專利名稱：一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種教學(xué)實驗裝置，特別是一種開放式工業(yè)控制技術(shù) 綜合實驗裝置。(二) 背景技術(shù)目前，電氣工程及自動控制方法和應(yīng)用模式有了很大的改變，新技術(shù) 的出現(xiàn)導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改革，導(dǎo)致目前生產(chǎn)的自動化儀表、集 散控制系統(tǒng)、可編程序控制器在產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)方面的較大變 革，使工業(yè)現(xiàn)場級儀表、設(shè)備面臨著更新?lián)Q代的挑戰(zhàn)，已成為世界范圍內(nèi) 的自控技術(shù)熱點。目前，全局自動化技術(shù)的應(yīng)用及推廣是不爭的事實，是 企業(yè)競爭的必然結(jié)果。而且應(yīng)用中有相關(guān)的技術(shù)、器件支持。特別是近來 并行控制概念，工業(yè)控制組態(tài)技術(shù)及總線技術(shù)的快速發(fā)展將使全局自動化 步入快車道。因而營建符合現(xiàn)代化教育要求的實踐教學(xué)平臺是當(dāng)務(wù)之急。(三) 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于設(shè)計一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置， 它借助實驗手段的多樣性，實現(xiàn)對學(xué)生的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)，增強實驗項目 開放性，為強化學(xué)生動手能力的培養(yǎng)提供條件，是一種創(chuàng)新性強的新型工 業(yè)控制技術(shù)實驗裝置。本實用新型的技術(shù)方案 一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置，其 特征在于它是由常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、智能控制 器技術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、計算機 PC或IPC、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程序控制器技術(shù)單元以及包括工 業(yè)控制典型環(huán)節(jié)實驗?zāi)０?、交流電動機、工業(yè)控制典型模型構(gòu)成的控制對 象所組成；所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、人機界 面技術(shù)實驗單元的輸出端口與控制對象單向連接，傳遞控制信號；智能控 制器技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編 程序控制器技術(shù)單元與控制對象雙向連接，傳遞控制信號與反饋信號；計 算機的數(shù)據(jù)采集輸入端以及數(shù)據(jù)處理的輸出端都與PC總線技術(shù)實驗單元、 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元連接；上述各單元依次安裝在實驗臺的控制器模板 安裝架上，安裝架上配有相應(yīng)的電源箱。上述所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元是由至少一塊以上常規(guī)控制電器實驗?zāi)０?、LOGO智能控制器實驗?zāi)０褰M成，L0G0控制器的輸出端、外部開關(guān) 量信號都連接到控制對象上，控制對象對外輸出開關(guān)量作為反饋信號。上述所說的變頻器技術(shù)實驗單元是由變頻器控制模板，三相交流電動 機組成，外部開關(guān)量輸入連接到控制模板上，控制模板與交流電動機雙向 連接，傳遞輸入信號和反饋信號。上述所說的典型工業(yè)控制模板系列是一種包括電機控制實驗、天塔之 光實驗、搶答器實驗、交通燈自控與手控實驗、水塔水位自動控制實驗、 自動成型機實驗、自控軋鋼機實驗、多種液體自動混合實驗、自動送料裝 車系統(tǒng)實驗、郵件分揀機實驗、電梯控制實驗、斷路器操作機構(gòu)實驗、多 級供電線路繼電保護及供電橋型主接線運行模式實驗的模板集合；該單元 作為系統(tǒng)中可模擬出工業(yè)與生活實際中典型控制的控制器的控制對象，即 能滿足多種控制器的要求又可滿足基于PC總線的控制要求。上述所說的可編程序控制器單元配備可編程序控制器控制實驗?zāi)０澹?計算機作為上位機與PLC模板連接傳遞信號，并可實現(xiàn)PC/PPI通訊，PLC 模板可以直接與控制對象連接傳遞控制反饋信號，也可以通過接口板與控 制對象連接。上述所說的人機界面技術(shù)實驗單元由計算機硬件、觸摸屏和人機界面 技術(shù)組成，計算機硬件與PLC模板連接傳遞信號，同時觸摸屏也與PLC模 板連接傳遞信號，PLC模板連接控制對象傳遞控制及反饋信號。上述所說的PC總線技術(shù)實驗單元由計算機主機、PC總線板卡以及由 組態(tài)軟件構(gòu)成的人機界面組成，計算機通過ISA或PCI卡以及I/O適配板 與控制對象連接，傳遞控制信號及反饋信號。 ，上述所說的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元，由先進的現(xiàn)場可編程Ethernet總 線適配器組成，其數(shù)據(jù)傳送速率為10Mbit/s，配置現(xiàn)場組合式I/0;開關(guān) 量I/0: 8/8 (24V);模擬量4路AD、 2路DA (0-10V);本網(wǎng)絡(luò)具有兩層 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上層計算機通過現(xiàn)場可編程Ethernet總線適配器與下層網(wǎng)絡(luò)連 接，下層網(wǎng)絡(luò)為配置現(xiàn)場組合式I/O。上述所說的適配模板系列及連接導(dǎo)線產(chǎn)品提供各種控制器與實際控制 電器、控制器與應(yīng)用模板、控制器與控制模型間的適配模板，以供搭接應(yīng) 用實驗系統(tǒng)，其間模板、導(dǎo)線及安全插頭應(yīng)滿足應(yīng)用實驗系統(tǒng)的適配關(guān)系。本實用新型的優(yōu)越性在于1、本實驗系統(tǒng)支持多種控制技術(shù)模式的選用，提供多種控制模式或技術(shù)方法構(gòu)造自動控制技術(shù)實驗系統(tǒng)，是順應(yīng)當(dāng)今自動化應(yīng)用與發(fā)展需要的一套實驗系統(tǒng)；2、該裝置體現(xiàn)了現(xiàn)代控制技術(shù) 在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用概貌，既能完成基本的教學(xué)實驗如電機控制、電器 控制技術(shù)、可編程控制技術(shù)、基于PC的軟邏輯(軟PLC)控制技術(shù)、計算 機控制技術(shù)以及工業(yè)控制應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等項目的工作，又能拓展為面 向現(xiàn)代自動化應(yīng)用技術(shù)，開放的、開發(fā)型的科研平臺；3、該實踐教學(xué)平臺 即可完成學(xué)生的必需的實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，還可以作為工程應(yīng)用研究的平臺， 為面向未來的教育事業(yè)以及社會跨越式的發(fā)展進步做好必要的物質(zhì)準(zhǔn)備。(四)
附圖1為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的整體結(jié)構(gòu)示 意圖。附圖2為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的實驗臺結(jié)構(gòu) 示意圖。附圖3為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的常規(guī)電器 與智能電器實驗系統(tǒng)示意圖。附圖4為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的變頻器實 驗系統(tǒng)示意圖。附圖5為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的可編程序 控制器單元組成示意圖。附圖6為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的由組態(tài)軟 件構(gòu)成的人機界面技術(shù)單元組成示意圖。附圖7為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的PC總線技術(shù)實驗單元組成示意圖。 ，附圖8為本實用新型所涉工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置中的工業(yè)以太 網(wǎng)控制技術(shù)實驗系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
實施例 一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置(見圖1-2)，其特征 在于它是由常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、智能控制器技 術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、計算機PC或IPC、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程序控制器技術(shù)單元以及包括工業(yè)控制典型環(huán)節(jié)實驗?zāi)０?、交流電動機、工業(yè)控制典型模型構(gòu)成的控制對象所組成；所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元的輸出端口與控制對象單向連接，傳遞控制信號；智能控制 器技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程 序控制器技術(shù)單元與控制對象雙向連接，傳遞控制信號與反饋信號；計算 機的數(shù)據(jù)采集輸入端以及數(shù)據(jù)處理的輸出端都與PC總線技術(shù)實驗單元、工 業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元連接；上述各單元依次安裝在實驗臺的控制器模板安 裝架上，安裝架上配有相應(yīng)的電源箱。