【導(dǎo)讀】1. 2. operation.Usingthe

　　

【正文】 品豐富的擴(kuò)展功能模塊，考慮成本等因素，配備了一定數(shù)量的功能模塊，包括EM231 RTD測(cè)溫模塊、 EM253 位控模塊、EM241 Modem通訊模塊、 CP2431 以太網(wǎng)通訊模塊、 EM277 ProfibusDP 模塊、 SP系 8 列稱重傳感器及 Siwarex MS稱重模塊等六種擴(kuò)展功能模塊，采用總線方式連接擴(kuò)展單元，實(shí)現(xiàn)了免接線的功能切換，培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)時(shí)可交叉使用。另外還配有 HMI（人機(jī)接口）設(shè)備 P177B、 OP177B、 MP277等共 10 臺(tái)觸摸屏，既可掛在設(shè)備機(jī)架上，也可單獨(dú)支撐操作。整套設(shè)備采用了標(biāo)準(zhǔn)的 S7300 卡軌安裝，使模塊安裝可靠穩(wěn)定，同時(shí)當(dāng)需要 S7300 的模塊配合實(shí)驗(yàn)時(shí)可以非常容易的加入 S7300 的任何模塊， 使 S7200 和 S7300 擁有共同的安裝平臺(tái)。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、培訓(xùn)以及教師科研都提供了良好的硬件條件。 2 PLC 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 因每個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè) PLC 課程的班級(jí)很多，受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地和課程學(xué)時(shí)的限制，一般在 PLC 原理及應(yīng)用課程中所配套開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要有 基本指令練習(xí)、順序控制、簡(jiǎn)單數(shù)字量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如跑馬燈設(shè)計(jì)、運(yùn)料小車自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)控制、十字路口交通燈模型控制、三層電梯模型控制等，該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是基礎(chǔ)的、必修的。對(duì)于 S7200 的特殊高級(jí)實(shí)用功能、豐富的擴(kuò)展功能模塊使用以及現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用的通訊功能的實(shí)現(xiàn)卻很少涉及?？紤]到學(xué)生的接受能力差異和實(shí)驗(yàn)條件限制，此部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容最適宜于作開(kāi)放性實(shí)驗(yàn) [2]，即教師提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和資料，提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，由學(xué)生自主擬定實(shí)驗(yàn)方案，確定有效測(cè)定實(shí)驗(yàn)效果的方法， 使學(xué)生有較大的思維空間， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性， 對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)具有極其重要的意義 [3]。因此，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了部分開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 基于主模塊設(shè)計(jì)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn) 利用主模塊，除了可完成一些 PLC基礎(chǔ)編程實(shí)驗(yàn)外，還可以完成一些特殊功能 [4]實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也練習(xí)了 Micro/Win 編程環(huán)境集成的各種編程向?qū)褂?，主要有? （ 1）主模塊中包括了 TD400C，它是一款性價(jià)比極高的 S7200 PLC 專用的新一代文本顯示器，是一種簡(jiǎn)易人機(jī)接口裝置，無(wú)需 HMI專用 組態(tài)軟件，使用 Micro/WIN SP4 以上版中文界面中的 TD向?qū)Ъ纯山M態(tài) [5]。在 TD400C 的組態(tài)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)配置顯示用戶菜單、報(bào)警菜單，與 S7200 CPU進(jìn)行交互，對(duì) CPU存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和編輯，可實(shí)現(xiàn)小型的具有人機(jī)交互功能的控制系統(tǒng)，如結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)料小車自動(dòng)往返控制程序，可 實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制面板來(lái)控制小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并在到達(dá)兩端限位位置時(shí)顯示報(bào)警畫(huà)面，同時(shí)在 TD400C 上修改小車在兩端停留的時(shí)間等，使實(shí)驗(yàn)效果更加豐富生動(dòng)，也讓學(xué)生了解掌握了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用的實(shí)際控制設(shè)備。 （ 2）高速計(jì)數(shù)、高速輸出、內(nèi)部外部中斷等實(shí)用的特殊功能，可通過(guò)一個(gè)開(kāi) 9 放實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)和掌握，如首先利用高速輸出功能得到 PTO（脈沖串）輸出，然后實(shí)現(xiàn)由高速計(jì)數(shù)器 HSC0 對(duì) PTO的高速輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò) HSC0的中斷功能進(jìn)行反復(fù)計(jì)數(shù)，編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)可調(diào)的 PWM（脈沖寬度調(diào)制）高速輸出，由定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)一個(gè)秒計(jì)數(shù)器 ，并將當(dāng)前計(jì)數(shù)值、 PWM 輸出的占空比等相關(guān)內(nèi)容顯示在 TD 400C上。 （ 3） 主模塊中帶的 PT100 溫度變送器將 0~100 攝氏度轉(zhuǎn)化成 0~10V作為模擬量輸入接入 CPU，將加熱器、風(fēng)扇等物理控制對(duì)象連接在 CPU 數(shù)字量輸出上，可實(shí)現(xiàn)有關(guān)模擬量的數(shù)據(jù)變換、手動(dòng) PID 控制編程、利用向?qū)瓿? PID 組態(tài)、 PID 參數(shù)自整定功能的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深刻理解并掌握工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模擬量 PID控制的相關(guān)知識(shí)和實(shí)現(xiàn)方法。 （ 4）將兩臺(tái) S7200 系列 PLC 通過(guò) RS232 通訊電纜連接，即可組成一個(gè)使用 PPI 協(xié)議的單主站通信網(wǎng)絡(luò)，可進(jìn)行 PPI 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè) PLC 之間的數(shù)據(jù)交換，如將主站的 ~ 的狀態(tài)映射到從站的 ~，將從站的 ~ 的狀態(tài)映射到主站的 ~，可讓學(xué)生體會(huì)網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令向?qū)У暮?jiǎn)便使用，以及通過(guò)組成 PPI 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的控制功能。 （ 5） S7200 CPU 的通信端口支持自由端口通信模式，可使用用戶自定義的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他具有串行通信接口的設(shè)備進(jìn)行通信。在此，讓學(xué)生利用簡(jiǎn)單易學(xué)的 Visual Basic（ VB）語(yǔ)言編寫(xiě)上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn) PC 與 S7200 CPU之間的自由端口通信模式實(shí)驗(yàn) [6]，由 PLC 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制處理，上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的監(jiān)控、分析、統(tǒng)計(jì)和修改等，給用戶提供良好的界面便于監(jiān)控。 基于 CP2431 以太網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn) 工業(yè)以太網(wǎng)是西門子 SIMATIC NET開(kāi)放通信系統(tǒng)的頂層，可以實(shí)現(xiàn)管理與控制網(wǎng)絡(luò)的一體化，甚至可以集成到互聯(lián)網(wǎng)，為遠(yuǎn)程控制和全球聯(lián)網(wǎng)提供了條件。給 S7200 PLC 配備以太網(wǎng)模塊 CP2431 或互聯(lián)網(wǎng)模塊 CP2431 IT 即可將 S7200 連接到以太網(wǎng)。在此，選擇現(xiàn)有的 CP2431 擴(kuò)展模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò) Micro/WIN 中以太網(wǎng)向?qū)У暮?jiǎn)單組態(tài)即可完成對(duì)模塊的配置。通過(guò)安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)和 Micro/WIN，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)以太網(wǎng)對(duì) S7200 CPU的遠(yuǎn)程編程、組態(tài)和診斷。另外，兩臺(tái)均配備 CP2431 模塊的 S7200 PLC，通過(guò)軟件編程并下載配置程序后，通過(guò)網(wǎng)線連接即可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái) S7200 PLC 基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的 S7200 之間的以太網(wǎng)通訊方式有清楚地了解。 基于觸摸屏設(shè)計(jì)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn) TD400C 只能顯示文本信息，而很多工業(yè)被控對(duì)象要求控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的 10 人機(jī)界面功能，通過(guò)具有明確意義和提示信息的畫(huà)面來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員與控制系統(tǒng)之間的對(duì)話和相互作用。觸摸屏是人機(jī)界面的發(fā)展方向。利用現(xiàn)有的觸摸屏設(shè)備設(shè)計(jì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過(guò)組態(tài)軟件 WinCC Flexible 對(duì)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)和傳送程序 [7]，以及 HMI 和 PLC 的數(shù)據(jù)交換方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如讓學(xué)生在 HMI 上組態(tài)交通燈系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控界面或電梯轎 箱內(nèi)的操作界面，再結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中編寫(xiě)的 S7200 十字路口交通燈控制程序或三層電梯控制程序，即可檢驗(yàn)程序是否正確執(zhí)行，又可讓學(xué)生操作先進(jìn)的設(shè)備，并學(xué)會(huì)其組態(tài)方法。另外，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一些被控對(duì)象的運(yùn)行效果界面，如運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)等，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際被控對(duì)象不足的缺陷， 在此可大大發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力， 完善并豐富控制系統(tǒng)的功能，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。 以上給出了利用模塊化 S7200 培訓(xùn)設(shè)備設(shè)計(jì)的部分開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。隨著學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)的不斷深入，知識(shí)儲(chǔ)備增加和時(shí)間充裕的情況下，也可在 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題中將多個(gè)模塊結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，如將 S7300 CPU接入系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)與 S7200 的 Profibus、 MPI 通信，利用 EM253 位控模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制知識(shí)的深入理解和掌握等。 3 結(jié)束語(yǔ) 充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的模塊化 S7200 培訓(xùn)設(shè)備，研發(fā)大量的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開(kāi)闊了學(xué)生視野，讓學(xué)生深刻感受到學(xué) PLC 有趣，學(xué) PLC 有用，同時(shí)又掌握了生產(chǎn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)目前用的較多的西門子典型產(chǎn)品和最新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，全面認(rèn)識(shí) PLC 控制 技術(shù)、計(jì)算機(jī)工業(yè)組態(tài)監(jiān)控、觸摸屏控制、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在實(shí)際自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的互相滲透和補(bǔ)充，學(xué)生的工程實(shí)踐能力、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力都得到極大提高，更有信心去面對(duì)激烈的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，因此受到學(xué)生的普遍歡迎。