HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台

一、 概述

HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台装置结合当前我国工业自动化应用技术及器件技术的发展，充分考虑实用性、*性。装置采用模块式结构，实训挂箱包含PLC主机挂箱、变频器挂箱、触摸屏挂箱、PLC模拟负载挂箱、步进控制系统、伺服控制系统及丰富的验证演示装置。实训内容包括PLC的基础实训、PLC综合实训，变频器的认识、操作、参数设定及通讯实训，触摸屏的认识、操作、应用实训，伺服控制的认识、操作、应用实训、步进电机扩展、数据采集、数据显示、键盘控制、定时器、接口实训等，实训项目丰富、综合性强、紧跟工业自动化发展潮流。

二、HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台特点

1. 实训建设理念为一次性建设，本设备采用通用型宽展口，所有主机的I/O口都可通过光电隔离转接模块引出（保护主机元件），可以用于插接式训练，也可进行线接式实操训练。

2. 在主机选型S7-1200系列PLC再，全面覆盖了西门子常用PLC类型，主机可以通过并口连接到实训区进行实训，由简到繁的学习理念让学生容易接受，学习起来更加得心应手。

3. 采用模块组合式结构，含开关量、模拟量、变频调速、触摸屏、通信模块等，配套MCGS工控组态监控软件，实现仿真化、信息化实训教学。

4. 项目实训模块：利用目前典型的可编程控制器及总线技术完成对工业生产中典型案例的模拟对象、实物模型中的逻辑、模拟、过程、运动等的控制。

5.了解PLC的以太网通讯的结构和特点，了解PLC的Profibus-DP总线通讯的结构和特点；

6.了解PLC的数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块的使用方法；

7.掌握PLC的基本编程方法以及熟练使用基本的编程语言；

8.掌握触摸屏的组态编程方法；

9.掌握PLC与变频器、触摸屏的通讯；

10.熟练使用PLC及各种电气配件组成PLC控制系统；

11.熟练使用PLC及模拟实物控制对象组成各种复杂的控制系统；

12.熟练完成PLC与PLC之间的以太网通讯测试实验；

13.熟练完成PLC与变频器通过Profibus-DP总线组成变频调试控制实验；

14.掌握PLC实训教学课程APP软件的使用；

三、HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台技术性能

1. 输入电源：三相四线（或三相五线）～380V±10% 50Hz

2. 工作环境：温度-10℃～+40℃  相对湿度＜85%(25℃)  海拔＜4000m

3. 装置容量：＜0.5kVA

4. 重    量：100kg

5. 外形尺寸：1400mm×700mm×1850mm

6. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准

四、HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台配置及功能

实训装置由S7-1200单元、变频调速单元、小车运动控制单元、实训组件、电工基础实训单元二维丝杆控制单元、触摸屏单元、以太网交换机、交流电机等组成。

1. S7-1200单元

S7-1200单元主要由主机1214C和信号转接板组成。

主机1214C,工作存储器125 KB；工作电源24VDC，自带DI14/DQ10，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板载 DQ10 x 24VDC ；板载 6 个高速计数器和2个脉冲输出；支持3 个用于串行通信的通信模块，6 个用于 I/O 扩展的信号模块；运行速度0.04 ms/1000 条指令；具有2 个 PROFINET 端口，用于编程、HMI 和 PLC 间数据通信。

光电隔离转接模块，将主机I/O信号插座转接，保护主机元件，便于学生实训接线；所有插座均可接插，实现设备的通用性。

2. 触摸屏单元

触摸屏单元采用西门子KTP700 Basic 7寸彩色触摸屏，用于1200主机以太网通讯，控制和显示各单元的运行状态。

3. 以太网交换机

以太网交换机采用非网管型工业以太网 10/100MBIT/S交换机，自带5个双绞线端口，RJ45 接口；用于构建小型星形和总线形拓扑结构；自带LED诊断显示，供电电源DC 24V 。

4. 变频调速单元

变频调速单元采用西门子SINAMICS 系列G120C变频器，输出功率0.55KW。集成RS-485通讯接口，提供BOP操作面板；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、直流转矩控制；具备过电压、欠电压保护，变频器、电机过热保护，短路保护等。

5. 小车运动控制单元

主要由运动小车（直流电机驱动）、同步带轮传动机构、直流电机、光电传感器、电感式传感器、电容式传感器、行程开关等组成，通过传感检测、PLC编程，实现运动距离测量、传动控制、键值优化比较行走控制、定向控制、定位控制、报警运行控制、点动控制、位置显示控制等，能实现小车的精确定位。该系统外观精美，体积紧凑，重量轻。

