CN111627282A - 一种plc网络自动化综合实训装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PLC网络自动化综合实训装置，包括PLC网络控制实训柜和PC计算机，所述PLC网络控制实训柜挂装有各类实训操作面板，所述PC计算机安装有网卡、通讯卡和组态软件；所述PLC网络控制实训柜和PC计算机之间构建有：配电模块、远程监控模块、PLC网络通信站点模块、变频调速模块、运动控制模块和现场控制模块。该实训装置采用开放式设计，具有工程应用的真实性，实训开展的灵活性使用操作的安全性等优点，能较好的完成对工业自动化和工业网络全集成技术的相关技能实训，可作为职业院校、职业培训中心技能培训平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种PLC网络自动化综合实训装置，属于PLC控制教学实训系统技术领域。
背景技术
目前PLC技术与机器人技术、CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)并称为现代工业生产自动化的三大支柱，尤其以微处理器为核心的综合通信技术和自动控制的新型工业自动控制装置PLC，已成为现代工业自动化控制的一项重要技术，得到越来越广泛的应用。为适应社会工业发展的需要，各院校的机电类专业开设了《可编程控制器技术》、《电气及PLC控制技术》、《PLC及其应用》等相关课程，甚至职业培训学校、职教中心、也针对PLC技术开设了相关职业培训课程。
现有的PLC实验台(实训台)，以培养PLC技术初级技能人才为目标，依据《可编程控制器技术》、《机床电气控制与PLC))、《可编程控制器及其应用》等课程教学大纲的要求而开发的产品，属于基本型的PLC可编程序控制器的实训台较多，主要功能为学生提供单个PLC为核心的控制技术实训平台，而缺少利用通讯总线，构建PLC网络进行联网控制技能实训功能，无法满足培养PLC高级技能人才的需用。随着工业4.0的提出，自动化设备的应用广度逐步提升，对专业技能提出了更高的要求，亟需掌握PLC网络集成自动化技术的PLC高级技能人才以满足工业发展需求。
因此，开发出一种PLC网络自动化综合实训装置，满足教学实训需求，提高人才培养水平，接轨社会PLC技术人才技能需求，必要且具有重大意义。
发明内容
为了解决现有实训平台仅能提供单个PLC为核心的控制技术，无法实现多个PLC组网集成自动化实训功能，本发明提出了一种PLC网络自动化综合实训装置。该装置按照职业教育的教学和实训要求，结合当前实际职业岗位的技能需求，在满足单个PLC控制技能实训的基础上，把多网络、多型号PLC 有机结合在一起，构建PLC网络自动化技能实训功能；采用开放式设计，学生可以直观各元器件及接口，增强直观性、增强工程应用真实性；可根据工程现场流程和控制要求，灵活选用各元器件，使其更加贴近工程化及项目实训的灵活性，能较好的完成对工业自动化和工业网络全集成技术的相关技能实训，适应学校教学。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特殊之处在于，包括PLC 网络控制实训柜和PC计算机，所述PLC网络控制实训柜挂装有各类实训操作面板，所述PC计算机安装有网卡、通讯卡和组态软件；所述PLC网络控制实训柜和PC计算机之间构建有：
配电模块，用以向其他模块提供电源，包括配置于PLC网络控制实训柜内的电源操作面板；
远程监控模块，用以实现人机交互功能，包括PC计算机以及配置于PC 计算机上的网卡、通讯卡和组态软件，所述PC计算机通过网卡或通讯卡与PLC网络通信站点相连；
PLC网络通信站点模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜上的各类PLC 操作面板、远程操作面板和人机界面HMI；所述PLC操作面板、远程操作面板及人机界面HMI的型号及数量根据实训需求选择性配置，灵活组成 profinet网络、profibus-DP网络和profinet+profibus-DP混合式网络，以实现多型号、多网络PLC网络通信实训功能；
变频调速模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的若干变频器操作面板，用以实现各型号单台变频器的接线实训、速度定位实训、多段速度运转实训，以及多台变频器的并用操作运转实训和联网通讯运转实训等功能；
运动控制模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的伺服电机驱动控制操作面板和步进电机驱动控制操作面板，用以实现直线位移定位控制和转动角度位移定位控制实训；
现场控制模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的AI模拟量信号仿真面板、数字量I/O操作面板、三相异步电机拖动控制操作面板，用以与各PLC 操作面板灵活组合，作为PLC网络控制现场设备级网络节点使用，或者实现基本的电机拖动控制实训功能。
所述PC计算机包括PC计算机I、PC计算机II、PC计算机III和PC计算机IV；四台PC计算机均配置为i7处理器、内存4G以上的计算机，安装有西门子通讯卡和博途软件。
所述PLC网络控制实训柜包括PLC网络控制实训柜I和PLC网络控制实训柜II；两柜在机械结构上相同，均采用内外双层框架式结构，包括柜体及设置在柜体内的安装框架，所述安装框架用以挂装各实训操作面板；所述柜体采用四面开放式结构，包括前、后、左、右四个柜门以及前、后两个安装框架，前柜门和后柜门上分别设置有数字量I/O操作面板和人机界面HMI，与前安装框架和后安装框架上的各实训操作面板，组合成前、后两个实训工位。
