專利名稱：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置。
背景技術：
現(xiàn)場總線技術是目前工業(yè)自動化行業(yè)內普遍認為的工業(yè)控制技術的發(fā)展趨勢。現(xiàn)場總線技術的廣泛應用，使得高等院校對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置有了大量的需求。工業(yè)控制中實際應用的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于點數(shù)多、分布廣，不適宜直接作為教學實驗裝置。目前市場上適用于自動化領域的教學實驗裝置雖然很多，但還沒有完整的體現(xiàn)現(xiàn)場總線控制技術特點的教學實驗裝置。隨著技術的發(fā)展，多種總線協(xié)議成為行業(yè)總線標準。許多廠家生產的實驗裝置只在控制層采用了總線網絡，所采用的檢測元件和執(zhí)行元件仍為模擬方式的器件，并沒有實現(xiàn)對現(xiàn)場過程變量的數(shù)字化采集；同時，也未能將多種不同協(xié)議的總線進行集成，其不符合工業(yè)現(xiàn)場實際應用情況，不能滿足學校專業(yè)教學的需求。

實用新型內容針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置的技術方案。所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，由上位機、控制柜、控制對象構成，其特征在于所述的控制柜內安裝有控制器，上位機通過控制器實現(xiàn)對控制對象的控制；所述的控制對象能夠組成不同的控制回路，回路中安裝有模擬儀表和總線儀表。所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機和控制柜之間通過工業(yè)以太網模塊相連，以實現(xiàn)工業(yè)以太網通訊；控制層之間的模塊通過FF網絡連接，網絡通訊速率可調；本層網絡還連接具有通訊接口的遠程分布式I/O從站，可用于模擬量信號的傳輸；控制器和現(xiàn)場儀表之間通過FF鏈路相連，從而在現(xiàn)場儀表層之間構成FF網絡。所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機和控制器之間通過工業(yè)以太網模塊相連，實現(xiàn)10/100M自適應工業(yè)以太網通訊。所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機是用于實驗裝置的專用上位監(jiān)控組態(tài)。所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的控制層中的控制器裝載有用于實驗裝置控制程序，可完成多個實驗項目。本實用新型完整地實現(xiàn)了應用于教學實驗裝置的三層網絡結構的現(xiàn)場總線技術，它具有控制層的通訊速率在一定范圍內可調、控制精度高、執(zhí)行器動作快和可構成全數(shù)字化回路的優(yōu)點。

圖I是本實用新型的系統(tǒng)框圖；[0011]圖2是本實用新型的一種控制系統(tǒng)原理結構示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步說明現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，由上位機I、控制柜2、控制對象3構成，所述的控制柜2內安裝有控制器，上位機I通過控制器實現(xiàn)對控制對象3的控制；所述的控制對象3能夠組成不同的控制回路，回路中安裝有模擬儀表和總線儀表。上位機I和控制柜2之間通過工業(yè)以太網模塊相連，以實現(xiàn)工業(yè)以太網通訊；控制層之間的模塊通過FF網絡連接，網絡通訊速率可調；本層網絡還連接具有通訊接口的遠程分布式I/O從站，可用于模擬量信號的傳輸；控制器和現(xiàn)場儀表之間通過FF鏈路相連，從而在現(xiàn)場儀表層之間構成FF網絡，控制層中的控制器裝載有用于實驗裝置控制程序，可完成多個實驗項目。 上位機和控制器之間通過工業(yè)以太網模塊相連，實現(xiàn)10/100M自適應工業(yè)以太網通訊，上位機是用于實驗裝置的專用上位監(jiān)控組態(tài)。本實用新型的上位機和控制器之間通過以太網通訊模塊和HUB構成上位通訊的工業(yè)以太網通訊網絡；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置的模擬信號，直接傳送到模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊的分布式I/o模塊掛接到FF總線上，F(xiàn)F總線上還掛接有控制器，控制器為FF總線上的主站，這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到CPU的傳送。本實驗裝置中帶FF通訊接口的閥門定位器掛接在FF總線上，通過配電器和總線連接器與主站交換數(shù)據，F(xiàn)F總線上掛接有控制器，這樣控制器發(fā)出的控制信號就由FF總線來控制執(zhí)行機構閥門定位器。FF網絡上的電磁流量計、壓力變送器、溫度變送器的信號傳輸流程與閥門定位器相同。另一路執(zhí)行器在常規(guī)變頻器的基礎上加裝FF接口模塊，通過FF網絡直接和控制器通訊，執(zhí)行機構移項調壓器由分布式I/o模塊上掛接的模擬量輸出模塊輸出的模擬信號控制。