【正文】 個(gè)適合制造加工車間環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為機(jī)械加工生產(chǎn)管理及維護(hù)人員提供及時(shí)準(zhǔn)確的環(huán)境信息，推動(dòng)柔性制造系統(tǒng)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線單元與柔性制造單元之間的接口電路設(shè)計(jì)。（5）在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用 通過搭建柔性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用前面研究成果構(gòu)建實(shí)驗(yàn)通信系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證軟硬件研究成果。在數(shù)據(jù)格式的定義上也是一個(gè)重點(diǎn)研究的內(nèi)容。（3）研究ProfibusDP從站與柔性制造單元的接口及數(shù)據(jù)交換 在以上系統(tǒng)方案與通信原理建立的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究通信單元與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口電路與數(shù)據(jù)交換技術(shù)。（2）研究ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線橋的通信原理，設(shè)計(jì)主站與從站的硬件結(jié)構(gòu) 在完成集成安裝的基礎(chǔ)上，在ProfibusDP通信方面，關(guān)鍵是設(shè)備通信接口解決方案，在設(shè)計(jì)從站的方案中，一般有三種：一種是直接用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，這種方案開發(fā)周期長，測(cè)試復(fù)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(jī)結(jié)合，其中單片機(jī)不參與處理總線協(xié)議，這種方案開發(fā)成本較低，技術(shù)指標(biāo)高。Profibus提供三種傳輸類型：DP、FMS的RS485傳輸、PA的IEC11582傳輸、光纖傳輸，考慮到光纖傳輸有良好的抗干擾性，本方案選用光纖，但目前現(xiàn)場(chǎng)的大部分設(shè)備接口是RS485，需要解決二者之間的轉(zhuǎn)換。為了使研究具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本研究將建立在一個(gè)小型柔性制造系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，通過對(duì)柔性制造模型中各個(gè)單元的控制與管理，驗(yàn)證系統(tǒng)的性能，為實(shí)際應(yīng)用提供理論與現(xiàn)實(shí)依據(jù)。通過分析柔性制造系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中的嵌入式總線橋應(yīng)用于FMS的方案，以達(dá)到改善和提高FMS之目的。隨著微控芯片工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，出現(xiàn)了大量的智能設(shè)備，如溫度變送器等，不但具有PID控制和運(yùn)算功能，還具有輸出特性補(bǔ)償、自診斷、自校驗(yàn)等功能，這使得FMS的控制結(jié)構(gòu)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(chǎng)總線技術(shù)正是這種方式的主要技術(shù)。早期的柔性制造系統(tǒng)中，信息的傳遞較多的是采用RS23I/O接口、MAP網(wǎng)絡(luò)方式或DCS方式，前兩種方式的傳輸速度太低，已經(jīng)無法滿足FMS的要求，對(duì)于后兩種方式，MAP不具備實(shí)時(shí)特性。有一個(gè)突出的問題是：管理層的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，而車間級(jí)和設(shè)備級(jí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)相對(duì)落后，這樣就使得設(shè)備級(jí)成為了“信息孤島”。圖12 典型的FMS示意圖 Sketch of typical FMS 柔性制造系統(tǒng)發(fā)展中出現(xiàn)的問題柔性制造系統(tǒng)發(fā)展雖然日漸成熟，但在網(wǎng)絡(luò)信息化、控制模式等方面還有許多待改進(jìn)的地方，早期，在柔性制造系統(tǒng)的控制方式中，多采用集中控制模式：所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 Weber, SIEMENS , HullerHilley以及Scharman等[11]。Trecker, Ingersoll Milling, Cincinnati Milacron, , Bendax Sundstund； Werneramp。1994年初，世界各國已投入運(yùn)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。在柔性制造系統(tǒng)領(lǐng)域，西歐、美國和日本走在世界的前列，而美國是最早的國家，起初是由自動(dòng)生產(chǎn)線改建，用數(shù)控機(jī)床代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床再加上數(shù)字控制系統(tǒng)，便構(gòu)成FMS，在美國，F(xiàn)MS單元得到了快速的發(fā)展，到90年代，柔性制造單元已超過了1萬套。 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(fù)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(jì)效益。圖11 總線系統(tǒng)分層控制圖 Layer control sketch of systembus是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這種通信網(wǎng)絡(luò)它克服了集散控制系統(tǒng)(DCS)存在的問題，真正實(shí)現(xiàn)了分布式控制，具有高度的靈活性和開放性。隨著集成電路的發(fā)展，許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)置微控制器，有智能化的功能，可以實(shí)現(xiàn)線性化等功能，設(shè)計(jì)中，可以在這些設(shè)備的基礎(chǔ)上增加一數(shù)據(jù)接口。20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)第四代過程控制體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用嵌入式技術(shù)：在現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備中嵌入微處理器，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具備了智能化特點(diǎn)，多臺(tái)分散在現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)[6]。第二代過程控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展為使用模擬信號(hào)。