（机械电子工程专业论文）基于profibus现场总线的交流伺服驱动器从站研究.pdf

】jj1 1， l n a n j i n gu i l i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa n d a s 仃o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo fm e c h a n i c a la 1 1 de l e c t r i c a le n g i i l e 耐n g l | i i l 洲1 1 l i i 嗍| l | i | 删l | | l i i i l i l y 18 2 5 4 9 9 r e s e a r c ho nt h es l a v es t a t i o nf o ra cs e r v o d r i v e rb a s e do np r o f i b u sf i e l d b u s a1 1 1 e s i si n m e c h a l l i c a le n g i n e e r i n g b y l i uj i l l a d 访s e d b y p r o m aw a n t a i s u b n l i t t e di np a 而a 1f u l f i l l m e n t o ft h er e q u i r e m e n t s f o rm ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m a r c h ，2 0 l o 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 盔l 劲 日 期：丝丝垒蕴! z 旦 位论文 以及交流伺服系统向全数字化、网络 化方向发展的需求，将现场总线接口集成到交流伺服驱动器中已成为重要的发展趋势。本文在 深入研究p r o f i b u s 现场总线技术的基础上，将p r o f i b u s 现场总线与交流伺服技术相结合， 提出了采用p l 的f i b u s - d p 技术实现交流伺服驱动器的现场总线接口的方法，并完成了基于 p i 的f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站的设计。 本文首先对p r o f m u s 现场总线技术进行了研究，分析了p r o f m u s 现场总线的类型及 协议结构，详细介绍了p r o f i b u s d p 技术，着重研究p r o f m u s d p 从站的基本功能和扩展 功能，并对用于驱动技术的p r o f i “v e 行规进行了介绍。然后采用p r o f i b u s - d p 协议芯片 ，c 3 + c 设计交流伺服驱动器的现场总线接口，并结合交流伺服驱动器的具体功能，应用高性 能的交流伺服控制芯片i r m c k 2 0 l 和d s p 处理器1 m s 3 2 0 f 2 8 1 2 设计交流伺服驱动器的控制系 统，完成了从站的硬件电路设计。在此基础上，本文进行了交流伺服驱动器从站的软件设计， 介绍了软件的总体结构，并详细分析各个软件模块的设计方法和关键技术，实现了从站的 p r o f 璐u s d p 现场总线通信和伺服控制功能。 针对从站的硬件、软件设计，本文组建了以p l c 和p c 机为主站的p r o f m u s _ d p 现场总 线网络，开发测试软件，对交流伺服驱动器从站进行了实际运行测试，并达到了预期的效果。 最后进行了全文总结，并对进一步的研究工作做出了展望。 关键词：现场总线，过程现场总线，p r o f m u s - d p ，从站，交流伺服 基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究 a b s t r a c t w i mm ee x t e n s i v ea p p l i c 撕o no f 丘e l d b u st e c h n o l o g yi i lt h ea r e ao fi n d u s t r i a la u t o m a t i o na i l dm e d e v e l o p m e m 确眈m e n tf o rf u l ld 婷t a l i z a t i o na n dn e 咖d d n go fa c s e r v os y s t e m ，i t1 l a sb e c o m ea 1 1 i i n p o 咖td e v c l 叩i i l gt e n d c l l c yt 0i n t e g m t e 丘e l d b u si n t e f 国c ei 1 1 幻a cs e 肿砌v 豇o nm eb a s i so f i n - d e p m 咖d y o fp