基于PROFIBUS-DP现场总线的机械手控制系统设计

基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计基 于 PROFIBUS-DP 现 场 总 线 的 机 械 手 控 制 系 统 设 计摘 要 : 本 文 主 要 是 关 于 机 械 手 的 控 制 系 统 设 计 .采 用 WAGO 公 司 的 可 编 程 现 场 总 线 控 制 器750-833 和 PC 机进行通讯,通讯方式是 PROFIBUS-DP 现场总线,同时可利用组态王软件进行画面组态和动画连接,实现系统监 控软件对下位机的监控.关键词：现场总线、PROFIBUS-DP 、可编程现场总线控制器、组态王软件、上位机、WAGO-I/O-PRO 32基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计DESIGN of MANIPULATORcontrolling system based on FIELDBUS PROFIBUS-DPWei JiJunDepartment of Information Engineering， Beijing Institute of Petro-chemical TechnologyABSTRACT: This passage is about design of Programmable Controller system of themanipulator. We can realize the communication of the programmable Fieldbus controller 750-833 ofthe WAGO company and PC machine . The method of the communication is the PROFIBUS-DPfieldbus. At the same time, we can configurate with KINGVIEW and do dynamic connection of menuand run monitoring of master with KINGVIEW.Key words: fieldbus、PROFIBUS-DP、 the programmable Fieldbus controller、KINGVIEW、master machine、WAGO-I/O-PRO 32基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计目 录引 言 4一 : 系 统 设 计 概 述 .51. 工 艺 分 析 与 工 艺 要 求 .51.1 机械结构.51.2 工艺要求与工艺流程.61.3 系统的具体要求.62. 采 用 的 设 计 方 案 .72.1 控制面板设计. .72.2 系统电气主回路设计. .82.3 系统输入输出点的描绘.92.4 方案的确定. 102.5 确定系统元器件的类型,数量.122.6 硬件简介. 132.7 系统输入输出元器件的定义列表.152.8 系统接线图.16二 : 现 场 总 线 概 述 231. PROFIBUS 简 介 .232. PROFIBUS 基 本 特 性 .232.1 协议结构. 232.2 传输技术. 242.3 总线存取协议.263. PROFIBUS-DP.26三 : 软 件 的 应 用 .271. 配 置 软 件 WAGO NETCON.272. 画 面 组 态 软 件 组 态 王 6.0.273. WAGO-I/O-PRO 32 编 程 软 件 .294. 组 态 王 与 WAGO-I/O-PRO 32 之 间 数 据 交 换 31四 : OPC 技 术 简 介 .35五 : 机 械 手 的 控 制 系 统 的 实 现 .361. WAGO NETCON 中 的 主 站 和 从 站 配 置 .362. 用 组 态 王 进 行 画 面 组 态 和 动 态 链 接 .373. WAGO-I/O-PRO 32 软 件 编 程 38元 件 明 细 表 44结 论 . 46致 谢 .47参 考 文 献 . 