CN101105898A

CN101105898A - 一种开放式工业控制技术综合实验系统

Info

Publication number: CN101105898A
Application number: CNA2007100588437A
Authority: CN
Inventors: 赵影; 赵刚; 吴作明
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2027-08-16
Also published as: CN101105898B

Abstract

一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于它是由常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、智能控制器技术实验单元、人机界面技术实验单元、PC总线技术实验单元、计算机PC或IPC、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元以及包括工业控制典型环节实验模板、交流电动机、工业控制典型模型构成的控制对象所组成。本发明的优越性在于：既能完成基本的教学实验，又能拓展为面向现代自动化应用技术，开放的、开发型的科研平台；该实践教学平台既可完成学生的必需的实践环节训练，还可以作为工程应用研究的平台，为面向未来的教育事业以及社会跨越式的发展进步做好必要的物质准备。

Description

一种开放式工业控制技术综合实验系统

(一)技术领域：

本发明涉及一种教学实验装置，特别是一种开放式工业控制技术综合实验系统。

(二)背景技术：

目前，电气工程及自动控制方法和应用模式有了很大的改变，新技术的出现导致了传统控制系统结构的改革，导致目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程序控制器在产品的体系结构、功能结构方面的较大变革，使工业现场级仪表、设备面临着更新换代的挑战，已成为世界范围内的自控技术热点。目前，全局自动化技术的应用及推广是不争的事实，是企业竞争的必然结果。而且应用中有相关的技术、器件支持。特别是近来并行控制概念，工业控制组态技术及总线技术的快速发展将使全局自动化步入快车道。因而营建符合现代化教育要求的实践教学平台是当务之急。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种开放式工业控制技术综合实验系统，它借助实验手段的多样性，实现对学生的创造性思维培养，增强实验项目开放性，为强化学生动手能力的培养提供条件，是一种创新性强的新型工业控制技术实验装置。

本发明的技术方案：一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于它是由常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、智能控制器技术实验单元、人机界面技术实验单元、PC总线技术实验单元、计算机PC或IPC、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元以及包括工业控制典型环节实验模板、交流电动机、工业控制典型模型构成的控制对象所组成；所说的常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、人机界面技术实验单元的输出端口与控制对象单向连接，传递控制信号；智能控制器技术实验单元、PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元与控制对象双向连接，传递控制信号与反馈信号；计算机的数据采集输入端以及数据处理的输出端都与PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元连接；上述各单元依次安装在实验台的控制器模板安装架上，安装架上配有相应的电源箱。

上述所说的常规电器技术实验单元是由至少一块以上常规控制电器实验模板、LOGO智能控制器实验模板组成，LOGO控制器的输出端、外部开关量信号都连接到控制对象上，控制对象对外输出开关量作为反馈信号。

上述所说的变频器技术实验单元是由变频器控制模板，三相交流电动机组成，外部开关量输入连接到控制模板上，控制模板与交流电动机双向连接，传递输入信号和反馈信号。

上述所说的典型工业控制模板系列是一种包括电机控制实验、天塔之光实验、抢答器实验、交通灯自控与手控实验、水塔水位自动控制实验、自动成型机实验、自控轧钢机实验、多种液体自动混合实验、自动送料装车系统实验、邮件分拣机实验、电梯控制实验、断路器操作机构实验、多级供电线路继电保护及供电桥型主接线运行模式实验的模板集合。该单元作为系统中可模拟出工业与生活实际中典型控制的控制器的控制对象，即能满足多种控制器的要求又可满足基于PC总线的控制要求。

上述所说的可编程序控制器单元配备可编程序控制器控制实验模板，计算机作为上位机与PLC模板连接传递信号，并可实现PC/PPI通讯，PLC模板可以直接与控制对象连接传递控制反馈信号，也可以通过接口板与控制对象连接。

上述所说的人机界面技术实验单元由计算机硬件、触摸屏和人机界面技术组成，计算机硬件与PLC模板连接传递信号，同时触摸屏也与PLC模板连接传递信号，PLC模板连接控制对象传递控制及反馈信号。

上述所说的PC总线技术实验单元由计算机主机、PC总线板卡以及由组态软件构成的人机界面组成，计算机通过ISA或PCI卡以及I/O适配板与控制对象连接，传递控制信号及反馈信号。

