CN108305554A - 一种工业网络技术培训系统 - Google Patents

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CN108305554A CN201810120424.XA CN201810120424A CN108305554A CN 108305554 A CN108305554 A CN 108305554A CN 201810120424 A CN201810120424 A CN 201810120424A CN 108305554 A CN108305554 A CN 108305554A
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范其明
汤晓华
郭卉
曾华鹏
张建臣
刘丽平
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Tianjin Sino German University of Applied Sciences
Tianjin Sino German Vocational Technical College
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Tianjin Sino German Vocational Technical College
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Abstract

本发明公开一种工业网络技术培训系统，包括：监控层，包括平板电脑、无线路由器以及上位机；控制层，包括控制器以及网关，所述控制器通过交换机、所述的无线路由器与所述平板电脑通信连接，并通过所述交换机与所述上位机通信连接；所述控制器包括第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器，所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器通过所述网关与I/O模块通信连接；现场层，包括多个执行器，执行器与所述I/O模块通信连接。本发明可以进一步总结各层次各类通信协议的共性技术，通过培训使学员具备更好的技术延展性，使用效果良好。

Description

一种工业网络技术培训系统
技术领域
本发明涉及工业网络技术培训技术领域，具体涉及一种工业网络技术培训系统。
背景技术
随着“工业4.0”的逐步推进，以及“中国制造2025”国家战略的规划实施，工业控制系统的网络化和信息化已成为不可逆转的趋势。为了适应工业生产现代化的发展趋势、满足市场的工业控制要求，工业控制系统越来越复杂。按照目前的工业控制系统架构，一些企业在新建或改进己有的生产线时，往往包含有各种不同的控制子系统。每个子系统之间的网络结构往往不尽相同、甚至某个子系统内部设备之间都需要不同的网络协议通讯。总之，工业网络通信技术发展迅速，应用范围也越来越广，然而其相关技术既区别于原有的自动化技术，又与信息类专业所覆盖的范围不同，而是介于自动化技术和信息技术之间。这就造成了工业网络通信相关的专业技术人才日益缺乏，因而工业网络通信技术培训变得非常有必要。本发明涉及一种工业网络通信技术培训系统，属于工业自动化和信息化技术培训领域。
目前，市场上关于工业网络通信技术的培训系统一般偏重于工业控制层和现场层的通信技术培训，该类培训系统一般包括以下技术领域：常用低压电器、电机与驱动器、传感器与检测仪表、可编程控制器、工业触摸屏与人机界面等，此类培训装置一般侧重于单个网络节点的使用，其培训的技术重点主要集中在驱动器的参数设置、可编程控制器的逻辑编程、工业触摸屏的画面制作等方面。此外，该类培训装置一般只采用某一厂商的控制器、驱动器等产品，所涉及的网络通信技术也比较单一。
目前，市场上的工业网络通信技术培训系统主要存在以下三个缺陷：一、由于大多系统中所涉及的可编程控制器选择的是同一厂商，所以学员只能学习和了解同一厂商设备间的单一通信方式。选择只具有单一通信方式的培训系统，往往学习不到工业网络技术所涉及的各类通信协议，许多时候可能是多次选择不同的工业网络培训系统，最终造成培训成本高，培训效率低等后果。二、目前市场上的工业网络培训系统网络架构只涉及到现场层、控制层，并未涉及到监控层，所以学员在培训的过程中，并不能对整个工业网络系统有一个全面的了解，而是“只见树木不见森林”，最终造成培训不全面、培训效果差。三、目前市场上的工业网络技术培训系统还不支持蓝牙(Bluetooth)和无线局域网(WLAN)等无线通信方式。从传统的集中控制方式，到现场总线控制方式，已经使得工业现场的线路连接变得简单。控制设备所采集的现场信号已经不再是传统的模拟的电信号、也不再需要通过大量的线材来进行信号传递，而是将所有的信号转换成数字信号、通过现场总线进行信号传递。然而为了最大限度节约系统的硬件成本和安装布线时间、减少维护成本和缩短维护周期，进一步在工业网络系统中推广无线通信方式是很有必要的，这也是目前主流的工业网络通讯技术的发展方向。
