基于ProfibusDP总线控制的机电一体化系统

万方数据

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基于Profibus-DP总线控制的机电一体化系统

作者：王立， 于玲， 赵艳菊， WANG Li， YU Ling， ZHAO Yanju

作者单位：王立,于玲,WANG Li,YU Ling(天津轻工职业技术学院,自动化系,天津,300380)， 赵艳菊,ZHAO Yanju(天津大学,机械工程学院,天津,300072)

刊名：

电力自动化设备

英文刊名：ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT

年，卷(期)：2009，29(6)

被引用次数：0次

1.siemens公司Simatic S7-200可编程序控制器系统手册

2.Siemens公司Simatic S7-300 S7-400语句表编程手册

3.天津市龙洲科技仪器有限公司Me093399型机电一体化实训系统实验指导书 2005

4.北京亚控科技发展有限公司组态王使用手册 2008

5.Siemens公司Simatic S7-300参考手册

6.张浩.谭克勤.朱守云现场总线与工业以太网络应用技术手册 2002

7.王杰现场总线技术的现状与发展[期刊论文]-电气传动自动化 2005(03)

8.阳宪惠现场总线技术及其应用 1999

9.刘泽祥现场总线技术 2005

10.周明现场总线控制 2002

11.潘莹玉现场总线技术及其在变电综合自动化系统中的应用 1998(01)

12.西门子(中国)自动化与驱动集团深入浅出西门子-300PLC 2004

13.李正军现场总线及其应用技术 2005

14.王锦松.刘宇现场总线控制系统的集成技术 2002(03)

15.严丽霞.瞿坦基于Profibus的经济型现场总线控制系统[期刊论文]-自动化与仪器仪表 2001(01)

1.学位论文董艳丽基于PROFIBUS-DP现场总线的自动配料系统研究与设计2008

随着经济的发展，自动配料在工业生产中发挥着越来越重要的作用。结合机电一体化、现场总线技术以及控制理论设计高精度、信息化、自动化的智能型自动配料系统成为配料领域发展的必然趋势。

现场总线技术综合了计算机技术、通信技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表技术等多种技术手段，构成了一种全分散、全数字、智能、双向、互联、多变量、多接点的通信与控制系统。本文运用PROFIBUS-DP现场总线协议构建了一个分布式的PLC控制系统，实现了传输信号的数字化，其全分布、全数字、全开放的特性，解决了集散型控制系统中存在的不足。

配料工艺的多样性、控制系统的复杂性和PLC程序设计偏重于逻辑设计等面向过程的特点，使得配料控制程序的可读性差，不利于以后的系统维护和功能扩展。因此，本文借鉴面向对象的思想，使PLC的程序设计在提高质量的同时，向工业化的设计方法靠拢，为大型PLC的程序集体协同开发提供保障。

在系统组态软件的设计中，从配料工艺流程分析，到系统通信组态、变量组态和管理、图形界面制作、动态对象设计、全局脚本程序设计，本文均有详细的说明。

配料数据的实现主要包括生产数据库的设计、配方管理系统和动态库文件三个模块，模块间层次分别采用ADO和ODBC API数据库技术实现。利用可视化编程工具VB和VC对WinCC的报表和数据处理功能加以扩展。

系统的整体设计结合了计算机和自动控制的思想，提出了一套基于柔性开发的结构化方法。利用面向对象设计方法和软件重用的概念，设计了可重用模块。利用模块化的思想，基于WinCC与PLC，方便的实现了系统的自动控制。软件组态灵活，控制方案完全适应不同层次用户的需要，维护方便。硬件上支持与多种设备相连接，可以组成不同的控制系统。采用现场总线通信网络，将生产过程数据上送到管理层，实现数据共享及远程监控。该设计实现了“机电一体、软硬结合、管控兼备”的性能，并通过预留的参数设置接口，使内部程序模块化、规范化、商业化。

2.期刊论文邢君平.XING Jun-ping基于PROFIBUS的智能电梯式立体车库控制系统设计-保定学院学报2008,21(2) 分析研究现场总线技术与PLC及网络技术,根据现场总线技术和电梯式车库的结构形式提出了控制系统的总体方案,设计了基于PROFIBUS-DP总线技术的控制系统;并在Me093399型机电一体化系统设备上进行了实验验证,达到设计目标.