上述所说的工业控制网络技术单元，由先进的现场可编程Ethernet总线适配器组成，其数据传送速率为10M bit/s，配置现场组合式I/O；开关量I/O：8/8(24V)；模拟量：4路AD、2路DA(0-10V)；本网络具有两层网络结构，上层计算机通过现场可编程Ethernet总线适配器与下层网络连接，下层网络为配置现场组合式I/O。

上述所说的适配模板系列及连接导线产品提供各种控制器与实际控制电器、控制器与应用模板、控制器与控制模型间的适配模板，以供搭接应用实验系统，其间模板、导线及安全插头应满足应用实验系统的适配关系。

本发明的优越性在于：1、本实验系统支持多种控制技术模式的选用，提供多种控制模式或技术方法构造自动控制技术实验系统，是顺应当今自动化应用与发展需要的一套实验系统；2、该装置体现了现代控制技术在电气工程领域的应用概貌，既能完成基本的教学实验如电机控制、电器控制技术、可编程控制技术、基于PC的软逻辑(软PLC)控制技术、计算机控制技术以及工业控制应用系统设计技术等项目的工作，又能拓展为面向现代自动化应用技术，开放的、开发型的科研平台；3、该实践教学平台即可完成学生的必需的实践环节训练，还可以作为工程应用研究的平台，为面向未来的教育事业以及社会跨越式的发展进步做好必要的物质准备。

(四)附图说明：

附图1为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的整体结构示意图。

附图2为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的实验台结构示意图。

附图3为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的常规电器与智能电器实验系统示意图。

附图4为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的变频器实验系统示意图。

附图5为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的可编程序控制器单元组成示意图。

附图6为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的由组态软件构成的人机界面技术单元组成示意图。

附图7为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的PC总线技术实验单元组成示意图。

附图8为本发明所涉工业控制技术综合实验装置中的工业以太网控制技术实验系统示意图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种开放式工业控制技术综合实验系统(见图1-2)，其特征在于它是由常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、智能控制器技术实验单元、人机界面技术实验单元、PC总线技术实验单元、计算机PC或IPC、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元以及包括工业控制典型环节实验模板、交流电动机、工业控制典型模型构成的控制对象所组成；所说的常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、人机界面技术实验单元的输出端口与控制对象单向连接，传递控制信号；智能控制器技术实验单元、PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元与控制对象双向连接，传递控制信号与反馈信号；计算机的数据采集输入端以及数据处理的输出端都与PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元连接；上述各单元依次安装在实验台的控制器模板安装架上，安装架上配有相应的电源箱。

上述所说的常规电器技术实验单元(见图3)是由至少一块以上常规控制电器实验模板、LOGO智能控制器实验模板组成，LOGO控制器的输出端、外部开关量信号都连接到控制对象上，控制对象对外输出开关量作为反馈信号。根据配置可完成常用控制电器如按钮、时间继电器、热继电器、电流继电器、电压继电器、行程开关、接近开关、中间继电器、接触器以及智能控制电器LOGO的应用技术实验。

上述所说的变频器技术实验单元(见图4)是由变频器控制模板，三相交流电动机组成，外部开关量输入连接到控制模板上，控制模板与交流电动机双向连接，传递输入信号和反馈信号；该单元与常规电器、智能控制电器配合，可完成变频器的面板控制、变频器的远动分段控制等实验。

上述所说的典型工业控制模板系列可包括电机控制实验、天塔之光实验、抢答器实验、交通灯自控与手控实验、水塔水位自动控制实验、自动成型机实验、自控轧钢机实验、多种液体自动混合实验、自动送料装车系统实验、邮件分拣机实验、电梯控制实验、断路器操作机构实验、多级供电线路继电保护、供电桥型主接线运行模式等实验模板。该单元作为系统控制器的控制对象，可使该模板即能满足PLC又可满足基于PC总线的控制要求。

上述所说的可编程序控制器单元(见图5)配备可编程序控制器控制实验模板，与典型工业控制模板系列、变频器控制模板、三相交流电动机、常规电器与智能控制电器配合，计算机作为上位机与PLC模板连接传递信号，并可实现PC/PPI通讯，PLC模板可以直接与控制对象连接传递控制反馈信号，也可以通过接口板与控制对象连接。完成可编程序控制器编程技术实验及综合应用技术实验等。

上述所说的人机界面技术实验单元(见图6)由计算机硬件、触摸屏和人机界面(软件)技术组成，计算机硬件与PLC模板连接传递信号，同时触摸屏也与PLC模板连接传递信号，PLC模板连接控制对象传递控制及反馈信号；可完成可视化控制技术的基础性实验(图示计算机、触摸屏单元)；配合PLC可构成上下位机控制(图示计算机、触摸屏与PLC单元)。

