一种PLC实验教学设备的制作方法

本实用新型涉及一种PLC实验教学设备，属于工业自动化控制领域。

背景技术：

可编程序控制器(简称PLC)，具有运行可靠、 抗干扰能力强、 编程简单、 使用方便等优点，深受广大工程技术人员青睐。因此被广泛应用于矿山、 冶金、石油、化工、机械、电子等行业，由PLC构成的自动控制系统已逐渐取代了继电器逻辑控制系统，它可以组成多级微机控制系统，是目前实现工厂自动化的普遍模式。鉴于PLC的广泛应用，各高校、技校都开设了相应的课程和实验，但目前国内许多PLC实验教学设备还停留在纯理论的实验上，学生在学习时普遍感到抽象，不易理解，不利于教学。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种PLC实验教学设备，采用全动态模型化模式，直接采用工业上实用的各种传感元件构成工程实例，在实验过程中动作直观逼真，可使学生真实体会到工业生产的现场概念。

本实用新型采用如下技术方案：一种PLC实验教学设备，包括实验机箱、通讯电缆、计算机，所述实验机箱包括电源模块、PLC模块、机箱面板；所述计算机通过通讯电缆与PLC模块连接，所述机箱面板包括主面板和实验面板，在主面板和实验面板上均设置有输入端、输出端和电源端，并通过连接线将主面板和实验面板相连；在所述主面板下部还设置有输入按钮和上下插孔，并通过连接线与PLC模块输入端相连；在所述主面板上部还设置有输出状态指示灯。

进一步的，所述实验面板包括高炉控制系统、楼宇控制系统、电梯控制系统、立体仓库系统、恒压供水系统。

进一步的，所述PLC模块采用西门子S7-200 PLC，包括CPU 224、数字扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231。

进一步的，所述计算机内部安装S7-200编程软件及INTOUCH人机接口软件。

本实用新型的积极有益效果在于：本实用新型采用西门子S7-200PLC（CPU224、EM223、EM231），并通过PPI接口与计算机进行点对点通讯，构成了一个典型的两级微机控制系统；计算机内安装了S7-200编程软件及INTOUCH人机接口软件，可供学生完成PLC编程实验和INTOUCH软件的开发实验及与PLC通讯实验；并通过INTOUCH程序设计的恒压供水、高炉上料、楼宇控制、立体仓库、电梯五个实例，画面直观、 漂亮，操作者可以通过操作面板上的输入按钮或用鼠标点动INTOUCH画面上的按钮, 即可控制PLC。同时，PLC的输入、输出动作可以在实验面板和INTOUCH画面上显示出来，通过实例指导学生学习INTOUCH人机接口软件与PLC通讯，使学生掌握两级微机控制系统的编程和应用，并且可以扩展学习PLC在网络方面的应用，非常有利于教学。

附图说明

图1为本实用新型各模块结构示意图。

附图标记：1、计算机；2、通讯电缆；3、主面板；31、PLC模块；32、输入/输出/电源端；33、输入按钮；34、上下插孔；41、高炉控制系统面板；42、楼宇控制系统面板；43、电梯控制系统面板；44、立体仓库系统面板；45、恒压供水系统面板。

具体实施方式

为了更充分的理解本实用新型的实施，提供如下实施实例，该实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。

如图1所示，一种PLC教学设备，由计算机1、通讯电缆2和实验机箱组成，计算机内部安装有S7-200 编程软件、通讯软件、INTOUCH软件。实验机箱由电源模块、PLC模块31和机箱面板组成。机箱面板包括主面板3和五块实验面板：高炉控制系统面板41、楼宇控制系统面板42、电梯控制系统面板43、立体仓库系统面板44、恒压供水系统面板45。

其中，PLC模块31为西门子S7-200 PLC，包括CPU224 、数字扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231。CPU 224有14 入\10出、 数字扩展模块EM223有8入\8出、模拟量输入模块EM231有4入。因此PLC为26 入\18出。另有六个高速计数器,捕捉高频事件；另2个高频脉冲输出,便于实现定位和步进控制。 CPU 224的左上部有状态信号灯，显示了CPU的工作模式（运行、调试或停止），以及检测出的系统错误。CPU 224的左下部有通讯口，通讯口用通讯电缆与计算机通讯。CPU 224的中间面板上部一排指示灯为输出状态指示灯，中间面板下部一排指示灯为输入状态指示灯。CPU 224的中间面板右侧为前盖，打开前盖，可看见CPU运行、调试、停止拨动开关，0、1两个模拟电位器和扩展I/O连接端口。CPU 224的顶部端子盖打开，可见电源及输出端子。CPU 224的底部端子盖打开，可见输入端子及传感器电源。

机箱内的电源模块，将220V的交流电转换为0V、12V、17V、24V的直流电，供PLC及各实验面板使用。

机箱面板由主面板3和五块实验面板组成，各实验面板通过插孔及连接线与主面板连接起来，在主面板设置有输入端、输出端和电源端32，并通过连接线将主面板和实验面板相连，接线端采用自锁紧插孔；在所述主面板下部还设置有输入按钮33和上下插孔34，并通过连接线与PLC模块输入端相连；在所述主面板上部还设置有输出状态指示灯35，演示实验面板时将实验面板上输入、输出、电源端连接到主面板对应的输入、输出、电源端。学生也可以自己定义主面板上的输入、输出端、编程以进行通用的实验。

