基于现场总线控制技术实验教学平台的开发.docx

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基于现场总线控制技术实验教学平台的开发

陈胜利，肖飞樟，韩攀攀

（河源职业技术学院机电工程学院，广东河源517000）

摘要：

针对目前高职院校“现场总线控制技术”实验实训教学的需求，设计开发了一种基于现场总线控制技术的实验装置。

实验装置主要以Profibus—DP通信、Modbus通信、CC—Link通信为系统平台，结合以工业级硬件搭建，软件系统编程与调试为一体，将现场采集到的数据传送到远端监控计算机进行分析与管理，实现远程监控和数据传送。

该实验装置成功地应用于教学，对学生学习现场总线通信基本原理和网络通信控制起到了关键的作用，有效地提高了学生现场综合分析和动手能力。

关键词：

现场总线；实验装置；通信

目前国内市场上“现场总线控制技术”实验实训装置功能单一，工业应用性不强，无法满足高职院校“现场总线控制技术”课程实验实训教学的需求。

基于此，项目研发团队针对高职培养技术应用型人才的教学需求，开发设计出主要以市场常见Proifbus—DP通信、Modbus通信、CC—Link通讯模式为平台，集硬件搭建、软件编程与调试，远程数据传送及监控功能为一体的现场总线控制实验实训装置。

。

该装置的研发成功并投入教学，提高了学生学习的积极性，实现了教学做理实一体化教学，提高了教学的质量。

l通信系统硬件构成

现场总线控制实验平台的设计是基于当前种主流T业通讯模式研发而设计的，其硬件平台系统搭建如图1所示。

1．1Profibus—DP通信系统硬件组成

（1）采用Siemens公司TIAPortalV13博途全集成自动化软件编程，监控远程终端设备运行。

（2）PLC采用Siemens公司S7—1200系列，是系统平台的核心组成之一。

主站模块采用Proifbus—DP模块控制数据连接站。

（3）远程设备采用Siemens公司ET200M分布式I／O模块配置数字式信号模块SM323和模拟式信号模块SM334，通过数字量／模拟量信号模块实现采集现场数字式传感器和模拟式传感器的数据。

•基金项目：

2016年广东省省级科技计划项目（项目编哆：

2016A070715002）阶段性成果

•第一作者：

陈胜利（1979一）．男，硕士，剐教授．主要从事机械制造及自动化应用与研究

（4）Siemens公司MM420变频器通过Profibus—DP模板与PLC连接作为从站。

图1现场总线控制技术硬件结构示意图

1．2Modbus通信系统硬件组成

（1）PLC采用西门子s7—1200与三菱FX3U，均可以通过RS485通信模块作为主站，也可以作为从站。

（2）采用s7—1200PLC作为主站时，使用TIAPortalV13博途全集成自动化软件编程及监控运行。

（3）采Mitsubishi公司FX3UPIC作为主站时，使用GXWorks2软件编程，监控远程终端设备运行。

（4）远程设备采用Mitsubishi公司FR—E700变频器、研华模拟量采集器ADAM一4117及研华数字量采集器ADAM一4051。

1．3CC—Link通信系统硬件组成

（1）采用GXWorks2软件编程，监控远程终端设备运行。

•收稿日期：

2017—06—08

（2）PLC采用菱公司的FX3U是系统核心组

成部分之一。

主站模块采用FX3U一16CCL—M控制数据连接站。

（3）远程I／O采用远程输入／输出模块AJ65SBTB1—16DT，作为仅处理以位数据远程工作站。

（4）FR—E700变频器通过变频器用CC—link通信连接器FR—A7NCEkit、AJ65SBT一64AD模拟数字量转换器作为CC—link的远程设备站。

2通信系统设计

2．1Proifbus—DP通信系统

Profibus—DP通信系统采用Siemens公司的Pro—fibus—DP现场总线控制系统，选用S7—1200PLC作主站，ET2OOM分布式I／O模块与西门子变频器作为从站，S7—1200PLC通过Proifbus—DP总线对从站进行连接和控制。

