浅析配置方案与总体规划发展方向
CETTIC & SIEMENS 先进自动化联合实验室配置方案及总体规划发展方向
建设方案概述
一.背景
现代企业对员工的实践能力、科技开发与新技术应用能力要求越来越高，面向21世纪的高级技术人才应是复合型、创造型人才，应具备适应能力、发展能力和竞争能力；具备扎实的理论基础、广博的知识和合理的知识结构、较强的自动化工程实践能力；具备自动化大工程意识、创新意识、运用规范的自动化工程语言和各种技术信息资源解决工程实际问题的能力；具备一定的计划、决策、组织、协调和市场开拓及应变能力；具备科学、务实的思想作风和工作态度；具备善于抓住、占领现代科技发展前沿的意识和能力。开放型的工程培训及认证基地是完成这一培养目标的不可缺少的必要条件。
构建“四大平台”，即工业自动化系统认知平台、基础自动化工程培训及认证平台、现代自动化工程系统培训及认证平台以及自动化综合与创新培训及认证平台，并将创新培训及认证贯穿整个自动化工程培训及认证的始终，形成了“纵向及顶”、“横向达边”的自动化工程培训及认证新体系。所谓纵向及顶，即从专业技能培养方面逐步进入该领域技术前沿；所谓横向达边，即体现人才培养中，各科知识的融合与贯通，以及学科专业的交叉和渗透，使被培养者成为复合型、创新创业型人才。
二.电气实验室整体方案规划
(1).实验室具备功能
(2).核心理论依据
(3).建设方案
根据职业技术学院的实际情况制定以下规划：
本试验中心包括以下几部份：
1．生产自动化（FA）实验室2套装置
控制器采用CPU314C-DP，自带I/O，通过CP 343-1和以太网交换机X208进行工业以太网通讯，可通过232电缆学习对触摸屏的编程调试，可实现当今大多工业企业在过程控制领域中较为重要的控制解决方案。
2．分布式过程控制系统DCS 1套装置
仪表总线控制及网络远程监控功能，控制器采用PCS7 BOX，通过Profibus-DP连接分布式I/O(ET200M)，通过DP/PA Link将DP转成PA网络，配置供实验用的过程控制仪表，可实现工业现场的多种控制任务。
带有PROFIBUS-DP 诊断中继器根据 RS 485 系统连接 PROFIBUS-DP 分段。另外，提供对铜总线电缆的物理在线监控。在发生故障时，给 DP 主站发送诊断信息，其中包含了故障类型和故障地点的详细数据。
3．视觉传感器系统1套装置
SIMATIC VS 720 图像传感器：
紧凑型单机图像处理系统用于自动检察、产品监控和部件识别
广泛应用于安装工程、打包、金属处理、饮料和制药工业
因体积小而可以靠近目标使用
通过使用数字信号和工业以太网通信集成到工厂自动化中
用户界面友好，使用 Spectation 软件轻松组态测试需求
通过 VS Link 和 VS Link PROFIBUS 扩展图像传感器功能，用于被监视图像和结果表格的可视化，并可作为到 PROFIBUS DP 的通信网关
VS Link 软件用于组态监视图像和结果显示的集中输出
4．矢量变频器系统1套装置
SIMOVERT MASTERDRIVES 变频器
矢量控制; 紧凑增强型 / 紧凑型电子箱和机架单元
三相交流电源电压 380 V － 480V 和直流电源电压 510V － 650V
5．可编程序控制器 S7-300C系统1套装置
314C-2 DP CPU 是紧凑型 CPU ，用于安装在分散型结构中。通过其扩展的工作内存，该紧凑型 CPU 也适合于中等规模的应用。集成的数字和模拟 I/O 使得直接与过程相连接变为可能。PROFIBUS DP 主站/从站接口允许连接独立的 I/O 单元。这样，314C-2 DP CPU 就可以既用于局部单元作快速预处理，也可以用作对一个从属现场总线系统的高级控制。
通过集成的与过程有关的功能，使其它的用途变为可能：计数频率测量 PID 控制
二、实验系统说明
1．生产自动化（FA）实验室2套装置
系统图
功能概述
此方案为生产自动化（FA）实验室系统，控制器采用S7-300的控制器CPU314C-2DP，Profibus-DP与ET200S连接构成高级自动控制系统。
