基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺研發與應用

謝青海 薛建芳 黃亮 王如松 方紅彬 楊振亞

摘 要：基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺采用整體框架式結構，在框架正面和兩側固定有用于放置電氣設備的沖孔板，便于電氣元件靈活布置。培訓平臺可以用于放置各種電氣設備，例如西門子S7-200 PLC、西門子S7-300 PLC、MM420變頻器、工業觸摸屏以及各種I/O設備。可以實施元器件的認識與選用、硬件的安裝與布置、ProFibus總線的網絡連接與運行調試等訓練。即能用于教學需求，又能用于企業培訓，既滿足教學過程中簡單的訓練要求，也能用于工程開發。

關鍵詞：工業網絡 培訓平臺 沖孔板 網絡連接

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0000-02

1 培訓平臺研發的背景和意義

河北地處京津經濟圈的中心，大中城市密集，市場容量龐大，是中國的制造業基地之一，擁有相當強的生產制造能力。邢臺是冀南重要的中心城市和新型工業基地，是以裝備制造、煤鹽化工新能源、汽車工業、新型建材為主的新型工業基地，有冀中能源、中鋼邢機、邢臺鋼鐵、晶龍集團和旭陽焦化等一系列知名大企業，擁有邢灣工業園等多個產業集中的工業園區。以Profibus技術為基礎的自動化生產設備在這里被廣泛應用，對這類大型設備，大多數企業存在使用效率不高，維護維修水平低下，設備改進和創新能力不足等問題，極大影響了企業的可持續發展能力，需要對設備使用和維護人員進行專業的技術培訓。同時邢臺擁有多所職業院校，需要培養大批相關的專業技術人才，為區域經濟發展服務。這些條件為平臺的研究提供了基礎。

但是目前能夠真正用于培訓，滿足實踐與理論教學需求的基于ProFibus總線的工業網絡實踐操作設備很是缺乏，教育設備廠家生產的教學設備大多是用于演示練習，實踐操作能力不能得到有效的鍛煉，靈活性也很差，很難滿足學習者的需求。基于區域經濟發展和市場人才需求考慮，開發出基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺，一方面可以用于學生培養，提高學生就業能力；另一方面也可以用于企業技術人員培訓，提高他們的設備維護與使用能力，并能迅速適應企業生產設備的技術更新。由于所開發的培訓平臺結構簡單，功能完善，實用性強，值得大范圍的推廣。

2 培訓平臺的培訓內容選取

在對地區內的部分知名企業自動化設備使用情況進行調研后，發現基于ProFibus總線的工業網絡技術、PLC應用技術、變頻使用技術、觸摸屏技術等在生產實踐中應用廣泛，例如邢臺鋼鐵集團公司軋鋼生產線、邢臺泰康高新技術有限公司設計的礦井口風機監控系統，冀中能源公司四處機廠的礦井提升機控制系統等生產設備都應用到了這些知識。

區域內的職業院校大部分開設有《PLC應用技術》、《自動化生產線安裝與調試》等課程，例如邢臺職業技術學院、河北機電職業技術學院等。

經調研得知以PROFIBUS總線為主的工業網絡通信技術已經在生產企業先進的自動化設備上得到了廣泛應用，并且使用范圍將逐年擴大；各職業院校已經意識當這方面知識的重要性，紛紛開設相關的課程，但是目前都沒有很適合的設備滿足這些需求。因此，需要研發一套功能完善、可操作性好，靈活性強的基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺，以實現PLC、變頻器、組態軟件、PROFIBUS、工業以太網以及電氣設備的安裝與接線等知識的學習。即能用于教學，又能用于企業培訓，既滿足教學過程中的簡單訓練，也能用于工程開發。

3 基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺設計

3.1 培訓平臺結構設計

工業網絡培訓平臺在設計時充分考慮到了實用性，耐用性，框架整體采用方鋼結構焊接而成，材料選用40mm*40mm*2t的不銹鋼材料。設計圖和平臺實物框架如圖1和圖2所示。為了方便移動和固定，在框架底部設計四個帶有剎車功能的萬向活動輪，萬向活動輪采用尼龍材料，堅固耐用，萬向輪安裝位置如圖3所示。

為實現多種不同設備、不同規模的網絡連接，同時方便元器件的安裝與拆卸，選取了沖孔網板作為設備搭建的平臺。沖孔板結構如圖4所示。培訓平臺還創新設計了一個兩用水平平臺，采用沖孔板結構，左側預留的空間用以放置一臺顯示器或者筆記本電腦，供平臺使用者進行訓練或者工程開發，平臺其他部分用于需要水平放置的電氣設備靈活固定。工業網絡培訓平臺總設計高度1850mm，高度適合被培訓人員進行設備的安裝與調試操作。

3.2 培訓平臺的功能設計

基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺能自由裝配各種常用的自動化設備，實現相互之間的組網和靈活控制，能滿足技術人員對“工業網絡技術”、“現場總線技術”、“PLC技術”和“組態監控技術”等自動化理論與實踐知識的需求，可以應用于相關行業技術培訓和自動化技術應用開發。

基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺主要的功能有：

（1）西門子S7-200與S7-300 PLC的選型與功能模塊配置；（2）西門子S7-200與S7-300 PLC的編程與接線訓練；（3）基于西門子PLC的Profibus工業控制網絡組建訓練；（4）變頻器參數設置與外部接線訓練；（5）變頻器接入Profibus現場總線訓練；（6）觸摸屏使用技術訓練；（7）組態監控技術使用訓練；（8）工業以太網組建訓練

除此以外，由于平臺的新穎設計，使用人員可以根據需要配置各種I/O設備，例如按鈕、指示燈、接觸器、電機等。能實施從設備選型、電氣元件布局、安裝接線、程序設計調試到設備運行維護的一個完整的工程實踐訓練。使被培訓的人員能將抽象的理論知識迅速與實踐相結合，實現工程技術性人才的培養。

4 結語

設計的基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺目前已經應用于邢臺興泰發電有限公司、邢臺市泰康高新技術有限公司等企業的職工技能培訓中，培訓效果良好。

另外設備開發是一個很難的技術工作，特別是現在工業網絡設備種類多，使用行業廣泛，沒有完全成熟和值得大面積推廣的成熟設備，這就需要我們堅持不懈的進行研究與實踐，最終開發出能夠立足于區域經濟，具有行業特色，滿足職業培訓、技能鑒定和企業技術開發的訓練平臺。

參考文獻

[1] 陶權.高職工業控制PROFIBUS現場總線網絡實訓平臺的研發.化工職業技術教育，2010年第4期.

[2] 謝彤.基于以太網與現場總線的自動化實訓系統研究與實現.北京郵電大學，2009年.碩士論文.

[3] 馬俊朋，李延頻，陳德新.基于總線的工業網絡控制實驗臺的設計.許昌學院報，2006年02期.

科研項目：邢臺市科技局項目（編號：2012ZC017）：基于ProFibus總線的工業網絡培訓平臺研發