現(xiàn)場總線的教學(xué)設(shè)計

賈麗仕

[摘要]介紹現(xiàn)場總線技術(shù)的特征和發(fā)展，分析實踐教學(xué)的必要性，簡化理論教學(xué)，因材施教，改進(jìn)教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場總線 組態(tài) 實驗教學(xué)

隨著自動控制技術(shù)的高速發(fā)展，自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變革為以網(wǎng)絡(luò)集成為基礎(chǔ)的分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場總線是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制技術(shù)集成的產(chǎn)物。本校機(jī)電一體化專業(yè)把現(xiàn)場總線與組態(tài)控制技術(shù)融為一門課程開展教學(xué)，安排了18學(xué)時講解現(xiàn)場總線技術(shù)。從現(xiàn)有的教學(xué)資源出發(fā)，設(shè)計了兩個實驗：系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)應(yīng)用。通過這兩個實驗讓學(xué)生體會現(xiàn)場總線是怎樣通過網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控系統(tǒng)的。

一、現(xiàn)場總線介紹

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，能支持多節(jié)點、總線式的通信。把現(xiàn)場總線技術(shù)與智能儀表結(jié)合，發(fā)展為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線突破了集散控制系統(tǒng)專用通信網(wǎng)絡(luò)的局限性，形成分布式系統(tǒng)框架。

1.1現(xiàn)場總線特征

現(xiàn)場總線采用數(shù)字傳輸，允許在一條通信線纜上連接多個設(shè)備。現(xiàn)場總線的計數(shù)特征如下：（1）開放性：各不同廠家的設(shè)備可進(jìn)行互連實現(xiàn)信息交換，建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)。（2）互用性：不同廠家的設(shè)備可以互相通信，統(tǒng)一組態(tài)，類似設(shè)備可進(jìn)行互換實現(xiàn)互用。（3）智能化：總線儀表具有數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)分析、故障診斷功能，系統(tǒng)可檢查設(shè)備的運(yùn)行狀況。

1.2典型的現(xiàn)場總線

（1）profibus總線：Profibus支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從系統(tǒng)傳輸方式。主站控制總線，可主動發(fā)送信息。Profibus傳輸速率為96-12kbps，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纜，最多掛接127個站點。

（2）CAN總線：CAN總線是控制網(wǎng)絡(luò)的簡稱，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件的數(shù)據(jù)通信。CAN協(xié)議建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上，信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高1Mbps，可掛接110個設(shè)備。

二、系統(tǒng)組態(tài)及應(yīng)用

2.1系統(tǒng)組態(tài)

選用的硬件設(shè)備有：工控機(jī)、以太網(wǎng)卡、CPU222、CPU224、交換機(jī)、MM440變頻器、I/O模塊。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部件有交換機(jī)、線纜、通信處理器、工控機(jī)、計算機(jī)。這些設(shè)備以交換機(jī)為中心，采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，連接到以太網(wǎng)上。每個從站有專用的接口模板設(shè)備和profibus站地址。從站的通信數(shù)據(jù)區(qū)是由主站統(tǒng)一編地址的數(shù)據(jù)區(qū)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)的軟件是組態(tài)編程軟件STEP7和組態(tài)監(jiān)控軟件呢WINCC。

系統(tǒng)組態(tài)按照硬件連接方式模擬真實PLC系統(tǒng)。使用編程軟件建立項目，對各站的硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置，將系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果下載到PLC中。

2.2系統(tǒng)應(yīng)用

現(xiàn)場總線通過通信接口把各設(shè)備連接到總線上，通過以太網(wǎng)傳遞信息到PC上。PC上的編程軟件建立項目，輸入程序，下載到控制級的CPU中。通過PC站的組態(tài)監(jiān)控軟件與PLC的CPU的通信，創(chuàng)建變量，組態(tài)顯示動態(tài)過程和生產(chǎn)狀況。

三、改革教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

好的教學(xué)方法能取得好的教學(xué)效果，充分調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力。

以往學(xué)生根據(jù)教師提供的實驗講義，按照實驗步驟操作，態(tài)度被動，效果不好。為了提高學(xué)習(xí)能動性，適當(dāng)改變教學(xué)方法，有利于開展實驗教學(xué)。設(shè)計型實驗是教師提供實驗任務(wù)和實驗?zāi)康?，迫使學(xué)生自己查資料，討論設(shè)計方案，大大提高學(xué)習(xí)主動性。

現(xiàn)場總線開設(shè)在大三上學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了PLC、變頻器、計算機(jī)等科目，將現(xiàn)場總線實驗設(shè)計為系統(tǒng)性設(shè)計實驗已經(jīng)具備前提基礎(chǔ)。實驗時提供實驗設(shè)備，提出要求學(xué)生設(shè)計樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)，不給具體方案，讓學(xué)生自行設(shè)計系統(tǒng)。樓宇自動化作為多學(xué)科交叉、實踐性很強(qiáng)的系統(tǒng)，可以建立三棟智能樓宇仿真模型，配備現(xiàn)代化智能控制系統(tǒng)，監(jiān)控設(shè)備根據(jù)實際建筑需要安裝在相應(yīng)地方，整個實驗室就是智能小區(qū)的縮小模型。智能樓宇實驗室包括視頻監(jiān)控、門禁管理、可視對講、安全防范、遠(yuǎn)程抄表、家居控制、樓宇綜合自動化實時監(jiān)控系統(tǒng)等等。

四、結(jié)束語

現(xiàn)場總線在我國才剛起步，了解國際現(xiàn)場總線的發(fā)展，對我國自動化設(shè)備技術(shù)更新具有重要意義。雖然目前沒有單一的標(biāo)準(zhǔn)，但不久的將來，可能會出現(xiàn)幾大總線并存，或一個系統(tǒng)中有幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備互聯(lián)實現(xiàn)信息共享的局面。