【正文】 應運而生的[10]。當前著名的FMS生產(chǎn)廠家有：日本的LIJ崎、日立精機、法那科、豐田工機；美國的Keameyamp。我國發(fā)展的較晚，1986年10月我國第一條FMS投入運行， 863計劃啟動之后，促進了我國FMS技術的發(fā)展，自行開發(fā)和引進了一些系統(tǒng)，至1995年建成約34套柔性制造系統(tǒng)，與歐美、日本相比差距很大，圖12為典型的FMS示意圖?，F(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)解決了柔性制造系統(tǒng)發(fā)展中出現(xiàn)的這些問題。 選題依據(jù)及研究內(nèi)容 選題依據(jù)本課題是基于數(shù)控生產(chǎn)性實訓中心開展的PROFIBUS現(xiàn)場總線應用技術的研究。具體內(nèi)容分四個層次：（1）研究ProfibusDP現(xiàn)場總線橋的原理及應用，構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)站點集成方案 在構(gòu)建系統(tǒng)集成方案過程中，第一個要解決的關鍵技術就是傳輸方案的選擇及接口的匹配。這一部分將對三種方案進行理論與實踐分析，并最終確定一種最合理的方案，同時，將進一步研究這種方案需要設計的外圍電路，并搭建一個調(diào)試與測試平臺需要的Profibus系統(tǒng)，用于以下在柔性制造系統(tǒng)中的應用。（4）軟件的編制 通過討論分析，軟件應包含管理、控制、監(jiān)控、報警等功能，軟件設計的技術關鍵在于接口的控制。（3）軟件的編制以及對各接口的控制與管理。第3章論述了嵌入式系統(tǒng)的特點、分類，介紹了ProfibusDP從站接口協(xié)議轉(zhuǎn)換原理，并對其從站接口進行方案比較、選擇。介紹了其試驗平臺搭建，系統(tǒng)安裝、軟件調(diào)試、調(diào)試原理及實驗結(jié)果分析。 現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線系統(tǒng)遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)示意圖圖21 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對比 Structure contrast in Fieldbus control system and traditional control system 現(xiàn)場總線的技術特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采用了智能現(xiàn)場設備，控制系統(tǒng)功能直接在現(xiàn)場完成，而不依賴控制室，實現(xiàn)徹底的分散性控制。(3) 現(xiàn)場設備智能化與功能的自治性 現(xiàn)場總線將數(shù)字處理與控制等智能功能分散到各個現(xiàn)場的設備中進行完成，靠現(xiàn)場的設備就完全可完成諸多自動控制的基本功能。(2) 節(jié)省安裝費用 由于接線十分簡單，這樣既節(jié)省了投資，也減少工作量。(5) 提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性 現(xiàn)場總線設備在測量與控制的準確度大大提高，同時由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能也有所加強，減少了信號的往返傳輸，進而可提高系統(tǒng)工作的可靠性。(1) PROFIBUSPA 主要是應用在面向過程自動化系統(tǒng)的設計方面， 適合于防爆場合，在傳輸方面，電源和通信數(shù)據(jù)全部采用總線并行傳輸。(3) PROFIBUSFMS 用于解決車間級的通信任務，適用于大范圍和較為復雜的通信系統(tǒng)。目前，像這樣的現(xiàn)場總線在全球就有200多種，它們各有各自的優(yōu)勢和特點，但有個問題是，他們不能形成統(tǒng)一的標準，國際電工委員會從1984年開始，經(jīng)過長期的探討，最終形成了國際現(xiàn)場總線標準IEC61158。我國的中國現(xiàn)場總線專業(yè)委員會成立于1997年6月，并建立了PROFIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品演示及認證實驗室，其主要的職責是推廣PROFIBUS現(xiàn)場總線技術的應用研究，同時開展我國PROFIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品認證工作。 53河北科技大學碩士學位論文7應用層6表達層5會話層4傳輸層3網(wǎng)絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層ISO/OSI模型應用過程用戶層7應用層網(wǎng) 絡 管 理636層未用5432數(shù)據(jù)鏈路層1物理層PROFIBUS協(xié)議模型圖22 PROFIBUS與ISO/OSI協(xié)議模型的關系 The relationship of PROFIBUS agreement and ISO/OS model agreement。