上述所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元(見圖3)是由至少一塊以上常規(guī) 控制電器實驗?zāi)０?、L0G0智能控制器實驗?zāi)０褰M成，LOGO控制器的輸出端、 外部開關(guān)量信號都連接到控制對象上，控制對象對外輸出開關(guān)量作為反饋 信號。根據(jù)配置可完成常用控制電器如按鈕、時間繼電器、熱繼電器、電 流繼電器、電壓繼電器、行程開關(guān)、接近開關(guān)、中間繼電器、接觸器以及 智能控制電器LOGO的應(yīng)用技術(shù)實驗。上述所說的變頻器技術(shù)實驗單元(見圖4)是由變頻器控制模板，三 相交流電動機組成，外部開關(guān)量輸入連接到控制模板上，控制模板與交流 電動機雙向連接，傳遞輸入信號和反饋信號；該單元與常規(guī)電器、智能控 制電器配合，可完成變頻器的面板控制、變頻器的遠動分段控制等實驗。上述所說的典型工業(yè)控制模板系列可包括電機控制實驗、天塔之光實 驗、搶答器實驗、交通燈自控與手控實驗、水塔水位自動控制實驗、自動 成型機實驗、自控軋鋼機實驗、多種液體自動混合實驗、自動送料裝車系 統(tǒng)實驗、郵件分揀機實驗、電梯控制實驗、斷路器操作機構(gòu)實驗、多級供 電線路繼電保護、供電橋型主接線運行模式等實驗?zāi)０?；該單元作為系統(tǒng) 中可模擬出工業(yè)與生活實際中典型控制的控制器的控制對象，即能滿足多 種控制器的要求又可滿足基于PC總線的控制要求。 ，上述所說的可編程序控制器單元(見圖5)配備可編程序控制器控制 實驗?zāi)０?，與典型工業(yè)控制模板系列、變頻器控制模板、三相交流電動機、 常規(guī)電器與智能控制電器配合，計算機作為上位機與PLC模板連接傳遞信 號，并可實現(xiàn)PC/PPI通訊，PLC模板可以直接與控制對象連接傳遞控制反 饋信號，也可以通過接口板與控制對象連接。完成可編程序控制器編程技 術(shù)實驗及綜合應(yīng)用技術(shù)實驗等。上述所說的人機界面技術(shù)實驗單元(見圖6)由計算機硬件、觸摸屏 和人機界面(軟件)技術(shù)組成，計算機硬件與PLC模板連接傳遞信號，同時 觸摸屏也與PLC模板連接傳遞信號，PLC模板連接控制對象傳遞控制及反饋信號；可完成可視化控制技術(shù)的基礎(chǔ)性實驗(圖示計算機、觸摸屏單元); 配合PLC可構(gòu)成上下位機控制(圖示計算機、觸摸屏與PLC單元)。上述所說的PC總線技術(shù)實驗單元(見圖7)由計算機主機、PC總線板 卡以及人機界面(組態(tài)軟件)軟件組成，計算機通過ISA或PCI卡以及I/O 適配板與控制對象連接，傳遞控制信號及反饋信號；與典型工業(yè)控制模板 系列(控制對象)、變頻器控制模板、三相交流電動機、常規(guī)電器與智能控 制電器配合，可完成基于PC控制技術(shù)實驗及單元綜合性應(yīng)用技術(shù)實驗等。上述所說的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(見圖8)由先進的現(xiàn)場可編程Ethernet 總線適配器組成，其數(shù)據(jù)傳送速率為10Mbit/s，配置現(xiàn)場組合式1/0。開 關(guān)量I/0: 8/8 (24V);模擬量4路AD、 2路DA (0-10V);本網(wǎng)絡(luò)具有兩 層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上層計算機通過現(xiàn)場可編程Ethernet總線適配器與下層網(wǎng)絡(luò) 連接，下層網(wǎng)絡(luò)為配置現(xiàn)場組合式I/O。上述所說的適配模板系列及連接導(dǎo)線產(chǎn)品提供各種控制器與實際控制 電器、控制器與應(yīng)用模板、控制器與控制模型間的適配模板，以供搭接應(yīng) 用實驗系統(tǒng)，導(dǎo)線產(chǎn)品采用安全插頭以確保實驗系統(tǒng)安全可靠。
權(quán)利要求1、一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置，其特征在于它是由常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、智能控制器技術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、計算機PC或IPC、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程序控制器技術(shù)單元以及包括工業(yè)控制典型環(huán)節(jié)實驗?zāi)０?、交流電動機、工業(yè)控制典型模型構(gòu)成的控制對象所組成；所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元的輸出端口與控制對象單向連接，傳遞控制信號；智能控制器技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程序控制器技術(shù)單元與控制對象雙向連接，傳遞控制信號與反饋信號；計算機的數(shù)據(jù)采集輸入端以及數(shù)據(jù)處理的輸出端都與PC總線技術(shù)實驗單元、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元連接；上述各單元依次安裝在實驗臺的控制器模板安裝架上，安裝架上配有相應(yīng)的電源箱。