【正文】 術研究現(xiàn)狀進行了分析，并在研究傳統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡存在的缺點基礎上，提出了將嵌入式總線橋技術應用于機加工的柔性制造系統(tǒng)的新方案。關鍵詞 柔性制造系統(tǒng)；現(xiàn)場總線；PROFIBUSDP；嵌入式總線橋；智能從站IAbstractStudy on Application of Fieldbus in Flexible Manufacturing SystemThe fieldbus is a new technology of research, applications, development of a modern enterprise integrated automation, and it can integrated the control system and munication network and the exchange of information ranging from devices, production workshop and gradually cover the entire plant or enterprise group. It appears that the automation field produces a profound change in other related field, and has a profound influence.In this paper, the author analyzes the status of studying on the technology of the present domestic PROFIBUS in fieldbus, on the basis of shorting for studying the traditional flexible manufacturing system, and proposes a new plan which applies bus bridge embeded into flexible manufacturing system. Through researching PROFIBUSDP fieldbus technology, the author develops the intelligence PROFIBUSDP slave station, and design the software and hardware by it, make it have the functions of digital input, output and digital display basically, realize the tele with PROFIBUSDP main station in data. For this technology in the field of flexible manufacturing application it provides an important basis.According to the paper, applying the PROFIBUSDP fieldbus to flexible manufacturing system, it exerts all kinds of advantages of PROFIBUSDP, and outes the defects of traditional flexible manufacturing system with taking 485 technology. It has positive influence to improve and enhance the flexible manufacturing technology in tele. The PROFIBUSDP intelligence slave station both in software and hardware plays a positive role in promoting forward domestic PROFIBUS technology research and practical application.Key words： flexible manufacturing system, fieldbus, PROFIBUSDP, bus bridge embeded, intelligence slave stationII目 錄目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 現(xiàn)場總線技術的產(chǎn)生與發(fā)展 1 柔性制造發(fā)展現(xiàn)狀 2 柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展 2 柔性制造系統(tǒng)發(fā)展中出現(xiàn)的問題 2 選題依據(jù)及研究內容 3 選題依據(jù) 3 研究內容 3 重點解決的關鍵問題 4 本課題結構 4第2章 構建PROFIBUSDP現(xiàn)場總線集成方案 6 現(xiàn)場總線 6 現(xiàn)場總線定義 6 現(xiàn)場總線的結構特點 6 現(xiàn)場總線的技術特點 