PROFIBUSDP主要是應用于現(xiàn)場設備級，它響應的時間從幾微秒到幾百毫秒，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個報文多達144個字節(jié)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。也就是說當主站需要時，DP從站僅僅可以變的主動一些，DP主站和從站之間的用戶數(shù)據(jù)可以進行連續(xù)不斷的交換，而不需管用戶的數(shù)據(jù)怎樣。主站也有兩種類型：第一類DP主站(DPM1)采用如PLC、PC等設備的中央可編程控制器；第二類DP主站(DPM2)為可編程、組態(tài)的設備。圖24為PROFIBUSDP系統(tǒng)。第3章 PROFIBUS－DP從站總線橋技術解決方案PROFIBUS標準EN50170是完整的開放的、與制造商無關的、無知識產(chǎn)權保護的標準。嵌入式系統(tǒng)在諸如工業(yè)自動化、國防、運輸?shù)群芏囝I域中得到廣泛的應用[3336]。嵌入式設備指的是內(nèi)部嵌入智能芯片的設備，比如：內(nèi)含單片機的手機、儀器儀表、家用電器、機器人、工控單元、PDA等。與嵌入式微處理器相比，單片化是它的最大特點，因為體積減小，功耗和成本也隨之下降，而可靠性得到了大大的提高，目前它是嵌入式系統(tǒng)的主流。MCURAM區(qū)PROFIBUSDP數(shù)據(jù)緩沖區(qū)I/O或RS232數(shù)據(jù)緩沖區(qū)PROFIBUSDPI/O、RS232接口圖31 PROFIBUSDP從站接口轉(zhuǎn)換原理 The conversion Principle diagram of PROFIBUSDP slave station interface protocol PROFIBUSDP智能從站方案比較PROFIBUS協(xié)議只要在微處理器(MCU) 外部或內(nèi)部安裝上異步串行的通信接口即可完成，但當數(shù)據(jù)傳輸速率較高（超過500Kbit/s）或需要使用IEC11582傳輸技術來進行傳輸時，建議使用專用芯片。 ==750K ==。通常采用智能從站通信接口芯片SPC3，如圖33所示。該方案開發(fā)成本較低，技術指標高，要求開發(fā)人員了解一定的PROFIBUS技術細節(jié)，70%的首次開發(fā)產(chǎn)品第一次認證測試不合格。進一步對PROFIBUS總線橋系列產(chǎn)品的比較，本課題選擇OEM系列嵌入式PROFIBUS接口。所以從站硬件從OEM類產(chǎn)品中選擇。 嵌入式PROFIBUS總線橋OEM產(chǎn)品比較選擇嵌入式PROFIBUS總線橋是PROFIBUS總線橋OEM系列產(chǎn)品；全部OEM系列產(chǎn)品如下：(1) PBOEM1DPRAM 用于高速、運動控制裝置的PROFIBUS接口，如變頻器、伺服定位控制器等。(4) PBOEM4PCI 是PCI接口，主要用于帶有PCI插槽的各種機型，如工控機，HMI等。（2）標準PROFIBUSDP驅(qū)動接口，波特率自適應，最大波特率6M/12M。用戶模板可將一次性設置的參數(shù)在主站配置中設定，如溫度上限報警值等。②指定7種波特率：9600、。（10）工作環(huán)境溫度為：0～50℃,濕度≤95%。J210位置及管腳定義如圖43，表43：圖43 J210位置及管腳定義 The location and Pin definition about J110表43 J210針接插件管腳定義 The note about J110 connector pins管腳I/O說明管腳I/O說明1O5V2I0V3O5V4I0V5*保留（未定義）6*保留（未定義）7OPBTX：接轉(zhuǎn)接口發(fā)送（176/4腳）8IR_ext:接轉(zhuǎn)接口接收（176BP/1腳）9ORTSS：接轉(zhuǎn)接口RTS（176/3腳、D型頭/4腳10*保留（未定義） PROFIBUS孔(famel)D型插座與接口板連接方式 D型插座的PROFIBUS信號定義BRTSOV1234567895VA圖44 D型插座的PROFIBUS信號定義 PROFIBUS signal definition about Dtype socket表44 PROFIBUS孔D型插座管腳定義 Pin definition PROFIBUS hole about Dtype socket管腳號信號說明123BPROFIBUS數(shù)據(jù)線+；對應J116/6(B)4RTS中繼器控制信號（方向控制） 對應J116/5（PBRTS）5DGNDOV：光隔外電源地：對應J116/16（PBRTS）6VP5V：光隔離外電源5V：對應J116/8(PBRTS)78APROFIBUS數(shù)據(jù)線：對應J116/14（A）9 連接方式0—PBD型插座連接方式0—PBD型插座PROFIBUS信號來自J116。