r o f m u sf i e l d b u st e c h i l o l o g y ，c o m b i i l i r 培血ep r o f m u sf i e l d b 惦w i ma c r v o t e c l l i l o l o 鼢觚a p p r o a c h0 fr e a l i z i i 培m e 矗e l d b l l si i l t e 嘲c e o fa cs e n ，od r i v e rb yu s i n gt 1 1 e p r o f i b u s - d pt e c l l i l o l o g yi sp r o p o s e d ，锄dt l l es l a v es t a t i o nf o ra cs e 0d r i v e r b a s e do n - p r o f u sf i e l d b 璐i sd e s i g n e d f 硫t l yn l ep r o f i b u sf i e l d b u st e c l l l l 0 1 0 9 y i ss t u d i e di l lt l l i s p a p c r ，t l ：忙t ) ，p e 锄dp r o t o c o l s 衄l c t u 托o fp i f m u sf i e l d b u si s 觚a i y z e d ，n l ep r o f u s d pt e c l l n o l o g ) ri sd e s c 曲e di i ld e t a i l ， t l l eb a s i c 出0 n 鹬、e n 舔t l l ee x t e n d e d 缸l c t i o no fp r o f i b u s d ps l a v ei se n l p h 撕c a l l ys t l l d i e d ， 锄d l ep r o f i 缸v ep r o f i l ef o r 出v et e c l l i l o l o g ) ，i si n 加d u c e d t h e i lm cf i e l d b 琊硫e 血c eo fa c s e r v o 幽v e ri sd e s i 朗e db ya d o p t i n gp r o f i b u s d pp r o t o c o lc h i p 、伊c 3 + c ，a n dc o n 曲i 1 1 ：i n gw i mt l 抡 s p e c i 丘c 血n c t i o no fa cs e r 、r o 出v e r ，t l l ec o m ls y s t e mo fa cs e od r i v c ri sd e s i g i l e db ya p p l y i r 玛 h i 曲p e m 脚瑚c ea c s e n r oc o n 舡d l i c 取m c k 2 0 la i l dd s p p r o c e s s o rt m s 3 2 0 f 2 8 1 2 ，t h eh 娥i w a r e c i r c u i td e s i g no fs l a 、，es t a t i o ni sc o m p l e t e d o nm eb 勰i so ft 1 1 a t ，m es o 仔眦d e s i g no fs l a v es 洲o n f o ra cs e n ，o “v e ri sp e r f 0 n n e di nt 1 1 i sp a p c lt 1 1 eo 啪ns o 小硼r es t r u c 脏i si 1 1 n o d u c e d ，l h ed e s i 印 m e t l l o d sa n dk e yt e c h n o l o g i e so fe a c hm o d u l ea r e 锄a l y z e di nd e “l ，t l l ep r o f i b u s d pf i e l d b u s c o n 】m u n j c a _ t i o na n ds e n r oc o n 缸d l c t i o no fs l a v es 伽o nh a r v eb e e na c h i e v e d a 疋c o r d i n gt o 廿1 eh a r d w a r ea n ds o f 啊a 咒d e s i 弘o f 吐圮s l a v es t a t i o n ，t l 圮p r o f i b u s - d pf i e l d b u s n e t 、 ，o r ki sc o 地恤l c t e db yl l s i l l gp l c 挑dp c 镐廿：屺m 舔t 盱s t 撕o n ，t l l et e s ts o 小阳r ei sd e v e l 叩e d ，吐璩 d e s i 毋1 e ds l a 、，cs t a ：吐伽f o ra cs e n r 0 幽v e rh 勰b e e nt e s t e d ，姐dt l l ee x p e c t e dr e s u l t sh a v eb e e n 。 