专利名称：烟草行业用自控设计教学试验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟草行业中所用的自控设计教学试验平台。
背景技术：
目前，烟草行业自动化水平较高，多采用最新的电气和计算机控制技术。在自动化控制技术方面走在了制造业前列，新设备在烟草业得到大量应用。由于技术更新较快，技术人员面对日益复杂和高端的自控技术很难在短时间内掌握，造成设备引进、设备维护和技术创新难度加大，最终将影响到烟草产品质量的稳定。在烟草生产线上有各种独立的控制设备，虽然它们可以通过网线组成工控网，由计算机进行管理，但其位置分散，功能单一，不能在一个控制柜中将整个工控网的全部控制系统集中起来，造成故障查询慢，维护不易的问题；各现有的控制装置，其设备损坏后往往因没有后备件而不能及时得到更替，造成该环节的无法正常工作，影响了整个生产线的运行。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，提供一种具有结构合理，使用方便，高度集成，可将现有车间中的各控制设备整合到一个控制柜中，实现了远程控制、教学设计、备件快速更换等多种功能一体化的自控设计教序试验平台。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案一种烟草行业用自控设计教学试验平台，它由至少一个控制柜组成，控制柜中安装电源装置，所述控制柜中安装有至少一个控制装置，各控制装置均与交换机连接，交换机则与车间的网络连接；同时各控制装置通过相应的标准通信网络与控制柜内的下级设备组成控制网络；来自车间各设备的信息由触摸屏显示，通过对操作屏的操作可对车间的各设备完成远程控制。
所述控制柜为三门控制柜，其内有线缆槽。
所述电源装置包括安装在控制柜一侧的主开关，主开关通过线缆槽内的电缆与各回路分路开关连接，各分路开关连接各子系统电源，以提供电源和过流保护；直流电源部分则向控制装置供电；控制装置对各种信号进行采集、运算和输出控制。
所述控制装置分为可编程控制装置和工业计算机，它们分别通过各自的标准网络通信协议与相应下级设备联成网络。
所述可编程控制装置分为大规模可编程控制器和中规模可编程控制器两部分，其中大规模可编程控制器通过PROFIBUS-DP网与图尔克模块、流量计和变频器连接，同时它还经交换机采用PROFIBUS-PA网与质量流量计、温度传感器连接；中规模可编程控制器通过PROFIBUS-DP网与操作屏、PROFIBUS-DP从站和图尔克模拟量输入模块连接，该模块与条码识别器连接。
所述大规模可编程控制器和中规模可编程控制器间采用西门子S7标准通讯网联接，同时它们还通过西门子MPI网与触摸屏联接。
所述图尔克模块为远程I/O控制模板，用于采集数字量和模拟量信号，并输出相应控制信号；流量计用于测量加料管路内的瞬时流量和累计量，其上有PROFIBUS-PA网络接口；所述变频器控制车间加料泵驱动电机，其上有RPOFIBUS-DP网络接口；所述PROFIBUS-DP从站为西门子ET200S远程I/O控制模板以及馈电器，用于通过PROFIBUS-DP网控制电机及其它器件。
所述控制柜中还安装速度传感器和执行器，提供速度测量和执行控制等模拟量信号采集和控制；红外通讯器，它采用PROFIBUS-DP通讯方式传送信号。
本发明采用了一个三门威图控制柜，但包含了车间所有的控制技术和重要的控制设备，从而实现了将车间中各独立的控制设备由分散状态到集中控制的目的，这样操作人员就不需在车间的各个位置去进行操作、维护，只要在一个控制柜中就可对整个车间的设备运行进行集中的管理、监测、控制和维护。由于该控制柜与车间的现有设备同时并存，而其中所包含的各个控制装置均与现场的设备型号相同，这样一旦现场的设备出现故障，即可将本发明控制柜中相同设备拆下来更换损毁的设备，而不必再去库房中查找相关配件，从而缩短了维修时间，不会对生产造成严重影响。由于本发明的控制柜包含了车间现场的全部关键控制设备，同时还与车间的各设备通过网络进行连接，这样技术人员只要在这一个控制柜中就可车间的全部控制设备进行熟悉，并对故障进行排除，缩短了人员的培训时间，提高了工作效率。
本发明的控制柜从使用的元器件来看，包含西门子S7-400系列PLC可编程控制器、S7-300系列PLC可编程控制器、显示屏、工控计算机、TURCK(图尔克)控制模块、条码识别器、位移传感器、温度传感器、变频器、馈电器、信号仿真器等等。从控制网络上来看，包含现有公知生产线上大部分网络协议如工业以太网、PROFIBUS-DP网、MPI网、PA网等。从处理的信号上来看，包括数字量输入信号、数字量输出信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号、高速计数脉冲信号和条码扫描信号等。从系统要使用的工程软件来看，包含INTOUCH工控软件、PROTOOL组态软件、SIMATIC Manager编程软件等柜内控制部分主要由S7-400/S7-300中大型PLC可编程控制器，PC670工控计算机等和PROFIBUS网络器件构成。其中，可两编程控制器提供主要控制功能，工控计算机提供人机界面功能，变频器以及图尔克等器件通过PROFIBUS网络和工业以太网与PLC和远程系统进行连接，提供各种联网功能。