所述PLC网络控制实训柜I上各类实训操作面板的挂装结构为：前安装框架上挂装有电源操作面板I、S7-1500PLC操作面板、S7-1200PLC操作面板 I、伺服电机驱动控制操作面板、S120变频器操作面板；后安装框架上挂装有电源操作面板II、S7-1200PLC操作面板II、操作面板(集成了AI模拟量信号仿真面板和远程I/O Profinet操作面板)、基本电气控制面板I、G120 变频器操作面板；前柜门上设置有数字量I/O操作面板I和人机界面HMI I(集成Profibus-DP接口)；后柜门上设置有数字量I/O操作面板II和人机界面HMI II(集成Profinet接口)。
所述PLC网络控制实训柜II上各类实训操作面板的挂装结构为：前安装框架上挂装有电源操作面板III、S7-300PLC操作面板、S7-200PLC操作面板I、步进电机驱动控制操作面板、V20变频器操作面板；后安装框架上挂装有电源操作面板IV、S7-200PLC操作面板II、操作面板(集成了AI模拟量信号仿真面板和远程I/O Profinet操作面板)、基本电气控制面板II、M420 变频器操作面板；前柜门上设置有数字量I/O操作面板III和人机界面 HMIIII(集成Profibus-DP接口)；后柜门上设置有数字量I/O操作面板IV 和人机界面HMIIV(集成Profinet接口)。
所述PLC网络控制实训柜的机械结构还包括：用以给电气控制柜电源操作面板供配电的三相五线制工业防水固定插座，该固定插座具有防插错功能，确保了电气柜的三相电相序一致性；在柜体下方内侧设置的安全保护接地铜柱，并通过接地线与大地相连，实现接地保护；设置有用以给PC计算机提供电源的三线制AC220V插线排；安装于柜体底部、便于柜体搬运和移动的带锁止功能的万向移动轮；所述安装框架上开设有“V”型槽，各操作面板形状规格一致，在四角处设置有凸缘，以便于根据实训需求灵活移位组装。
四台PC计算机与两台PLC网络控制实训柜组配为四工位单型号、单台 PLC控制实训，PC计算机I、PC计算机II、PC计算机III和PC计算机IV 分别作为S7-1500PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC、S7-200PLC的编译调试运行环境。
四台PC计算机与两台PLC网络控制实训柜组配为多型号、多台PLC组网协调配合控制实训，运用一台或多台PC计算机运行WINCC程序，作为中央监控中心。
在实训过程中，学生采用香蕉双层护套线进行接线连接，增强操作安全性，提高实训项目展开的实效性。
挂装在安装框架上的各操作面板(电源操作板除外)的左上角或右上角处开设通讯线缆直径为80mm的圆孔，以方便通讯组网时的走线。
本发明的PLC网络自动化综合实训装置，基于西门子自动化产品，以PLC 技术为主体，有机融合现场总线通信技术、触摸屏应用技术、交流变频应用技术、交流伺服技术和步进控制技术形成了集成PLC网络自动化控制实训系统。在控制模式上采用经典的分布式三层网络结构，即第一层为中央监控层，以PC计算机、大型S7-1500PLC、精智面板HIM为中心，配以博途软件和网络通讯卡，用于设备网络自动化的远程监控、管理与调度；第二层为车间级过程监控层，以中型S7-1200PLC、精智面板HIM为中心组成profinet网络站点，或以中型S7-300PLC、精智面板HIM为中心组成profibus-DP网络主站站点，用于车间各设备的监控、协调配合管理与调度；第三层为现场设备级控制层，以中型S7-1200PLC、精简面板HIM为中心组成profinet网络站点或以小型S7-200PLC、精简面板HIM为中心组成profibus-DP网络从站站点，用于现场设备的变频调速驱动、交流伺服驱动、步进驱动、三相异步电机等现场运动部件的的监控、协调配合管理与调度。
附图说明
图1本发明系统结构示意图；
图2本发明PLC网络控制实训柜结构示意图；
图3本实用发明PLC网络控制实训柜I内部初始布局图；
图4本发明PLC网络控制实训柜II内部初始布局图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述.显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种PLC网络自动化综合实训装置，基于西门子自动化产品，以PLC技术为主体，有机融合现场总线通信技术、触摸屏应用技术、交流变频应用技术、交流伺服技术和步进控制技术形成了集成PLC网络自动化实训系统。装置主体包括两台PLC网络控制实训柜和四台PC计算机；其中两台网络控制实训柜分别命名为PLC网络控制实训柜I5和PLC网络控制实训柜Ⅱ6，两台实训柜在机械结构上相同，均采用内外双层框架式机械结构，包括柜体21 和设置在柜体21内的安装框架22，安装框架22上挂装各实训操作面板；四台PC计算机分别命名为PC计算机Ⅰ1、PC计算机Ⅱ2、PC计算机Ⅲ3和PC 计算机Ⅳ4，四台PC计算机均优选i7处理器、内存4G以上计算机，安装有西门子通讯卡和博途软件。以上两台实训柜和四台PC计算机可以根据需要开展四工位单型号、单台PLC控制实训，也可开展多型号、多台PLC组网协调配合控制实训，使学生在掌握技能的同时，培养团队协作精神。在单台PLC 控制实训时，PC计算机I1、PC计算机II2、PC计算机III3、PC计算机IV4，可分别作为S7-1500PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC、S7-200PLC的编译调试运行环境；在多型号、多台PLC组网协调配合控制实训时，运用一台PC计算机或多台PC计算机运行WINCC程序，作为中央监控中心。
