一種模擬教室門無線監(jiān)控輔助教學(xué)裝置的設(shè)計(jì)

惠健

（北京京北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京101400）

1 引言

可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC一直都是各個(gè)院校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的主干課程，因此在PLC的日常教學(xué)過程中如何讓學(xué)生更好地掌握PLC和觸摸屏的使用技巧，而且隨著無線通信技術(shù)越來越普及，如何將這三者有效結(jié)合形成一個(gè)智能控制系統(tǒng)，如何讓學(xué)生能夠從系統(tǒng)的角度去考慮實(shí)際問題是每一位PLC教師必須要解決的問題。本文旨在設(shè)計(jì)一種模擬教室門無線監(jiān)控裝置來輔助PLC課堂教學(xué)及綜合實(shí)訓(xùn)，經(jīng)過實(shí)際使用，取得了良好的教學(xué)效果。

2 系統(tǒng)框圖及主要部件

2.1 系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由教室門自動(dòng)鎖門機(jī)構(gòu)、無線通信模塊、西門子S7-200SMART PLC和SMART LINE IE觸摸屏人機(jī)界面等幾個(gè)部分組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整棟教學(xué)樓所有教室門狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，既可以手動(dòng)操作開關(guān)任意一個(gè)教室門，也可以通過設(shè)定開關(guān)教室門的具體時(shí)間來實(shí)現(xiàn)教室門的自動(dòng)開關(guān)，并且可以查詢相關(guān)的報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 模擬教室門無線監(jiān)控輔助教學(xué)裝置系統(tǒng)框圖

教室門自動(dòng)鎖門機(jī)構(gòu)主要由開關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和關(guān)門到位反饋信號(hào)兩部分組成，主控S7-200SMARTPLC通過無線通信模塊DTD433M發(fā)送開關(guān)門動(dòng)作指令，并接收關(guān)門到位反饋信號(hào)來判斷開關(guān)門動(dòng)作指令是否執(zhí)行完成。

2.2 西門子S7-200SMART PLC[1][3]

S7-200SMART是西門子新一代小型自動(dòng)化體系的核心，可以和集成了以太網(wǎng)口SMART 700 IE觸摸屏無縫集成，相得益彰。S7-200SMART的運(yùn)算能力、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、保持能力都比上一代S7-200/S7-200C有大幅提高，而且擴(kuò)展能力強(qiáng)大，模塊種類豐富，使用標(biāo)準(zhǔn)SD存儲(chǔ)卡，集成了以太網(wǎng)口，同時(shí)還能支持多至三軸的高速脈沖輸出功能編程軟件融入了更多的人性化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單易用，使項(xiàng)目開發(fā)更加高效。

2.3 西門子SMART LINE系列觸摸屏[5][6]

西門子SMART LINE系列觸摸屏有SMART 700和SMART 1000兩種，為用戶提供了不同的尺寸類型。西門子觸摸屏SMART LINE系列是一個(gè)人機(jī)交互平臺(tái)，它可以同西門子S7-200SMART PLC之間進(jìn)行通訊，并且為用戶提供一個(gè)友好的界面，便于用戶對(duì)控制系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。西門子HMI SMART LINE系列有寬屏7寸和10寸兩種，支持橫向和豎向安裝方式;具有高分辨率，例如：10寸屏可達(dá)1024*600分辨率，64K色，LED背光；集成的以太網(wǎng)口和隔離串口；支持Modbus RTU協(xié)議；支持硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能；集成USB2.0主機(jī)接口，用戶可以連接鼠標(biāo)，鍵盤和USB存儲(chǔ)器等；支持?jǐn)?shù)據(jù)和報(bào)警記錄歸檔功能；具有強(qiáng)大的配方管理，趨勢(shì)顯示，報(bào)警功能；使用全新的WinCC flexible SMART組態(tài)軟件，簡(jiǎn)單直觀，功能強(qiáng)大。為用戶帶來了更高性能和更好的操作體驗(yàn)。

圖2 觸摸屏主監(jiān)控界面

2.4 DTD433M無線模塊

DTD433M無線模塊提供了透明的RS232/RS485接口，無線可靠傳輸距離達(dá)到3公里以上，所以也可以稱作遠(yuǎn)距離無線485模塊。DTD433M既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線485通信，也適合于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)而且分散不便于挖溝布線等應(yīng)用場(chǎng)合，不需要編寫程序，不需要布線。DTD433M不僅能與各種PLC、DCS、智能儀表及傳感器等設(shè)備組成無線PLC測(cè)控系統(tǒng)，同時(shí)能與組態(tài)軟件、人機(jī)界面、觸摸屏、測(cè)控終端等工控產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無線485協(xié)議、西門子PPI協(xié)議、三菱N:N協(xié)議、MODBUS等協(xié)議的組態(tài)，為工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域提供了短中遠(yuǎn)距離無線通信的低成本解決方案。

3 系統(tǒng)軟件

3.1 觸摸屏監(jiān)控界面[2]

在觸摸屏監(jiān)控界面上可以一目了然地顯示整個(gè)教學(xué)樓每個(gè)教室門的狀態(tài)，每個(gè)教室號(hào)下面的閥門如果顯示綠色代表就代表開門，紅色代表關(guān)門，既可以單獨(dú)控制也可以由PLC通過規(guī)定時(shí)間自動(dòng)控制開關(guān)門。除此之外還可以顯示系統(tǒng)時(shí)間，調(diào)閱警報(bào)窗口和歷史數(shù)據(jù)查詢窗口。觸摸屏主監(jiān)控界面如圖2所示。

3.2 PLC軟件[4]

PLC軟件部分主要包括手動(dòng)程序和自動(dòng)程序兩部分，其中自動(dòng)程序部分是通過調(diào)用系統(tǒng)時(shí)間并根據(jù)設(shè)定的開關(guān)門時(shí)間來控制無線通信模塊給各教室門自動(dòng)鎖門機(jī)構(gòu)發(fā)送指令進(jìn)行開關(guān)門并接收關(guān)門到位反饋信號(hào)。

4 結(jié)論

經(jīng)過教學(xué)過程中實(shí)際使用，該裝置設(shè)計(jì)合理，維護(hù)簡(jiǎn)單，界面友好，能夠較好地輔助PLC課堂教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)，幫助學(xué)生更好地理解如何用PLC結(jié)合觸摸屏人機(jī)界面和無線通信模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)整棟教學(xué)樓所有教室門進(jìn)行監(jiān)控的整個(gè)過程，掌握如何設(shè)計(jì)PLC程序、觸摸屏界面，以及無線通信模塊的使用技巧，取得了良好的教學(xué)效果。