48基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计引 言信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ,导 致 了 自 动 化 领 域 的 深 刻 变 革 ,并 逐 渐 形 成 了 自 动 化 领 域 的 开 放 系 统互连通信网络,形成了全分布是网 络集成化自控系统.现场总线控制系统 FCS 是继基地式气动仪表控制系统, 电动单元组合式模拟仪表控制系统,集中式数字控制系统,集散控制系 统 DCS 后的新一代控制系统,由于它适应了工业控制系统向分散化 ,网 络 化 ,智 能 化 发 展 的 方 向 ,给 自 动 化 系 统 的 最 终 用 户 带 来 了 更 大 的 实 惠 和 方 便 ,并 促 使 目 前 生产的自动化仪表,集散控制系 统, 可编程控制器 PLC 产品面 临体系机构,功能等方面的重大变革,导致 工 业 自 动 化 产 品 的 又 一 次 更 新 换 代 ,因 此 现 场 总 线 已 经 成 为 世 界 范 围 的 自 控 技 术 的 热 点 ,被 誉 为跨世纪的自控新技术.本设计是基于现场总线 PROFIBUS-DP 的机械手控制系统设计.第 一 步 : 了 解 机 械 手 的 机 械 结 构 和 生 产 工 艺 过 程 ,了 解 机 械 手 的 运 动 内 容 ,运 动 方 式 和 步 骤 ,归纳出工作循环图或状态流程图.第二步: 了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求.第 三 步 :确 定 机 械 手 的 控 制 方 式 ,并 详 细 的 阐 述 了 在 各 种 控 制 方 式 下 机 械 手 的 运 动 情 况 ,以及各种元件的工作情况.第三步: 进行控制面板的设计和系统电气主回路的设计.第 四 步 : 分 别 确 定 设 备 部 分 ,控 制 面 板 部 分 ,系 统 电 气 主 回 路 部 分 的 输 入 输 出 点 的 元 件 ,对 应的符号与类型.统计总的输入 输出点元件, 符号,类型以及工作条件.第 五 步 : 确 定 控 制 方 案 ,经 比 较 下 位 机 采 用 可 编 程 控 制 器 ,来 实 现 其 控 制 .组 建 可 编 程 控 制 系统.第六步: 根据机器手控制系统的分析,确定其 PROFIBUS DP 现场总线系统的典型配置图,选择符合要求的元器件.产品从天津万可公司提供的 WAGO 产品中选择.第 七 步 : 画 出 下 位 机 的 硬 件 接 线 图 ,即 电 源 模 块 ,现 场 总 线 适 配 器 ,I/O 模 块 之 间 的 具 体 接 线图以及和外围设备间的接线图.第八步: 确定系统输入输出元件列表 .包含元件名称, 符号,变量,I/O 的绝对地址,以及实现的功能.为下面的软件编程打下基 础.第九步: 用 WAGO-I/O-PRO 32 进行机械手的工作过程编程.并下载到下位机上.第十步: 用组态王进行画面的 组态,配置 OPC 服务器,实现上位机与下位机的通信连接.第十一步: 用 WAGO NETCON 进行系统主站. 从站的配置.配置的产品要与下位机的具体硬件产品相符合.第 十 二 步 : 进 行 实 验 与 调 试 .上 位 机 能 时 时 监 控 下 位 机 的 运 行 情 况 .并 且 能 软 作 用 于 下 位 机 工作.基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计一 : 系 统 设 计 概 述1. 工 艺 分 析 与 工 艺 要 求1.1 机械 结构图 1-1 是一台将工件由左工作台搬往右工作台的垂直与水平运动的工件取放机械传动设备示意图.左行电磁阀8左限位开关起动按钮原位4上限位开关右限位开关下降电磁阀 1 3 右行电磁阀 5 7下限位开关夹紧 放松2 6夹紧电磁阀 夹紧电磁阀图 1-1图 1-2 是 工 件 传 送 机 械 :右移左移下降上升夹 紧放 松基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计1.2 工艺要求与工艺流程上升与下降和右移与左移动作都是由双线圈的两位式电磁阀驱动气缸来完成, 当线圈通电时 ,就 一 直 保 持 现 有 的 机 械 动 作 ; 当 线 圈 断 电 时 ,停 止 动 作 ; 当 相 对 的 线 圈 通 电 时 ,执 行 相 反 的 动 作 .另 外 夹 紧 ,放 松 的 动 作 是 由 只 有 一 个 线 圈 的 两 位 是 电 磁 阀 驱 动 的 气 缸 完 成 ,线 圈 通 电 ,夹 住 工 件 ,线圈断电,放松工件.