CN203338621U - 一种模拟工业通信的教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟工业通信的教学实验装置，包括用于供电的电源、照明灯、光敏传感器、光敏传感器、A/D转换器、处理器、烟雾报警器，其中所述照明灯与光敏传感器连接；所述光敏传感器、光敏传感器分别与A/D转换器连接；所述A/D转换器与处理器连接；所述处理器分别与照明灯、烟雾报警器连接。还包括第一开关、风速传感器、驱动电路、步进电机、窗户。还包括第二开关、光电开关、PLC控制器、电磁锁、模拟门。本装置以家居设备作为控制载体，模拟了控制和通信过程，为工业通信网络教学提供了实验实训的便利，能够方便教学，便于直观了解多种功能的工作原理，从一定程度上节约成本。

Description

一种模拟工业通信的教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟工业通信的教学实验装置，属于通信实验装置的技术领域。

背景技术

“十二五”规划明确提出要大力推进“信息化”与“工业化”融合（简称“两化”融合）。而在其“两化”融合不断推进的过程中，工业软件及信息技术服务需求出现了强劲增长，工业制造不断向网络化智能化发展，由此带来了“现场总线”、“多种工业控制网络互联”、“嵌入式技术”和“无线通信技术”的不断融合。在这样的背景下，作为高校自动化相关专业的学生而言，不断提高PLC技术与IT技术综合运用的能力已成必然。而其综合运用的关键要素在于工业通信技术的掌握，即对现代化的工业通信设备配置、工业控制网络构建以及软件实现等深入学习显得尤为重要。

为了适应现代化自动控制技术的发展，满足高校专业教学的需要，针对目前高校教学实验装置（比如专利201120436394.7，主要侧重于PLC单机教学，没有实际的应用对象，只是单纯的PLC编程训练）的缺乏，特提出一种与工程实际结合紧密且又适合当前工业通信网络教学用的实验装置。

而对于现有的模拟工业通信的教学实验装置功能单一，常常只能使用装置模拟一种功能，使得学生在学习时，只能直观的看到一种工作方式，不便于学生对多个功能同时执行时的原理的理解，因此，不便于教学的同时，也不方便学生理解。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种模拟工业通信的教学实验装置，通过在装置上集成多个模块，采用了智能家居作为控制载体，通过引入网孔板上安装各类工控网络中常用的模块、通信设备，从而为工业通信网络教学提供了实验实训的便利，方便多组学生利用同一台控制对象进行工业通信网络的实验，能够方便教学，便于直观了解多种功能的工作原理，从一定程度上节约成本。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种模拟工业通信的教学实验装置，包括用于供电的电源、照明灯、光敏传感器、烟雾传感器、A/D转换器、处理器、烟雾报警器，其中电源分别与光敏传感器、烟雾传感器连接；所述光敏传感器、烟雾传感器分别与A/D转换器连接；所述A/D转换器与处理器连接；所述处理器分别与照明灯、烟雾报警器连接；通过所述光敏传感器检测室内的光强度，经过A/D转换器将检测到的光强度信号转换成数字信号后传输至处理器，所述处理器根据所述接收的信号控制电压信号输出，所述照明灯接收所述电压信号改变光亮度；同时，通过所述烟雾传感器检测室内的烟雾浓度，经过A/D转换器将检测到的浓度信号转换成数字信号后传输至处理器，所述处理器根据所述接收的信号控制烟雾报警器是否报警。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一开关、风速传感器、驱动电路、步进电机、窗户，所述第一开关的一端与电源连接，第一开关的另一端与风速传感器连接；所述风速传感器与A/D转换器、处理器依次连接；所述处理器与驱动电路、步进电机、窗户依次连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第二开关、光电开关、PLC控制器、电磁锁、模拟门，其中所述第二开关的一端与电源连接，第二开关的另一端与光电开关连接；所述光电开关与PLC控制器连接；所述PLC控制器分别与处理器、电磁锁连接；所述电磁锁与模拟门依次连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括继电器，所述继电器的一端与PLC控制器连接，继电器的另一端与模拟门连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第三开关、温湿度传感器、触摸显示屏，其中所述第三开关的一端与电源连接，第三开关的另一端与温湿度传感器连接；所述温湿度传感器与A/D转换器、处理器依次连接；所述处理器分别与PLC控制器、触摸显示屏连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括EM277通信模块、以太网模块、路由器、通信终端，所述EM277通信模块的一端与处理器连接， EM277通信模块的另一端与PLC控制器连接；所述处理器与以太网模块、路由器依次连接，所述路由器与通信终端连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括用于紧急情况下切断电源的熔断器，所述熔断器与电源连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括用于为设备提供电能的插座，所述插座与电源连接。