SIMATIC S7-300 CPU314C-2DP适合中等性能范围的自动化控制任务，具有高性能的程序存储和指令处理系统。
通过CP341-1以太网通讯卡及以太网交换机将20套PLC接入控制PC，也可通过CP5512卡将笔记本电脑与PLC进行连接编程。主要性能指标
保护等级： IP 20
工作环境：温度：0～＋60℃，湿度：10～95％
绝缘试验电压：500VDC
指令处理时间：二进制：0.2us , 浮点数：0.6us
系统总线： PROFIBUS-DP 传输速度12Mbit/s
最大站点数： DP 64（单机扩展）
I/O地址区： 4KB
WinCC+STEP7
MPI/PROFIBUS
ES1 ES20
ETHERNET
CPU314C-2DP CPU314C-2DP
X 208 X 208
TP170B
诊断缓冲： 200条（可调节） 嵌套深度： 24级
光耦合器隔离： 有
抑制干扰电压频率：400/60/50/10Hz 模块热插拔功能：有
2． 分布式过程控制系统DCS 1套装置
● 系统图
●
功能概述
此方案为分布式过程控制系统，总体配置采用西门子当今最先进的产品。可实现当今工业应用中的大部分过程控制系统。本系统为开放的总线控制网络构成，网络部份主要由Profibus-DP 和Profibus-PA
两部份构成。DP 和PA 网络皆可实现网络拓展，构成开放的总线网络体系。
SIMATIC PCS7 BOX 是一套完整的SIMATIC PCS7过程控制系统，将PCS7的各种功能，诸如：自动化、操作、可视化和工程组态等融合在一个紧凑型PC 系统中。
ET200M 分布式I/O 系统，是SIAMTIC PCS7过程控制系统中的分布式外围控制设备。支持热插拔技术。
DP/PA Link
PROFIBUS PA
ET200M
过程控制仪表
PROFIBUS
PCS7 BOX
网络诊断转发器
过程控制仪表通过PA总线与PCS7过程控制系统联接。中继器功能
诊断中继器是作为一个常规的 RS 485 中继器集成在总线系统中的，但它具有一个单独的PROFIBUS DP 地址：
增加的站点数量(最多127个)，在总线系统中扩展， 在振幅和时间内重新生成信号 连接段的光隔离 通过 STEP? 7、COM PROFIBUS 或者 GSD 文件进行组态。
诊断功能
通过 STEP 7 或者 COM PROFIBUS 初始化，诊断中继器决定了连接段的拓扑结构并将它存储在内部诊断存储器中。
在发生故障时，中继器自动将包含下列细节的一个标准诊断消息传递给总线主站：
受影响的段 故障位置 (在站点 X 和站点 Y 之间)
故障位置与站点 X 或者站点 Y 的距离以及故障位置到中继器的距离 (单位：米)
故障类型能够诊断下列错误：
信号电缆 A 或者 B 断裂 信号电缆 A 或者 B 与屏蔽线短路 丢失端阻器
松接触 不允许的级联深度 一个分段上站点过多
站点与诊断中继器相隔太远 故障报文也可以识别零星错误。
错误报文在 STEP 7 和 COM PROFIBUS 中以图形方式显示。它们完全集成到了 SIMATIC 系统诊断中 (如，总体诊断，“报告系统错误”功能)。
组态
诊断中继器按如下方式组态：
STEP 7 V5.1, 包括 Service Pack 2
COM PROFIBUS V5.1, 包括 Service Pack 2
第三方工具：通过 GSD 文件
如果使用第三方主站，有可能通过 COM PROFIBUS 来决定拓扑结构。第三方组态工具不能决定拓扑结构。然而，如果一旦使用 COM PROFIBUS 确定了拓扑结构，接着第三方组态工具将会在出错的位置显示出信息。
主要性能指标
保护等级： IP 20
工作环境：温度：0～＋60℃，湿度：10～95％
绝缘试验电压：500VDC
指令处理时间：二进制：0.08us , 浮点数：0.48us
系统总线： PROFIBUS-DP 传输速度12Mbit/s
PROFIBUS-PA传输速度31.25Kbit/s
最大站点数： DP 126（单机扩展）
