現場總線的教學設計

賈麗仕

[摘要]介紹現場總線技術的特征和發展，分析實踐教學的必要性，簡化理論教學，因材施教，改進教學方法。

[關鍵詞]現場總線 組態 實驗教學

隨著自動控制技術的高速發展，自動化系統的結構變革為以網絡集成為基礎的分布式結構，現場總線是現場通信網絡與控制技術集成的產物。本校機電一體化專業把現場總線與組態控制技術融為一門課程開展教學，安排了18學時講解現場總線技術。從現有的教學資源出發，設計了兩個實驗：系統組態、系統應用。通過這兩個實驗讓學生體會現場總線是怎樣通過網絡來監控系統的。

一、現場總線介紹

現場總線是連接智能現場設備和系統的雙向數字通信網絡，能支持多節點、總線式的通信。把現場總線技術與智能儀表結合，發展為現場總線控制系統。現場總線突破了集散控制系統專用通信網絡的局限性，形成分布式系統框架。

1.1現場總線特征

現場總線采用數字傳輸，允許在一條通信線纜上連接多個設備。現場總線的計數特征如下：（1）開放性：各不同廠家的設備可進行互連實現信息交換，建立統一的工廠底層網絡。（2）互用性：不同廠家的設備可以互相通信，統一組態，類似設備可進行互換實現互用。（3）智能化：總線儀表具有數據處理、狀態分析、故障診斷功能，系統可檢查設備的運行狀況。

1.2典型的現場總線

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

（2）CAN總線：CAN總線是控制網絡的簡稱，用于汽車內部測量與執行部件的數據通信。CAN協議建立在國際標準組織的開放系統互聯模型基礎上，信號傳輸介質為雙絞線，通信速率最高1Mbps，可掛接110個設備。

二、系統組態及應用

2.1系統組態

選用的硬件設備有：工控機、以太網卡、CPU222、CPU224、交換機、MM440變頻器、I/O模塊。網絡系統中以太網的網絡部件有交換機、線纜、通信處理器、工控機、計算機。這些設備以交換機為中心，采用總線拓撲結構，連接到以太網上。每個從站有專用的接口模板設備和profibus站地址。從站的通信數據區是由主站統一編地址的數據區。控制網絡的軟件是組態編程軟件STEP7和組態監控軟件呢WINCC。

系統組態按照硬件連接方式模擬真實PLC系統。使用編程軟件建立項目，對各站的硬件組態和參數設置，將系統組態結果下載到PLC中。

2.2系統應用

現場總線通過通信接口把各設備連接到總線上，通過以太網傳遞信息到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站的組態監控軟件與PLC的CPU的通信，創建變量，組態顯示動態過程和生產狀況。

三、改革教學方法，培養創新人才

好的教學方法能取得好的教學效果，充分調動學習積極性，有利于培養創新和實踐能力。

以往學生根據教師提供的實驗講義，按照實驗步驟操作，態度被動，效果不好。為了提高學習能動性，適當改變教學方法，有利于開展實驗教學。設計型實驗是教師提供實驗任務和實驗目的，迫使學生自己查資料，討論設計方案，大大提高學習主動性。

現場總線開設在大三上學期，學生已經學習了PLC、變頻器、計算機等科目，將現場總線實驗設計為系統性設計實驗已經具備前提基礎。實驗時提供實驗設備，提出要求學生設計樓宇自動化控制網絡，不給具體方案，讓學生自行設計系統。樓宇自動化作為多學科交叉、實踐性很強的系統，可以建立三棟智能樓宇仿真模型，配備現代化智能控制系統，監控設備根據實際建筑需要安裝在相應地方，整個實驗室就是智能小區的縮小模型。智能樓宇實驗室包括視頻監控、門禁管理、可視對講、安全防范、遠程抄表、家居控制、樓宇綜合自動化實時監控系統等等。

四、結束語

現場總線在我國才剛起步，了解國際現場總線的發展，對我國自動化設備技術更新具有重要意義。雖然目前沒有單一的標準，但不久的將來，可能會出現幾大總線并存，或一個系統中有幾種總線標準的設備互聯實現信息共享的局面。