机 械 手 从 原 位 出 发 ,到 达 最 低 点 ,夹 住 物 体 ,然 后 上 升 ,到 达 最 高 点 ,向 右 移 动 ,到 达 右 端 最 远处 ,向 下 移 动 ,到 达 最 低 点 ,松 开 物 体 ,向 上 移 动 ,到 达 最 高 点 ,然 后 相 左 移 动 ,到 达 原 位 .机 器 手 不 停 的重复上面的操作.1.3 系统的具体要求:系统具有手动,单步运行, 单周期运行, 自动运行.手动: 用各自的按钮使各个 负载单独接通或断开的方式在手动状态下,系统能单独的上升 ,单独的下降,单独的左移,单独的右移,单 独 的 夹 紧 与 放 松 .并且相应的指示灯也能对应着单独的作用.单步运行: 按动一次启动按钮时,前进一个工步.在单步运行状态下,每按一次启 动按钮, 系统进行一次动作 ,依次执行:下降 夹住物体 上 升 右 移 下降 松开物体原点 左移 上升每个箭头表示按以下启动按钮.循环进行.单 周 期 运 行 : 在 原 点 位 置 ,按 下 启 动 按 钮 ,自 动 运 行 一 遍 在 原 点 停 止 ,若 中 途 按 动 停 止 按钮就停止运行;再按启动按钮 ,从断点处开始继续运行,回到原点自动停止.在单周期运行状态下,按下启 动按钮系统进行以下的一个循环. 到原点停止.下降 夹住物体 上 升 右 移 下降 松开物体原点 左移 上升从原点开始,到原点结束.自 动 :在 原 点 位 置 按 动 启 动 按 钮 ,开 始 连 续 的 反 复 运 行 ,若 中 途 按 动 停 止 按 钮 ,动 作 将 继续到原点自动停止.在自动运行状态下,所有手动 状态下的操作动作都无效自 动 状 态 的 初 始 条 件 : 左 限 位 开 关 接 通 ,上 限 位 开 关 接 通 ,夹 紧 电 磁 阀 松 开 ,电 源 开 关 接 通 ,泵起开关接通.自动工作的流程如下:1, 按下启动按 钮,2, 下降电磁阀 接通,机械手下降,左限位开关断开, 上限位开关断开3, 到达最低点,下限位开关接通,夹紧电磁阀接通, 夹住工件,延时.4, 上升电磁阀 接通,机械手上升,到达最高点, 上限位开关接通.5, 右移电磁阀 接通,机械手右移.到达右端, 右限位开关接通6, 下降电磁阀 接通,机械手下降,到达底端, 下限位开关接通7, 夹紧电磁阀 断开,机械手松开,延时8, 上升电磁阀 接通,机械手上升,到达最高点, 上限位开关接通9, 左移电磁阀 接通,机械手左移,到达左端, 左限位开关接通执 行 第 2 步,然 后 2 至 9 不停的循环进行.基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2: 采 用 的 设 计 方 案2.1 控制面板设计HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 HL8 HL9 HL10 HL11电源 手 动 单步 单周 自动 左移 右移 夹/放 上升 下降 泵启手动操作 自动操作SB1:上 升 SB2:复位 SB3:左移单周期操作 单步操作SB4:下 降 SA1:夹/松 SB5:右移SA3: 工作方式选择SB6:启动 SB7:停止 SA1:电源SB8:泵启 SB9:泵停控制面板图基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2.2 系统电气主回路设计NUVW断路器 QF1 QF2电源控制开关接触器 KM1 SA1HL1 电源显示热继电器 FR1变压器AC220V电动机 M 3KW现场总线适配器 750-833AC6.3VM系统电气主回路图基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2.3 系统输入输出点的描绘一: 系统设备部分(一 ): 数字量输入点1,左限位开关 SQ42,右限位开关 SQ53,上限位开关 SQ64,下限位开关 SQ7(二): 数字量输出点1,上升 电磁阀线圈 Y12,下降 电磁阀线圈 Y23,左移 电磁阀线圈 Y34,右移 电磁阀线圈 Y45,夹紧电 磁阀线圈 Y5二: 操作面板部分(一 ): 数字量输入点1,上升按钮 SB12,下降按钮 SB43,左移按钮 SB34,右移按钮 SB55,复位按钮 SB26,启动按钮 SB67,停止按钮 SB78,夹/松开关 SA29,泵启按钮 SB810,泵停按钮 SB911,工作方式转换 开关 SA312,电源开关 SA1(二 ): 数字量输出点1,指示灯HL1 ,HL2,HL3,HL4,HL5,HL6,HL7,HL8,HL9,HL10,HL11.