Profibus—DP系统平台搭建示意图如图2所示。

Proifbus—DP从站功能：

是利用西门子DP通信模块作为数据接收和发送单元，实现主从站之间的通信，从而实现用户数据传送到主站，且接收来自主站的数据。

通过分布式I／O模块与现场传感器相连，来完成对现场数据的采集。

2．2Modbus通信系统

Modbus通信系统硬件以S7—1200PLC为主站通过CM1241RS485通信模块；FX3UPLC为从站通过485BD通信板和485ADP—MB通信模块；可与第三方设备研华ADAM一4051数字量采集器、研华ADAM一4117模拟量采集器、三菱变频器以485总线方式连接，实现MODBUS通信进行现场采集传感器等的数据以及从站现场监控。

远程设备也兼备标准模拟量信号输出接口和RS485Modbus协议通信接口。

变频器工作状态输出也可以通过标准模拟量信号输出接口和Rs485Modbus协议通信接口输出。

因此，实验平台选择以485总线方式来实现变频器与PLC通信模块之间的链接，并以Modbus协议方式进行设备之间通信。

在Modbus总线通信中，远程设备（含变频器）作为从站，可以选择Modbus通信协议，且给不同远程设备分配不重复的站地址。

所有，在协议设置中，主从站点的通信端口参数必须一致。

Modbus系统平台搭建结构示意图如图3所示。

2．3CC—Link通信系统

CC—Link通讯，工业生产中常采用专用通讯电缆连接主站、远程I／O设备或远程智能设备（从站），与此同时还需对硬件和软件进行通讯设置。

在CC—Link通讯实验中，专用电缆按照三菱公司CC—Link总线通讯方式连接各控制设备。

其中DA／DB为信号传输线、DG为接地线、SLD为屏蔽层（抗干扰）。

实际工程中，我们还需将专用电缆供应的终端电阻串人到CC—Link通讯系统两端的各个模块的DA到DB上。

CC—Link通信系统以FX3UPLC通过Mitsubishi公司CC—Link主站模块FX3U—CCL—M、CC—Link从站模块FX3U—CCL、CC—LINK远程数字量I／O模块、CC—Link远程模拟量模块、变频器用CC—Link通信连接器FR—A7NCEkit以及三菱变频器E700组成。

以FX3UPLC为主站通过CC—Link主站模块FX3U—CCL—M与CC—LINK从站模块FX3U—CCL、CC—Link远程数字量I／O模块、CC—Link远程模拟量模块、变频器用CC—Link通信连接器FR—A7NCEkit构建CC—Link网络通信实现主站与从站之间的数据互换。

CC—Link系统平台搭建结构示意图如图4所示。

3实验方法

本次实验以Modbus通信系统为例，选择不同品牌设备进行通讯。

其中选用S7—1200PLC作主站，研华数字量采集器作从站，直接远程采集传输数字量采集到的数据等。

实验设计如下：

（1）采用TIAPortalV13博途全集成自动化软件编程，通过对S7—1200PLC组态和编程进行通信格式设置为：

8位数据位，无校验，1位停止位，波特率9600bit／s。

程序流程设计如图5所示。

RS422／485通信模块与数字量采集器进行连接，因此选择485总线方式连接数字量采集器，硬件逻辑设计如图6所示。

设置与数字量采集器相同的通信格式，读取数字量采集器相应通道Modbus地址。

通过数字量采集器读取到数字式传感器的开关量信号，经过PLC的处理运算通过信号指示灯显示。

参考程序示例如图7所示：

（3）研华数字量采集模块通信格式设置为：

8位数据位，无校验，1位停止位，波特率9600bit／s，通道0l，研华数字量采集模块从站地址；研华数字量采集模块的通信格式设置必须与PLC的通信格式设置一致。

研华数字量采集模块参数设定如图8所示。

（2）PLC程序设，s7—1200PLC通过CM1241

4结语

本实验平台设计集成D了DDPDro，fibus—DP、CC—Link以及485总线的Modbus∞H盯H通∞H∞H信，通过现场总线通讯方式实现远程设备的分布式控制，并将控制和信息数据同步进行传输，同时还实现了运行的远程监控与调试。

该实验装置成功的开发，填补了国内市场在综合功能现场总线控制技术的空白，同时，也为高职实践性和创新性教学提供了有力的实践平台。

的应用『J]．实验技术与管理，2016，33（4）：

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•参考文献：

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