该PLC教学设备的指令功能非常强大, 可以实现二进制逻辑、 结果赋值、 存储、计数、定时、载装、传送、比较、移位、循环、产生补码、调用子程序、中断程序、脉宽调制、PID调节、脉冲指令、跳转指令、编码转换、数学运算(＋,－,÷, *, 开方)、定点运算、浮点运算、发送、接收等功能。

本装置的上位机(计算机)与下位机(PLC)之间的通讯连接，是通过上位机的串行端口(COM1/COM2)和下位机的PPI端口进行通讯，并采用COM200服务接口程序，上/下位机的通讯遵守PLC的自由口通讯协议，在通讯之前必须对一些通讯参数进行设定。这些参数包括：端口号，奇偶校验，波特率，数据位等。而且都必须保持一致。所有参数均已出厂前设定正确，一般情况下用户不需要修改。如需变化应做相应调整，以保证通讯正常。

通过实验面板和intouch画面结合，可使学生快速学习PLC的编程控制思想和步骤，其中的高炉控制系统模拟工业中高炉控制系统的整个工艺流程，从原料混合到混合料的称重，从小车上料到小钟开、大钟开、炉体内布料器的布料，整个工艺流程形象生动，清晰明了；可使学生具体了解并掌握高炉控制系统工艺要求，锻炼编程能力，总结编程技巧和方法，使大家编程水平有所提高；对程序中所用指令能够灵活运用，举一反三。

楼宇自动化系统主要演示了楼宇自动化的基本结构、原理和控制方法。使学生对楼宇自动化有一个大概的了解。通过各种传感器对楼宇的状况进行探测，当双鉴、门磁或烟雾传感器动作时相应的报警指示灯就会闪烁，同时蜂鸣器会发出声音进行报警，在按下“报警复位”按钮后蜂鸣器将静音，但相应的报警指示灯仍然闪烁。在模型面板上可以显示当前楼宇内实际的温度和湿度。通过温度和湿度的显示转换按键还可以使数码显示在实际值和设定值之间进行换。在手动情况下，制冷/热器和加湿器均通过按键直接进行控制。在自动条件下，当环境的温度和湿度高于或低于设定范围时，制冷/热器和加湿器会自动运行进行调节从而使环境的温度和湿度保持在一个相对稳定的范围内。可使学生熟悉楼宇自动化的基本结构、原理以及程序中指针指令、对模拟量的处理，数码管显示等的用法；熟悉各种传感器的使用方法。

电梯控制系统是模拟现实生活中的电梯，根据其工作原理制作而成。该电梯共有四层，有电梯上下行轿箱，上下行指示灯，电梯所在楼层数码显示和开关门功能。一楼有一个上行外叫按钮，四楼有一个下行外叫按钮，二楼和三楼均有上行和下行两个外叫按钮，轿箱内有一楼至四楼四个内叫按钮和开关门两个按钮。按钮全部为非自锁式，按下按钮，接通一个指示灯，按钮自动弹起。当电梯响应该请求信号运行到该层时，该指示灯熄灭。优先级上：在电梯上行过程中，上行请求优先，上行请求执行完毕后，响应下行请求；同理在电梯下行过程中，下行请求优先，下行请求执行完毕后，响应上行请求。开关门动作在电梯停在该层，该层限位开关接通时才会发生。该电梯控制系统形象逼真。可使学生更好的锻炼思维逻辑能力，编程前列好框架图、地址表(已定)，清楚有哪些请求(即输入)，要执行哪些动作(即输出)，执行该动作需要哪些指令、标志位和变量。深入理解电梯控制系统的工作原理，对所用指令能够举一反三。

立体仓库控制系统的核心就是利用步进电机的精确定位对货位小车进行定位控制，用户选定存取货位的地点即层数和列数后，上下步进电机和左右步进电机就会转动相应的步数，带动货位小车到达设定地点。该系统分手动和自动两部分，1)手动操作：上行键、下行键、左行键、右行键四个控制按键直接控制货位小车上、下、左、右的起停；2)自动操作：用户选定层数和列数，并按下确认键后，货位小车自动到达设定地点。无论手动还是自动，货位小车到达上限、下限、左限或右限后则停止该方向上的运行。可使学生熟练掌握利用步进电机进行定位控制的原理以及程序中所用脉冲发生器、加减乘除、比较、移位等指令的用法，达到灵活运用的程度；熟悉编程和调试方法，开拓编程思路，得出最佳编程方案；进一步熟悉演示步骤即面板接线、开机过程以及程序下载过程。

恒压供水系统模拟现实生活中的恒压供水情况，通过拨码开关设定不同压力，根据用户用水量的多少，清水泵通过PID指令自动调节其脉冲宽度，始终保持管网压力恒定(即实际管网压力等于设定压力)，从而实现恒压供水这一闭环控制系统。可使学生熟练掌握通过PID调节，调整输出点的脉宽，从而实现闭环控制的原理以及程序中所用脉冲发生器、PID调节、脉宽调制等指令的用法，达到灵活运用的程度；熟悉编程和调试方法，调整PID参数，观察并记录实验效果，得出最佳参数，实现最佳编程方案。