a c h i e v e d 。f i l l a l l y ，也ew h o l ew o r k i ss u 删_ r 嘶z e d ，锄dn l ef h r m e rr e s e a r c hi ss u g g e s t e d k e y w o r d s ： f i e l d b l l s ，p r o f m u s ，p r o f i b u s d p ，s l a v e ，a cs e n ，o 第一章绪论。1 1 1 课题的研究背景一1 1 2 现场总线技术。2 1 2 1 现场总线概述2 1 2 2 现场总线技术的发展3 1 3 交流伺服系统的发展趋势4 1 4 课题的研究目的和意义5 1 5 本文的主要研究内容及安排5 第二章p r o f m u s 现场总线技术研究。7 2 1 p r o f m u s 现场总线。7 2 1 1p r o f m u s 概述7 2 1 2p r o f m u s 类型。7 2 1 3p r o f m u s 协议结构。8 2 2p r o f m u s d p 技术j 9 2 2 1p r o f i b u s d p 传输技术j 。9 2 2 2p i 的f m u s - d p 总线存取协议。l o 2 2 3 p r o f m u s d p 数据链路层服务1 1 2 2 4p i 的f i b u s d p 报文1 2 2 2 5p i 的f m u s - d p 系统结构。1 3 2 3 p r o f m u s - d p 从站一1 4 2 3 1p r o f m u s - d p 从站基本功能1 4 2 3 2p r o f m u s - d p 从站扩展功能。1 6 2 3 3p r o f m u s d p 从站开发。19 2 4p r o f i 矾v e 行规1 9 2 5 本章小结2 0 第三章交流伺服驱动器从站的硬件设计2 1 3 1 硬件总体设计2 1 3 2 p i 的f i b u s d p 接口电路设计2 2 3 2 1 v p c 3 + c 电路2 2 3 2 2r s 4 8 5 驱动电路2 4 i l i 基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究 3 3 伺服控制电路设计一2 6 3 3 1 i r m c k 2 0 1 电路2 6 3 3 2 t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 电路2 9 3 4 外围接口电路设计3 0 3 4 1 编码器接口电路3 0 3 4 2 指令脉冲接口电路31 3 5 本章小结3 2 第四章交流伺服驱动器从站的软件设计3 3 j 4 1 软件总体设计3 3 4 2主程序3 4 4 2 1d s p 初始化3 4 4 2 2 i 刚c k 2 0 l 配置3 6 4 2 3 c 3 + c 初始化3 8 4 3 p r o f i b u s d p 通信接口4l 4 3 1 从站的基本功能d p v 0 4 1 4 3 2 从站的扩展功能d p v l 4 3 4 3 3 从站的数据通信4 5 4 4 从站的伺服控制o 4 7 4 4 1 运行状态4 8 4 4 2 控制模式4 9 4 - 4 - 3 位置环。：5 0 4 5 本章小结5 0 第五章交流伺服驱动器从站的运行测试5l 5 1 g s d 文件51 ， 5 2p r o f i b u s d p 通信测试5 3 5 - 3 伺服控制功能测试：5 7 ； 5 4 本章小结6 0 第六章总结与展望6 l 6 1全文总结：6 1 6 2研究展望：6 l 参考文献6 3 至l 【谢6 6 在学期间的研究成果及发表的学术论文6 7 i v t 南京航空航大大学硕士学位论文 图表清单 图2 1p r o f i b u s 协议结构8 图2 2r s 4 8 5 总线段结构9 图2 3u a r t 字符格式一1 0 图2 4p r o f m u s 总线存取协议。l l 图2 5p i 的f i b u s d p 报文传输1 2 图2 6p r o f 田u s d p 报文格式1 3 图2 71 类d p 主站与d p 从站的循环数据交换1 4 图2 81 类d p 主站与d p 从站的非循环通信1 7 图2 92 类d p 主站与d p 从站的非循环通信1 8 图3 1 交流伺服驱动器从站硬件总体结构2 1 图3 2v 】) c 3 + c 内部结构2 2 图3 - 3 、，p c 3 + c 电路2 3 图3 4r s 4 8 5 驱动电路_ 2 5 图3 5 隔离电源模块电路2 6 图3 6 粼k 2 0 1 电路2 6 图3 7i i 己m c k 2 0 1 复位电路：2 7 图3 8p w m 信号输出电路一2 7 图3 9 卫r 2 1 7 5 电流检测电路2 8 图3 1 0d s p 电源电路2 9 图3 1 1j 1 a g 接口电路2 9 图3 1 2s p i 接口连接3 0 图3 1 3 编码器a b z 信号处理电路。