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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于 MODBUS/Ethernet 的中小型 PLC 系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是集遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、計(jì)量與自動控制于一體的PLC。主要市場定位于天然氣長輸管道的各個(gè)閥室中，閥室一般只有閥門和管道，沒有計(jì)量調(diào)壓設(shè)備，I/O點(diǎn)數(shù)較少，工藝流程簡單。以往用戶都選用進(jìn)口的PLC控制器對閥室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，一定程度上造成了PLC系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，且其高昂的成本也使用戶較難接受。針對此情況，我們研制出一款基于MODBUS/Ethernet的中小型PLC系統(tǒng)來滿足這種特定的市場需求。
- 詳細(xì)介紹：
- 系統(tǒng)采用 I/O 卡件可擴(kuò)展插槽式結(jié)構(gòu)，因此對于不同的工業(yè)應(yīng)用需求，具有良好的配置靈活性和資源的可擴(kuò)展性。對于不同的 I/O 卡件，能采集和輸出不同類型的信號。AI 卡能采集現(xiàn)場儀器儀表的標(biāo)準(zhǔn) 4—20mA 信號，通過板內(nèi)的跳線設(shè)置，能接受兩線制或者四線制儀器儀表；DI 卡提供開關(guān)數(shù)據(jù)采集通道，輸入信號類型為干觸點(diǎn)輸入；AO 卡有兩種可選擇的輸出信號類型，分別是 4—20mA 或者 1—5V 信號；DO 卡提供開關(guān)數(shù)據(jù)輸出通道，輸出信號類型為干觸點(diǎn)輸出，且可通過板上的撥動開關(guān)選擇常開觸點(diǎn)輸出或常閉觸點(diǎn)輸出兩種方式。根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需要，用戶可靈活的進(jìn)行配置不同的 I/O 卡件組合，以滿足不同的需求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 本系統(tǒng)主要用于天然氣長輸管道的各個(gè)閥室中，閥室一般只有閥門和管道，而沒有計(jì)量調(diào)壓設(shè)備，因此 I/O 點(diǎn)數(shù)相對較少，工藝流程相對簡單。以往用戶都是選用進(jìn)口的 PLC 控制器來對閥室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，一定程度上造成了 PLC 系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，且其高昂的成本也使用戶較難接受。 2.基本思路： 本系統(tǒng)采用美國微芯公司的數(shù)字信號控制器dsPIC30F4013為核心處理器，本系統(tǒng)的通訊協(xié)議采用MODBUS協(xié)議，內(nèi)部總線采用CANOPEN協(xié)議。本控制器設(shè)計(jì)為具有兩個(gè)10M/100M以太網(wǎng)接口，能很好的滿足現(xiàn)場通信和組網(wǎng)的需求?？紤]到苛刻的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中各種不利因素會對控制器造成不可預(yù)估的影響和干擾因素，因此本控制器在各信號通道中采用了全面的隔離，保證了信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和控制設(shè)備的安全。 3.創(chuàng)新點(diǎn)： 本系統(tǒng)對信號采集通道和通訊接口做了全面的電氣隔離。 4.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 工作環(huán)境溫度為：-40℃ —70℃；系統(tǒng)供電電壓24VDC； MCU 處理速度運(yùn)行速度最高為 30 MIPS；以太網(wǎng)接口，通信速率達(dá)10M/100MbpsRS232/485通信接口，波特率最高達(dá) 38400bps；以太網(wǎng)接口采用磁感偶爾，隔離電壓達(dá) 1500Vrms；電源采用 DC-DC 隔離模塊，隔離電壓≥1000VDC。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)性： 本系統(tǒng)采用 I/O 卡件插式結(jié)構(gòu)，每一套控制器由一塊底板，一塊 CPU 卡，和若干 I/O 卡組成。I/O 卡件的數(shù)量由現(xiàn)場應(yīng)用的 I/O 點(diǎn)數(shù)決定，用戶可按照具體情況進(jìn)行靈活配置。 I/O 子網(wǎng)采樣 CANOPEN 總線，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。 2.