专利名称：现场总线控制系统教学实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于教学领域过程控制、工业自动化及其相关专业用的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。许多厂家生产的只在控制层应用了PROFIBUS-DP网络的实验装置，并没有实现对现场过程变量的数字化采集，或者市场上的有些实验装置把控制层的PROFIBUS-DP网络延伸到了现场层，但由于没有DP/PA链路，使得控制层的PROFIBUS-DP网络的通讯只能固定在31.25kbps的低速率，而且此种方式所能挂接的现场仪表也非常有限，一般不能超过4个。
发明内容
为了克服上述技术上的不足，本实用新型提供了一种现场总线控制系统教学实验装置。
本实用新型的技术方案是这样子的一种现场总线控制系统教学实验装置，由工业以太网、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA三层网络构成，所述上位监控和控制器之间通过工业以太网模块相连，以实现工业以太网通讯，上位监控是用于实验装置的专用上位监控组态；控制层之间的模块通过PROFIBUS-DP网络连接，网络通讯速率可调，控制层中的控制器装载有用于实验装置控制程序，本层网络还连接具有DP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DP/PA链路相连，从而在现场仪表层之间构成PROFIBUS-PA网络。所述上位监控和控制器之间通过工业以太网模块343-1相连，实现10/100M自适应工业以太网通讯。控制层之间的模块通过PROFIBUS-DP网络连接，并且网络通讯速率在9.6kbps-12Mbps之间可调。
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PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上还挂接有控制器，控制器为PROFIBUS-DP总线上的DP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PROFIBUS-PA通讯接口的阀门定位器挂接在PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器，这样控制器发出的控制信号就经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。
PROFIBUS-PA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DP接口模块，通过PROFIBUS-DP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CP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CP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PROFIBUS-PA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、蜗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。
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1是本实用新型的一种控制系统原理结构示意图；附图2是本实用新型一种三相380V交流磁力驱动动力支路的结构示意图；附图3是本实用新型一种变频器控制的动动力支路的结构示意图；附图4是本实用新型一种水箱液位串级控制结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
参看图4，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控制气动调节阀，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。
参看图1，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SIEMENS的模拟量输入模块，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PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上还挂接有控制器，控制器作为PROFIBUS-DP总线上的DP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PROFIBUS-PA通讯接口的阀门定位器挂接在PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP/PA链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器，这样控制器发出的控制信号就经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来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PROFIBUS-PA接口的电磁流量计构成，参看图2；另一路由变频器、三相(220V变频)磁力驱动泵、蜗轮流量计及手动调节阀构成，参看图3。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。
权利要求1.一种现场总线控制系统教学实验装置，其特征在于由依次连接的工业以太网、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA三层网络构成；上位监控和控制器之间通过工业以太网模块相连接；控制层之间的模块通过PROFIBUS-DP网络连接，网络通讯速率可调，本层网络还连接具有DP通讯接口的远程分布式I/O从站；控制器和现场仪表之间通过DP/PA链路相连，从而在现场仪表层之间构成PROFIBUS-PA网络。
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，其特征在于所述上位监控和控制器之间通过工业以太网模块343-1相连。
3.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，其特征在于控制层之间的模块通过PROFIBUS-DP网络连接，并且网络通讯速率在9.6kbps-12Mbps之间可调。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于教学领域过程控制、工业自动化及其相关专业用的现场总线控制系统教学实验装置。本实用新型由工业以太网、PROFIBUS－DP、PROFIBUS－PA三层网络构成，完整地模拟了代表当今主流控制技术的现场总线控制系统，实验装置可以构成从现场数据采集到上位监控的全数字回路，控制回路具有精度高、实时性强、动作快和直观形象等特点。
文档编号G09B25/02GK2898998SQ20052001317
公开日2007年5月9日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者黄华圣 申请人:浙江天煌科技实业有限公司