谈技师班工业控制计算机实训系统的构建

2011-10-27恽琦

职业教育研究 2011年1期

关键词：工控机灌装板卡

恽琦

（常州技师学院江苏常州213017）

谈技师班工业控制计算机实训系统的构建

恽琦

（常州技师学院江苏常州213017）

工业控制计算机实训系统的硬件支撑为工业控制计算机，软件支撑为M CGS组态软件，主要用于维修电工技师班学生的一体化教学，使技师班学生掌握工业控制计算机和组态软件的应用，提升自身技能层次。文章以液体灌装系统的组建为例来说明工业控制计算机实训系统的构建过程。

技师班；工业控制计算机实训系统；工控；MCGS组态软件

工业控制计算机机箱及主要设备的安装

工业控制计算机系统简称工控机系统，有时也称为工业计算机（IPC，Industrial Personal Computer）控制系统。功能是将个人计算机引入工业过程控制系统，可以完成工业现场中的数据采集、动态显示、参数分析、过程控制、远程监控、能源管理、质量控制、机电一体化等任务，实现对工业现场的自动控制。

本实训系统采用当今市场上较为常见的研华工控机机箱（IPC－610型），可以应用在标准的机柜之中，如图1所示。

图1 研华工控机机箱实物图

工业控制计算机实训系统安装和调试必须按照如下顺序进行。如果不按顺序执行硬件或软件的操作，系统将无法调试成功。

第一，安装前面板。前面板上有一个风扇，该风扇正对着CPU卡及其他板卡安装，所有板卡采取顺着风流方向的结构插卡，可以帮助板卡有效散热。

第二，安装电源。工控机配置250W电源模块（电子式开关电源），其交流电源输入为AC200V～240V，有4路输出，分别为＋5V（25A）、＋12V（10A）、－5V（0.3A）和－12V（0.3A）。

第三，安装存储设备。要安装的存储设备包括软盘、硬盘和只读光盘（CD-ROM）。软盘容量较小，读写速度较慢，主要用于软件流通和数据备份等场合，现在使用频率较低，可不配置。硬盘容量大，读写速度快，是工控机中不可缺少的部分。只读光盘（CD-ROM）容量巨大，但读取速度比硬盘慢，而且不能写，是工控机中必须安装的存储设备（有条件的情况下可以配置带DVD刻录的光盘）。

第四，安装无源底板。底板为PC总线无源印刷线路板，所谓“无源”就是上下两层PC总线电路板不含电源布线，而电路中的电源经垂直孔同电源板连接。线路板共有四层，其中两层为PC总线线路板，一层为地，还有一层为电源板。底板带LED指示，含有14套PC总线插座，其中ISA总线有8套，PCI总线有4套。

第五，安装CPU长卡。工控机采用全长ALL-in-one CPU加长卡，它带有2个插头，1个为ISA插头，另一个为PCI插头。本卡除了带有CPU、ROM和RAM以外，还带有各种I/O接口芯片，256KB高速缓冲存储器，2个串口、1个并行接口，软/硬驱接口、键盘接口、扬声器发生接口和看门狗定时电路，如图2所示。这种不在底板上安装CPU的结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最少。需要注意的是，暂时不要安装其他板卡，板卡的安装必须遵循先安装驱动程序，再关机插卡，然后再开机测试板卡的顺序。

图2 CPU长卡图

安装Windows操作系统

需要注意的是，先不要接通计算机电源，断开所有与计算机连接的外部设备，如打印机、扫描仪、外置Modem、ZIP设备、数码相机等。如果不断开这些外部设备，安装过程中可能会出现资源冲突，造成安装程序死锁。

第一，接通电源，开机，完成计算机配置，使其能从光驱启动。接着将系统盘插入光驱，操作系统可以是Windows 98、Windows 2000、Windows XP等。本实训系统采用Windows XP操作系统。重新启动计算机，计算机将从光驱引导，屏幕上显示“Press any key to boot from CD……”(按任意键从光驱启动)，安装程序将检测计算机的硬件配置，从安装光盘提取必要的安装文件，之后用户可以根据提示完成安装程序，该过程可能持续10～20分钟。

第二，安装显卡、声卡等驱动程序。操作系统安装完毕后，计算机屏幕上显示的图标与普通个人电脑相似，并无特殊之处。

安装研华Device Manager测试程序及PCL-818L板卡驱动程序

第一，将研华Advantech Manager光盘插入光驱，屏幕上出现安装界面，点击“Device Manager”，根据提示可以非常方便地完成研华Device Manager测试程序的安装，该程序的功能是测试安装在工控机底板上的板卡工作是否正常。