7. 二维丝杆控制单元（西门子V90伺服控制驱动及步进电机驱动）

二维丝杆控制单元主要由西门子V90伺服控制驱动和协雷赛步进驱动组成。

伺服驱动用于控制Y轴丝杆，采用交流伺服驱动，工作电压AC220V，输出功率200W。采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，智能功率模块（IPM） 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力；支持位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制。

步进驱动用于控制X轴丝杆，采用直流伺服驱动，工作电压DC24V，输出功率35W；内部集成控制电路和功率电路，具有自检线圈和短路保护等功能。

7. 实训组件

实训组件主要由电源挂箱虚实结合挂箱，挂箱区域采用开放式结构可根据需求增加不同挂箱。

电源挂箱提供AC380V、AC220V、DC24V电源，为实训挂箱和电机实训单元提供动力源；设有启动停止按钮，各相电源工作指示，具有过流、过压、短路等保护。

实训结合挂箱用于虚拟仿真实训，此挂件通过RS-232和PC计算机通讯，可在计算机显示器上实时呈现仿真画面。

8. 电工基础实训单元

电工基础实训单元主要由交流接触器、中间继电器、时间继电器、按钮等组成，用于电机正反转、星三角转换、启停自锁等实训。

9. 三相交流电机

交流额定电压380V/△接法，转速1400转/min，功率180W，频率50HZ，绝缘等级E级。

10.西门子教学仿真软件1套：

要求采用三维仿真技术而研制的大型仿真实训软件，涵盖了PLC实训仿真的全部模块。具有职业性、情境性、交互性、工艺性和智能性。实训单元总共包含几十个典型的实训项目，每个实训单元又根据需要安排了场景展示、语音视频电路原理讲解、仿真实训操作、器件检测、接线实操、线路检查、故障排查、通电试车等若干实训任务，以便操作者循序渐进地得到训练。

PLC仿真实训软件要求包括基本指令、应用指令、顺序控制指令：

一、基本指令：电动机启停控制、电动机正反转控制、电动机循环正反转、可逆运行反接制动、三速电机控制、星角降压启动控制、数码管点亮控制、交通灯控制、恒压供水系统控制九项。

1、电动机启停控制包括：实训要求、实训器件、器件布局、I/O分配、T型图、电路连接、通电运行等七项

（1）实训要求：文字、图片的形式展示。将主要掌握的知识点予以概括，了解本模块主要的学习内容包括两地控制电路的编程方法，学会实际控制设计PLC的外围电路，学会分局实际控制要求设计简单的梯形图等。

（2）实训器件：列出电动机启停控制单元所用到的全部器件，包括三相异步电动机、PLC、交流接触器、三相断路器、熔断器、热继电器、启动按钮、停止按钮。

（3）器件布局：将器件库中的仿真器件放到仿真配电柜中的相应位置，用于训练学生对器件及电路的了解。电路上要有相应的符号，器件拖拽错误器件会拖拽不上去并会有相应的声音显示。

（4）I/O分配：软件中有I/O分配地址和电路图，将鼠标点到分配地址资源后会有相应的事物图片展示，用来让学生更好的了解器件模型与电路图。

（5）T型图：给出缺失符号的T型图和相应的符号，学生根据所学知识用鼠标将符号拖拽到T型图上，如果正确则符号保留在T型图上，错误则消失。

（6）电路连接： 

原理图中闪烁的线条即为当前应连接的电路，用鼠标点击连接此线的两触点中的一个触点，然后拖动鼠标，找到另一个触点并点击，若正确将出现连接线，不正确此线消失，只有当该连线连接正确后，才能进行下一条线的接线操作。如果接线中出现困难可点击“答案”按钮，点击后将出现已完成的接线图，可参考该图完成你所进行的操作，再次点击“答案”按钮，答案将消失。

可以自由接线，参照电路图可以进行自由接线，如果不会可以点击提示，鼠标点击任何一个接线热点另外的一端热点会闪烁显示。

（7）通电运行：以仿真实训方式实现。通电后，可按照操作步骤按下相应开关，即可直观地观察到电路的运行情况，同时配合模拟真实场景的声效，达到仿真的效果。

11.维修电工仿真教学实训软件1套：软件主要功能：

（1）、元器件库

1、软件应能提供常用低压电器元器件库：开启式负荷开关、组合开关、低压断路器、封闭式负荷开关，熔断器，按钮、行程开关、转换开关、主令控制器等主令电器，交流接触器、直流接触器、中间继电器、时间继电器、热继电器、电流互感器、电压互感器、速度继电器等继电器及自耦变压器、电阻器、三相异步电动机等。