6 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 7 PROFIBUS現(xiàn)場總線的技術概述 7 PROFIBUS技術的主要發(fā)展歷程 8 PROFIBUS協(xié)議模型與ISO/OSI協(xié)議模型的關系 8 PROFIBUS技術體系結構 9 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線 9 PROFIBUSDP的概念 10 PROFIBUSDP現(xiàn)場總線的基本原理及基本功能 10 本章小結 11第3章 PROFIBUS－DP從站總線橋技術解決方案 12 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 12 嵌入式系統(tǒng)的定義 12 嵌入式系統(tǒng)的特點 12 嵌入式系統(tǒng)的分類 12 PROFIBUSDP從站接口協(xié)議轉換原理 13 PROFIBUSDP智能從站方案比較 13 單片機+軟件的解決方案 13 使用PROFIBUS通信專用ASIC方案 14 應用總線橋技術的解決方案 15 方案確定 15 本章小結 15第4章 PROFIBUSDP從站硬件選用 17 總線橋特點及選用 17 嵌入式PROFIBUS總線橋OEM產(chǎn)品比較選擇 17 PBOEM2SE技術原理 17 PBOEM2SE技術指標 18 PBOEM2SE外形及布局圖 19 J116針接插件管腳定義說明 19 SE狀態(tài)表 20 J210針接插件管腳定義說明 20 PROFIBUS孔(famel)D型插座與接口板連接方式 21 D型插座的PROFIBUS信號定義 21 連接方式0—PBD型插座 22 外接口轉接板與OEM2SE模塊連接 22 PBOEM2SE接口板功能選擇開關SW1 24 本章小結 24第5章 PROFIBUSDP從站軟件設計 25 通信規(guī)約 25 用戶模板串口通信程序流程圖 26 軟件程序編制：GSD 27 本章小結 32第6章 PROFIBUSDP在柔性制造實驗系統(tǒng)中的應用 33 FMS柔性制造實驗平臺搭建 33 FMS柔性制造實驗平臺基本功能要求 33 系統(tǒng)硬件的搭建 33 FMS柔性制造實驗系統(tǒng)通信系統(tǒng)構建 34 系統(tǒng)的安裝及軟件調試 34 軟件、硬件的安裝 34 系統(tǒng)調試 35 調試系統(tǒng)原理圖 39 實驗結果分析 41 對數(shù)控程序進行集中管理情況測試 41 機床參數(shù)的遠程管理測試 41 機床加工狀態(tài)的遠程監(jiān)控 42 機床加工信息的實時采集 42 本章小結 44結 論 45參考文獻 46攻讀碩士學位期間所發(fā)表的論文 49致 謝 50個人簡歷 51V河北科技大學碩士學位論文第1章 緒 論 現(xiàn)場總線技術的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)場總線技術是順應企業(yè)綜合自動化需求而發(fā)展起來的新技術，是控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡的集成，信息交換的范圍已從現(xiàn)場設備、制作車間逐步覆蓋了工廠到企業(yè)集團[1～4]。20世紀80年代開始出現(xiàn)第四代過程控制體系結構，該結構采用嵌入式技術：在現(xiàn)場儀器設備中嵌入微處理器，使現(xiàn)場設備具備了智能化特點，多臺分散在現(xiàn)場微處理器，利用數(shù)據(jù)總線連接在一起，避免了集中式控制系統(tǒng)整體癱瘓的缺點[6]。這種通信網(wǎng)絡它克服了集散控制系統(tǒng)(DCS)存在的問題，真正實現(xiàn)了分布式控制，具有高度的靈活性和開放性。 柔性制造發(fā)展現(xiàn)狀 柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展隨著產(chǎn)品復雜程度的不斷增加以及產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，在生產(chǎn)過程中必須提高產(chǎn)品制造的柔性以提高生產(chǎn)效率，采用柔性制造的概念可以縮短生產(chǎn)周期，降低能耗，降低生產(chǎn)成本，獲得更好的經(jīng)濟效益。1994年初，世界各國已投入運行的柔性制造系大概有3000多條，日本占世界首位，擁有2100多條。 Weber, SIEMENS , HullerHilley以及Scharman等[11]。有一個突出的問題是：管理層的網(wǎng)絡技術發(fā)展相當迅速，而車間級和設備級的網(wǎng)絡傳輸技術相對落后，這樣就使得設備級成為了“信息孤島”。隨著微控芯片工業(yè)生產(chǎn)中的應用，出現(xiàn)了大量的智能設備，如溫度變送器等，不但具有PID控制和運算功能，還具有輸出特性補償、自診斷、自校驗等功能，這使得FMS的控制結構開始由集中控制的方式向分布式控制模式發(fā)展，而現(xiàn)場總線技術正是這種方式的主要技術。為了使研究具有實際應用價值，本研究將建立在一個小型柔性制造系統(tǒng)模型基礎上，通過對柔性制造模型中各個單元的控制與管理，驗證系統(tǒng)的性能，為實際應用提供理論與現(xiàn)實依據(jù)。