3.学位论文王红莲PROFIBUS现场总线在智能低压电器中的应用2008

智能化的低压电器是一种把微处理技术、网络技术和信息技术与现代机电一体化集成在一起的高新技术产品。现场总线技术在智能化低压电器产品中的应用，使得新一代的低压电器产品显示出了优越的性能和更强的生命力，是智能化低压电器产品发展的标志。日前在智能化低压电器中应用比较广泛的现场总线技术有PROFIBUS总线、CAN总线、DEVICENET总线、MODBUS总线。

本文主要针对的是PROFIBUS-DP现场总线在智能低压电器中的应用。本文首先论述了PROFIBUS 现场总线技术在国内外的研究现状及其在智能化低压电器中的发展趋势以及课题的研究意义

。其二，对PROFBIUS协议进行了介绍（主要包括系统组成、协议结构、数据存取机制、从站通信原理）。

其三，针对PROFIBUS-DP现场总线及其在智能低压电器中的应用要求，深入研究了SIEMENS公司的ASIC芯片SPC3的协议规范，在掌握PROFIBUS 现场总线技术的基础上提出了利用SPC3芯片开发PROFBIUS-DP智能从站接口的方案，利用微处理器和SPC3协议专用芯片设计了PROFIBUS-DP硬件接口电路，根据SPC3协议开发了接口程序及应用程序。

最后，以PC机为主站，本文所设计的接口板为智能低压断路器（DW45）的接口模块，组建单主站单从站的网络通信测试系统，调试软件程序，完成通信。

4.期刊论文满海波.徐敏基于PROFIBUS-DP现场总线的磁选车间自动化系统改造-机电一体化2009,15(5)

针对选矿厂磁选车间原有自动化系统存在的技术缺陷,运用先进的S7-300PLC、6RA70整流器、PROFIBUS-DP现场总线及WinCC人机界面技术,对系统进行了自动化网络升级改造,并实现了球磨同步电机励磁系统的数字化控制及基于HMI技术的系统远程实时监控,取得了良好的技术经济效益.

5.学位论文王栋基于嵌入式系统的电液伺服控制器设计与研究

电液伺服控制系统是机电一体化设备中最为常见的自动控制装置，由电液伺服控制器，伺服阀，执行机构和检测元件组成。论文根据电液伺服控制系统的特点，将电子系统和液压系统以及智能控制相结合，研制了基于嵌入式系统的数字式通用电液伺服控制器。这是当今液压控制系统重要的研究方向之一，具有重要的实用价值。

论文设计了电液伺服控制器硬件结构，并完成了电液伺服控制器软件设计；硬件结构以dsPIC30F6012A为执行控制单元，并移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ以满足实时控制；本控制器可通过PROFIBUS-DP总线直接和主控计算机实时通信，实现了数据的实时采集、显示和控制功能。最后搭建位置伺服控制系统进行了位置控制验证，分析了控制结果，对课题作出总结与展望。

课题主要研究内容如下：

(1) 对嵌入式系统和电液伺服系统的研究现状进行研究和分析，确定采用嵌入式微处理器dsPIC30F6012A为控制核心，选取嵌入式实时操作系统

μC/OS-Ⅱ作为软件开发平台；

(2) 完成整个系统的硬件电路的设计，包括原理图的设计、PCB的制作、电路板的装配和调试；

(3) 对实时操作系统μC/OS-Ⅱ进行研究，并移植进微处理器dsPIC30F6012A，验证实时操作系统内核的运行情况；

(4) 完成电液伺服控制器基本软件设计，并进行调试，通过实验验证，得出实验结果；

(5) 对设计文档进行归纳、整理和总结。

设计的电液伺服控制器已经应用于实际的工业现场，获得了满意的控制效果，稳态位置控制精度达到±0.01mm。

本控制器为采用复杂的控制策略实现伺服系统的位置、力或速度的高响应、高精度提供了前提条件。

6.期刊论文高宗贵.付文忠.王建国PROFIBUS-DP和FM357-2在汽车仪表板发泡生产线上的应用-机电一体化

2008,14(12)

针对目前汽车仪表板产品更新换代快、制造复杂程度高等特点,运用西门子现场总线与多轴伺服定位技术,研制出高性能的汽车仪表板发泡生产线,实现柔性化、自动化的生产要求.