PLC网络控制实训柜的柜体21采用四门面开放式结构，设置有前柜门 24、后柜门25、左柜门26和右柜门27，柜门与柜体通过铰链连接；前柜门 24、和后柜门25上分别设置有数字量I/O操作面板、人机界面HMI，和安装框架22上的各实训操作面板，组合成前、后两个实训工位。开设可拆卸式左柜门26和右柜门27，以方便于实训时，通讯线路的穿线操作，与柜体通过销连接。在柜体右下方外侧处设有三相五线制、工业防水固定插座28，以给电气控制柜电源操作面板供配电，插座具有防插错功能，确保了电气柜的三相电相序一致性。在柜体左下方内侧处设有安全保护接地铜柱，并通过接地线与大地相连，实现接地保护。在柜体前左立柱外侧中部、后右立柱外侧中部设置有三线制AC220V插线排，以给PC计算机提供电源。柜体21底部设置有带锁止功能的万向移动轮23，可方便搬运、移动。在安装框架上开设有“V”型槽，各操作面板形状规格一致，在四角处设置有凸缘，以便于根据实训需求灵活移位组装。挂装在安装框架上的各操作面板(电源操作板除外)的左上角或右上角处开设通讯线缆直径为80mm的圆孔，以方便通讯组网时的走线。
PLC网络控制实训柜I5操作面板布局如图3所示：前安装框架上从上到下依次挂装为：电源操作面板I511、S7-1500PLC操作面板512、S7-1200PLC 操作面板I513、伺服电机驱动控制操作面板514、S120变频器操作面板515；后安装框架上从上到下依次挂装为：电源操作面板II521、S7-1200PLC操作面板II522、操作面板523(集成了AI模拟量信号仿真面板5231和远程I/O Profinet操作面板5232)、基本电气控制面板I524、G120变频器操作面板525；前柜门上设置有数字量I/O操作面板I531、集成Profibus-DP接口的人机界面HMII532；后柜门上设置有数字量I/O操作面板II541、集成 Profinet接口的人机界面HMIII542。
PLC网络控制实训柜II6操作面板布局如图4所示：前安装框架上从上到下依次挂装为：电源操作面板III611、S7-300PLC操作面板612、S7-200PLC 操作面板I613、步进电机驱动控制操作面板614、V20变频器操作面板615；后安装框架上从上到下依次挂装为：电源操作面板IV621、S7-200PLC操作面板II622、操作面板623(集成了AI模拟量信号仿真面板6231和远程I/O Profinet操作面板6232)、基本电气控制面板II624、M420变频器操作面板625。前柜门上设置有数字量I/O操作面板III631、集成Profibus-DP接口的人机界面HMIIII632。后柜门上设置有数字量I/O操作面板IV641、集成 Profinet接口的人机界面HMIIV642。
以上PLC网络控制实训柜I5操作面板布局和PLC网络控制实训柜II6 操作面板布局只是说明最初始的布局，其各操作面板位置并不是固定的，各操作面板除电源操作面板外，可根据实训需求灵活移位组装。
本发明在功能结构化模块设计上，集成有配电模块、远程监控模块、PLC 网络通信站点模块、变频调速模块、运动控制模块和现场控制模块。
配电模块，针对学生实训负载的不确定性或操作失误造成可能带来的各种触电和短路事故，使电源的安全性得以保障，共设4块，包括设置于PLC 网络控制实训柜I5前安装框架上的电源操作面板I511、设置于PLC网络控制实训柜I5后安装框架上的电源操作面板II521，以及设置于PLC网络控制实训柜II6前安装框架上的电源操作面板III611、设置于PLC网络控制实训柜II6后安装框架上的电源操作面板IV621,各电源操作面板上元器件型号、数量、布局一致，优选的断路器、熔断器、漏电保护器、开关电源、指示灯、启动按钮、急停按钮、接触器和保护接地端子等组成，具备很好的漏电、短路、过载、过热、失压、接地保护功能，使电源的安全性得以保障；保护人身、设备安全，并为其他模块提供AC380V、AC220V、DC24V、DC12V 和DC5V电源。
远程监控模块，优选的PC计算机、网卡、西门子通讯卡和组态软件。网卡、西门子通讯卡和组态软件均安装在PC计算机上。通过网卡或通讯卡与PLC网络通信站点相连，将中央监控命令传送给PLC网络通信站点，并根据PLC网络通信站点上报数据，实时更新监控界面，实现人机交互功能。
PLC网络通信站点模块，优选的西门子S7-1500PLC、S7-1200PLC、 S7-300PLC、S7-200PLC、精智面板HIM、精简面板HIM等典型自动化产品，包括S7-1500PLC操作面板、S7-1200PLC操作面板I、S7-1200PLC操作面板 II、S7-300PLC操作面板、S7-200PLC操作面板I、远程I/O Profinet操作面板、远程I/O Profibus-DP操作面板、人机界面HMI。各操作面板可根据实训需要，灵活组成profinet网络、profibus-DP网络和profinet+ profibus-DP混合式网络，以实现多型号、多网络PLC网络通信实训功能。
PLC网络通信站点模块的各操作面板的组成具体介绍如下：
S7-1500PLC操作面板，优选的PM电源模块、CPU1516模块、AI/AO模块、 I/O模块、系统电源PS模块、IM155-5 PN接口模块、ptp通讯模块、S7-1500 安装导轨组成S7-1500profinet站点或profibus-DP主/从站点。
S7-1200PLC操作面板I，优选的电源模块PM1207、CPU1214(DC/DC/DC) 模块、I/O模块、AI/AO模块、CM1243-5 DP主站模块、CM1241通讯模块、 CSM1277交换机模块和安装导轨组成S7-1200 profinet站点或 S7-1200profibus-DP主站点。
