【工業自動化與控制網絡實驗平臺】
功能/作用介紹
簡介
工業控制網絡是近年來發展形成的自動控制領域的網絡技術，是計算機技術、通信技術與自動控制技術相結合的產物，其主要包括現場總線技術和工業以太網技術。
為了使我院自動化專業的學生能夠加深對工業控制網絡的理解，直接接觸和操作先進的工業控制設備，熟悉工業現場總線的原理和運行機制，使之走上工作崗位后能立即參與解決工程實際問題，我們研制了一套工業控制網絡綜合實驗系統。該實驗系統模擬工業現場實際情況，通過PROFIBUS總線和工業以太網，建立主從站通信系統，實現各類傳感器的實時數據采集和遠程監控。同時,該實驗平臺還可以為現場總線技術、工業自動化與控制網絡、集散控制系統、工業自動化系統課程設計、過程控制等專業課程服務。
實驗系統以西門子S7-200為從站、以S7-300PLC為主站，通過I/O、AD/DA、 iCAN總線等模塊，將工業中常用的各種傳感器和檢測儀器儀表分別連接到PROFIBUS總線和工業以太網，建立主從站系統，通過總線的通信機制來交換數據，及時獲取控制現場儀表或傳感器的測量數據，實時向上位機發送數據并返回控制指令。
該工業控制網絡綜合實驗系統包含PROFIBUS網絡和工業以太網網絡。在搭建綜合系統時，可以分別搭建子網絡，然后組合成綜合控制網絡系統。
工業控制網絡綜合實驗系統模擬工業現場實際情況，通過PROFIBUS總線和工業以太網，建立主從站通信系統實驗系統以西門子S7-200為從站、以S7-300PLC為主站，通過I/O、AD/DA、 iCAN總線等模塊，將工業中常用的各種傳感器和檢測儀器儀表分別連接到PROFIBUS總線和工業以太網，建立主從站系統，通過總線的通信機制來交換數據，及時獲取控制現場儀表或傳感器的測量數據，實時向上位機發送數據并返回控制指令。
PROFIBU總線在工業現場中以站點為單位，每一個數據采集點為一個站點，該站點可以測取數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等數據，將測取的數據匯總在站點CPU模塊中。將站點掛接到總線上，作為總線上的一個節點，通過站點地址，該站即可進行數據交換。在實驗系統PROFIBUS總線網絡中，主從站系統依靠PROFIBUS協議完成數據交換;在工業以太網網絡中，主從站的數據交換通過TCP/IP協議實現，主站作為客戶端，從站作為服務器端。
基于S7-200從站系統主要由電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，熱電阻模塊組成。S7-200從站系統的現場設備采用工業中常用的儀器儀表，包括變頻器、PT100傳感器、溫濕度傳感器、光電傳感器、HMI(4201)監視器、繼電器、調節閥等。PROFIBU總線在工業現場中以站點為單位，每一個數據采集點為一個站點，該站點可以測取數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等數據，將測取的數據匯總在站點CPU模塊中。將站點掛接到總線上，作為總線上的一個節點，通過站點地址，該站即可進行數據交換。在實驗系統PROFIBUS總線網絡中，主從站系統依靠PROFIBUS協議完成數據交換;在工業以太網網絡中，主從站的數據交換通過TCP/IP協議實現，主站作為客戶端，從站作為服務器端。
基于S7-200從站系統主要由電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，熱電阻模塊組成。S7-200從站系統的現場設備采用工業中常用的儀器儀表，包括變頻器、PT100傳感器、溫濕度傳感器、光電傳感器、HMI(4201)監視器、繼電器、調節閥等。
基于S7-300的主站系統主要由以下幾部分組成：電源模塊、CPU模塊、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、數字輸入模塊、數字輸出模塊。S7-300主站的各模塊所接的現場設備為：開關、LED指示燈、調節閥、電動調節閥等。
實驗系統利用西門子的Micro-Win、STEP7、WINCC等軟件工具完成主從站的配置、硬件組態、PLC控制程序和上位機監控程序的編寫，建立PROFIBUS總線和工業以太網網絡主從站系統。
本綜合實驗系統采用PROFIBUS-DP通信協議。系統可建立多主站系統，以包含3個1類DP主站、1個2類DP主站、6個DP從站為例。
3個S7-300主站分別作為1類DP主站，PC機通過CP5611通信卡作為2類DP主站，6個S7-200從站作為DP從站。由于S7-200不含PROFIBUS-DP接口，要實現S7-200與PROFIBUS網絡的掛載，需添加EM277通信模塊。EM277 PROFIBUS-DP模塊是專門用于PROFIBUS-DP協議通信的智能擴展模塊。EM277機殼上有一個RS-485接口，通過接口可將S7-200系列CPU連接至PROFIBUS網絡，支持PROFIBUS和MPI從站協議。其地址選擇開關可進行地址設置，地址范圍為0—99。與許多DP站不同的是，EM277模塊不僅是傳輸I/O數據，還能讀寫S7-200 CPU中定義的變量數據塊，使用戶能與主站交換任何類型的數據。
本實驗系統工業以太網控制網絡以3個主站、6個從站組成系統為例。
通過工業以太網，S7系列產品可以作為一個節點連接到局域網上，但是需要通信處理器才能實現在工業以太網上的通信，S7-200系列PLC設計的工業以太網通信處理器是CP243-1系列，S7-300系列PLC的以太網通信處理器是CP343-1系列。通過工業以太網能夠實現站點間的通信，并且支持使用STEP7-Micro/WIN 32軟件，對S7-200、S7-300進行遠程組態、編程和診斷。同時也可以將其他網絡，如PROFIBUS網絡、AS-interface等互聯到一起，實現數據的交互，使各種網絡得到有效的統一。
工業控制網絡實驗系統的監控界面可采用wincc等組態軟件作為上位監控軟件，該軟件具有使用簡單、組態方便、性能可靠、功能齊全等特點。
點擊每個站點所對應的監控界面按鈕，進入該站點的現場監控界面，可以很方便地看到現場設備的運行情況。
業自動化與控制網絡課程設計就是基于該實驗平臺完成的，建立了S7-200的從站系統，S7-300的主站系統，實現PROFIBUS-DP及以太網的控制系統。
該實驗平臺主要為現場總線技術、工業自動化與控制網絡、集散控制系統、工業自動化系統課程設計、過程控制等專業課程服務。
作品名稱：工業自動化與控制網絡實驗平臺
完成單位：北京郵電大學自動化學院