2、用户可以自行增加元器件，自定义元器件。

3、提供上述常用低压电器元器件的常见类型图片，详细的文字说明，包括型号及含义、结构、符号、工作原理、选用方法、常见故障及处理方法等。

(2)、工具、仪器仪表库

1、软件应能提供常用操作工具、仪器仪表库：常用一字、十字螺丝刀（手动、电动），剥线钳、尖嘴钳、老虎钳、电工刀，手电钻、手锯、弯管器、切管器、梯子（直梯、人字梯）、铁榔头、弯管弹簧、PVC管子剪刀等常用工具；万用表、钳形电流表、兆欧表、转速表、电桥、验电器等常用仪器仪表。

2、用户可以自行增加工具、仪器仪表。

3、提供上述常用工具、仪器仪表的常见类型图片，详细的文字说明，包括外形、结构、工作原理、使用方法及注意事项等。

(3)、线路连接与检测

1、提供一个用户可以任意练习接线的环境，用户可在没有电路图的情况下连接自己设计的电路，且可进行线路检测、通电模拟调试等。

2、根据所提供的电气控制线路图，用户可根据所用负载的参数要求，从元件库中选择所需的元器件，并在规定的控制线路板上，按工艺要求安装元器件。

3、当元器件选择有误时，软件能够给予提示，允许操作者再进行1-2次重新选择的机会，若再有误，则提供正确的选择。

4、软件要支持自动完成元器件布置，且元器件布置完成后，要有相应的提示。

5、根据所提供的电气控制线路图，用户可根据所用负载的参数要求，选择所需的导线（线径和线色），主电路和控制电路线色要有所区分。

6、软件要提供辅助接线功能，用户可根据提示等方式连接线路。

7、用户可按电气控制线路图的工艺要求连接导线，导线连接错误时，软件能够给予提示，由用户重新连接，另外，应提供线号的显示。

8、软件要支持自动完成线路连接，且线路连接完成后，要有相应的提示。

9、软件要能模拟真实情境进行通电调试，展示通电过程（通电、验电、运行、断电），在不连接电动机等负载时，用户按下操作按钮后（点击相应按钮），可以方便观察各电器元件的工作状态切换情况（有醒目的变化），用万用表、验电笔等检测负载；当连接上电动机后，用户按下操作按钮后（点击相应按钮），可以方便观察各电器元件的工作状态切换（有醒目的变化）、电动机工作情况，以便进行电器元件接线正确性验证。

(4)、设置故障与维修

1、可用软件中已有的正确控制线路，设置线路故障( 模拟元器件故障、线路断线等故障)。

2、故障设置完毕后，界面应有故障个数提示。

3、用户可选择检测所需的工具、仪器仪表。

4、可通过模拟试验，观察控制线路的故障现象。

5、故障检测方法应支持电阻测量法、电压测量法。

6、软件要能限制排除故障的错误次数。

7、当用户排除任意一个故障后，界面应能提示已排除故障数及剩余故障数。

8、故障全部排除后，界面应能提示故障全部排除。

9、故障全部排除后，用户可模拟通电调试，检验控制线路工作是否正常。

(5)、典型案例库

软件内置典型的电气控制线路安装、检测、维修功能，主要类型如下：

1、三相笼型异步电动机点动正转控制线路；

2、三相笼型异步电动机连续正转控制线路；

3、三相笼型异步电动机连续与点动混合正转控制线路；

4、三相笼型异步电动机正反转控制线路（接触器联锁、按钮联锁、接触器按钮双重联锁）；

5、位置控制及自动往返控制线路；

6、三相笼型异步电动机顺序起动同时停止/M2先停止/逆序停止控制电路；

7、三相笼型异步电动机降压起动线路（串电阻、星三角、延边三角形）；

8、三相笼型异步电动机制动控制线路（能耗制动、反接制动、电容制动）；

9、多速异步电动机控制线路（双速、三速）；

10、两地控制接触器自锁正转控制线路；

11、三相异步电动机其它综合性实训控制线路等。

(6)、运行环境

支持TCP/IP协议，操作系统中文版win7/WIN 10。

(7)、教学资源

电工电拖实训部分试验：

异步电动机手动单向运转控制试验

异步电动机电动控制试验

异步电动机自锁控制试验

具有过载保护自锁控制试验

异步电动机单向点动启动控制试验

异步电动机两地控制试验

异步电动机连锁正反转控制试验

正反转点动、启动控制试验

双重联锁正反转控制试验

自动往返控制试验

电机延时启动控制试验

自动顺序启动控制试验

电工照明实训部分

单级开关控制电路试验

触摸开关控制电路试验

感应开关控制电路试验

声控开关控制电路试验

单级开关串联控制电路试验

单级开关混联控制电路试验

白炽灯并联电路试验

白炽灯混联电路试验

日光灯混联电路试验

单相电度表直接安装电路

单相电度表间接安装电路

(8)、要求：

◆1、在开始界面显示校方logo及学校名称。（提供软件截图）

2、界面分为介绍提示区、检测维修区、教学案例区、接线操作区和典型案例区。

3、需包含元器件介绍，布线原则，手工布线，自动布线、运行演示等功能菜单，并合理设置返回按键。

4、元件介绍中，需包含：刀开关、按钮、组合开关、行程开关、断路器、熔断器、电流互感器、自耦变压器、交流接触器、热继电器、时间继电器、三相异步电动机、单相电度表等元件，并有相应的元件图形和说明。