7.学位论文陈长飞基于变频调速的多电机同步控制2006

新型的机电一体化粗纱机除去了传统粗纱机中的上、下锥轮，差速器，龙筋升降传动部件和成型机构，机械结构大为简化，它采用PLC控制四台变频器，分别独立驱动锭翼、罗拉、筒管和龙筋的电机来实现高效高质纺纱。

但是由于粗纱机中各执行机构相互之间没有了机械刚性连接，罗拉 、锭翼、筒管、龙筋都是各自独立的运转，它们很难实现真正地同步运行；同时取消了以前的锥轮等机械机构，粗纱的张力也很难保证在各个纺纱阶段都得到良好的控制，这些问题都给新型粗纱机的设计带来挑战，它们如果处理不好，纺纱就无法顺利进行，因此，这些问题是设计新型粗纱机的关键和核心部分，它们的解决与否决定着新型粗纱机设计的成败。

归根结底，这些问题主要表现在两个方面，一是如何使四个电机能够在启动、运行、停止时都能够协调运转，始终保持着一定的比例关系；二是如何得出四者之间的合适的比例关系。

针对以上的关键问题，本文在电气方案的设计和具体控制策略上提出了切实可行的具体解决方案。首先，在电气方案方面，我们选择了由工控机、PLC、矢量变频基础传动、光电传感器组成的系统，其中，工控机为综合监控系统，人机界面采用WinCC来设置纺织工艺参数，监控整车的运行和故障状态，它通过MPI网络协议和PLC进行通讯；PLC 是实时控制的核心，获取粗纱位置光电传感器的检测值，并通过PROFIBUS-DP总线和四台矢量变频器进行通信，读取矢量变频器中各电机的速度，计算出各个电机的理论速度，然后向矢量变频器发送指令，设置各变频电机的速度，从而控制电机的运转。其次，在控制策略方面，我们设计了由四电机的速度闭环控制和张力闭环控制组成多闭环控制，电机的速度闭环控制为内环，它来实现四个电机的同步运转；张力闭环控制的控制目标为罗拉和筒管间粗纱的悬垂度，控制输出量修正筒管的转速，从而消除纺纱过程模型不精确等因素带来的张力偏差。

由于张力控制对象中的数学模型的时变特性，常规PID闭环控制未能取得良好的预期控制效果，特别是在大纱和小纱时的张力控制效果差异很大。对此，我们尝试采用了模糊自适应PID控制来解决这个问题，从Matlab的仿真结果和粗纱机的实验结果来看，这个方法是切实可行的。

8.期刊论文乌建中.温建明.侯贤士自升式海洋平台桩腿液压升降装置控制-机电一体化2008,14(9)

利用PLC控制精度高、可靠性高、适合于顺序控制等特点,设计了基于PROFIBUS-DP现场总线的PLC控制系统,并通过WinCC组态人机界面用于自升式海洋平台液压升降装置的控制并完成人机交互.试验表明,该系统能稳定、可靠地在现场恶劣环境下完成控制要求.

9.期刊论文满海波6RA70、S7-400PLC在同步电动机励磁系统数字化改造中的应用-机电一体化2006,12(2)

文章针对线材厂中轧同步电动机原励磁系统的缺点,结合生产实际及新的控制要求,制定了合理可行的励磁系统及自动化网络改造方案.分析了新的励磁系统的组成结构及工作原理,并运用先进的西门子6RA70整流器、S7-400PLC及PROFIBUS-DP现场总线技术对中轧同步电动机励磁系统进行了成功的数字化改造,取得了良好的经济效益.

10.学位论文马超基于Profibus现场总线的柔性制造系统的研究与实现2010

近30年以来，为适应日趋多样的加工要求和愈演愈烈的市场竞争，柔性制

造技术得到快速发展，成为现代制造业重要的一部分。控制系统作为柔性制造

系统中重要的核心部分，同时也朝着自动化、智能化、柔性化、精密化、高可

靠性的方向迅速发展。FMS控制系统要实现对物料流、能量流和信息流的自动

控制，就必须建立现场设备级到车间级的通信网络。现场总线技术是应用于现

场设备的高速通信通道，将其应用到FMS控制系统能够有效的增强传输信息的

实时性，保障系统高效的运行。

本文分析了柔性制造系统和PROFIBUS现场总线的研究现状，在剖析传统

柔性制造系统通信网络通信缺点的基础上，提出了将现场总线技术应用在柔性

制造系统的解决方案。以合肥工业大学CIMS研究所研制开发的STAR-M FMS

柔性制造系统和STAR-JK FMS柔性制造系统为例，研究了PROFIBUS-DP技

术在柔性制造系统中解决车间级控制中心与生产现场的通讯问题，重点阐述了

系统构成、PROFIBUS-DP总线的控制方案、通讯原理以及信息的实时控制。

系统采用S7-200或ET200作为从站，S7-300和WINCC作为主站，通过WINCC

对全系统监控和管理，并使监控画面根据现场实际情况动态显示，增强了系统

的可靠性和可维护性。通过PROFIBUS-DP总线既实现了对整个系统的实时集

中控制，又能分控制各底层设备。