PA 32（单机扩展）
I/O地址区： 64KB
诊断缓冲： 3200条（可调节）
嵌套深度： 24级
光耦合器隔离：有
抑制干扰电压频率：400/60/50/10Hz
模块热插拔功能：有
WEB 客户机数量：3
过程值归档: 1000/s
视觉传感器系统1套装置
照相机功能
启动/停止监视
电子快门 (曝光控制)
整体或部分图像 (像素可自由选择)
图像记录与同步处理产生快速图像序列
图像记录的内部或外部 (中断) 控制
可同时控制多至 4 路光源
通过以太网通信接入多个照相机的输出实现多台照相机监视
通过工业以太网输出实况、告警和故障图像
图像频率取决于使用的传感器
- 10, 25, 30, 37, 75 帧/秒
- 可截取部分图像 (自由编程部分)
永久存贮不同测试目标的多种测试程序
可视化功能
VS Link 和 VS Link PROFIBUS 用于不带 PC 的现场实况、告警和故障图像的可视化，还可作为工业以太网和 PROFIBUS DP 之间的网关。
可使用彩色和单色显示器
支持分辨率从 640 x 480 至 1280 x 1024
工业以太网 (10/100 Mbit/s) 和 PROFIBUS DP 从站
一个以太网内的多个图像传感器的图像的可视化
同时显示多个图像和结果表格
操作者可将图像停下以便观察
方便根据用户需要拆分屏幕
工作模式
直接评估：
记录下来的图像由快速 CPU 通过内存中的测试程序处理
高时钟频率：
当前图像与前面记录的图像一起并行处理
通过集成接口的通信 (组态、图像传输、传递结果的生产数据、图像记录触发器)
引导能力：
连接好外部电源后，因为测试程序驻留在内存中，所以可以立即激活图像处理。
脚本编程：
控制监控任务的顺序；在同一图像上执行多项测试；对来自图像评估的数据进行数学计算；同外部设备进行通信。
数字 I/O 信号：
能够进行图像记录和产生结果以控制过程
编程
Spectation 组态工具
用于为 VS 720 图像传感器在线/离线测试程序的生成;
程序可被顺次测试并传送至图像传感器
在装有 Windows 95, 98, NT, 2000, XP 的编程设备/ PC上执行
模拟器用于优化参数和记住各种模式
通过工业以太网进行组态:
也可通过一台编程设备/ PC 组态多台图像传感器
可通过因特网进行远程诊断
HMI
符合 windows 标准的菜单控制
用于选择常用功能的扩展工具栏
SoftSensor 工具栏用于选择解决测试问题的 SoftSensor
结果窗口包含有带有 SoftSensor 和所赋值的结果表格，以及以曲线图和柱状图形式表示的传感器特性。
通过选择和鼠标单击可以安排 SoftSensor 的位置
测试图像和 SoftSensor 的图形显示
全部显示或选择性地显示 SoftSensor
具有 x, y 坐标、曝光值和图像传感器利用率的状态栏
功能
测试和识别功能用于：
出席检查 确定位置 模式对比 识别位置和方向 测量维度、间隔和角度 1D/2D 编码评估 文本读取和对比 (OCR/OCV) 检查色彩质量
检查色彩失真 色彩区分 检查色彩亮度变化 模式识别检查 (颜色, 尺寸, 坐标) 用户触发的新知识以及 SoftSensor 参数的重新置位:
搜索模式 搜索目标 OCR 编码 颜色
通信功能
图像传感器至图像传感器
图像传感器至自动化系统 (SIMATIC S7)
图像传感器至机器人
图像传感器至 VS Link 或 VS Link PROFIBUS
图像传感器至编程设备/PC (工程)
图像传感器至编程设备/PC (生产性数据)
VS Link 软件
用于组态 VS Link 和 VS Link PROFIBUS 的功能。
组态工具:
图像传感器至 VS Link 或 VS Link PROFIBUS 的通信
组态 HMI
图像窗口和结果表格的组态和定位
3．矢量变频器系统1套装置
可将变频器连接到一个电压为 200 V － 690 V AC 、频率为50/60 Hz 的三相系统。
变频器结构设计：