S7-1200PLC操作面板II，优选的电源模块PM1207、CPU1214(AC/DC/RLY) 模块、I/O模块、AI/AO模块、CM1242-5 DP从站模块、CM1241通讯板和安装导轨组成S7-1200 profinet站点或S7-1200profibus-DP从站点。
S7-300PLC操作面板,优选的电源模块PS307、CPU314C模块、AI/AO模块、I/O模块、CMptp通讯模块、S7-300安装导轨组成S7-300 profinet站点或profibus-DP主/从站点。
S7-200PLC操作面板I,优选的电源模块PS207、CPU226(DC/DC/DC)模块、AI/AO模块、I/O模块、profibus-DP通讯模块、EM235定位模块和安装导轨组成S7-200 profibus-DP从站点。
S7-200PLC操作面板II,优选的电源模块PS207、CPU226(AC/DC/RLY) 模块、AI/AO模块、I/O模块、以太网通讯模块和安装导轨组成S7-200以太网络站点。
远程I/O Profinet操作面板，优选的IM155-6 PN接口模块、PM电源模块、系统电源PS模块、ET200SP I/O模块、ET200SP AI/AO模块、ET200SP 基座单元和安装导轨组成ET200SP远程I/O Profinet站点。
远程I/O Profibus-DP操作面板，优选的IM155-6 DP接口模块、PM电源模块、系统电源PS模块、ET200SP I/O模块、ET200SP AI/AO模块、ET200SP 基座单元和安装导轨组成ET200SP远程I/O Profinet站点。
人机界面HMI，设置有人机界面HMII、II、III、IV共四块，人机界面 HMII、III，优选的精智面板TP700，人机界面HMIII，优选的精简面板KTP700 (集成PROFINET接口)，人机界面HMIIV优选的精简面板KTP700(集成 MPI/PROFIBUS DP接口)。
变频调速模块，优选的西门子高性能S120变频器，中性能G120变频器、 V20变频器和通用型M420变频器组成，包括S120变频器操作面板、G120变频器操作面板、V20变频器操作面板和M420变频器操作面板，实现各型号单台变频器的接线实训、速度定位实训、多段速度运转实训；多台变频器的并用操作运转实训和联网通讯运转实训等功能。
运动控制模块，包括伺服电机驱动控制操作面板和步进电机驱动控制操作面板，实现直线位移定位控制和转动角度位移定位控制实训。伺服电机驱动控制操作面板,优选的V90伺服驱动模块、滑台模组精密直线导轨滚珠丝杠、增量型编码器、位移传感器、微动开关，模拟仿真工程直线运动定位控制实训。步进电机驱动控制操作面板,优选的步科步进驱动模块、电动角度转台、增量型编码器、微动开关，模拟仿真工程角度定位控制实训。
现场控制模块，包括AI模拟量信号仿真面板、数字量I/O操作面板和三相异步电机拖动控制操作面板,与PLC操作面板灵活组合，可作为PLC网络控制现场设备级网络节点使用，也可为学生提供四工位单个PLC为核心的控制技术实训平台，实现基本的电机拖动控制实训功能。
AI模拟量信号仿真面板，优选的信号发生器，可以产生可调的4～20mA、 -5V～+5V、-10V～+10V、-0V～+10V模拟量信号，各量程模拟量信号通过旋钮可调节，实现现场模拟量信号的采集实训。
数字量I/O操作面板，优选的主令电气、指示灯和蜂鸣器，为PLC提供现场操作指令，并通过指示灯查看PLC的命令执行、运行状态等情况。设置有数字量I/O操作面板I、II、III、IV共4块,各数字量I/O操作面板上元器件型号、数量、布局一致，优选的DC24V指示灯(黄、绿、红、白、兰)、 AC220V指示灯(黄、绿、红、白、兰),自动复位按钮(黄、绿、红、白、黑)，带指示灯锁止按钮(黄、绿、红、白、黑)，急停按钮，钥匙开关，选择开关，蜂鸣器。
三相异步电机拖动控制操作面板共2块，包括三相异步电机拖动控制操作面板I和三相异步电机拖动控制操作面板II,各三相异步电机拖动控制操作面板上元器件型号、数量、布局一致，优选的电机保护型塑壳断路器、熔断器、电机综合保护器、制动电阻装置、能耗制动装置、电磁制动器、中间继电器、接触器、热继电器、速度继电器、三相异步电机，在整个系统中起着PLC控制信号放大和执行的作用。
本发明在控制模式上采用经典的分布式三层网络结构，即第一层为中央监控层，以PC计算机、大型S7-1500PLC、精智面板HIM为中心，配以博途软件和网络通讯卡，用于设备网络自动化的远程监控、管理与调度；第二层为车间级过程监控层，以中型S7-1200PLC、精智面板HIM为中心组成 profinet网络站点，或以中型S7-300PLC、精智面板HIM为中心组成profibus-DP网络主站站点，用于车间各设备的监控、协调配合管理与调度；第三层为现场设备级控制层，以中型S7-1200PLC、精简面板HIM为中心组成 profinet网络站点或以小型S7-200PLC、精简面板HIM为中心组成 profibus-DP网络从站站点，用于现场设备的变频调速驱动、交流伺服驱动、步进驱动、三相异步电机等现场运动部件的的监控、协调配合管理与调度。
本发明采用积木组合式结构，电气控制柜体内设置有安装框架，用于安装固定挂装各操作面板，各操作面板形状规格一致，采用快速挂装装置，可根据实训需求灵活移位组装。每个操作面板均采用开放式设计，电气元件按照工程应用模式安装固定在操作面板上，使学生能够直观元器件的外形、端子接口，增强工程应用的真实性。电气元件的每个接线端子采用香蕉线插座引出，学生可根据需要灵活选用各元器件及元器件的各接线端子，增强实训项目展开的灵活性，与工程实践零接轨。在实训过程中，学生采用香蕉双层护套线进行接线连接，增强操作安全性，提高实训项目展开的实效性。