連接方式1應使用外接口轉(zhuǎn)接板，故稱外接口方式1。（2）外接口轉(zhuǎn)接板與OEM2SE/J210的連接原理圖 如圖46所示。第5章 PROFIBUSDP從站軟件設計 通信規(guī)約從站由接口板PBOEM2S與用戶模板（對本課題的實驗平臺，用戶模板已包含在各單元內(nèi)）構(gòu)成，接口板PBOEM2S與用戶模板通過串口連接Txd,Rxd為TTL電平半雙工串口設置為：（1）每1個字節(jié)用11bits傳送1個啟始位、8個數(shù)據(jù)位、1個偶校驗位、1個停止位，即51內(nèi)核單片機的通信方式3。（3）用戶模板發(fā)：▼用戶模板發(fā)送站號ID號高位ID號低位未用未用0123……4647▼接口板回答初始化成功報文0x0aa0x0aa0x0aa0x0aa0x0aa0123……4647▼接口板回答初始化不成功報文0x0550x050x0550x0550x0550123……4647（4）站號用戶模板應設有設置站號的撥碼開關或可以有鍵盤手持終端等其他方式，設置PROFIBUS從站站號，從站站號范圍0126。（8）用戶模板發(fā)送接口板初始化報文時，將站號、ID號傳送給接口板，接口板依此對SPC3初始化成功后，向用戶模板發(fā)初始化成功報文，然后進入工作程序。接口板數(shù)據(jù)報文格式，注意這里的輸入輸出以PROFIBUS主站為基點，如下圖51用戶模板向接口板發(fā)送輸入數(shù)據(jù)報文。UBYTEidatarebox[48]。UBYTExdata*datardb0ff。/*0x90ff是第一組8BIT輸出地址對應硬件U14*/wra0ff=0x0a0ff。/*0xd0ff是撥碼開關輸入作站地址對應硬件U16*/for(nn=0。}。i8。y=y。x=x*2+1。*wra0ff=0。}。/*本例實驗板時鐘=24M*/RCAP2H=0x0ff。/*RCLK=1。SM0SM1=11。RB8=0。/*站地址*/trbox[1]=0x00。for(i=0。TB8=P。REN=1。j48。/*偶校驗成功*/}else{x=1。if(x==0){/*全體字符偶校驗成功*/if(rebox[0]==0xaa){y=1。}。/*讀1個字接輸入置入輸入緩沖取*/trbox[1]=*rdc0ff。i++)/*實驗板向接口板發(fā)送輸入數(shù)據(jù)報文*/{TI=0。while(TI==0){}。for(j=0。if(P==RB8){rebox[j]=SBUF。/**//*實驗板將接收接口板發(fā)送輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)送U14U15輸出*//**/*wr90ff=rebox[0]。第6章 PROFIBUSDP在柔性制造實驗系統(tǒng)中的應用 FMS柔性制造實驗平臺搭建FMS柔性制造實驗平臺搭建是根據(jù)其基本功能要求，先搭建出通信系統(tǒng)硬件，并進行其軟件安裝，調(diào)試實驗用FMS柔性制造系統(tǒng)中數(shù)控加工單元進行測試[5663]。根據(jù)實驗的要求，建立了一個PROFIBUS通信系統(tǒng)，配置如下表61和圖62。3）安裝中注意的問題。 系統(tǒng)調(diào)試第1步，將產(chǎn)品GSD文件copy至Step7\S7data\gsd\目錄下第2步，打開“SIMATICManager”第3步，F(xiàn)ileNew，鍵入文件名testOK第4步，InsertStationSIMATIC300Station點擊第5步，打開test\SIMATIC(300)\Hardware，雙擊Hardware第6步，OptionUpdateCatalog點擊此操作用來更新設備目錄新的GSD文件設備將插入設備目錄中。 調(diào)試系統(tǒng)原理圖圖63為調(diào)試系統(tǒng)，通過這個調(diào)試系統(tǒng)，可測試硬件的功能實現(xiàn)，以及軟件的接口程序功能。(1) 數(shù)控程序的遠程管理測試第一步，在計算機上編輯了一小段程序，然后直接傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)內(nèi)，接收正常；第二步，測試在計算機上直接讀取數(shù)控系統(tǒng)上的數(shù)控程序，傳輸正常；第三步，測試在計算機上直接讀取數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的程序列表，結(jié)果正常。1）在計算機上直接完成了參數(shù)文件的傳輸與遠程編輯；2）在計算機上直接完成了刀補文件的傳輸與遠程編輯；3）在計算機上直接完成螺距補償文件傳輸與遠程編輯。3）加工信息：位置信息、剩余移動量、進給速度、程序段等。程序開始加工時間、程序結(jié)束加工時間，見圖67；（2）刀具使用壽命分析的基礎