线电压和直流电压端接板 带预充电接地保护的整流桥 带控制板的电子箱 PMU 操作控制与参数化单元
带采用 IGBT 技术逆变器的直流电源链路
电机端接板变频器可装在机柜内或墙壁上。
4．可编程序控制器 S7-300C系统1套装置
系统图
WinCC+STEP7
ES
PROFIBUS
CPU314C-2DP
可编程属性
STEP 7 可以用来创建 S7 组态以及组态 CPU 的属性和行为：
多点接口 MPI；
确定站地址。
启动/周期行为；
确定最大的周期时间和负荷，以及自测功能。
保持区域；
确定保持位存储区、计数器、时间和数据块的数量。
时钟位内存；
地址设置
保护等级；
确定对程序和数据的访问权。
系统诊断；
确定诊断消息的处理和范围。
集成的功能“计数器”
集成的功能“频率测量”
集成的功能“调整”
定时监视器中断；
周期性设置。
当日时间中断；
启动日期、启动时间和周期性设置。
●显示和信息功能
状态和出错指示；
发光二极管显示，例如，硬件、编程、时间或 I/O 出错和运行方式，如，运行、停止和启动。
测试功能；
编程设备允许在程序执行过程中显示信号状态，修改过程变量而与用户程序无关，并输出堆栈存储器中的内容。
信息功能；
编程设备允许用户以清楚的文字获得有关以下方面的信息：CPU 的存储能力和运行方式，工作和加载内存的当前工作负荷，以及当前的周期时间和诊断缓冲区内容。
●集成的功能
计数器；
4 个计数器（高达 60 kHz），带与方向无关的比较器，并带有直接至 24V 增量传感器的连
接。
4 个通道，用于频率测量；
频率测量允许（高达 60 kHz），例如，采集带速度范围监视的轴转动速度，或带范围监视的吞吐量（每个测量时段内的件数）。
脉宽调制；
4 个输出，用于直接控制阀门、执行机构、开关设备、加热装置等，采样频率为 2.
5 kHz。
时段长度可以组态，并可以修改脉冲-暂停关系。
受控定位；
在操作系统中集成的一个 SFB 使得通过 2 个数字输出或1 个模拟输出对一个轴进行定位成为可能。
中断输入（所有数字量输入）；
中断输入使得检测过程事件成为可能，并在尽可能最短的时间内触发反应。
3．安全控制系统S7-300 2套
● 系统图
● 功能概述
此方案为工业以太网安全控制系统，总体配置采用西门子当今最先进的产品。可实现当今工业应用中的大部分实际控制要求。本系统为开放的总线控制网络构成，网络部份主要由工业以太网构成。工业以太网广泛的应用于工厂的控制级通讯，以实现PLC 与PLC 之间、PLC 与上位机之间的通讯。在技术上它与IE802.3及IE802.3u 兼容，但产品的设计充分考虑并满足工业网络的应用需要。
SCALANCE X-200系列通用型工业以太网交换机适用于总线、星形和环形拓扑结构的10/100Mbit/s 工业以太网。网络具有高可用性以及远程在线诊断功能。支持LED 进行设备诊断（电源、链路状态、数据通讯）。本系统所选X208具有8个RJ45接口。
本系统的PLC 所选型号为CPU 315F-2 DP, 为故障安全型CPU ，带512K MMC 卡。SIMATIC S7-300为一种通用型PLC,能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其在生产制造工程中的应用。模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置、以及用户易于掌握等特点，使得其在生产制造工程、汽车工程、机械制造、食品饮料、化工等各个行业都得以发挥其特长。而本系统所选的故障安全型CPU 适用于对安全要求非常高的场合，使得当发生错误或故障的时候，SIMATIC 故障安全型
CPU315F-2 PN/DP ET200S PROFINET SCALANCE X208
MM440 2.2KW 变频器 MOTOR 0.75KW 保护等级：IP 20
工作环境：温度：0～＋60℃ 湿度：10～95％ 绝缘试验电压：500VDC
ET 200S PN
PR OFI BU S-DP
CPU315F-2 PN/DP