以下基于不同的实训功能，给出几个不同的实施例，以体现本发明实训装置的综合性及灵活性。
实施例一
本实施例为开展四工位单型号、单台PLC控制实训情况。如图1所示。
PC计算机I1、PC计算机II2、PC计算机III3、PC计算机IV4，可分别作为S7-1500PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC、S7-200PLC的编译调试运行环境，通过PLC网络控制实训柜I5、PLC网络控制实训柜II6的操作面板组合搭配，可实现S7-200PLC控制基本技能实训、S7-300PLC控制基本技能实训、 S7-1200PLC控制基本技能实训和S7-1500PLC控制基本技能实训。
为了更好地说明，下面简单介绍一下S7-1500PLC控制基本技能实训使用情况。选择PC计算机I1安装网卡和博途软件，电源操作面板I511， S7-1500PLC操作面板512，伺服电机驱动控制操作面板514，S120变频器操作面板515，数字量I/O操作面板I531，人机界面HMII532等；组建 S7-1500PLC控制基本技能实训平台。学生可根据实训需求灵活选用各元器件及元器件的各接线端子，实现PLC基本应用实训、基于PLC的变频调速控制实训、基于PLC的交流伺服电机位置运动控制实训、PLC、触摸屏与变频器的综合实训。其他单型号、单台PLC控制实训使用情况与S7-1500PLC控制基本技能实训使用情况类似，就不在一一赘述。
实施例二
本实施例为开展多型号、多台PLC Profinet网络控制实训情况。如图1、 3、4所示。
选择PC计算机I1安装网卡和博途软件，电源操作面板I511，S7-1500PLC 操作面板512，S7-1200PLC操作面板I513，电源操作面板II521，S7-1200PLC 操作面板II522,电源操作面板III611，S7-300PLC操作面板612，电源操作面板IV621，S7-200PLC操作面板II,远程I/O Profinet操作面板5232，远程I/O Profinet操作面板6232，人机界面HMI II集成Profinet接口542，人机界面HMIIV集成Profinet接口，AI模拟量信号仿真面板5231，伺服电机驱动控制操作面板514，步进电机驱动控制操作面板614，S120变频器操作面板515，G120变频器操作面板525，V20变频器操作面板615，M420变频器操作面板625，基本电气控制面板I524，基本电气控制面板II624，数字量I/O操作面板I531，数字量I/O操作面板II541，数字量I/O操作面板 III631，数字量I/O操作面板IV641。
利用Profinet网线，连接PC计算机I1，S7-1500PLC操作面板512上 CPU1516模块，S7-1200PLC操作面板I513上CPU1214DC/DC/DC模块、CM1241 通讯模块、CSM1277交换机模块，S7-1200PLC操作面板II522上 CPU1214AC/DC/RLY模块、CM1241通讯板，S7-300PLC操作面板612上CPU314C 模块，S7-200PLC操作面板II上CPU226AC/DC/RLY模块、以太网通讯模块，远程I/O Profinet操作面板5232，远程I/O Profinet操作面板6232，人机界面HMI II集成Profinet接口542，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profinet网络控制实训平台，实现S7-1500PLC与S7-1200PLC Profinet 通信实训，实现S7-1500PLC与S7-300PLC Profinet通信实训，实现 S7-300PLC与S7-200PLC Profinet通信实训，基于Profinet网络的远程变频调速控制实训，基于Profinet网络的远程伺服、步进运动控制实训。
实施例三
本实施例为开展多型号、多台PLC Profibus-DP网络控制实训情况。如图1、3、4所示。
选择PC计算机I1安装网卡和博途软件，电源操作面板I511，S7-1500PLC 操作面板512，S7-1200PLC操作面板I513，电源操作面板II521，S7-1200PLC 操作面板II522，电源操作面板III611，S7-300PLC操作面板612，S7-200PLC 操作面板I613，人机界面HMI I集成Profibus-DP接口532，人机界面HMIIII 集成Profibus-DP接口632，AI模拟量信号仿真面板6231，伺服电机驱动控制操作面板514，步进电机驱动控制操作面板614，S120变频器操作面板 515，G120变频器操作面板525，V20变频器操作面板615，M420变频器操作面板625，基本电气控制面板I524，基本电气控制面板II624，数字量I/O 操作面板I531，数字量I/O操作面板II541，数字量I/O操作面板III631，数字量I/O操作面板IV641。