其主要的功能有教学功能，(1)PLC基础教学，例如硬件教学、软件编程教学以及高级功能编程学习。(2)现场总线网路教学，如DP网络学习、PA网络学习以及AS-I网络学习。(3)工业以太网教学，如网络配置以及软件编程调试等。(4)高级软件教学，包括数据库系统教学，主要是SQL SERVER 2000数据库系统，工控软件教学(INTOUCH，WINCC)，高级编程语言(PB9，C++BUILDER6，DELPHI 7，VB6)以及操作系统安装配置教学(WINNT4/WIN2000/WINXP/WIN2003)。
备件功能提供远程程序下传及电气元器件替换功能，PLC及远程I/O模板替换功能，PC670/TP270/OP37等人机界面的替换功能，包括人机界面的运行程序升级和下传。
设计及试验功能系统可以提供程序设计和自控回路设计，程序和硬件仿真实验以及程序控制和网络控制的验证工作。
远程设备诊断和数据备份功能系统提供远程控制程序和监控程序备份和调试功能，远程数据备份和恢复功能。远程故障诊断等功能。
本发明的优点为可提供与现场设备控制系统的远程联网功能，可提供远程监控和故障诊断功能，也可通过网络对现场各控制系统进行程序备份和数据备份。作为教学培训和练习的实验器材，可以让技术人员学习各种工业控制网络和控制技术，学习各种新器件的安装、调试。让技术人员在学习新技术、新知识的时候，能有机会通过此平台来实践。此外该平台改变备品备件的存放方式，生产设备故障时作为应急处理把控制柜中的备件拆下来就可使用，提高备件更换的速度，由于采用集成的程序备份，可以将人机界面等在最短时间更换到生产现场，缩短维修时间。
图1为本发明的网路拓朴图；图2为本发明安装结构示意图；图3为本发明的控制柜门结构示意图。
其中，1.交换机，2.大型可编程控制器，3.中型可编程控制器，4.工控计算机，5.车间环网，6.S7标准通讯网，7.MPI网，8.触摸屏，9.PROFIBUS-DP网，10.图尔克模块，11.流量计，12.变频器，13.控制电机，14.交换器，15.PROFIBUS-PA网，16.质量流量计，17.温度传感器，18.图尔克模拟量输入模块，19.图尔克数字量输出模块，20.操作屏，21.PROFIBUS-DP从站，22.条码识别器，23.控制计算机，24.柜体，25.主开关，26.线缆槽，27.各回路分路开关，28.插座，29.DC24V直流电源，30.柜内接线端子排，31.PLC信号仿真器，32.扩展模板，33.控制继电器，34.条码扫描仪，35.速度传感器，36.红外通讯器，37.柜门。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1中，大型可编程控制器2，型号为S7-400和中型可编程控制器3，型号为S7-300以及工控计算机4，型号为PC670组成本发明的控制系统。它们与交换机1联接，交换机1则与车间环网5联接，从而使控制系统能及时对工业现场的数据进行采集，并做出相应的处理。同时交换机1还与一控制计算机23联接。大型可编程控制器2和中型可编程控制器3间采用S7标准通讯网6进行通讯6。同时两可编程控制器间还通过西门子MPI网7与触摸屏8，型号为TP270联接，将各种工控信息在屏幕上显示。大型可编程控制器2还通过PROFIBUS-DP网9与图尔克模块10、流量计11和变频器12及控制电机13联接，并通过交换器14与PROFIBUS-PA网15联接，在PROFIBUS-PA网15上分别联接有质量流量计16、温度传感器17，以及图尔克模拟量输入模块18和图尔克数字量输出模块19，其中质量流量计16负责检测香精香料的瞬时流量和累计流量，温度传感器17用于检测大气的温度。
中型可编程控制器3则通过PROFIBUS-DP网9与操作屏20、PROFIBUS-DP从站21和图尔克模拟量输入模块18联接，该模块与条码识别器22联接。
图2给出了各设备在控制柜中的安装位置。在柜体24左侧上部有主开关25，它提供整个系统供电及电源保护作用。在柜体24一侧各线缆槽26中有集中布置的各回路分路开关27，为各子系统电源提供及过流保护。在柜体24上部还有插座28，它为交换机1提供电源以及调试笔记本等地电源。在柜体24中和下部各有DC24V直流电源29，它给可编程控制器PLC以及工控计算机4等设备提供24V直流电源。与该直流电源相联的是柜内接线端子排30。柜体24底部的直流电源与变频器12联接，它是加料泵驱动电机的控制变频器，带PROFIBUS-DP网络接口。
在中间的柜体24上部是大型可编程序控制器2，它提供开关量输入输出、模拟量输入输出，程序运算，通讯及网络控制等功能。该可编程控制器2与PC670西门子工业监控机4联接，可运行高级操作系统和专业工业组态软件，实现监控、趋势、数据库记录以及报表等功能。在它们的下部是可编程控制器PLC信号仿真器31，它提供多种模拟试验信号，包括开关量、模拟量，仪表显示等。中型可编程序控制器3，提供开关量、模拟量输出输出及控制能力以及各种网络功能。在可编程控制器3下为扩展模板32，它扩展中型可编程序控制器3的控制能力，提供更多的I/O输入和输出点。