X 208
PROFINET
MOTOR
MM440
ET 200S TP177B 触摸屏
ET200S PROFIBUS CP343-1 ADVANCE
控制器立刻进入一个安全状态，或保持为安全模式。本系统的300-F 着重于生产过程和燃烧器的控制。
本系统分布式I/O 所选模块为ET200S 。它具有按位模块化、高度可扩展性的特点、支持热插拔，支持连接电机启动器、变频器和气动启动元件。从而实现分布式驱动配置。
ET 200S PN
PRO FIB US-DP
CPU315F-2 PN/DP
X 208
PROFINET
MOTOR
MM440
ET 200S Equipment List
?Hardware
CPU315F-2 PN/DP ET200S PROFINET ET200S PROFIBUS MM440 2.2KW 变频器 MOTOR 0.75KW SCALANCE X208 CP343-1 ADVANCE SM338及光接近开关 TP177B 触摸屏
?Software
SIMATIC STEP 7 Version 5.4
Knowledge involved
1、计算机控制技术：可编程控制器PLC ，掌握PLC 的特点、类型、基本组成与基本工作原理，PLC 的程序设计语言与应用设计方法，Fail-Safe 的设计对现场安全工作要求的响应等。
2、同步电动机的变频调速系统：他控变频同步电动机调速系统和矢量控制、自控变频同步电动机（无换向器电机）调速系统，变频调速的PWM 技术、正弦波脉宽调制SPWM 原理。
3、计算机网络与通讯：PROFIBUS-DP 总线，PROFINET 结构及通讯方式，远程工作站的通讯及控制方式，现场总线仪表的使用，掌握现场总线的概念、技术特征。
ET200S
离散型模块化分布式I/O 站，防护等级为IP20
对自动化任务精确适应的位模块化设计 由输入/输出模块，过程定向模块和电机启动器组成
也可应用于时间极其关键的任务 综合的安全技术
在操作期间，电子模块的替换(“热插拔”)
高可用性的通道精密诊断
平台
二、CETTIC项目授权培训中心
CETTIC全国PLC职业培训认证项目是劳动和社会保障部在全国范围内开展的一项长期战略行动,本项目的主旨包括:推动最新的自动化技术和成果进入教育领域;倡导先进的职业教育理念,推广面向实际工程应用和以实际动手能力为培养目标的培训模式;通过与各地企业合作加速新自动化理论和技术的普及和应用。
1、项目背景：
（1）项目介绍：
（2）项目背景文件：
《中华人民共和国职业教育法》规定：“在我国实行学历证书、职业培训证书和职业资格证书制度。国家实行劳动者在就业前或者上岗前接受必要的职业培训的制度”。中华人民共和国教育部、人事部、劳动和社会保障部教学[2007]24号文件关于做好08年高校毕业生就业工作的通知中指出：“劳动保障部门应根据高校毕业生需要，搞好专业岗位对接，组织专场职业技能培训，教育部门应积极配合，努力使80％以上的毕业生获得相应的岗位培训证书。”国务院《关于大力推进职业教育改革与发展的决定》指出：用人单位招收录取职工，对涉及人身健康等特定职业（工种），必须从取得相应学历证书或职业岗位培训证书并获得相应职业资格证书的人员中录用，属于一般职业，必须从取得相应的职业企业学历证书，职业岗位培训证书的人员中优先录用。
（3）项目主办单位：
中国就业培训技术指导中心（简称CETTIC）（职业技能鉴定中心）是劳动和社会保障部的直属事业单位，主要负责全国就业、职业培训的技术指导以及职业技能鉴定的技术指导和组织实施工作。承担国家职业分类大典的编制和修订事务；参与国家职业标准的制定工作；承担国家职业资格证书制度实施的技术指导；负责国家职业技能鉴定命题的组织和管理工作，组建国家题库网络；负责对全国职业技能鉴定的技术指导、考务管理和质量的技术检查与评估；承担有关职业的全国统一鉴定和示范性鉴定。
