CN202662182U

CN202662182U - 现场总线控制系统教学实验装置

Info

Publication number: CN202662182U
Application number: CN 201120421392
Authority: CN
Inventors: 黄华圣; 姚建平; 孙怀海; 王治江
Original assignee: Zhejiang Tianhuang Science and Technology Industrial Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Tianhuang Science and Technology Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2021-10-31

Abstract

本实用新型涉及一种现场总线控制系统教学实验装置。由上位机、控制柜、控制对象构成，其特征在于：所述的控制柜内安装有控制器，上位机通过控制器实现对控制对象的控制；所述的控制对象能够组成不同的控制回路，回路中安装有模拟仪表和总线仪表。本实用新型完整地实现了应用于教学实验装置的三层网络结构的现场总线技术，它具有控制层的通讯速率在一定范围内可调、控制精度高、执行器动作快和可构成全数字化回路的优点。

Description

现场总线控制系统教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种现场总线控制系统教学实验装置。

背景技术

现场总线技术是目前工业自动化行业内普遍认为的工业控制技术的发展趋势。现场总线技术的广泛应用，使得高等院校对现场总线控制系统教学实验装置有了大量的需求。工业控制中实际应用的现场总线控制系统由于点数多、分布广，不适宜直接作为教学实验装置。目前市场上适用于自动化领域的教学实验装置虽然很多，但还没有完整的体现现场总线控制技术特点的教学实验装置。随着技术的发展，多种总线协议成为行业总线标准。许多厂家生产的实验装置只在控制层采用了总线网络，所采用的检测元件和执行元件仍为模拟方式的器件，并没有实现对现场过程变量的数字化采集；同时，也未能将多种不同协议的总线进行集成，其不符合工业现场实际应用情况，不能满足学校专业教学的需求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种现场总线控制系统教学实验装置的技术方案。

所述的现场总线控制系统教学实验装置，由上位机、控制柜、控制对象构成，其特征在于：所述的控制柜内安装有控制器，上位机通过控制器实现对控制对象的控制；所述的控制对象能够组成不同的控制回路，回路中安装有模拟仪表和总线仪表。

所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机和控制柜之间通过工业以太网模块相连，以实现工业以太网通讯；控制层之间的模块通过FF网络连接，网络通讯速率可调；本层网络还连接具有通讯接口的远程分布式I/O从站，可用于模拟量信号的传输；控制器和现场仪表之间通过FF链路相连，从而在现场仪表层之间构成FF网络。

所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机和控制器之间通过工业以太网模块相连，实现10/100M自适应工业以太网通讯。

所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机是用于实验装置的专用上位监控组态。

所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的控制层中的控制器装载有用于实验装置控制程序，可完成多个实验项目。

本实用新型完整地实现了应用于教学实验装置的三层网络结构的现场总线技术，它具有控制层的通讯速率在一定范围内可调、控制精度高、执行器动作快和可构成全数字化回路的优点。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的一种控制系统原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步说明：

现场总线控制系统教学实验装置，由上位机1、控制柜2、控制对象3构成，所述的控制柜2内安装有控制器，上位机1通过控制器实现对控制对象3的控制；所述的控制对象3能够组成不同的控制回路，回路中安装有模拟仪表和总线仪表。

上位机1和控制柜2之间通过工业以太网模块相连，以实现工业以太网通讯；控制层之间的模块通过FF网络连接，网络通讯速率可调；本层网络还连接具有通讯接口的远程分布式I/O从站，可用于模拟量信号的传输；控制器和现场仪表之间通过FF链路相连，从而在现场仪表层之间构成FF网络，控制层中的控制器装载有用于实验装置控制程序，可完成多个实验项目。

上位机和控制器之间通过工业以太网模块相连，实现10/100M自适应工业以太网通讯，上位机是用于实验装置的专用上位监控组态。

本实用新型的上位机和控制器之间通过以太网通讯模块和HUB构成上位通讯的工业以太网通讯网络；现场总线控制系统教学实验装置的模拟信号，直接传送到模拟量输入模块，模拟量输入模块的分布式I/O模块挂接到FF总线上，FF总线上还挂接有控制器，控制器为FF总线上的主站，这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。