關(guān)鍵詞 柔性制造系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線技術(shù)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(nèi)容 3 選題依據(jù) 3 研究內(nèi)容 3 重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題 4 本課題結(jié)構(gòu) 4第2章 構(gòu)建PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線集成方案 6 現(xiàn)場(chǎng)總線 6 現(xiàn)場(chǎng)總線定義 6 現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 6 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn) 6 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 7 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)概述 7 PROFIBUS技術(shù)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(guān)系 8 PROFIBUS技術(shù)體系結(jié)構(gòu) 9 PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線 9 PROFIBUSDP的概念 10 PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線的基本原理及基本功能 10 本章小結(jié) 11第3章 PROFIBUS－DP從站總線橋技術(shù)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(diǎn) 12 嵌入式系統(tǒng)的分類 12 PROFIBUSDP從站接口協(xié)議轉(zhuǎn)換原理 13 PROFIBUSDP智能從站方案比較 13 單片機(jī)+軟件的解決方案 13 使用PROFIBUS通信專用ASIC方案 14 應(yīng)用總線橋技術(shù)的解決方案 15 方案確定 15 本章小結(jié) 15第4章 PROFIBUSDP從站硬件選用 17 總線橋特點(diǎn)及選用 17 嵌入式PROFIBUS總線橋OEM產(chǎn)品比較選擇 17 PBOEM2SE技術(shù)原理 17 PBOEM2SE技術(shù)指標(biāo) 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(hào)定義 21 連接方式0—PBD型插座 22 外接口轉(zhuǎn)接板與OEM2SE模塊連接 22 PBOEM2SE接口板功能選擇開關(guān)SW1 24 本章小結(jié) 24第5章 PROFIBUSDP從站軟件設(shè)計(jì) 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(jié) 32第6章 PROFIBUSDP在柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用 33 FMS柔性制造實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建 33 FMS柔性制造實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本功能要求 33 系統(tǒng)硬件的搭建 33 FMS柔性制造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通信系統(tǒng)構(gòu)建 34 系統(tǒng)的安裝及軟件調(diào)試 34 軟件、硬件的安裝 34 系統(tǒng)調(diào)試 35 調(diào)試系統(tǒng)原理圖 39 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 41 對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行集中管理情況測(cè)試 41 機(jī)床參數(shù)的遠(yuǎn)程管理測(cè)試 41 機(jī)床加工狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控 42 機(jī)床加工信息的實(shí)時(shí)采集 42 本章小結(jié) 44結(jié) 論 45參考文獻(xiàn) 46攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文 49致 謝 50個(gè)人簡(jiǎn)歷 51V河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章 緒 論 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是順應(yīng)企業(yè)綜合自動(dòng)化需求而發(fā)展起來的新技術(shù)，是控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)的集成，信息交換的范圍已從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、制作車間逐步覆蓋了工廠到企業(yè)集團(tuán)[1～4]。通過本文的研究得出，將PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于機(jī)加工的柔性制造系統(tǒng)，可充分發(fā)揮PROFIBUSDP的各種優(yōu)點(diǎn)，并能克服傳統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)中采用485總線技術(shù)的缺陷，對(duì)柔性制造技術(shù)中通信的改善和提高起到了積極的作用。本文對(duì)目前國內(nèi)外PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并在研究傳統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)存在的缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出了將嵌入式總線橋技術(shù)應(yīng)用于機(jī)加工的柔性制造系統(tǒng)的新方案。摘 要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在柔性制造中的應(yīng)用研究現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是現(xiàn)代企業(yè)綜合自動(dòng)化領(lǐng)域研究、應(yīng)用、發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，它可以將控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)集成，信息交換的范圍從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、制作車間逐步覆蓋到整個(gè)工廠甚至企業(yè)集團(tuán)。它的出現(xiàn)使自動(dòng)化領(lǐng)域產(chǎn)生了一場(chǎng)深刻變革，對(duì)其他相關(guān)領(lǐng)域也產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。通過PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)研究，開發(fā)了基于PROFIBUSDP總線協(xié)議的智能從站，并對(duì)智能從站進(jìn)行軟件及硬件系統(tǒng)開發(fā)，使其具有基本的數(shù)字輸入、輸出、數(shù)顯等功能，實(shí)現(xiàn)了從站與PROFIBUSDP主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的基本功能，為該技術(shù)在柔性制造領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。PROFIBUSDP智能從站的軟硬件系統(tǒng)開發(fā)對(duì)我國PROFIBUS技術(shù)深入研究及實(shí)際應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。第一代過程控制體系結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)50年代前的基地式的氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)。第三代過程