5、手工布线模块中，进入响应的试验后，能够进行虚拟布线，元件、接点显示清晰。并有提示引导。

6、自动布线模块中，点击相应的试验案例开始按钮后，软件能够自动布线。

7、运行演示模块中，对接线内容能够

进行试验运行，原理图和接线操作联动。操作区器件状态变化后，相应的原理图符号做出相应的响应。并设有开始接线、暂停、返回按键。

8、在运行演示模块中，在接线正确的情况下，操作图中的模块能正常运转。原理图和操作图上的功能能实现虚拟动作。

9、提供资源管理工具，可以收藏资源，自由上传资源，并使用自定义标签进行管理，用户可以对资源进行评分，所有资源可以根据需求，按照评分、浏览次数、收藏次数、发布时间进行排序。

六、HL-GS02型工业数字化网络控制实训平台实训项目

PLC基本技能实训

MCGS组态棒图实验教学,利用已编辑好组态棒图,对以下任何实验进行动态跟踪教学实验针对实验项目的具体要求，学生自行编辑组态棒图进行实验。

PLC模拟控制应用实训

（一）PLC基本技能实训

1.PLC认知实训（软硬件结构、系统组成、基本指令练习、接线、编程下载等）

2.PLC仿真实训

（二）PLC模拟控制应用实训

3.数码显示控制

4.抢答器控制

5.天塔之光控制

6.十字路口交通灯控制

7.水塔水位控制

8.自动送料装车系统控制

9.四节传送带控制

10.装配流水线控制

11.多种液体混合装置控制

12.自控成型机控制

13全自动洗衣机控制

14.电镀生产线控制

15.自控轧钢机控制

16.邮件分拣机控制

17.自动售货机控制

18.机械手控制

19.三层电梯控制

20.四层电梯控制

21.加工中心控制

PLC实物控制应用实训

22.直线运动位置检测、定位控制

23.步进电机定位控制

24.步进电机的速度控制

25.步进电机的正反转控制

26.伺服电机定位控制

27.伺服电机的速度控制

28.伺服电机的正反转控制

29.伺服电机和步进电机的综合控制

典型电动机控制实操实训

30.三相鼠笼式异步电动机点动和自锁PLC控制

31.三相鼠笼式异步电动机联动正反转PLC控制

32.三相鼠笼式异步电动机带延时正反转PLC控制

33.三相鼠笼式异步电动机Y/△转换起动PLC控制

PLC、变频器、触摸屏综合应用技能实训

34.变频器功能参数设置与操作

35.变频器报警与保护功能

36.外部端子点动控制

37.变频器控制电机正反转

38.多段速度选择变频调速

39.变频器无级调速

40.基于外部模拟量(电压/电流）控制方式的变频调速

41.瞬时停电启动控制

42.PID变频调速控制

43.PLC控制变频器外部端子的电机正反转

44.PLC控制变频器外部端子的电机运行时间控制

45.基于PLC数字量控制方式的多段速

46.基于PLC模拟量控制变频开环调速

47.基于PLC通信方式的变频器开环调速

48.基于PLC通信方式的速度闭环控制

49.基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速

50.基于触摸屏控制方式的基本指令编程练习

51.基于触摸屏控制方式的LED控制

52.基于触摸屏控制方式的温度PID控制

53.PLC、触摸屏与变频器通信控制

54.基于MCGS的485总线网络通信技术

网络通讯综合实训

55. PLC与变频器RS485通讯实训

56. PLC、触摸屏与变频器通信控制

57. PLC主机之间PROFIBUS -DP通讯实训

58. PLC主机之间PROFINET通讯实训

59. PLC、变频器、触摸屏组网综合应用实训

伺服及步进综合实训

60.步进驱动器的参数设置

61.步进电机的控制

62.步进电机的PLC开环控制

63.编码器的使用

64.基于编码器的步进电机闭环控制

65.交流伺服驱动器的参数设置

66.交流伺服电机的闭环控制

67.温度控制器的调试及热电阻的使用

68.基于热电阻的PLC温度控制

69.传感器的使用

70.基于传感器的PLC位置控制

71.多台PLC主、从站通信