三: 电气主回路部分(一): 数字量输入点1,热继电 器 F R1 辅助触 电(二): 数字量输出点2,接 触 器 KM1 线圈 系统输入输 出点的个数的统计 :(一): 数字量输入点1,左限位开关 SQ4 无源触点2,右限位开关 SQ5 无源触点3,上限位开关 SQ6 无源触点4,下限位开关 SQ7 无源触点5,上升按钮 SB1 无源触点6,下降按钮 SB4 无源触点7,左移按钮 SB3 无源触点基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计8,右移按钮 SB5 无源触点9,复位按钮 SB2 无源触点10,启动按钮 SB6 无源触点11,停止按 钮 SB7 无源触点12,夹/ 松开关 SA2 无源触点13,泵启按钮 SB8 无源触点14,泵停按钮 SB9 无源触点14,工作方式转换开关 SA3 无源触点15,热继电器 FR1 辅助触电 无源触点(二 ): 数字量输出点1,上升电 磁阀线 圈 Y1 为 DC24V 、28W 的线圈2,下降电磁阀线圈 Y2 为 DC24V、28W 的线圈3,左移电磁阀线圈 Y3 为 DC24V、28W 的线圈4,右移电磁阀线圈 Y4 为 DC24V、28W 的线圈5,夹紧电磁阀线圈 Y5 为 DC24V、28W 的线圈6,指 示 灯 HL1 ,HL2,HL3,HL4,HL5,HL6,HL7,HL8,HL9,HL10,HL11为 AC6.3V 1W7, 接 触 器 KM1 线圈 为 AC220V 30VA 线圈总 结 : 此系统 17 个数字量输 入点,都是无源触点.17 个数字量输出点,4 个 为 DC24V、28W 的线圈, 11 个输入点为:AC6.3V 1W 的指示灯. 一个为 AC220V 30VA 线圈2.4 方案的确定对 于 实 现 机 械 手 的 控 制 可 采 用 许 多 方 式 进 行 ,像 继 电 器 顺 序 逻 辑 控 制 ,无 触 点 式 顺 序 逻辑控制,计算机的控制,分散控制系统.通过比较, 我选择了用可编程控制器实现机械手的控制.可编程控制器的特点如下:1,可 靠 性 与 继 电 器 逻 辑 控 制 系 统 的 比 较 ,可 编 程 控 制 器 不 需 要 大 量 的 活 动 部 件 和 电 子元 件 ,它 的 接 线 也 大 大 减 少 ,与 此 同 时 系 统 的 维 修 简 单 ,维 修 时 间 缩 短 .可 编 程 控 制 器 采 用 了 一 系 列的 可 靠 性 设 计 的 方 法 进 行 设 计 ,例 如 :冗 余 设 计 ,掉 电 保 护 ,故 障 诊 断 和 信 息 保 护 及 恢 复 等 .有 较 强 的易操作性,它具有编程简单,操作方便 ,维修简单.与通用的计算机控制系统比较:可编程控制器是 为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件 ,采用了经简化的编程语言, 编程的出错率大大降低.而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高 ,在 硬 件 设 计 方 面 ,采 用的 一 系 列 提 高 可 靠 性 的 措 施 .例 如 :采 用 可 靠 性 高 的 元 件 ,采 用 先 进 的 工 艺 制 作 流 水 线 制 造 ,对 干 扰的屏蔽,隔 离 ,和滤波等. 在 软 件 设 计 方 面 ,采用软件滤波,软件字诊断,简化编程语言,信 息 保 护 和 恢 复 ,报警和运行信息的显示等.2,易操作性 主要体现在操作方便, 编程方便, 维修方便.当系统发生故障时, 通过硬件和软件的自诊断,维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代 码的显示, 或通过编程器和 CRT 屏幕的显示,很快的找到故障的所在的部位, 为迅速排除故障和修复节省了时间,降低了 MTTR.3,灵 活 性 编 程 的 灵 活 性 ,采 用 各 种 不 同 的 编 程 语 言 ,编 程 的 多 样 化 使 编 程 方 便 ,应 用 面扩展.