总之，现有的培训装置之所以存在上述缺陷，是因为一般的培训装置都是按照技术领域进行设计，即首先将所有的工业自动化相关技术进行划分，然后在设计出不同的培训系统，这些系统是关于某一项或者某几项技术，将所有的技术进行罗列、叠加，形成一个技术集成度非常高的培训系统，并且系统只支持单一厂商的通信方式，不能同时支持多种主流标准总线通信方式。
因此，必须提供一种新型够支持多种主流标准总线通信方式的培训系统，适应培训的要求与需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种工业网络技术培训系统，以解决工业自动化技术培训领域中工业网络通信技术与工厂实际工业网络通信技术应用不相匹配，通信方式单一，以实现培训系统与现有工厂中使用的多种主流标准总线协议：西门子的PROFINET、三菱的CC-Link、倍福的EtherCAT，以及Bluetooth和WLAN等相互通信，扩展培训系统的适应范围。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种工业网络技术培训系统，包括：
监控层，包括平板电脑、无线路由器以及上位机；
控制层，包括控制器以及网关，所述控制器通过交换机、所述的无线路由器与所述平板电脑通信连接，并通过所述交换机与所述上位机通信连接；
所述控制器包括第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器，所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器通过所述网关与I/O模块相通信连接；
现场层，包括多个执行器，所述执行器与所述I/O模块通信连接。
所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器分别为西门子1211C，三菱Q03UDE，倍福CX5010-0112。
所述网关包括SPEC网关、SPCE网关以及SPPN网关，所述SPEC网关与所述倍福CX5010-0112采用EtherCat协议连接通信，所述SPCE网关与所述三菱Q03UDE采用CC-Link协议连接通信，所述SPPN网关通过profinet协议与第二WFC模块连接通信，所述西门子1211C通过profinet协议与第一WFC模块连接通信，所述第一WFC模块与第二WFC模块采用蓝牙通信。
所述I/O模块包括数字量输入模块，数字量输出模块以及数字量输入输出模块。
所述的执行器包括指示灯、光电开关、电磁阀岛、磁性开关，带灯按钮、按钮开关、急停按钮，激光测距仪以及超声测距仪。
本发明采用网络化与模块化的设计理念，模拟现代工厂工业网络系统，使得工业网络通信的相关核心技术几乎都以基于此设备培训。设备使用时，将所有工业网络通信的相关技术进行有机重组，在培训时按照不同的层次由浅入深，由简单到复杂，使学员在学会不同层次不同协议的通信方式的基础上，可以进一步总结各层次各类通信协议的共性技术，通过培训使学员具备更好的技术延展性，使用效果良好。
附图说明
图1是本发明业网络培训系统网络拓扑示意图；
图2是本发明工业网络技术培训系统设计结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-2所示，一种工业网络技术培训系统，包括：
监控层，包括平板电脑(ELCO Pad)、无线路由器(TP-LINK)以及上位机(AdvantechPC)；
控制层，包括控制器以及网关，所述控制器通过交换机、所述无线路由器与所述平板电脑通信连接，并通过所述交换机与所述上位机采用工业以太网通信方式实现通信连接；
所述控制器包括第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器，所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器通过所述网关与I/O模块相通信连接；
现场层，包括多个执行器，所述执行器与所述I/O模块通信连接。
所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器分别为西门子1211C，三菱Q03UDE，倍福CX5010-0112。
所述网关包括宜科公司的SPEC网关、SPCE网关以及SPPN网关，所述SPEC网关与所述倍福CX5010-0112采用EtherCat协议连接通信，所述SPCE网关与所述三菱Q03UDE采用CC-Link协议连接通信，所述SPPN网关通过profinet协议与第二WFC模块(WFC02)连接通信，所述西门子1211C通过profinet协议与第一WFC模块(WFC01)连接通信，所述第一WFC模块与第二WFC模块采用蓝牙通信。第二WFC模块(WFC02)、第一WFC模块(WFC01)采用天津宜科公司的WFC模块。