先進(jìn)性： 現(xiàn)有國內(nèi)外中小型 PLC 系統(tǒng)的通訊方式仍以RS485或R232為主，這些生產(chǎn)廠家只有在其高端的產(chǎn)品中才采用 Ethernet/IP 技術(shù)，而現(xiàn)場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化越來越高的要求使得中小型PLC系統(tǒng)加入Ethernet/IP控制總線成為必然的趨勢；在控制系統(tǒng)的擴(kuò)展性上，本作品采用主CPU加各個(gè)功能模塊（AI，AO，DI，HSC 等）組成，可以根據(jù)現(xiàn)場要求加入不同的功能模塊，支持模塊的熱拔插拔，并支持第三方對控制系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品正處于現(xiàn)場試驗(yàn)階段，還未參加評比及鑒。但該作品已經(jīng)在青海天燃?xì)夤艿辣O(jiān)控閥室及新疆克拉瑪依陸 21#聯(lián)合污水處理站得到應(yīng)用，且運(yùn)行情況良好，得到用戶好評。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)及專利有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1．使用說明： 本作品已通過北京龍鼎源科技有限公司在青海天燃?xì)夤艿辣O(jiān)控閥室中得到使用；通過湖北羽欣科技有限公司在新疆克拉瑪依陸梁 21＃聯(lián)合污水處理站得到使用。 2.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 主要技術(shù)特點(diǎn)是其通用性、可擴(kuò)展性及能滿足較惡劣的現(xiàn)場工作環(huán)境的要求。 3.適用范圍及推廣前景： 作品可廣泛應(yīng)用于油田井口 RTU、天燃?xì)夤艿辣O(jiān)控、油田污水處理、油罐監(jiān)控等領(lǐng)域。 4.市場分析: 隨著SCADA技術(shù)的成熟，該技術(shù)在能源生產(chǎn)、輸送管網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用。為了對輸配管網(wǎng)的集中管理和調(diào)配，各個(gè)企業(yè)都在對現(xiàn)有管網(wǎng)和建設(shè)管網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化改造，以提高生產(chǎn)效率和管理效率以及對能源全局的統(tǒng)一調(diào)配。 因此我們判斷，市場對該類設(shè)備有著較多的需求。 5.經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 本品在性能上已接近或達(dá)到國外同類產(chǎn)品的性能，但成本卻低很多，這將使業(yè)主的投資成本大幅降低，而且為國內(nèi)供貨，供貨周期也大幅縮短，能及時(shí)滿足業(yè)主的建設(shè)周期。
同類課題研究水平概述
- 基于 MODBUS/Ethernet 總線在工業(yè)控制領(lǐng)域已得到越來越廣泛的應(yīng)用，而以此總線為主的中小型 PLC 控制系統(tǒng)在油田井口 RTU、天燃?xì)夤艿辣O(jiān)控、油田污水處理、油罐監(jiān)控等領(lǐng)域?qū)玫捷^為廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有國內(nèi)外中小型 PLC 系統(tǒng)的通訊方式仍以 RS485 或 R232 為主，比如西門子的 S7-200、S7-300 系列、Rockwell Logic500、SL-03 系列的產(chǎn)品。這些生產(chǎn)廠家只有在其高端的產(chǎn)品中才采用 Ethernet/IP 技術(shù)，而現(xiàn)場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化越來越高的要求使得中小型 PLC 系統(tǒng)加入 Ethernet/IP 控制總線成為必然的趨勢；另外，國內(nèi)外各 PLC 生產(chǎn)廠家為了加強(qiáng)各自的壟斷地位，都制定自己特殊的通訊協(xié)議，通訊協(xié)議彼此不同的 PLC 無法直接進(jìn)行通訊及數(shù)據(jù)的交換,從而給現(xiàn)場組網(wǎng)及數(shù)據(jù)交換帶來極大的不便。 本作品的突出特點(diǎn)即是通用性，通訊協(xié)議采用在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制中最常用、最 通用的 MODBUS/Ethernet 協(xié)議（絕大部分的現(xiàn)場儀表及控制裝置都支持此總線協(xié)議），這樣使得本系統(tǒng)和其它工業(yè)控制系統(tǒng)相兼容，現(xiàn)場組網(wǎng)快速方便。此外為了方便第三方用戶對系統(tǒng)的擴(kuò)展，本作品在內(nèi)部總線上也采用通用的 CANOPEN協(xié)議。 在價(jià)格方面，本作品的價(jià)格與國內(nèi)外同級別產(chǎn)品相比在價(jià)格上具有明顯的優(yōu)勢，如 Rockwell SL-3 系列（采用 RS232/RS485 技術(shù)），其價(jià)格約為 8000 元；Rockwell SL-5 系列 CPU 模塊（采用 Etherne/IP 技術(shù)），價(jià)格較高一般在 15000 元左右，而本作品的成本為 1500 到 2000，如果大規(guī)模流水線生產(chǎn)的話會更低。