本实用新型采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本实用新型的模拟工业通信的教学实验装置，通过在装置上集成多个模块，采用了智能家居作为控制载体，通过引入网孔板上安装各类工控网络中常用的模块、通信设备。如设置烟雾报警器、光电开关、温湿度传感器、光敏传感器、风速传感器，分别执行检测室内的烟雾浓度、检测有无人进入、检测温湿度、检测室内的光强度、检测窗户附近的风速，再通过处理器或PLC控制器进行控制处理，模拟了通信的过程，从而为工业通信网络教学提供了实验实训的便利，方便多组学生利用同一台控制对象进行工业通信网络的实验，能够方便教学，便于直观了解多种功能的工作原理，从一定程度上节约成本。该装置采用了开放式的结构，让学生有机会体验工业控制***从硬件接线到控制、调试的全过程。该装置中控制对象所有输入输出引线都统一连入到接线端子，然后通过多路开关来控制信号到控制装置的接入，方便多组学生利用同一台控制对象进行工业通信网络的实验，能够从一定程度上节约成本，延长使用寿命。控制装置中所有设备的引线都接入接线柱，这样有利于接线螺丝端损坏只需更换接线柱，而对元器件没有任何影响，可以提高设备的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的模拟工业通信的教学实验装置的模块示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式进行描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种模拟工业通信的教学实验装置，包括用于供电的电源、照明灯、光敏传感器、烟雾传感器、A/D转换器、处理器、烟雾报警器，其中电源分别与光敏传感器、烟雾传感器连接；所述光敏传感器、烟雾传感器分别与A/D转换器连接；所述A/D转换器与处理器连接；所述处理器分别与照明灯、烟雾报警器连接；通过所述光敏传感器检测室内的光强度，经过A/D转换器将检测到的光强度信号转换成数字信号后传输至处理器，所述处理器根据所述接收的信号控制电压信号输出，所述照明灯接收所述电压信号改变光亮度；同时，通过所述烟雾传感器检测室内的烟雾浓度，经过A/D转换器将检测到的浓度信号转换成数字信号后传输至处理器，所述处理器根据所述接收的信号控制烟雾报警器是否报警。

需要检测风速时，还包括第一开关、风速传感器、驱动电路、步进电机、窗户，所述第一开关的一端与电源连接，第一开关的另一端与风速传感器连接；所述风速传感器与A/D转换器、处理器依次连接，处理器与驱动电路、步进电机、窗户依次连接。

需要模拟控制家居中的门时，还包括第二开关、光电开关、PLC控制器、电磁锁、模拟门，其中所述第二开关的一端与电源连接，第二开关的另一端与光电开关连接；所述光电开关与PLC控制器连接；所述PLC控制器分别与处理器、电磁锁连接，电磁锁与模拟门依次连接。还包括继电器，所述继电器的一端与PLC控制器连接，继电器的另一端与模拟门连接。

需要将装置模拟检测室内温湿度时，还包括第三开关、温湿度传感器、触摸显示屏，其中所述第三开关的一端与电源连接，第三开关的另一端与温湿度传感器连接；所述温湿度传感器与A/D转换器、处理器依次连接；所述处理器分别与PLC控制器、触摸显示屏连接。

在拥有多个处理器和PLC控制器的情况下，还包括EM277通信模块、以太网模块、路由器、通信终端，所述EM277通信模块的一端与处理器连接，EM277通信模块的另一端与PLC控制器连接；所述处理器与以太网模块、路由器依次连接，所述路由器与通信终端连接。通过EM277通信模块实现处理器和PLC控制器的通信。通过以太网模块、路由器实现处理器和通信终端的通信，实现基于以太网的控制方式。以太网模块可以为CP243-1型以太网模块。

本实用新型的具体工作过程如下：首先，通过电源为各模块供电，在处理器中预先设定有光强度和烟雾浓度的常规值。光敏传感器和烟雾传感器开始工作，光敏传感器是用来检测室内的光强度，经过A/D转换器将检测到的光强度信号转换成数字信号后传输至处理器，所述处理器根据所述接收的信号进行判断再控制电压信号输出，即根据室内的光强度大小与预设的常规值进行比较，若大于预设值，则控制输出小比例的电压信号至照明灯，若小于预设值则输出大比例或等比例的电压信号，其电压信号将送至照明灯作为电压输入。烟雾传感器主要是检测室内的烟雾浓度，从而检测是否烟雾浓度超过预设的常规值，若超过常规值则判断为有火灾，处理器则会输出一个信号至烟雾报警器进行报警，以起检测和提示作用。