本实验装置中带FF通讯接口的阀门定位器挂接在FF总线上，通过配电器和总线连接器与主站交换数据，FF总线上挂接有控制器，这样控制器发出的控制信号就由FF总线来控制执行机构阀门定位器。

FF网络上的电磁流量计、压力变送器、温度变送器的信号传输流程与阀门定位器相同。

另一路执行器在常规变频器的基础上加装FF接口模块，通过FF网络直接和控制器通讯，执行机构移项调压器由分布式I/O模块上挂接的模拟量输出模块输出的模拟信号控制。

在编程PC机中加装有通讯卡，通过过程装置管理软件对现场仪表进行参数设定，通过编程软件编写程序并下载到CPU，在用作上位监控的PC机也装有通讯卡，通过组态软件组态变量和监控界面。

本实用新型的被控对象由不锈钢储水箱、上水箱、中水箱、下水箱、电加热锅炉、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路构成。被控对象模型动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、手动调节阀及具有FF接口的电磁流量计构成；另一路由变频器、三相（220V变频）磁力驱动泵、涡轮流量计及手动调节阀构成。整个被控对象模型既能够完成温度、液位、流量、压力等参数的检测，又集成了调节阀等执行机构。

实验为水箱液位的串级控制系统，由主控和副控两个回路组成。主控回路中的调节器称为主调节器，控制对象为中水箱，中水箱的液位为系统的主控制量。副控回路中的调节器称为副调节器，控制对象为上水箱，又称副对象，上水箱的液位为系统的副控制量。主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。副调节器的输出直接驱动气动调节阀，从而达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊要求，因而副调节器可采用P调节器。

实验主要涉及三路信号，其中两路是现场测量信号上水箱和中水箱液位，另一路是控制阀门定位器的控制信号。

上水箱和中水箱液位检测信号LT1和LT2为标准的模拟信号，直接传送到SMAR公司生产的DF43模拟量输入模块，模拟量输入模块和分布式I/O模块直接连接，分布式I/O模块挂接到FF总线上，FF总线上还挂接有控制器，控制器作为总线上的主站，这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。

本实验装置中带FF通讯接口的阀门定位器挂接在总线上，通过FF总线交换数据，FF总线上挂接有控制器，这样控制器就可以直接控制执行机构阀门定位器。

本实验装置选择上下串联的两个水箱作为被控对象，实验之前必须先把储水箱贮足水量，然后连通通往上水箱的动力管路，使水流经过上水箱到达下水箱，最后回流至储水箱。

被控对象模型动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、手动调节阀及具有FF接口的电磁流量计构成；另一路由变频器、三相（220V变频）磁力驱动泵、涡轮流量计及手动调节阀构成。整个被控对象模型既能够完成温度、液位、流量、压力等参数的检测，又集成了调节阀等执行机构。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.现场总线控制系统教学实验装置，由上位机、控制柜、控制对象构成，其特征在于：所述的控制柜内安装有控制器，上位机通过控制器实现对控制对象的控制；所述的控制对象能够组成不同的控制回路，回路中安装有模拟仪表和总线仪表。

2.根据权利要求1所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机和控制柜之间通过工业以太网模块相连，以实现工业以太网通讯；控制层之间的模块通过FF网络连接，网络通讯速率可调；本层网络还连接具有通讯接口的远程分布式I/O从站，可用于模拟量信号的传输；控制器和现场仪表之间通过FF链路相连，从而在现场仪表层之间构成FF网络。

3.根据权利要求1所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机和控制器之间通过工业以太网模块相连，实现10/100M自适应工业以太网通讯。

4.根据权利要求1或2所述的现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于所述的上位机是用于实验装置的专用上位监控组态。