3 1 图3 1 4 位置指令脉冲。3l 图3 1 5 指令脉冲信号处理电路。3 2 图4 1 交流伺服驱动器从站的软件总体结构3 3 图4 2 主程序执行流程3 4 图4 3 ，c 3 + c 初始化程序流程：3 8 图4 4d p 缓冲区结构3 9 图4 5p r o f i b u s d p 从站状态机4 2 v 基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究 v i 图4 6f d li i l d 中断处理流程。4 4 图4 7 从站使用的标准报文类型4 6 图4 8p p o 数据格式4 6 图4 9 从站的伺服控制程序流程4 7 图4 1 0 从站的运行状态图4 8 图4 1 1 定位控制程序处理流程4 9 图4 1 2 位置伺服控制系统结构5 0 图5 1p r o f i b u s - d p 系统网络组态5 3 图5 2p r o f i b u s d p 系统硬件组态5 4 图5 3 从站设备参数5 4 图5 4p r o f m u s d p 系统实际组成5 6 图5 5p z d 输入输出数据。5 6 图5 6 上位机测试软件5 7 图5 7 单主站系统硬件组态。5 7 图5 8 测试软件的伺服控制窗口5 8 图5 9 速度控制曲线5 8 图5 1 0 定位控制时速度曲线。5 9 图5 1 1 定位控制时位置曲线5 9 图5 1 2 无匀速段的速度曲线6 0 表2 1p r o f i b u s 数据链路层服务1 2 表2 21 类d p 主站与d p 从站的通信1 5 表2 32 类d p 主站与d p 从站的通信。1 6 表2 4d p - v l 服务存取点1 6 表2 5d p - v l 报文的功能码。1 8 表3 19 针d 型连接器引脚定义：2 4 表4 1 瓜m c k 2 0 1 寄存器配置3 6 表4 2 ，c 3 + c 内部r a m 功能分配3 8 表4 3v p c 3 + c 缓冲区分配：3 9 表4 4s a p 列表入口：4 0 表4 5s a p 列表结构4 0 表4 6 过程数据p z d 中的信号定义4 5 缩略词 p r o f 毋u s c n c p l c m c i s o d s p a s i c i p m o s i e 认 u a r t p m s m p w m r a m g p i o s v p w m f o c s p i c p u 注释表 英文全称 p r o c e s sf i e l d b u s c 叫l p u t e rn u m e r i c a lc o n 仃0 l p r o 伊硼1 m a b l el o 百cc o i 血o l l e r h t 锄a t i o n a le l e c 仃o t e c h n i c a lc 0 m i i l i s s i o n h l t e m a t i o n a lo 玛a i l i z a t i o nf o rs t a n d 砌切a 矗o n d i g 妇ls i 弘a lp r o c e s s o r a p p l i c a t i o ns p e c 诳ci n t e g m t e dc i r c u i t h t e l l i g e n tp o w 盯m o d u l e o p e ns y s t e mh l t e r c o n n e c t i o n e l e c 缸、o i l i ci n d u s t r i e sa 5 s o c i a t i o n u 1 1 i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s i i l i t t e r p 钮m a n e n tm ：呼l e ts ) ，l l c l l l 0 n o u sm 0 t o r p u l s ew i d lm o d u l a t i r a n d o ma c c e s sm e m o 巧 g 明e r a lp u r p o s e 螂u to u l l ) u t s p 卸ev e c t o rp u l s ew i d mm o d u l a t i o n f i e l do r i e n t e dc o n 臼0 l s e r i a lc o m 瑚埘1 j c a t i o nh l t e r f a c e c e n 缸_ a lp r o c e s s i n gu 1 1 i t 中文释义 过程现场总线 计算机数字控制 可编程逻辑控制器 国际电工委员会 国际标准化组织 数字信号处理器 专用集成电路 智能功率模块 开放式系统互连 电子工业协会 通用异步收发器 永磁同步电机 脉宽调制 随机存储器 通用输入输出 空间矢量脉宽调制 磁场定向控制 串行外设接口 中央处理器 i i 第一章绪论 1 1 课题的研究背景 伺服驱动器是现代工业自动化系统中的重要组成部分，交流伺服驱动器以其控制精度高、 可靠性好、运行平稳等显著优点，已成为高精度、高性能的伺服驱动应用的首选。