示，plc300系统、plc1500系统、上位机监控系统分别通过工业以太网profinet与网络交换机连接；
24.plc1500系统包括：安装导轨a、pvc线槽a、电源模块a、中央处理器a、内网交换机、触摸屏hmi系统、分布式i/o子站系统et200sp、field device coupler耦合器、温度传感器、阀岛执行器件、控制薄膜阀、变频器；
25.安装导轨a、所述pvc线槽a分别通过铆钉与安装背板连接，其中安装导轨a为中央处理器a的安装导轨，pvc线槽宽5cm。如图1所示，中央处理器a、触摸屏hmi系统、分别通过电缆与电源模块连接，电源模块主要起到提供24v电源的作用；中央处理器a、触摸屏hmi系统a、分布式i/o子站系统et200sp、变频器分别通过工业以太网profinet与内网交换机连接，并对每一段连接网络进行编号，保证两端连接的正确性；field device coupler耦合器通过工业现场总线profibus_dp与中央处理器a连接，温度传感器、控制薄膜阀分别通过工业现场总线profibus_pa与field device coupler耦合器连接，耦合器的主要作用是降低dp网速，将dp网络转换成pa网络，使得温度传感器和控制薄膜阀能够被中央处理器a识别到；阀岛执行器件通过工业现场总线profibus_dp与所述中央处理器a连接。
26.plc300系统包括：安装导轨b、pvc线槽b、电源模块b、ps307电源模块、中央处理器b、cp343-1通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、分布式i/o子站系统et200s、触摸屏hmi系统b、继电器组。
27.安装导轨b、所述pvc线槽b分别通过铆钉与安装背板连接，如图1所示，中央处理器b、通过桥式连接器与ps307电源模块连接，中央处理器b通过模块连接器与cp343-1通讯模块连接，cp343-1通讯模块通过模块连接器与数字量输入模块连接，数字量输入模块通过模块连接器与数字量输出模块连接；分布式i/o子站系统et200s、触摸屏hmi系统b分别通过工业现场总线profibus_dp与中央处理器b连接；如图1和图2所示，触摸屏hmi系统b、继电器组通过电缆分别与电源模块b连接，继电器组通过电缆与输出模块连接；
28.具体实施中，plc1500系统包含以下子系统：
29.分布式i/o子站系统et200sp包括：im155-6pn st接口模块、数字量输入模块di、数字量输出模块do、模拟量输入模块ai、模拟量输出模块ao、电机启动器模块；
30.其中数字量输入模块di、数字量输出模块do、模拟量输入模块ai、模拟量输出模块ao通过模块底座分别与im155-6pn st接口模块连接，电机启动器模块通过模块底座与im155-6pn st接口模块连接，如图2子站系统24v供电，包括接口模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块及电机启动器底座24v供电是通过电源模块a提供。
31.本实施例中，plc300系统包含以下子系统：
32.分布式i/o子站系统et200s包括：im151-1接口模块、pm-e供电模块、数字量输入模块4di、数字量输出模块4do、模拟量输入模块2ai、模拟量输出模块2ao；
33.pm-e供电模块、数字量输入模块4di、数字量输出模块4do、模拟量输入模块2ai、模拟量输出模块2ao通过模块基座分别与im151-1接口模块连接，如图1所示，其中子站系统中的pm-e模块供电是ps307电源模块通过电缆连接提供，其余模块供电是通过模块底座与pm-e模块连接实现的。
34.以上为实验平台的plc1500系统和plc300系统的具体连接形式，实验平台的具体实施步骤如下:
35.步骤1、设计一种墙面式电气实验平台安装背板，背板形式不同于电控柜，采用3mm厚网孔式钢板，圆孔尺寸直径0.5cm，孔间间隙为1cm,上部和下部各空10cm。每面总高
250cm,宽85cm。沿墙面铺设，最左侧两块用于电气实验平台机械装置和执行器件的固定，中间一块用于放置实验平台简介以及触摸屏控制系统。右侧两块版用于分别安装plc1500系统和plc300系统装置及电源供电箱。
36.步骤2、采用分层设计，主控制器占高23cm，空开和电源模块占20cm,电机启动器及分布式i/o系统占35cm，端子排占20cm。采用5cm宽pvc线槽进行布线，器件安装高度距整个背板顶部45cm，距背板底部距离55cm，左右各空8cm间距。
37.步骤3、设计触摸屏hmi系统的安装形式。采用宽46.8cm高52cm厚12cm的箱体，开出长方孔放置15英寸触摸屏，下部开出圆孔用于安装旋钮开关、急停开关、面板指示灯等器件，孔径大小按照国际标准器件尺寸。
38.步骤4、触摸屏监控软件根据现场设备选用西门子wincc flexible2008 sp4版本，中央集控软件选用wincc v7.5 sp1版本，设置一台一体机作为中央集数据采集系统。
39.步骤5、电气实验平台网络通讯形式，根据图1连接形式，对连接网络线缆进行编号。
40.步骤6、按照选择的硬件和网络通信形式，进行电气原理图的绘制，对接线端子排和各器件线路进行编号，做到现场接线同设计图纸一一对应。
41.步骤7、完成上位机系统、plc1500系统、plc300系统的安装接线，进行供电系统硬件组态调试，并设计如下功能：
42.(1)进行数字量、模拟量信号的采集功能；
43.(2)对执行器件如控制薄膜阀进行控制；
44.(3)对执行器件阀岛进行网络通讯控制功能；
45.(4)模拟现场顺序功能控制；
46.(5)模拟变频控制功能；
47.(6)模拟两主站系统通讯和中央集中控制系统功能；
48.(7)实现本地hmi系统操作监控功能；
49.(8)对新型器件应用进行预调功能；
50.(9)人才培训实验教学；
51.(10)其他可扩展、可自由设计模拟课题的功能。