CETTIC“可编程控制器（PLC）程序设计”培训项目，由劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心主办。该项目对应的证书为中国就业培训技术指导中心CETTIC《职业培训证书》，项目的最大特点在于培养符合企业实际需求的复合型人才，为满足岗位技能培训和学历教育紧密结合的人才培养要求，通过职业技能培训，使学生达到企业所需求的实用型高技能人才，拓宽学生视野及知识面，满足用人单位需求，从而全面促进学生的就业工作。
2、认证介绍：
（一）证书名称《可编程控制系统设计师》等级证书
（二）等级划分《可编程控制系统设计师》证书的等级划分为初级、中级、高级和师资。
科学严谨，公开公正，质量第一，社会效应第一，求职效应第一。国家将坚决实施“名牌证书战略”，使证书具有科学性、客观性、公正性、权威性和法律效用性。
3、证书效用国家文件与证书防伪：
劳动和社会保障部办公厅2005年专门发文对CETTIC职业培训证书效用问题进行了规定： CETTIC 职业培训是劳动和社会保障部中国就业培训技术指导中心组织开展的职业培训、远程培训、创业培训、师资培训，以及新职业、新知识、新技术、新技能等示范性培训项目。参加上述培训合格者，颁发
CETTIC 职业培训合格证书。该证书可以作为培训学员从业的凭证；同时，也可作为申请职业技能鉴定时，接受过相关职业资格培训的证明，申请职称评审的依据。
本证书序列号为唯一编码。有效性可通过“中国职业培训与技能鉴定服务网”查询，。
证书特征：
主色调为蓝色，证书规格长29.7cm ，宽为21cm ，正面为蓝色花边和底纹，左侧上角为劳动和社会保障部标志。正下面为"中国就业培训技术指导中心"和"China Employment Training Technical Instruction Center MOLSS,P.R.CHINA "及"中国就业技术指导中心"的公章。左下角印有证书序列号。背面为蓝色花边和底纹，左边印有证书中文说明，右边印有英文对照。防伪特征： a.固定cettic 水印：位于证书整张版面，迎光透视，可以看到立体很强的水印。 b.红蓝彩色纤维：在证书版面上可以看见纸中有不规则分布的红色和蓝色的纤维。
c.磁性安全线：证书背面可以看到裸露的金属丝，并可以看见微缩"CETTIC"字样，有磁 性。
d.证书序列号：正面采用横排版证书序列号，为红色，该证书序列号为唯一。
e.胶印微缩文字：用放大镜在花边旁可以看见微缩文字CETTIC 字样。
f.隐形cettic 标志：将证书放置于紫外线灯下可看见cettic 字样。 4、本项目优势：
a 、与西门子、三菱各PLC 厂家联合，采用最新技术与设备对学员进行培训，课程突出岗位技能化，起点高。
b 、采用人力资源和社会保障部中国就业培训技术指导中心的培训技术和认证体系，权威性高；
c 、培训是对PLC 相关岗位的核心技能进行专门培训，针对性强；
d 、它是建立在与人才市场密切联系之上的职业培训，就业的目的性强。
e 、课程设置:课程设置按照企业对岗位的技能要求，设计出从择业到就业，从职业到专业等不同阶段、不同层次的培训课程，形成了完整的复合型人才培养体系，学员可以根据自己的就业兴趣有选择的学习。 培训对象
a.企业岗位工程师、学员
b.在校相近专业的学员，如测控专业学员、电气专业、机电一体化专业、数控专业、机械专业、其他对自动化感兴趣的学员
证书封皮
效用文件
c.其他教学力量和实验环境较弱的高校的相关专业的学员
d.本地区相关专业教师
e.社会培训
培训中心定位及特色
培训中心建设要有特色，体现先进自动化及高质量国家权威品牌概念、网络化、系统化组成的系统、工程化（面对实际被控对象）等概念。
a.以上系统模块化建设，每一模块可形成独立单元的实验培训系统。
b.收集大量西门子、三菱自动化系统应用案例，以便学员分析提高。
c.编写新的培训资料，增加最新先进自动化技术的培训授课。
d.培训室面积至少100平方米。有专有风格装饰。
5.售后支持：
a、提供完整的交钥匙服务，确保工程安装调试的专业性。
b、提供完整的技术资料及培训用教材实验指导书。
c、有计划的提供师资技术培训，为用户打造师资队伍。
d、后续的免费软件升级服务及硬件系统升级服务。