在編程PC機中加裝有通訊卡，通過過程裝置管理軟件對現(xiàn)場儀表進行參數(shù)設定，通過編程軟件編寫程序并下載到CPU，在用作上位監(jiān)控的PC機也裝有通訊卡，通過組態(tài)軟件組態(tài)變量和監(jiān)控界面。本實用新型的被控對象由不銹鋼儲水箱、上水箱、中水箱、下水箱、電加熱鍋爐、冷熱水交換盤管和敷塑不銹鋼管路構成。被控對象模型動力支路分兩路一路由三相(380V交流)磁力驅動泵、氣動調節(jié)閥、直流電磁閥、手動調節(jié)閥及具有FF接口的電磁流量計構成；另一路由變頻器、三相(220V變頻)磁力驅動泵、渦輪流量計及手動調節(jié)閥構成。整個被控對象模型既能夠完成溫度、液位、流量、壓力等參數(shù)的檢測，又集成了調節(jié)閥等執(zhí)行機構。實驗為水箱液位的串級控制系統(tǒng)，由主控和副控兩個回路組成。主控回路中的調節(jié)器稱為主調節(jié)器，控制對象為中水箱，中水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調節(jié)器稱為副調節(jié)器，控制對象為上水箱，又稱副對象，上水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調節(jié)器的輸出直接驅動氣動調節(jié)閥，從而達到控制中水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調節(jié)器應為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復現(xiàn)主調節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊要求，因而副調節(jié)器可采用P調節(jié)器。實驗主要涉及三路信號，其中兩路是現(xiàn)場測量信號上水箱和中水箱液位，另一路是控制閥門定位器的控制信號。上水箱和中水箱液位檢測信號LTl和LT2為標準的模擬信號，直接傳送到SMAR公司生產的DF43模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊和分布式I/O模塊直接連接，分布式I/O模塊掛接到FF總線上，F(xiàn)F總線上還掛接有控制器，控制器作為總線上的主站，這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到CPU的傳送。本實驗裝置中帶FF通訊接口的閥門定位器掛接在總線上，通過FF總線交換數(shù)據，F(xiàn)F總線上掛接有控制器，這樣控制器就可以直接控制執(zhí)行機構閥門定位器。 本實驗裝置選擇上下串聯(lián)的兩個水箱作為被控對象，實驗之前必須先把儲水箱貯足水量，然后連通通往上水箱的動力管路，使水流經過上水箱到達下水箱，最后回流至儲水箱。被控對象模型動力支路分兩路一路由三相(380V交流)磁力驅動泵、氣動調節(jié)閥、直流電磁閥、手動調節(jié)閥及具有FF接口的電磁流量計構成；另一路由變頻器、三相(220V變頻)磁力驅動泵、渦輪流量計及手動調節(jié)閥構成。整個被控對象模型既能夠完成溫度、液位、流量、壓力等參數(shù)的檢測，又集成了調節(jié)閥等執(zhí)行機構。最后，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，由上位機、控制柜、控制對象構成，其特征在于所述的控制柜內安裝有控制器，上位機通過控制器實現(xiàn)對控制對象的控制；所述的控制對象能夠組成不同的控制回路，回路中安裝有模擬儀表和總線儀表。
2.根據權利要求I所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機和控制柜之間通過工業(yè)以太網模塊相連，以實現(xiàn)工業(yè)以太網通訊；控制層之間的模塊通過FF網絡連接，網絡通訊速率可調；本層網絡還連接具有通訊接口的遠程分布式I/O從站，可用于模擬量信號的傳輸；控制器和現(xiàn)場儀表之間通過FF鏈路相連，從而在現(xiàn)場儀表層之間構成FF網絡。
3.根據權利要求I所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機和控制器之間通過工業(yè)以太網模塊相連，實現(xiàn)10/100M自適應工業(yè)以太網通訊。
4.根據權利要求I或2所述的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置，其特征在于所述的上位機是用于實驗裝置的專用上位監(jiān)控組態(tài)。
專利摘要本實用新型涉及一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)教學實驗裝置。由上位機、控制柜、控制對象構成，其特征在于所述的控制柜內安裝有控制器，上位機通過控制器實現(xiàn)對控制對象的控制；所述的控制對象能夠組成不同的控制回路，回路中安裝有模擬儀表和總線儀表。本實用新型完整地實現(xiàn)了應用于教學實驗裝置的三層網絡結構的現(xiàn)場總線技術，它具有控制層的通訊速率在一定范圍內可調、控制精度高、執(zhí)行器動作快和可構成全數(shù)字化回路的優(yōu)點。
文檔編號G09B19/00GK202662182SQ20112042139
公開日2013年1月9日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者黃華圣, 姚建平, 孫懷海, 王治江 申請人:浙江天煌科技實業(yè)有限公司