第二，将Device Manager测试程序安装完毕后，不要退出光盘，重新回到安装界面。点击“Iidividual Driver”，将出现板卡类型选择界面，选择“ISA Series”（工业控制计算机实训系统用到PCL-818L卡，属于IS A卡），接下来会出现具体板卡的型号，选择“PCL-818L”，根据提示即可完成PCL-818L板卡驱动程序的安装。

安装、测试PCL-818L板卡

第一，当软件驱动安装完毕，关闭工控机电源，从包装盒中取出PCL-818L板卡放置在绝缘垫上，设置各个跳线。SW1：将拨码开关拨到如所示，表示设置I/O基地址为300； SW2：设置信号为单端输入；依次设置JP7、JP11、JP10、JP8、JP5、JP1等跳线，使参数适合使用。所有跳线设置完毕，将PCL-818L板卡插入底板上任意一个ISA插槽。

第二，开机，运行Device Manager测试程序，可以看到图3中最左侧的一个界面，在Supported Devices中可以看到PCL-818L已经被系统识别出，点击“Add”按钮，将它添加到“Installed Devices”中，进行参数设置，要与板卡上的跳线设置相配合。

图3 板卡参数设置图

第三，点击“Test”按钮，对板卡进行测试，可以看如图4所示界面，数字不断跳动，证明板卡工作正常；如果数字始终不变，则要关机检查板卡是否连接正常。

图4 板卡测试图

安装PCLD-8115D端子板及IRTP-300L红外线温度传感器

第一，由于PLC-818L板卡内置在工控机机箱中，要打开机箱接线是不现实的，所以可以通过37芯D型接头电缆线外接PCLD-8115D板卡，通过PCLD-8115D板卡接收采集到的输入信号，再传送给PLC-818L板卡。PCLD-8115D是一款能在恶劣环境中可靠连接的工业端子接线板，它与PLC-818L多功能数据采集卡连接，接受液体灌装过程中的输入信号，如温度、液位、灌装量等参数，经计算机处理后输出给灌装控制系统的执行元件。

第二，因为液体参数、灌装数量等实物在实训系统中处理起来不太方便，所以选取温度参数进行组态。在此，我们用人体温度来模拟液体灌装中储液罐的温度变化，用IRTP-300L红外线温度传感器来接收温度信号，如图5所示。该红外线温度传感器具有0～300度的测温范围、响应速度为100毫秒、电源电压为24伏、输出电压范围为直流0～5伏，使用十分方便。

图5 红外线温度传感器图

安装MCGS组态软件

MCGS组态软件作为一个专为工控开发的工具软件，为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言，就能很好地完成一个复杂工程所需要的所有功能。工业控制计算机实训系统用MCGS组态软件进行编程，通过PCL-818L板卡采集液体灌装过程中的温度、液位、灌装量等参数设置，实现生产远程监控。

将MCGS光盘插入光驱，屏幕上显示软件安装界面，选择“安装MCGS组态软件通用版”，根据提示完成安装。需要注意的是MCGS驱动程序必须安装，否则将无法与板卡通信。

完成组态工程并运行调试

用MCGS组态软件建立一个组态工程，来测试软件与硬件是否配合。以液体灌装系统为例，控制要求为：按下启动按钮，储液罐的液位低于10时，进料阀YV打开，液体从料池进入储液罐，液位上升到100时，进料阀YV关闭。然后流量阀打开，液体进入灌嘴，如果液位达到设定值关闭流量阀，进入灌装准备状态，当瓶检测传感器检测到有瓶信号时，灌注电磁阀动作，液体在重力作用下流入瓶中，延时1秒后，传送带动作，将灌好的瓶送到检测和包装工位。组态要求如下：（1）具有储液罐温度检测；（2）具有储液罐液位检测；（3）可以统计灌装数量；（4）能够实现系统自动控制。

完成后的组态画面如图6所示，储液罐的温度变化由实时曲线显示。本系统中用人体温度来模拟储液罐的温度变化，当红外线温度传感器检测到环境温度时，曲线比较平缓，一旦检测到人体温度，曲线就有明显波动。这个事例证明该传感器可以准确采集工业现场的温度变化，实现远程监控。