由交流伺服 驱动器和永磁同步电机组成的交流伺服系统够快速精确地实现转矩、速度、位置控制，在数控 机床、工业机器人、自动化生产线等工业场合应用广泛【l 】。在交流伺服控制系统中，交流伺服 驱动器的上位机控制器通常是c n c 系统、运动控制器以及p l c 等，交流伺服技术的发展也推 动着交流伺服驱动器与其上位机控制器之间的伺服接口技术的发展。 目前交流伺服驱动器普遍使用的是模拟接口和数字脉冲接口。在模拟接口方式下，以1 0 v 的模拟电压作为输入信号控制速度或转矩；在数字脉冲接口方式下，能够接收以脉冲形式输入 的位置指令信号1 2 】【3 】。随着开放式数控系统、网络化运动控制技术的迅速发展，以及交流伺 服系统向全数字化、智能化、网络化方向发展的需求，这些模拟和脉冲形式的接口由于其自身 的缺陷己经难以满足发展要求。现场总线技术的迅速发展，各种开放式数字伺服通信协议的提 出，使得交流伺服驱动器的现场总线接口越来越受到人们的重视。 现场总线技术是2 0 世纪8 0 年代后期发展起来的一种先进的工业控制技术r 7 1 ，它将计算机 网络和数字通信技术应用到了工业控制领域。将现场总线技术应用到伺服驱动装置，使现场总 线成为控制单元和伺服系统之间的接口【8 】，能够显著增强伺服驱动装置与控制单元间的互联能 力。在现场总线接口方式下，交流伺服驱动器作为现场总线网络中的通信节点，接收各种控制 指令，完成速度、位置控制功能，并反馈运行状态信息。上位机控制器通过现场总线对交流伺 服驱动器进行运行控制、参数设置、状态监控以及故障诊断。由于通过现场总线传输的是全数 字量，因此避免了信号干扰，提高了系统的可靠性和控制精度，统一的数据传输介质也使得交 流伺服驱动器安装简单，应用成本降低【9 】。采用现场总线接口技术，是伺服驱动装置实现高速、 高精控制和信息化的必要条件【10 】。现场总线采用标准的数字通信协议，数据传输具有实时性和 可靠性保证，通过现场总线接口交流伺服驱动器可以进行高速数据通信，能够方便地构建分布 式、网络化的伺服控制系统。 目前在应用于伺服驱动设备的现场总线方面研究较多的是以c a n 、p r o f i b u s 为代表的现 场总线以及s e r c o s 运动控制总线【1 1 - 15 1 。 c a n ( c 0 n 仃0 l l e r a r c a n e 柳o r k ，控制器局域网) ，是一种具有高可靠性，支持分布式控制、 实时控制的串行数据通信总线。c a n 总线只定义了物理层和数据链路层，提高了c a n 总线应 用的灵活性，用于伺服驱动设备时可采用d e 、，i c e n e t 或c a n 叩e n 应用层协议。 l 基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究 p r o f i b u s ( p r o c e s sf i e l d b u s ，过程现场总线) ，是一种开放式的现场总线协议，广泛应用 于二r = 业自动化领域。p r o f i b u s 包含在现场总线国际标准i e c 6 1 1 5 8 中，是目前应用最广泛的 现场总线技术。p r o f i b u s 现场总线用于伺服驱动设备时通常采用p r o f i b u s d p 技术， p r o f i b u s d p 专为自动控制系统和分散外设之间的通信而设计，适合于实时性要求严格的设 备级的高速数据传输。 s e r c o s ( s e r i a lr e a l t i m ec o 舢m 妇c 撕o ns y s t e m ，串行实时通信系统) ，是一种专门用于 工业机械电气设备的控制单元与数字伺服装置及可编程控制器之间实现串行实时数据通讯的协 议标准。s e r c o s 于1 9 9 5 年成为国际标准m c 6 1 4 9 1 ，是目前唯一的运动控制总线标准。 现场总线接口已经成为许多高端的伺服驱动产品的标准配置。在具体应用方面，s i e m 哪 公司在其驱动产品采用了p r o f i b u s 现场总线，r d c k w r e l l 的电机控制产品则使用了d e 、，i c e n e t 现场总线。