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的常規(guī)電器技術(shù)實驗單元是由至少一塊以上常規(guī) 控制電器實驗?zāi)０濉OGO智能控制器實驗?zāi)０褰M成，L0G0控制器的 輸出端、外部開關(guān)量信號都連接到控制對象上，控制對象對外輸出開 關(guān)量作為反饋信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的變頻器技術(shù)實驗單元是由變頻器控制模板，三 相交流電動機組成，外部開關(guān)量輸入連接到控制模板上，控制模板與 交流電動機雙向連接，傳遞輸入信號和反饋信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的典型工業(yè)控制模板系列是一種包括電機控制實 驗、天塔之光實驗、搶答器實驗、交通燈自控與手控實驗、水塔水位 自動控制實驗、自動成型機實驗、自控軋鋼機實驗、多種液體自動混 合實驗、自動送料裝車系統(tǒng)實驗、郵件分揀機實驗、電梯控制實驗、 斷路器操作機構(gòu)實驗、多級供電線路繼電保護及供電橋型主接線運行 模式實驗的模板集合；該單元作為系統(tǒng)中可模擬出工業(yè)與生活實際中典型控制的控制器的控制對象，即能滿足多種控制器的要求又可滿足基于PC總線的控制要求。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的可編程序控制器單元配備可編程序控制器控制 實驗?zāi)０澹嬎銠C作為上位機與PLC模板連接傳遞信號，并可實現(xiàn) PC/PPI通訊，PLC模板可以直接與控制對象連接傳遞控制反饋信號， 也可以通過接口板與控制對象連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的人機界面技術(shù)實驗單元由計算機硬件、觸摸屏 和人機界面技術(shù)組成，計算機硬件與PLC模板連接傳遞信號，同時觸 摸屏也與PLC模板連接傳遞信號，PLC模板連接控制對象傳遞控制及 反饋信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的PC總線技術(shù)實驗單元由計算機主機、PC總線 板卡以及由組態(tài)軟件構(gòu)成的人機界面組成，計算機通過ISA或PCI卡 以及1/0適配板與控制對象連接，傳遞控制信號及反饋信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝 置，其特征在于所說的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元由先進的現(xiàn)場可編程 Ethernet總線適配器組成，其數(shù)據(jù)傳送速率為10M bit/s，配置現(xiàn)場 組合式I/O;開關(guān)量I/O: 8/8(24V);模擬量4路AD、 2路DA(0-10V); 本阿絡(luò)具有兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，上層計算機通過現(xiàn)場可編程Ethernet總 線適配器與下層網(wǎng)絡(luò)連接，下層網(wǎng)絡(luò)為配置現(xiàn)場組合式I/O。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種開放式工業(yè)控制技術(shù)i合實驗裝 置，其特征在于所說的適配模板系列及連接導(dǎo)線產(chǎn)品提供各種控制器 與實際控制電器、控制器與應(yīng)用模板、控制器與控制模型間的適配模 板，其間模板、導(dǎo)線及安全插頭應(yīng)滿足應(yīng)用實驗系統(tǒng)的適配關(guān)系。
專利摘要一種開放式工業(yè)控制技術(shù)綜合實驗裝置，其特征在于它是由常規(guī)電器技術(shù)實驗單元、變頻器技術(shù)實驗單元、智能控制器技術(shù)實驗單元、人機界面技術(shù)實驗單元、PC總線技術(shù)實驗單元、計算機PC或IPC、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)單元、可編程序控制器技術(shù)單元以及包括工業(yè)控制典型環(huán)節(jié)實驗?zāi)０?、交流電動機、工業(yè)控制典型模型構(gòu)成的控制對象所組成。本實用新型的優(yōu)越性在于既能完成基本的教學(xué)實驗，又能拓展為面向現(xiàn)代自動化應(yīng)用技術(shù)，開放的、開發(fā)型的科研平臺；該實踐教學(xué)平臺既可完成學(xué)生的必需的實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，還可以作為工程應(yīng)用研究的平臺，為面向未來的教育事業(yè)以及社會跨越式的發(fā)展進步做好必要的物質(zhì)準(zhǔn)備。
文檔編號G09B25/02GK201111765SQ20072009710
公開日2008年9月10日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者吳作明, 剛 趙, 影 趙 申請人:天津理工大學(xué)