采用软连接的方法, 在生产工艺流程更改或者生产设备更换时, 可以不必改变可编程控制器德硬 设 备 ,通 过 程 序 的 编 制 与 更 改 就 能 适 应 生 产 的 需 要 . 扩 展 的 灵 活 性 ,能 进 行 容 量 的 扩 展 ,功 能 的 扩展, 应 用和控制范围的扩展. 操作的灵活性4,机电一体化 可编程控制器是机电一体化的产物可编程控制器的主要功能和应用基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计1,开关逻辑和顺序控制2,模拟控制3,信号联锁系统4,通信鉴于以上可编程控制器得优点,以及它能实现的功能, 对于机器手控制系 统,我采用了可编程控制器实现其控制.构建机器手的可 编程控制系统.现在市场上,有许多可编程控制器得 产品, 如:三菱电机的 F1 系列产品,FX 系列产品,西门子的 S5-100U,SU-135U/R, 德 国 WAGO 公司的 750 系列产品等.根据实验室条件,在选用可编 程控制器组件时, 我选择德国 WAGO 公司的产品.750 系列产品在安 装 上 及 其 方 便 ,其 扩 展 性 ,容 量 都 可 以 根 据 设 计 要 求 去 改 变 . 其 现 场 总 线 适 配 器 可 与 现 场 总 线 直接 连 接 .它 自 带 各 种 总 线 接 口 , 可 进 行 PROFIBUS DP 现 场 总 线 系 统 的 典 型 配 置 ，可 进 行INTERBUS 现 场 总 线 系 统 的 典 型 配 置 、可 进 行 DeviceNet 现 场 总 线 系 统 的 典 型 配 置 、可 进 行CANopen 现 场 总 线 系 统 的 典 型 配 置 、可 进 行 MODBUS 现 场 总 线 系 统 的 典 型 配 置 、可 进 行LonWorks 现场总线系统的典型配置、可进行 EtherNet TCP/IP 现场总线系统的典型配置.由于设计要求,我采用的是 PROFIBUS DP 现场总线系统的典型配置,其典型配置图如下:上位机现场总线 PC 接口卡 现场总线 PC 接口卡 现场总线 PC 接口卡PROFIBUS-DP电 现 模 数 模 数 特 电 现 模 数 模 数 特源 场 拟 字 拟 字 殊 源 场 拟 字 拟 字 殊模 总 量 量 量 量 模 模 总 量 量 量 量 模块 线 输 输 输 输 块 块 线 输 输 输 输 块适 入 入 出 出 适 入 入 出 出配 模 模 模 模 配 模 模 模 模器 块 块 块 块 器 块 块 块 块基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计根据机器手控制系统的分析,其 PROFIBUS DP 现场总线系统的典型配置图如下所示:上位机现场总线 PC 接口卡PROFIBUS-DP电 现 数 数 特源 场 字 字 殊模 总 量 量 模块 线 输 输 块适 入 出配 模 模器 块 块2.5. 确定系统元器件的类型,数量数字量输入模块: 750-403 五块数字量输出模块: 750-504 四块PC 接口卡: 758-302 一块现场总线适配器: 750-833 一块电源模块: 787-912 一块终端: 750-616 一块基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2.6: 硬件简介1. 750-833 现场总线适配器原理与接线图:状态: 电压供应跳转电压:触点系统数据触点现场总线接口提供: 24v,0v跳 转 电 压 供 应 触点: 24v,0v地址地址 接地配置和程序接口 跳转电压触点750-833 现场总线 适配器内部接 线图750-833 可 编 程 适 配 器 ：用 于 PROFIBUS-DP 的可编程现场总线控制器; 符合 EN50170,节 点 数 （带中继器时）最多传输段距离 1200m，波特率最大 12M；节点中允许有数字量信号和模拟量信号，每个节点输入/输出模块最多 63 个，输入/ 输出过程映像各为 128 字节，输入/输出变量各为 128个字节，程序内存为 128k 字节，数据内存为 64k 字节，固定内存为 8 k 字节。基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2. 750-403 数 字 量 输 入 模 块四通道数字量输入模块，输入信号 电流 5mA;24VDC;输入 滤波 0.2ms;正逻辑；可直接连接 2线 现 场 装 置 。