s c l l l l e i d e r 公司的l e x i u m0 5 系列的中高端通用型伺服驱动器中提供了p r o f m u s 现场总线和c a n 总线接口，瑞士b l m m o r 公司的部分伺服驱动器集成了p r o f m u s 和c a n 总 线接口。德国b e c l d l o 行公司也为其伺服驱动器提供了s e r c o s 、p i 的f m u s 、d e 、，i c e n e t 等现 场总线接口模块。 随着工业以太网在工业控制领域的推广应用，基于实时工业以太网技术的运动控制系统也 随之发展起来。b r 公司开发的e 吐啪e tp o w e d i i l l 【是一种可满足最苛刻实时要求并已投入实 际应用的工业以太网；b e c l ( 1 1 0 i j f 公司推出的e 螂a t 是当前最具实用化意义并适用于运动控 制的开放式实时工业以太网技术；基于工业以太网技术的p r o f i n e t 的同步实时通信刀r t 可用 于高性能的同步运动控制。实时工业以太网技术能够满足高性能运动控制对数据传输的实时性、 可靠性和同步性要求，成为伺服接口技术的重要发展方向。 1 2 现场总线技术 1 2 1 现场总线概述 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网u 削。 现场总线是计算机技术、控制技术和通信技术发展紧密相结合的产物，在现场总线国际标准 i e c 6 1 1 5 8 中，国际电工委员会i e c 对现场总线的定义为：安装在制造或过程区域的现场装置与 控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线n 引。 现场总线首先从本质上来说是一种数据总线技术。现场总线是一种应用于生产现场，在现 场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多节点的数字通信技术n 引。随着微处 理器在工业设备中的广泛应用，现场设备的智能化程度不断提高，并具备了较强的通信能力， 现场总线提供了可以进行全数字化、多节点通信的数据总线，把分散的设备变成现场总线网络 中的通信节点，使用统一的通信协议实现这些现场设备之间的数字通信。 2 l 南京航空航天大学硕七学位论文 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络， 它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。现场总线属于工业网络结构中 的底层控制网络，是整个工业网络中最基础的控制和通信环节。现场总线提供了工业生产过程 中的现场设备与控制设备之间以及与更高的管理层之间的联系通道，使工业网络直接延伸到了 最底层的工业现场设备之中。 现场总线的出现导致了传统控制系统结构的变革，并形成了分布式、网络化的现场总线控 制系统( f i e l d b u sc 0 n 血d ls y s t e m ，f c s ) 。基于现场总线的控制系统是一个开放的、全分布的通 信网络，它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接在一起成 为网络系统，并进一步构成自动化系纠憎1 。现场总线控制系统f c ：s 以智能化的现场设备为基础， 通过现场总线网络连接这些智能设备节点，将控制系统的功能分散到各个现场设备之中，形成 可以共同完成控制任务的网络化的控制系统。 1 2 2 现场总线技术的发展 2 0 世纪8 0 年代，霍尼韦尔公司提出在其现场设备中使用数字信号控制，这被认为是现场 总线技术发展的起点【2 0 】。经过3 0 多年的发展，国际上出现了2 0 0 多种现场总线，其中有影响 力的也有几十种【1 6 1 。现场总线技术代表了工业自动化技术的未来发展趋势，在实际需求的推动 下，国际上许多有较强技术实力和行业影响力的公司，如s i e m s 、r o c k w e l l 、p h 0 锄i 】【c o r 她c t ， 均投入对了大量的人力、财力进行了现场总线技术的研究，并分别推出了自己的现场总线标准 以及相应的现场总线产品。目前应用范围较为广泛的现场总线有p r o f 毋u s 、f f 、d e 、，i c e n e t 、 州t e r b u s 以及c a n 等。 由于目前各类现场总线都是由多家大公司主导开发的，其针对的应用领域不同，不同现场 总线的通信协议的区别很大，因此出现了多种现场总线并存的现状，现场总线标准实际上并不 统一。各种现场总线也都成立了自己的国际组织，以扩展其在行业和用户中的影响力，并且力 争使自己成为现场总线国际标准。对于开放的现场总线来说，其标准化是非常重要的，国际电 工委员会i e c 和国际标准化组织i s o 分别进行了现场总线的标准化工作，主要有以下几个重要 的现场总线国际标准口o 】【2 1 】； ( 1 ) 用于工业控制系统的c 6 1 1 5 8 标准。