在柜体24的右侧上方为控制继电器33，提供继电逻辑控制和信号分配功能。在控制继电器33的下方为PLC信号仿真器31，它提供拨动开关仿真信号。PROFIBUS-DP从站21的远程I/O控制模板以及馈电器，用于通过PROFIBUS-DP网络控制电机等其它器件。在其下方为条码扫描仪34，提供条码扫描功能，并通过PROFIBUS-DP网络传送信号。温度传感器17与条码扫描仪34在同一线缆槽26上，并提供温度检测能力，通过PROFIBUS-PA网络进行电源供给和数据采集。在柜体24下部是速度传感器35，它提供速度测量和执行控制等模拟量信号采集和控制。与其在同一线缆槽26上的是红外通讯器36，它提供红外线DP通讯功能。在柜体24的柜门37上是OP37按键式操作屏20，如图3所示，用于显示画面和参数操作，以及TP270-触摸屏8，用于显示设备画面和触摸操作还有MP370触摸屏8，它附带以太网接口，可实现工业以太网联网，提供快速数据传输。
权利要求
1.一种烟草行业用自控设计教学试验平台，它由至少一个控制柜组成，控制柜中安装电源装置，其特征是所述控制柜中安装有至少一个控制装置，各控制装置均与交换机连接，交换机则与车间的网络连接；同时各控制装置通过相应的标准通信网络与控制柜内的下级设备组成控制网络；来自车间各设备的信息由触摸屏显示，通过对操作屏的操作可对车间的各设备完成远程控制。
2.根据权利要求1所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述控制柜为三门控制柜，其内有线缆槽。
3.根据权利要求1所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述电源装置包括安装在控制柜一侧的主开关，主开关通过线缆槽内的电缆与各回路分路开关连接，各分路开关连接各子系统电源，以提供电源和过流保护；直流电源部分则向控制装置供电；控制装置对各种信号进行采集、运算和输出控制。
4.根据权利要求1所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述控制装置分为可编程控制装置和工业计算机，它们分别通过各自的标准网络通信协议与相应下级设备联成网络。
5.根据权利要求1或4所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述可编程控制装置分为大规模可编程控制器和中规模可编程控制器两部分，其中大规模可编程控制器通过PROFIBUS-DP网与图尔克模块、流量计和变频器连接，同时它还经交换机采用PROFIBUS-PA网与质量流量计、温度传感器连接；中规模可编程控制器通过PROFIBUS-DP网与操作屏、PROFIBUS-DP从站和图尔克模拟量输入模块连接，该模块与条码识别器连接。
6.根据权利要求1或4所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述大规模可编程控制器和中规模可编程控制器间采用西门子S7标准通讯网联接，同时它们还通过西门子MPI网与触摸屏联接。
7.根据权利要求5所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述图尔克模块为远程I/O控制模板，用于采集数字量和模拟量信号，并输出相应控制信号；流量计用于测量加料管路内的瞬时流量和累计量，其上有PROFIBUS-PA网络接口；所述变频器控制车间加料泵驱动电机，其上有RPOFIBUS-DP网络接口；所述PROFIBUS-DP从站为西门子ET200S远程I/O控制模板以及馈电器，用于通过PROFIBUS-DP网控制电机及其它器件。
8.根据权利要求1所述的烟草行业用自控设计教学试验平台，其特征是所述控制柜中还安装速度传感器和执行器，提供速度测量和执行控制等模拟量信号采集和控制；红外通讯器，它采用PROFIBUS-DP通讯方式传送信号。
全文摘要
本发明公开了一种烟草行业用自控设计教学试验平台。它解决了现有控制设备分散，维护困难，对工程技术人员的培训周期长，技术不易掌握等问题，具有结构合理，集中管理和配置各控制装置，多功能一体化的优点，其结构为它由至少一个控制柜组成，控制柜中安装电源装置，所述控制柜中安装有至少一个控制装置，各控制装置均与交换机连接，交换机则与车间的网络连接；同时各控制装置通过相应的标准通信网络与控制柜内的下级设备组成控制网络；来自车间各设备的信息由触摸屏显示，通过对操作屏的操作可对车间的各设备完成远程控制。
文档编号A24B3/00GK1765239SQ20051004444
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月29日 优先权日2005年8月29日
发明者孟庆华, 程林峰, 尉泽民, 杨鲁滨, 高卫, 周峰, 穆涛 申请人:将军烟草集团有限公司