（2）研究ProfibusDP現(xiàn)場總線橋的通信原理，設計主站與從站的硬件結構 在完成集成安裝的基礎上，在ProfibusDP通信方面，關鍵是設備通信接口解決方案，在設計從站的方案中，一般有三種：一種是直接用單片機實現(xiàn)，這種方案開發(fā)周期長，測試復雜；第二種是采用從站接口模塊，這種方案靈活性較差；第三種是采用Profibus專用ASIC與單片機結合，其中單片機不參與處理總線協(xié)議，這種方案開發(fā)成本較低，技術指標高。在數(shù)據(jù)格式的定義上也是一個重點研究的內容。（2）現(xiàn)場總線單元與柔性制造單元之間的接口電路設計。第2章介紹了現(xiàn)場總線的概念、特點、發(fā)展歷程、協(xié)議模型及技術體系結構；論述了ProfibusDP現(xiàn)場總線的基本原理、功能、報文結構、總線定時及數(shù)據(jù)庫文件。第6章論述了ProfibusDP從站在柔性制造實驗系統(tǒng)的應用。所以它不僅僅是一個基層的網(wǎng)絡，而且還是一種新型全分布式、開放式的控制系統(tǒng)[13]。兩種結構對比，如圖21所示。(2) 互可操作性與互用性 所謂的互可操作性是指，可以實現(xiàn)互連的設備、系統(tǒng)之間的信息溝通可實行一點對一點、一點對多點的通信，而互用性指的是不同生產(chǎn)廠家之間的類似設備可以進行互換互用。 現(xiàn)場總線的優(yōu)點由于現(xiàn)場總線結構的簡化，使控制系統(tǒng)體現(xiàn)出優(yōu)越性，優(yōu)點如下[19]：(1) 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 現(xiàn)場總線系統(tǒng)不需要單獨的計算單元，可以用PC機作為操作站，這樣可節(jié)省硬件投資。(4) 用戶具有高度系統(tǒng)集成主動權 由于采用現(xiàn)場總線技術，用戶便可以選不同的廠商的設備進行集成系統(tǒng)，這樣可避免系統(tǒng)集成不兼容的問題，使系統(tǒng)集成過程中的主動權掌握在用戶自己手中。PROFIBUS根據(jù)應用特點可分為PROFIBUS—PA，PROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS三個兼容部分[20]。 (2) PROFIBUSDP PROFIBUSDP的使用取代了模擬信號線，由于協(xié)議較簡單，它適用于分布式控制系統(tǒng)中的高速數(shù)據(jù)傳輸，主要應用在制造業(yè)中的現(xiàn)場級通信網(wǎng)絡，特點是高速低成，在傳輸速度上，～12Mbps。 PROFIBUS技術的主要發(fā)展歷程從80年代就開始，學者們就對現(xiàn)場總線技術進行了研究，國際上眾多設備制造商陸續(xù)推出他們各自的總線標準以及總線產(chǎn)品。到目前為止，在世界范圍內，已安裝運行的帶有PROFIBUS總線的設備超過1000萬。如果拿ISO/OSI協(xié)議模型進行比較，PROFIBUS協(xié)議包含第7層，如圖22所示[21]。 PROFIBUSDP的概念DP的英文是Decentralized Periphery，即分散化外圍設備。典型的DP配置為單主站結構，DP主站和DP從站之間的通信是遵從主從原則的。(2) 設備類型 在PROFIBUS—DP網(wǎng)絡中，有兩種設備：主站和從站。任何一個主站都可以讀取DP從站上輸入/輸出的信息，但有一個限制：只有一個DP主站允許對從站寫數(shù)據(jù)。本章首先介紹了現(xiàn)場總線的結構特點、技術特點及其優(yōu)缺點，并給出了PROFIBUS協(xié)議的三種模型及其技術結構，分別進行了分析比較，提出選擇PROFIBUSDP的思路，接下來介紹了PROFIBUSDP的基本原理、基本功能，給出了PROFIBUSDP報文結構及設備數(shù)據(jù)庫文件。 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，在很大程度上嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)改變了人們的生活方式，這些改變還在加速。 嵌入式系統(tǒng)的特點“嵌入性”的特點：因為是控制芯片是嵌入到對象的系統(tǒng)里面，所以芯片必須要滿足被嵌入對象系統(tǒng)本身的環(huán)境要求，如物理、電氣環(huán)境、成本等要求。(2) 嵌入式微控制器 又稱單片機，一般是以某一種微處理器的內核為核心，在芯片內部集成有RAM、ROM/EPROM,、總線、定時/計數(shù)器、A/D、D/A等各種必要外設。 PROFIBUSDP從站接口協(xié)議轉換原理如圖31所示為PROFIBUS－DP從站接口的雙向數(shù)據(jù)協(xié)議轉換原理，不論是實現(xiàn)RS232到PROFIBUS－DP通信轉換，還是實現(xiàn)I/O到PROFIBSU－DP之間的通信轉換，都是通過在RAM區(qū)中所建立的數(shù)據(jù)緩沖來進行的，MCU通過對兩個通信數(shù)據(jù)緩沖的數(shù)據(jù)交換的控制來實現(xiàn)PROFIBUS到I/O的雙向數(shù)據(jù)之通信。但PROFIBUS的通信協(xié)議比較復雜