风速传感器是用来检测室内窗户附近的风速，通过打开第一开关，使得风速传感器开始工作。在处理器中预先设定风速的预设值，风速传感器检测风速后经A/D转换器转换后输出至处理器，处理器根据风速大小输出等比例的电压信号和控制信号，其控制信号将送至驱动电路，驱动电路产生驱动信号控制步进电机，步进电机则对窗户执行控制信号，控制窗户的开启大小或关闭，同时风速传感器继续监测，在达到预设值时则处理器不发出控制信号。

光电开关是用来检测有无人进入，通过打开第二开关，使得光电开关开始工作。如有人进入，则光电开关触点会接通，此信号将至PLC控制器。在人进入后，PLC控制器则会向电磁锁或继电器发出一个控制信号，控制信号经电磁锁后电磁锁执行，电磁锁设置在模拟门上，控制模拟门关闭后锁起。或者通过继电器控制模拟门的信号，使得其关闭或打开。其中，PLC控制器可以和处理器进行通信，当PLC控制器为S7-200 系列的PLC，处理器微S7-300系列的PLC时，可以通过EM277通信模块实现多台S7-200 系列的PLC与单台S7-300系列的PLC之间的Profibus DP通信。以及S7-200 系列的PLC与智能仪表之间的Modbus通信。

温湿度传感器用于检测室内温湿度，通过打开第三开，使得温湿度传感器开始工作。湿度传感器是带有RS485通信接口的智能仪表，它能根据室内的温度和湿度大小输出模拟信号，经过A/D转换器转换后输出至处理器，处理器根据风速大小输出等比例的电压信号和控制信号，控制触摸显示屏进行显示。

在经过多个传感器检测后，处理器获得的信号可以发送到通信终端，通过以太网模块和路由器建立网络，通信终端经过连接到路由器之后，连入网络，处理器可以将获取到的各种数据发送至通信终端，通信终端上进行接收和显示，从而执行了装置基于以太网的通信功能。

在紧急情况下，本实用装置还可用于模拟安全模式下的控制，通过熔断器与电源连接，熔断器感应到电路异常时，发起保护，自动控制电源的切断。在实验时，还可以通过与电源连接的插座，为外部的需用电的设备提供电能。

对于本装置可以采用有机玻璃的架构。内部布线的过程中主要从综合布线的角度考虑，一切横平竖直，同时满足综合布线规范。更主要的是考虑到控制对象占用面积较大，对于高校教学而言一般设置几组控制装置合用一个控制载体。为此，对于所有输入输出设备接线通过多路开关的形式进行切换，方便轮流操作控制。

本实用新型虽然采用了简易的智能家居模型作为控制的载体，但是在整个控制***设计方面考虑到实际工程领域所接触到的工业网络范畴，涵盖了大部分通信的方式，因此通过该发明装置的使用，能够让高校自动化专业的学生把所学到的理论充分应用于实践，能够方便学生对工业通信网络知识的理解，为高校工业控制综合应用课程的教学提供了便利。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：包括用于供电的电源、照明灯、光敏传感器、烟雾传感器、A/D转换器、处理器、烟雾报警器，其中电源分别与光敏传感器、烟雾传感器连接；所述光敏传感器、烟雾传感器分别与A/D转换器连接；所述A/D转换器与处理器连接；所述处理器分别与照明灯、烟雾报警器连接。

2.根据权利要求1所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括第一开关、风速传感器、驱动电路、步进电机、窗户，所述第一开关的一端与电源连接，第一开关的另一端与风速传感器连接；所述风速传感器与A/D转换器、处理器依次连接；所述处理器与驱动电路、步进电机、窗户依次连接。

3.根据权利要求1所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括第二开关、光电开关、PLC控制器、电磁锁、模拟门，其中所述第二开关的一端与电源连接，第二开关的另一端与光电开关连接；所述光电开关与PLC控制器连接；所述PLC控制器分别与处理器、电磁锁连接；所述电磁锁与模拟门依次连接。

4.根据权利要求3所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括继电器，所述继电器的一端与PLC控制器连接，继电器的另一端与模拟门连接。

5. 根据权利要求3所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括第三开关、温湿度传感器、触摸显示屏，其中所述第三开关的一端与电源连接，第三开关的另一端与温湿度传感器连接；所述温湿度传感器与A/D转换器、处理器依次连接；所述处理器分别与PLC控制器、触摸显示屏连接。

6.根据权利要求5所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括EM277通信模块、以太网模块、路由器、通信终端，所述EM277通信模块的一端与处理器连接， EM277通信模块的另一端与PLC控制器连接；所述处理器与以太网模块、路由器依次连接，所述路由器与通信终端连接。

7.根据权利要求1所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括用于紧急情况下切断电源的熔断器，所述熔断器与电源连接。

8.根据权利要求1所述的模拟工业通信的教学实验装置，其特征在于：还包括用于为设备提供电能的插座，所述插座与电源连接。

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