【工业自动化与控制网络实验平台】
功能/作用介绍
简介
工业控制网络是近年来发展形成的自动控制领域的网络技术，是计算机技术、通信技术与自动控制技术相结合的产物，其主要包括现场总线技术和工业以太网技术。
为了使我院自动化专业的学生能够加深对工业控制网络的理解，直接接触和操作先进的工业控制设备，熟悉工业现场总线的原理和运行机制，使之走上工作岗位后能立即参与解决工程实际问题，我们研制了一套工业控制网络综合实验系统。该实验系统模拟工业现场实际情况，通过PROFIBUS总线和工业以太网，建立主从站通信系统，实现各类传感器的实时数据采集和远程监控。同时,该实验平台还可以为现场总线技术、工业自动化与控制网络、集散控制系统、工业自动化系统课程设计、过程控制等专业课程服务。
实验系统以西门子S7-200为从站、以S7-300PLC为主站，通过I/O、AD/DA、 iCAN总线等模块，将工业中常用的各种传感器和检测仪器仪表分别连接到PROFIBUS总线和工业以太网，建立主从站系统，通过总线的通信机制来交换数据，及时获取控制现场仪表或传感器的测量数据，实时向上位机发送数据并返回控制指令。
该工业控制网络综合实验系统包含PROFIBUS网络和工业以太网网络。在搭建综合系统时，可以分别搭建子网络，然后组合成综合控制网络系统。
工业控制网络综合实验系统模拟工业现场实际情况，通过PROFIBUS总线和工业以太网，建立主从站通信系统实验系统以西门子S7-200为从站、以S7-300PLC为主站，通过I/O、AD/DA、 iCAN总线等模块，将工业中常用的各种传感器和检测仪器仪表分别连接到PROFIBUS总线和工业以太网，建立主从站系统，通过总线的通信机制来交换数据，及时获取控制现场仪表或传感器的测量数据，实时向上位机发送数据并返回控制指令。
PROFIBU总线在工业现场中以站点为单位，每一个数据采集点为一个站点，该站点可以测取数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等数据，将测取的数据汇总在站点CPU模块中。将站点挂接到总线上，作为总线上的一个节点，通过站点地址，该站即可进行数据交换。在实验系统PROFIBUS总线网络中，主从站系统依靠PROFIBUS协议完成数据交换;在工业以太网网络中，主从站的数据交换通过TCP/IP协议实现，主站作为客户端，从站作为服务器端。
基于S7-200从站系统主要由电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块，热电阻模块组成。S7-200从站系统的现场设备采用工业中常用的仪器仪表，包括变频器、PT100传感器、温湿度传感器、光电传感器、HMI(4201)监视器、继电器、调节阀等。PROFIBU总线在工业现场中以站点为单位，每一个数据采集点为一个站点，该站点可以测取数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等数据，将测取的数据汇总在站点CPU模块中。将站点挂接到总线上，作为总线上的一个节点，通过站点地址，该站即可进行数据交换。在实验系统PROFIBUS总线网络中，主从站系统依靠PROFIBUS协议完成数据交换;在工业以太网网络中，主从站的数据交换通过TCP/IP协议实现，主站作为客户端，从站作为服务器端。
基于S7-200从站系统主要由电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块，热电阻模块组成。S7-200从站系统的现场设备采用工业中常用的仪器仪表，包括变频器、PT100传感器、温湿度传感器、光电传感器、HMI(4201)监视器、继电器、调节阀等。
基于S7-300的主站系统主要由以下几部分组成：电源模块、CPU模块、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块。S7-300主站的各模块所接的现场设备为：开关、LED指示灯、调节阀、电动调节阀等。
实验系统利用西门子的Micro-Win、STEP7、WINCC等软件工具完成主从站的配置、硬件组态、PLC控制程序和上位机监控程序的编写，建立PROFIBUS总线和工业以太网网络主从站系统。
本综合实验系统采用PROFIBUS-DP通信协议。系统可建立多主站系统，以包含3个1类DP主站、1个2类DP主站、6个DP从站为例。
3个S7-300主站分别作为1类DP主站，PC机通过CP5611通信卡作为2类DP主站，6个S7-200从站作为DP从站。由于S7-200不含PROFIBUS-DP接口，要实现S7-200与PROFIBUS网络的挂载，需添加EM277通信模块。EM277 PROFIBUS-DP模块是专门用于PROFIBUS-DP协议通信的智能扩展模块。EM277机壳上有一个RS-485接口，通过接口可将S7-200系列CPU连接至PROFIBUS网络，支持PROFIBUS和MPI从站协议。其地址选择开关可进行地址设置，地址范围为0—99。与许多DP站不同的是，EM277模块不仅是传输I/O数据，还能读写S7-200 CPU中定义的变量数据块，使用户能与主站交换任何类型的数据。
本实验系统工业以太网控制网络以3个主站、6个从站组成系统为例。
通过工业以太网，S7系列产品可以作为一个节点连接到局域网上，但是需要通信处理器才能实现在工业以太网上的通信，S7-200系列PLC设计的工业以太网通信处理器是CP243-1系列，S7-300系列PLC的以太网通信处理器是CP343-1系列。通过工业以太网能够实现站点间的通信，并且支持使用STEP7-Micro/WIN 32软件，对S7-200、S7-300进行远程组态、编程和诊断。同时也可以将其他网络，如PROFIBUS网络、AS-interface等互联到一起，实现数据的交互，使各种网络得到有效的统一。
工业控制网络实验系统的监控界面可采用wincc等组态软件作为上位监控软件，该软件具有使用简单、组态方便、性能可靠、功能齐全等特点。
点击每个站点所对应的监控界面按钮，进入该站点的现场监控界面，可以很方便地看到现场设备的运行情况。
业自动化与控制网络课程设计就是基于该实验平台完成的，建立了S7-200的从站系统，S7-300的主站系统，实现PROFIBUS-DP及以太网的控制系统。
该实验平台主要为现场总线技术、工业自动化与控制网络、集散控制系统、工业自动化系统课程设计、过程控制等专业课程服务。
作品名称：工业自动化与控制网络实验平台
完成单位：北京邮电大学自动化学院