利用Profibus-DP网线，连接PC计算机I1，S7-1500PLC操作面板512 上CPU1516模块，S7-1200PLC操作面板I513上CPU1214DC/DC/DC模块、 CM1243-5 DP主站模块，S7-1200PLC操作面板II522上CPU1214AC/DC/RLY 模块、CM1242-5 DP从站模块，S7-300PLC操作面板612上CPU314C模块， S7-200PLC操作面板I上CPU226DC/DC/DC模块、rofibus-DP通讯模块，人机界面HMI I集成Profibus-DP接口532，人机界面HMIIII集成 Profibus-DP接口632，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的ProfiBUS-DP网络控制实训平台，实现S7-1500PLC与S7-300PLC Profibus通信实训，实现S7-1200PLC与S7-300PLC Profibus通信实训，实现S7-300PLC与 S7-200PLC Profibus通信实训，基于Profibus-DP网络的远程变频调速控制实训，基于Profibus-DP网络的远程伺服、步进运动控制实训。
实施例四
本实施例为开展多型号、多台PLC Profinet+Profibus-DP混合式网络控制实训情况。如图1、3、4所示。
选择电源操作面板I511，S7-1500PLC操作面板512，S7-1200PLC操作面板I513，电源操作面板IV621，S7-200PLC操作面板II，远程I/O Profinet 操作面板5232，远程I/OProfinet操作面板6232，人机界面HMI II集成 Profinet接口542，人机界面HMIIV集成Profinet接口。
利用Profinet网线，连接S7-1500PLC操作面板512上CPU1516模块， S7-1200PLC操作面板I513上CPU1214DC/DC/DC模块、CM1241通讯模块、 CSM1277交换机模块，S7-200PLC操作面板II上CPU226AC/DC/RLY模块、以太网通讯模块，远程I/O Profinet操作面板I5232，远程I/O Profinet 操作面板II6232，人机界面HMI II集成Profinet接口542，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profinet网络。
选择电源操作面板II521，S7-1200PLC操作面板II522，电源操作面板 III611，S7-300PLC操作面板612，S7-200PLC操作面板I613，人机界面HMI I集成Profibus-DP接口532，人机界面HMIIII集成Profibus-DP接口632。利用Profibus-DP网线，连接S7-300PLC操作面板612上CPU314C模块， S7-1200PLC操作面板II522上CPU1214AC/DC/RLY模块、CM1242-5 DP从站模块，S7-200PLC操作面板I上CPU226DC/DC/DC模块、Profibus-DP通讯模块，人机界面HMI I集成Profibus-DP接口532，人机界面HMIIII集成 Profibus-DP接口632，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profibus-DP网络。
选择PC计算机I1安装网卡和博途软件，利用Profinet网线，连接PC 计算机I1，S7-1500PLC操作面板512上CPU1516模块，S7-300PLC操作面板 612上CPU314C模块，搭建Profinet+Profibus-DP混合式网络控制实训平台，实现多型号、多网络PLC网络通信实训功能。
本发明的“一种PLC网络自动化综合实训装置”,与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、设备直观：设备均采用直接外露的安装形式，设备可以更加直观的展现在学员面前，缩短了学生从教室到岗位现场的过渡和适应时间。
2、结构灵活：采用积木组合式结构，各操作面板形状规格一致，采用快速挂装装置，可根据实训需求灵活移位组装，系统使用和组合更加灵活。
3、系统性强：本平台将典型的大型PLC、中型PLC、微型PLC、人机界面HMI、变频器、伺服驱动、步进驱动、电机拖动等工业现场主要设备集于一身，能够真实模拟工业现场的各种控制方式，满足学员PLC网络自动化系统性学习需求，避免了单个电气元件很熟练，但不会多个电气元件相互控制的缺陷。
4、贴近现场实际：该设备的实训内容均为工业现场主流技术应用，优选的元器件既包含新主流产品，也包含过去主流产品，贴近当前工厂设备新旧产品更替混用之状况，采用典型三层控制架构模式，能够方便的进行各种中、小型工程项目设计或升级改造设计实训，充分锻炼学员的动手能力和解决问题的综合能力。
5、保护完善：设有漏电保护、短路保护，接线操作安全防护，使用安全可靠，能确保操作者安全。
Claims (10)
1.一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，包括PLC网络控制实训柜和PC计算机，所述PLC网络控制实训柜挂装有各类实训操作面板，所述PC计算机安装有网卡、通讯卡和组态软件；所述PLC网络控制实训柜和PC计算机之间构建有：
配电模块，用以向其他模块提供电源，包括配置于PLC网络控制实训柜内的电源操作面板；
远程监控模块，用以实现人机交互功能，包括PC计算机以及配置于PC计算机上的网卡、通讯卡和组态软件，所述PC计算机通过网卡或通讯卡与PLC网络通信站点相连；
PLC网络通信站点模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜上的各类PLC操作面板、远程操作面板和人机界面HMI；所述PLC操作面板、远程操作面板及人机界面HMI的型号及数量根据实训需求选择性配置，灵活组成profinet网络、profibus-DP网络和profinet+profibus-DP混合式网络，以实现多型号、多网络PLC网络通信实训功能；