其中，所述I/O模块包括数字量输入模块，数字量输出模块以及数字量输入输出模块、模拟量输入模块。具体可以采用宜科公司的Spider67下的8点数字量输出模块SPDB-DO8,点数字量输入模块SPDB-DI8，数字量输入输出模块SPDB-DI/DO，3点模拟量输入模块SPDB-AI3。
其中，所述的执行器可以是包括指示灯、光电开关、电磁阀岛、磁性开关，带灯按钮、按钮开关、急停按钮，激光测距仪以及超声测距仪。
其中，所述的指示灯、光电开关、电磁阀岛分别SPDB1、SPDB2以及SPDB4连接，并均由西门子1211C可编程控制器负责控制；所述磁性开关，带灯按钮分别与SPDB3、SPDB5连接，三菱Q03UDE可编程控制器负责控制；所述按钮开关、急停按钮分别与SPDB6、SPDB7，所述激光测距仪以及超声测距仪与SPDB8连接，倍福CX5010-0112可编程控制器负责控制。
所述的平板电脑(ELCO Pad)负责监控西门子1211C可编程控制器、三菱Q03UDE可编程控制器和倍福CX5010-0112可编程控制器中的数据。
本发明的工业网络技术培训系统还包含直流电源24V、交流电源220V，负责为整个培训系统提供电源。
其中，本系统中的平板电脑(ELCO Pad)与上位机(Advantech PC)之间还通过无线路由器实现通信，无线路由器上的以太网通过交换机与三个可编程控制器进行连接。在使用时，西门子可编程控制器、三菱可编程控制器与倍福可编程控制器既可以分开使用，也可以联机使用，分开使用时一套培训装置就可以当成三套来使用，联机使用时，可以训练学员的工业网络通信技术应用能力。而且无论是分开使用还是联机使用，系统都可以通过交换机或无线路由器与不同的计算机或可编程控制器进行编程控制，也即达到了学员使用一套培训装置学习多种主流标准总线通信方式的目的。
本发明通过使用不同厂商的控制器相关产品，然后再将相关技术进行有机重组，从而形成该工业网络培训系统，将所有的相关技术融入到不同的培训模块中去，保证相关技术的全面性；培训系统中的可编程控制器与上位机(Advantech PC)等均采用工业以太网通信的方式，平板电脑(ELCO Pad)采用WLAN通信方式，通过无线路由器(TP-LINK)与可编程控制器、上位机(Advantech PC)进行通讯；这种方式的好处在于系统中可编程控制器可以与所有的编程计算机连接在一个交换机上，这样可以实现上位机监控系统中的所有可编程控制器；可以实现将每套培训装置划分为不同模块，每个模块再由不同的可编程控制器控制，这样各个培训模块可以分别使用，从而可以有效提高各个部件的使用效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种工业网络技术培训系统，其特征在于，包括：
监控层，包括平板电脑、无线路由器以及上位机；
控制层，包括控制器以及网关，所述控制器通过交换机、所述的无线路由器与所述平板电脑通信连接，并通过所述交换机与所述上位机通信连接；
所述控制器包括第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器，所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器通过所述网关与I/O模块相通信连接；
现场层，包括多个执行器，所述执行器与所述I/O模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的工业网络技术培训系统，其特征在于，所述第一可编程控制器、第二可编程控制器以及第三可编程控制器分别为西门子1211C，三菱Q03UDE，倍福CX5010-0112。
3.根据权利要求2所述的工业网络技术培训系统，其特征在于，所述网关包括SPEC网关、SPCE网关以及SPPN网关，所述SPEC网关与所述倍福CX5010-0112采用EtherCat协议连接通信，所述SPCE网关与所述三菱Q03UDE采用CC-Link协议连接通信，所述SPPN网关通过profinet协议与第二WFC模块连接通信，所述西门子1211C通过profinet协议与第一WFC模块连接通信，所述第一WFC模块与第二WFC模块采用蓝牙通信。
4.根据权利要求1所述的工业网络技术培训系统，其特征在于，所述I/O模块包括数字量输入模块，数字量输出模块以及数字量输入输出模块。
5.根据权利要求1所述的工业网络技术培训系统，其特征在于，所述的执行器包括指示灯、光电开关、电磁阀岛、磁性开关，带灯按钮、按钮开关、急停按钮，激光测距仪以及超声测距仪。
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