上述所说的PC总线技术实验单元(见图7)由计算机主机、PC总线板卡以及人机界面(组态软件)软件组成，计算机通过ISA或PCI卡以及I/O适配板与控制对象连接，传递控制信号及反馈信号；与典型工业控制模板系列(控制对象)、变频器控制模板、三相交流电动机、常规电器与智能控制电器配合，可完成基于PC控制技术实验及单元综合性应用技术实验等。

上述所说的工业控制网络技术单元(见图8)由先进的现场可编程Ethernet总线适配器组成，其数据传送速率为10Mbit/s，配置现场组合式I/O。开关量I/O：8/8(24V)；模拟量：4路AD、2路DA(0-10V)；本网络具有两层网络结构，上层计算机通过现场可编程Ethernet总线适配器与下层网络连接，下层网络为配置现场组合式I/O。

上述所说的适配模板系列及连接导线产品提供各种控制器与实际控制电器、控制器与应用模板、控制器与控制模型间的适配模板，以供搭接应用实验系统，导线产品采用安全插头以确保实验系统安全可靠。

Claims

1.一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于它是由常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、智能控制器技术实验单元、人机界面技术实验单元、PC总线技术实验单元、计算机PC或IPC、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元以及包括工业控制典型环节实验模板、交流电动机、工业控制典型模型构成的控制对象所组成；所说的常规电器技术实验单元、变频器技术实验单元、人机界面技术实验单元的输出端口与控制对象单向连接，传递控制信号；智能控制器技术实验单元、PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元、可编程序控制器技术单元与控制对象双向连接，传递控制信号与反馈信号；计算机的数据采集输入端以及数据处理的输出端都与PC总线技术实验单元、工业控制网络技术单元连接；上述各单元依次安装在实验台的控制器模板安装架上，安装架上配有相应的电源箱。

2.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的常规电器技术实验单元是由至少一块以上常规控制电器实验模板、LOGO智能控制器实验模板组成，LOGO控制器的输出端、外部开关量信号都连接到控制对象上，控制对象对外输出开关量作为反馈信号。

3.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的变频器技术实验单元是由变频器控制模板，三相交流电动机组成，外部开关量输入连接到控制模板上，控制模板与交流电动机双向连接，传递输入信号和反馈信号。

4.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的典型工业控制模板系列是一种包括电机控制实验、天塔之光实验、抢答器实验、交通灯自控与手控实验、水塔水位自动控制实验、自动成型机实验、自控轧钢机实验、多种液体自动混合实验、自动送料装车系统实验、邮件分拣机实验、电梯控制实验、断路器操作机构实验、多级供电线路继电保护及供电桥型主接线运行模式实验的模板集合；该单元作为系统中可模拟出工业与生活实际中典型控制的控制器的控制对象，即能满足控制器的要求又可满足基于PC总线的控制要求。

5.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的可编程序控制器单元配备可编程序控制器控制实验模板，计算机作为上位机与PLC模板连接传递信号，并可实现PC/PPI通讯，PLC模板可以直接与控制对象连接传递控制反馈信号，也可以通过接口板与控制对象连接。

6.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的人机界面技术实验单元由计算机硬件、触摸屏和人机界面技术组成，计算机硬件与PLC模板连接传递信号，同时触摸屏也与PLC模板连接传递信号，PLC模板连接控制对象传递控制及反馈信号。

7.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的PC总线技术实验单元由计算机主机、PC总线板卡以及由组态软件构成的人机界面组成，计算机通过ISA或PCI卡以及I/O适配板与控制对象连接，传递控制信号及反馈信号。

8.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的工业控制网络技术单元由先进的现场可编程Ethernet总线适配器组成，其数据传送速率为10M bit/s，配置现场组合式I/O；开关量I/O：8/8(24V)；模拟量：4路AD、2路DA(0-10V)；本网络具有两层网络结构，上层计算机通过现场可编程Ethernet总线适配器与下层网络连接，下层网络为配置现场组合式I/O。

9.根据权利要求1所说的一种开放式工业控制技术综合实验系统，其特征在于所说的适配模板系列及连接导线产品提供各种控制器与实际控制电器、控制器与应用模板、控制器与控制模型间的适配模板，其间模板、导线及安全插头应满足应用实验系统的适配关系。