【導(dǎo)讀】1. 2. operation.Usingthe

　　

【正文】 產(chǎn)品豐富的擴展功能模塊，考慮成本等因素，配備了一定數(shù)量的功能模塊，包括EM231 RTD測溫模塊、 EM253 位控模塊、 8 EM241 Modem通訊模塊、 CP2431 以太網(wǎng)通訊模塊、 EM277 ProfibusDP 模塊、SP系列稱重傳感器及 Siwarex MS稱重模塊等六種擴展功能模塊，采用總線方式連接擴展單元，實現(xiàn)了免接線的功能切換，培訓(xùn)實驗時可交叉使用。另外還配有 HMI（人機接口）設(shè)備 P177B、 OP177B、 MP277 等共 10 臺觸摸屏，既可掛在設(shè)備機架上，也可單獨支撐操作。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，同時當(dāng)需要 S7300 的模塊配合實驗時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。這些實驗設(shè)備為實驗教學(xué)、培訓(xùn)以及教師科研都提供了良好的硬件條件。 2 PLC 開放實驗設(shè)計 因每個學(xué)期開設(shè) PLC 課程的班級很多，受實驗設(shè)備、場地和課程學(xué)時的限制，一般在 PLC 原理及應(yīng)用課程中所配套開設(shè)的實驗內(nèi)容主要有 基本指令練習(xí)、順序控制、簡單數(shù)字量控制系統(tǒng)設(shè)計，如跑馬燈設(shè)計、運料小車自動往返運動控制、十字路口交通燈模型控制、三層電梯模型控制等，該部分實驗內(nèi)容是基礎(chǔ)的、必修的。對于 S7200 的特殊高級實用功能、豐富的擴展功能模塊使用以及現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的通訊功能的實現(xiàn)卻很少涉及?？紤]到學(xué)生的接受能力差異和實驗條件限制，此部分實驗內(nèi)容最適宜于作開放性實驗 [2]，即教師提供相關(guān)的實驗設(shè)備和資料，提出實驗任務(wù)要求，由學(xué)生自主擬定實驗方案，確定有效測定實驗效果的方法， 使學(xué)生有較大的思維空間， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性， 對學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)具有極其重要的意義 [3]。因此，利用現(xiàn)有實驗設(shè)備，并考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)掌握的知識結(jié)構(gòu)，設(shè)計開發(fā)了部分開放實驗項目。 基于主模塊設(shè)計的開放實驗 利用主模塊，除了可完成一些 PLC基礎(chǔ)編程實驗外，還可以完成一些特殊功能 [4]實驗，同時也練習(xí)了 Micro/Win 編程環(huán)境集成的各種編程向?qū)褂茫饕校? （ 1）主模塊中包括了 TD400C，它是一款性價比極高的 S7200 PLC 專用的新一代文本顯示器，是一種簡易人機接口裝置，無需 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)開放實驗中，通過配置顯示用戶菜單、報警菜單，與 S7200 CPU進行交互，對 CPU存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)訪問和編輯，可實現(xiàn)小型的具有人機交互功能的控制系統(tǒng)，如結(jié)合基礎(chǔ)實驗中運料小車自動往返控制程序，可 實現(xiàn)通過控制面板來控制小車運動狀態(tài)，并在到達兩端限位位置時顯示報警畫面，同時在 TD400C 上修改小車在兩端停留的時間等，使實驗效果更加豐富生動，也讓學(xué)生了解掌握了生產(chǎn)現(xiàn)場采用的實際控制設(shè)備。 9 （ 2）高速計數(shù)、高速輸出、內(nèi)部外部中斷等實用的特殊功能，可通過一個開放實驗來學(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，然后實現(xiàn)由高速計數(shù)器 HSC0 對 PTO的高速輸出進行計數(shù)，通過 HSC0的中斷功能進行反復(fù)計數(shù)，編程實現(xiàn)一個可調(diào)的 PWM（脈沖寬度調(diào)制）高速輸出，由定時器中斷實現(xiàn)一個秒計數(shù)器 ，并將當(dāng)前計數(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)扇等物理控制對象連接在 CPU 數(shù)字量輸出上，可實現(xiàn)有關(guān)模擬量的數(shù)據(jù)變換、手動 PID 控制編程、利用向?qū)瓿? PID 組態(tài)、 PID 參數(shù)自整定功能的實驗，使學(xué)生深刻理解并掌握工業(yè)現(xiàn)場模擬量 PID控制的相關(guān)知識和實現(xiàn)方法。 （ 4）將兩臺 S7200 系列 PLC 通過 RS232 通訊電纜連接，即可組成一個使用 PPI 協(xié)議的單主站通信網(wǎng)絡(luò)，可進行 PPI 點對點的通訊實驗，實現(xiàn)兩個 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)生體會網(wǎng)絡(luò)讀寫指令向?qū)У暮啽闶褂茫约巴ㄟ^組成 PPI 網(wǎng)絡(luò)擴展可實現(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)議實現(xiàn)與計算機或其他具有串行通信接口的設(shè)備進行通信。在此，讓學(xué)生利用簡單易學(xué)的 Visual Basic（ VB）語言編寫上位機程序，實現(xiàn) PC 與 S7200 CPU之間的自由端口通信模式實驗 [6]，由 PLC 完成對現(xiàn)場開關(guān)量、模擬量的控制處理，上位計算機實現(xiàn)對過程參數(shù)的監(jiān)控、分析、統(tǒng)計和修改等，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)計的開放實驗 工業(yè)以太網(wǎng)是西門子 SIMATIC NET開放通信系統(tǒng)的頂層，可以實現(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 擴展模塊進行實驗，通過 Micro/WIN 中以太網(wǎng)向?qū)У暮唵谓M態(tài)即可完成對模塊的配置。通過安裝以太網(wǎng)網(wǎng)卡的計算機和 Micro/WIN，可實現(xiàn)通過以太網(wǎng)對 S7200 CPU的遠程編程、組態(tài)和診斷。另外，兩臺均配備 CP2431 模塊的 S7200 PLC，通過軟件編程并下載配置程序后，通過網(wǎng)線連接即可實現(xiàn)兩臺 S7200 PLC 基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換。通過此實驗可讓學(xué)生對工業(yè)現(xiàn)場常用的 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)計的開放實驗 10 TD400C 只能顯示文本信息，而很多工業(yè)被控對象要求控制系統(tǒng)具有很強的人機界面功能，通過具有明確意義和提示信息的畫面來實現(xiàn)操作人員與控制系統(tǒng)之間的對話和相互作用。觸摸屏是人機界面的發(fā)展方向。利用現(xiàn)有的觸摸屏設(shè)備設(shè)計開放實驗，可讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何通過組態(tài)軟件 WinCC Flexible 對觸摸屏進行組態(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)實驗中編寫的 S7200 十字路口交通燈控制程序或三層電梯控制程序，即可檢驗程序是否正確執(zhí)行，又可讓學(xué)生操作先進的設(shè)備，并學(xué)會其組態(tài)方法。另外，讓學(xué)生設(shè)計一些被控對象的運行效果界面，如運料小車的運動、機械手運動等，可以彌補實驗室中實際被控對象不足的缺陷， 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)計的部分開放實驗項目。隨著學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)的不斷深入，知識儲備增加和時間充裕的情況下，也可在 畢業(yè)設(shè)計課題中將多個模塊結(jié)合起來實現(xiàn)一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，如將 S7300 CPU接入系統(tǒng)中，實現(xiàn)與 S7200 的 Profibus、 MPI 通信，利用 EM253 位控模塊進行運動控制、伺服電機和步進電機控制知識的深入理解和掌握等。 3 結(jié)束語 充分利用實驗室現(xiàn)有的模塊化 S7200 培訓(xùn)設(shè)備，研發(fā)大量的開放實驗項目，豐富了實驗內(nèi)容，開闊了學(xué)生視野，讓學(xué)生深刻感受到學(xué) PLC 有趣，學(xué) PLC 有用，同時又掌握了生產(chǎn)工業(yè)現(xiàn)場目前用的較多的西門子典型產(chǎn)品和最新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，全面認(rèn)識 PLC 控制 技術(shù)、計算機工業(yè)組態(tài)監(jiān)控、觸摸屏控制、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在實際自動化控制系統(tǒng)中的互相滲透和補充，學(xué)生的工程實踐能力、分析問題、解決問題的綜合能力都得到極大提高，更有信心去面對激烈的就業(yè)競爭，因此受到學(xué)生的普遍歡迎。