变频调速模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的若干变频器操作面板，用以实现各型号单台变频器的接线实训、速度定位实训、多段速度运转实训，以及多台变频器的并用操作运转实训和联网通讯运转实训等功能；
运动控制模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的伺服电机驱动控制操作面板和步进电机驱动控制操作面板，用以实现直线位移定位控制和转动角度位移定位控制实训；
现场控制模块，包括挂装于PLC网络控制实训柜的AI模拟量信号仿真面板、数字量I/O操作面板、三相异步电机拖动控制操作面板，用以与各PLC操作面板灵活组合，作为PLC网络控制现场设备级网络节点使用，或者实现基本的电机拖动控制实训功能。
2.如权利要求1所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
所述PC计算机包括PC计算机I、PC计算机II、PC计算机III和PC计算机IV；四台PC计算机均配置为i7处理器、内存4G以上的计算机，安装有西门子通讯卡和博途软件。
3.如权利要求2所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
所述PLC网络控制实训柜包括PLC网络控制实训柜I和PLC网络控制实训柜II；两柜在机械结构上相同，均采用内外双层框架式结构，包括柜体及设置在柜体内的安装框架，所述安装框架用以挂装各实训操作面板；所述柜体采用四面开放式结构，包括前、后、左、右四个柜门以及前、后两个安装框架。
4.如权利要求3所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
所述PLC网络控制实训柜I上各类实训操作面板的挂装结构为：
前安装框架上挂装有电源操作面板I、S7-1500PLC操作面板、S7-1200PLC操作面板I、伺服电机驱动控制操作面板、S120变频器操作面板；
后安装框架上挂装有电源操作面板II、S7-1200PLC操作面板II、AI模拟量信号仿真面板、远程I/O Profinet操作面板、基本电气控制面板I、G120变频器操作面板；
前柜门上设置有数字量I/O操作面板I和集成Profibus-DP接口的人机界面HMII；
后柜门上设置有数字量I/O操作面板II和集成Profinet接口的人机界面HMIII；
所述PLC网络控制实训柜II上各类实训操作面板的挂装结构为：
前安装框架上挂装有电源操作面板III、S7-300PLC操作面板、S7-200PLC操作面板I、步进电机驱动控制操作面板、V20变频器操作面板；
后安装框架上挂装有电源操作面板IV、S7-200PLC操作面板II、AI模拟量信号仿真面板、远程I/O Profinet操作面板、基本电气控制面板II、M420变频器操作面板；
前柜门上设置有数字量I/O操作面板III和集成Profibus-DP接口的人机界面HMIIII；
后柜门上设置有数字量I/O操作面板IV和集成Profinet接口的人机界面HMIIV。
5.如权利要求3所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
所述PLC网络控制实训柜的机械结构还包括：
用以给电气控制柜电源操作面板供配电的三相五线制工业防水固定插座；
在柜体下方内侧设置的安全保护接地铜柱；
用以给PC计算机提供电源的三线制AC220V插线排；
安装于柜体底部的万向移动轮；
在安装框架上开设的V型槽，各操作面板形状规格一致，且在四角处设置有与V型槽相适配的凸缘；
挂装在安装框架上的各类操作面板一侧开设便于通讯组网走线的线缆通孔。
6.如权利要求4所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
所述PC计算机I、PC计算机II、PC计算机III、PC计算机IV分别作为S7-1500PLC、S7-1200PLC、S7-300PLC、S7-200PLC的编译调试运行环境，通过PLC网络控制实训柜I、PLC网络控制实训柜II的操作面板组合搭配，实现S7-200PLC控制基本技能实训、S7-300PLC控制基本技能实训、S7-1200PLC控制基本技能实训和S7-1500PLC控制基本技能实训。
7.如权利要求4所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
四台PC计算机与两台PLC网络控制实训柜组配为多型号、多台PLC组网协调配合控制实训，运用一台或多台PC计算机运行WINCC程序，作为中央监控中心。
8.如权利要求7所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
选择PC计算机I安装网卡和博途软件，选择两台PLC网络控制实训柜上的电源操作面板I、S7-1500PLC操作面板、S7-1200PLC操作面板I、电源操作面板II、S7-1200PLC操作面板II、电源操作面板III、S7-300PLC操作面板、电源操作面板IV、S7-200PLC操作面板II、远程I/OProfinet操作面板I、远程I/O Profinet操作面板II、人机界面HMIII集成Profinet接口，人机界面HMIIV集成Profinet接口、AI模拟量信号仿真面板、伺服电机驱动控制操作面板、步进电机驱动控制操作面板、S120变频器操作面板、G120变频器操作面板、V20变频器操作面板、M420变频器操作面板、基本电气控制面板I、基本电气控制面板II、数字量I/O操作面板I、数字量I/O操作面板II、数字量I/O操作面板III、数字量I/O操作面板IV；