1 9 8 5 年国际电工委员i e c 和美国仪表学会i s a 联合开始着手现场总线的标准化工作，但是宜到2 0 0 0 年才正式通过了i e c 6 1 1 5 8 标准。该标准 中规定了8 种类型的现场总线，分别是f fh 1 、c 0 n 仃o l n e t 、p r o f i b u s 、p - n e t 、f f h s e 、 s w i f 胡n e t 、w 6 d d f i p 、烈r i e i m u s 。 ( 2 ) 用于低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口的i e c 6 2 0 2 6 标准。该标准 汇集了如a s i 、d e v i c e n e t 、s d s 等i o 设备级的现场总线。 3 基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究 ( 3 ) 道路交通工具用的现场总线国际标准i s 0 1 1 8 9 8 和i s 0 1 1 5 1 9 。这两个标准是控制器局 域网c a n 总线的国际标准。在i e c 6 1 1 5 8 和i e c 6 2 0 2 6 之前，c a n 总线是唯一被批准为国际标 准的现场总线。 除了上述具有国际标准的现场总线外，还存在着如h w | 0 r k s 、h a r t 、c c l i n l 【等在行业 内部应用较为广泛的现场总线。 现场总线以其开放性、互用性、自治性以及适应性等技术特点为优势【1 6 】，在工业自动化领 域得到了广泛的应用，展示了巨大的发展潜力。从目前的发展状况来看，各种现场总线正不断 扩展其应用领域，既相互竞争又相互共存。由于各种现场总线已经在不同领域形成了自己的优 势，再加上经济利益等原因，现场总线不可能在短期内形成统一的标准，但统一的现场总线标 准将是现场总线技术发展的重要趋势。 1 3 交流伺服系统的发展趋势 随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电机控 制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的发展【l 】。由于交流伺服电机在结构、材料和控制 技术等方面的进步，以及其在成本和可靠性上的优势，目前交流伺服系统获得到了广泛的应用， 综合交流伺服系统的现状与发展，其发展趋势主要有以下几个重要方面2 m 4 】： ( 1 ) 全数字化。由高性能的数字信号处理器、大规模可编程逻辑器件以及电机控制专用集 成电路构成的伺服控制单元将全面取代以模拟电子器件为主的模拟式伺服控制单元，实现全数 字化的交流伺服系统。全数字化不仅包括伺服控制单元的数字化，还包括了伺服接口以及测量 单元的数字化。全数字化的突出优点是使控制系统软件化，将原有的硬件伺服控制变成了软件 伺服控制，不仅简化了伺服系统的硬件结构，而且提高了运行可靠性。 ( 2 ) 智能化。智能化是当前工业控制设备的流行趋势，最新数字化的伺服控制单元通常都 设计为智能型产品。交流伺服系统的智能化程度不断提高，高性能的交流伺服驱动器已经普遍 具备了参数自动整定、故障诊断分析、电机参数自动辨识等智能化的功能。 ( 3 ) 网络化。网络化是交流伺服系统发展的重要趋势，随着现场总线技术的迅速发展以及 工业以太网的推广应用，目前最新交流伺服系统都开始配置了各种类型的网络接口。通过网络 接口，交流伺服驱动器作为通信节点连到现场总线或工业以太网中，可以进行高速数据通信， 实现一体化管理，而且能够方便地构建分布式、网络化的控制系统，提高交流伺服系统的应用 灵活性和系统整合效果。 ( 4 ) 高性能化。数字控制方式使得在模拟方式中难以实现的高性能控制策略能够得以应用， 除常规的矢量控制、直接转矩控制外，现代控制理论、智能控制理论应用于交流伺服系统的研 究也取得了成果。为了适应交流伺服系统的向高性能化方向发展的需要，伺服控制器普遍开始 4 采用多处理器方式，如双d s p 处理器、d s p 处理器和专用集成电路a s i c 相结合等形式，这些 都为实现各种复杂的控制算法奠定了基础。高频、大电流、高可靠性的全控型功率器件以及智 能功率模块p m 的应用也使交流伺服系统的集成度和驱动能力得到了提高。 1 4 课题的研究目的和意义 本课题是基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站研究，其目的是通过深入研究 p r o f m u s 现场总线技术，将p r o f m u s 现场总线与交流伺服技术相结合，采用p r o f l i b u s d p 技术开发交流伺服驱动器的现场总线接口，并根据交流伺服驱动器的具体应用功能设计全数字 化的交流伺服控制系统，进而完成基于p r o f i b u s 现场总线的交流伺服驱动器从站的设计，使 交流伺服驱动器能够作为标准的从站设备接入p r o f m u s 现场总线网络。 随着现场总线技术在工业自动化领域中的广泛应用，以