基本信息
- 项目名称：
- 基于 MODBUS/Ethernet 的中小型 PLC 系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是集远程数据采集、计量与自动控制于一体的PLC。主要市场定位于天然气长输管道的各个阀室中，阀室一般只有阀门和管道，没有计量调压设备，I/O点数较少，工艺流程简单。以往用户都选用进口的PLC控制器对阀室进行数据采集和监控，一定程度上造成了PLC系统资源的浪费，且其高昂的成本也使用户较难接受。针对此情况，我们研制出一款基于MODBUS/Ethernet的中小型PLC系统来满足这种特定的市场需求。
- 详细介绍：
- 系统采用 I/O 卡件可扩展插槽式结构，因此对于不同的工业应用需求，具有良好的配置灵活性和资源的可扩展性。对于不同的 I/O 卡件，能采集和输出不同类型的信号。AI 卡能采集现场仪器仪表的标准 4—20mA 信号，通过板内的跳线设置，能接受两线制或者四线制仪器仪表；DI 卡提供开关数据采集通道，输入信号类型为干触点输入；AO 卡有两种可选择的输出信号类型，分别是 4—20mA 或者 1—5V 信号；DO 卡提供开关数据输出通道，输出信号类型为干触点输出，且可通过板上的拨动开关选择常开触点输出或常闭触点输出两种方式。根据现场应用需要，用户可灵活的进行配置不同的 I/O 卡件组合，以满足不同的需求。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计、发明的目的： 本系统主要用于天然气长输管道的各个阀室中，阀室一般只有阀门和管道，而没有计量调压设备，因此 I/O 点数相对较少，工艺流程相对简单。以往用户都是选用进口的 PLC 控制器来对阀室进行数据采集和监控，一定程度上造成了 PLC 系统资源的浪费，且其高昂的成本也使用户较难接受。 2.基本思路： 本系统采用美国微芯公司的数字信号控制器dsPIC30F4013为核心处理器，本系统的通讯协议采用MODBUS协议，内部总线采用CANOPEN协议。本控制器设计为具有两个10M/100M以太网接口，能很好的满足现场通信和组网的需求。考虑到苛刻的工业现场环境中各种不利因素会对控制器造成不可预估的影响和干扰因素，因此本控制器在各信号通道中采用了全面的隔离，保证了信号传输的准确性和控制设备的安全。 3.创新点： 本系统对信号采集通道和通讯接口做了全面的电气隔离。 4.技术关键和主要技术指标： 工作环境温度为：-40℃ —70℃；系统供电电压24VDC； MCU 处理速度运行速度最高为 30 MIPS；以太网接口，通信速率达10M/100MbpsRS232/485通信接口，波特率最高达 38400bps；以太网接口采用磁感偶尔，隔离电压达 1500Vrms；电源采用 DC-DC 隔离模块，隔离电压≥1000VDC。
科学性、先进性
- 1.科学性： 本系统采用 I/O 卡件插式结构，每一套控制器由一块底板，一块 CPU 卡，和若干 I/O 卡组成。I/O 卡件的数量由现场应用的 I/O 点数决定，用户可按照具体情况进行灵活配置。 I/O 子网采样 CANOPEN 总线，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。 2.先进性： 现有国内外中小型 PLC 系统的通讯方式仍以RS485或R232为主，这些生产厂家只有在其高端的产品中才采用 Ethernet/IP 技术，而现场控制系统网络化越来越高的要求使得中小型PLC系统加入Ethernet/IP控制总线成为必然的趋势；在控制系统的扩展性上，本作品采用主CPU加各个功能模块（AI，AO，DI，HSC 等）组成，可以根据现场要求加入不同的功能模块，支持模块的热拔插拔，并支持第三方对控制系统进行扩展。
获奖情况及鉴定结果
- 作品正处于现场试验阶段，还未参加评比及鉴。但该作品已经在青海天燃气管道监控阀室及新疆克拉玛依陆 21#联合污水处理站得到应用，且运行情况良好，得到用户好评。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术及专利有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1．使用说明： 本作品已通过北京龙鼎源科技有限公司在青海天燃气管道监控阀室中得到使用；通过湖北羽欣科技有限公司在新疆克拉玛依陆梁 21＃联合污水处理站得到使用。 2.技术特点和优势： 主要技术特点是其通用性、可扩展性及能满足较恶劣的现场工作环境的要求。 3.适用范围及推广前景： 作品可广泛应用于油田井口 RTU、天燃气管道监控、油田污水处理、油罐监控等领域。 4.市场分析: 随着SCADA技术的成熟，该技术在能源生产、输送管网中得以广泛应用。为了对输配管网的集中管理和调配，各个企业都在对现有管网和建设管网进行数字化改造，以提高生产效率和管理效率以及对能源全局的统一调配。 因此我们判断，市场对该类设备有着较多的需求。 5.经济效益预测： 本品在性能上已接近或达到国外同类产品的性能，但成本却低很多，这将使业主的投资成本大幅降低，而且为国内供货，供货周期也大幅缩短，能及时满足业主的建设周期。
同类课题研究水平概述
- 基于 MODBUS/Ethernet 总线在工业控制领域已得到越来越广泛的应用，而以此总线为主的中小型 PLC 控制系统在油田井口 RTU、天燃气管道监控、油田污水处理、油罐监控等领域将会得到较为广泛的应用。现有国内外中小型 PLC 系统的通讯方式仍以 RS485 或 R232 为主，比如西门子的 S7-200、S7-300 系列、Rockwell Logic500、SL-03 系列的产品。这些生产厂家只有在其高端的产品中才采用 Ethernet/IP 技术，而现场控制系统网络化越来越高的要求使得中小型 PLC 系统加入 Ethernet/IP 控制总线成为必然的趋势；另外，国内外各 PLC 生产厂家为了加强各自的垄断地位，都制定自己特殊的通讯协议，通讯协议彼此不同的 PLC 无法直接进行通讯及数据的交换,从而给现场组网及数据交换带来极大的不便。 本作品的突出特点即是通用性，通讯协议采用在现场网络控制中最常用、最 通用的 MODBUS/Ethernet 协议（绝大部分的现场仪表及控制装置都支持此总线协议），这样使得本系统和其它工业控制系统相兼容，现场组网快速方便。此外为了方便第三方用户对系统的扩展，本作品在内部总线上也采用通用的 CANOPEN协议。 在价格方面，本作品的价格与国内外同级别产品相比在价格上具有明显的优势，如 Rockwell SL-3 系列（采用 RS232/RS485 技术），其价格约为 8000 元；Rockwell SL-5 系列 CPU 模块（采用 Etherne/IP 技术），价格较高一般在 15000 元左右，而本作品的成本为 1500 到 2000，如果大规模流水线生产的话会更低。