利用Profinet网线，连接PC计算机I，S7-1500PLC操作面板上CPU1516模块，S7-1200PLC操作面板I上CPU1214DC/DC/DC模块、CM1241通讯模块、CSM1277交换机模块，S7-1200PLC操作面板II上CPU1214AC/DC/RLY模块、CM1241通讯板，S7-300PLC操作面板上CPU314C模块，S7-200PLC操作面板II上CPU226AC/DC/RLY模块、以太网通讯模块，远程I/O Profinet操作面板I，远程I/O Profinet操作面板II，人机界面HMIII集成Profinet接口，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profinet网络控制实训平台，实现S7-1500PLC与S7-1200PLC Profinet通信实训，实现S7-1500PLC与S7-300PLC Profinet通信实训，实现S7-300PLC与S7-200PLCProfinet通信实训，基于Profinet网络的远程变频调速控制实训以及基于Profinet网络的远程伺服、步进运动控制实训。
9.如权利要求7所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
选择PC计算机I安装网卡和博途软件，选择两台PLC网络控制实训柜上的电源操作面板I、S7-1500PLC操作面板、S7-1200PLC操作面板I、电源操作面板II、S7-1200PLC操作面板II、电源操作面板III、S7-300PLC操作面板、S7-200PLC操作面板I、人机界面HMII集成Profibus-DP接口、人机界面HMIIII集成Profibus-DP接口、AI模拟量信号仿真面板、伺服电机驱动控制操作面板、步进电机驱动控制操作面板、S120变频器操作面板、G120变频器操作面板、V20变频器操作面板、M420变频器操作面板、基本电气控制面板I、基本电气控制面板II、数字量I/O操作面板I、数字量I/O操作面板II、数字量I/O操作面板III、数字量I/O操作面板IV。
利用Profibus-DP网线，连接PC计算机I，S7-1500PLC操作面板上CPU1516模块，S7-1200PLC操作面板I上CPU1214DC/DC/DC模块、CM1243-5DP主站模块，S7-1200PLC操作面板II上CPU1214AC/DC/RLY模块、CM1242-5DP从站模块，S7-300PLC操作面板上CPU314C模块，S7-200PLC操作面板I上CPU226DC/DC/DC模块、rofibus-DP通讯模块，人机界面HMII集成Profibus-DP接口，人机界面HMIIII集成Profibus-DP接口，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的ProfiBUS-DP网络控制实训平台，实现S7-1500PLC与S7-300PLC Profibus通信实训，实现S7-1200PLC与S7-300PLC Profibus通信实训，实现S7-300PLC与S7-200PLC Profibus通信实训，基于Profibus-DP网络的远程变频调速控制实训，基于Profibus-DP网络的远程伺服、步进运动控制实训。
10.如权利要求7所述的一种PLC网络自动化综合实训装置，其特征在于，
选择电源操作面板I，S7-1500PLC操作面板，S7-1200PLC操作面板I，电源操作面板IV，S7-200PLC操作面板II，远程I/O Profinet操作面板I，远程I/O Profinet操作面板II，人机界面HMIII集成Profinet接口，人机界面HMIIV集成Profinet接口；
利用Profinet网线，连接S7-1500PLC操作面板上CPU1516模块，S7-1200PLC操作面板I上CPU1214DC/DC/DC模块、CM1241通讯模块、CSM1277交换机模块，S7-200PLC操作面板II上CPU226AC/DC/RLY模块、以太网通讯模块，远程I/O Profinet操作面板I，远程I/O Profinet操作面板II，人机界面HMIII集成Profinet接口，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profinet网络；
选择电源操作面板II，S7-1200PLC操作面板II，电源操作面板III，S7-300PLC操作面板，S7-200PLC操作面板I，人机界面HMII集成Profibus-DP接口，人机界面HMIIII集成Profibus-DP接口。
利用Profibus-DP网线，连接S7-300PLC操作面板上CPU314C模块，S7-1200PLC操作面板II上CPU1214AC/DC/RLY模块、CM1242-5 DP从站模块，S7-200PLC操作面板I上CPU226DC/DC/DC模块、Profibus-DP通讯模块，人机界面HMII集成Profibus-DP接口，人机界面HMIIII集成Profibus-DP接口，搭建集人机界面HMI、PLC于一体的Profibus-DP网络。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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