如 下 图 3.6 所示。图 3.6 750-403 数字量输入模块内部电路图数 字 量 输 入 模 块 从 数 字 量 现 场 设 备 （如 传 感 器 等 ）接 受 信 号 。每 个 输 入 模 块 都 有 一 个 抗 干 扰滤 波 器 ，滤 波 器 有 不 同 的 时 间 常 数 。从 总 线 到 现 场 通 过 光 电 耦 合 器 隔 离 。扣 压 在 DIN 导轨上的所有 输 入 模 块 都 独 立 于 现 场 总 线 ，并 自 动 与 下 一 个 模 块 连 接 。装 有 I/O 系 统 柜 体 的 接 地 端 必 须 与 I/O系 统 的 安 装 DIN 导轨通过低阻抗导体进行连接。3. 750-504 数 字 量 输 出 模 块4 通 道 数 字 量 输 出 模 块 ；输 出 信 号 电 流 0.5A;24VDC;带短路保护；正逻辑。如下图:图 3.8 750-504 数字量输出模块内部电路图控 制 系 统 中 所 控 制 的 数 字 量 输 出 驱 动 连 接 在 输 出 上 的 负 载 。所 有 输 出 点 均 设 有 电 子 短 路 保基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计护 。该 模 块 是 四 通 道 两 线 装 置 ，每 个 输 出 都 通 过 光 电 耦 合 器 与 总 线 隔 离 。所 有 输 出 模 块 均 可 适 应于 任 意 现 场 总 线 。将 模 块 扣 压 到 DIN 导 轨 上 以 后 ，模 块 的 工 作 电 源 通 过 模 块 与 模 块 间 的 连 接 而 自动导通。2.7: 系统输入输出元器件的定义列表元器件名称 符号 对应变量 I/O 口的绝对地址 功能按钮 SB1 x1 %ix0.1 上升控制按钮 SB4 x2 %ix0.2 下降控制按钮 SB3 x3 %ix0.3 左移控制按钮 SB5 x4 %ix0.4 右移控制按钮 SB2 x5 %ix0.8 复位控制按钮 SB6 x6 %ix0.9 启动控制按钮 SB7 x7 %ix0.10 停止控制开关 SA2 x8 %ix0.11 夹/ 松控制开关 SA1 作为硬件部分不分配变量与地址 电源接通与断开按钮 SB8 x13 %ix1.10 泵起控制按钮 SB9 x18 %ix1.11 泵停控制转换开关 SA3 x14 %ix1.0 手动方式选择转换开关 SA3 x15 %ix1.1 自动方式选择转换开关 SA3 x16 %ix1.2 单周期方式选择转换开关 SA3 x17 %ix1.3 单步方式选择指示灯 HL1 作为硬件部分不分配变量与地址 电源通断显示指示灯 HL2 y11 %qx1.0 手动方式显示指示灯 HL3 y12 %qx1.1 单步方式显示指示灯 HL4 y13 %qx1.2 单周期方式显示指示灯 HL5 y14 %qx1.3 自动方式显示指示灯 HL6 y1 %qx0.1 左移状态显示指示灯 HL7 y2 %qx0.2 右移状态显示指示灯 HL8 y3 %qx0.8 夹/放状态显示指示灯 HL9 y4 %qx0.4 上升状态显示指示灯 HL10 y5 %qx0.5 下降状态显示指示灯 HL11 y15 %qx0.9 泵起状态显示电磁阀线圈 Y1 y6 %qx2.0 执行上升电磁阀线圈 Y 2 y7 %qx2.1 执行下降电磁阀线圈 Y 3 y8 %qx2.2 执行左移电磁阀线圈 Y 4 y9 %qx2.3 执行右移电磁阀线圈 Y 5 y10 %qx0.10 执行夹/ 松左限位开关 SQ4 x9 %ix2.0右限位开关 SQ5 x10 %ix2.1上限位开关 SQ6 x11 %ix2.2下限位开关 SQ7 x12 %ix2.3基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2.8. 系统接线图(1). 电源模块与现场总线具体接线图.787-912 750-833 750-504图 1-1图 1-1 包 括 电 源 模 块 787-912,现 场 总 线 适 配 器 750-833,数 字 量 输 入 模 块750-403,数字量输出模块 750-504.数字量输入模块 750-403, 五块, 对应的编号为: N1,N2,N3,N4,N5数字量输出模块 750-504, 四块, 对应的编号为: M1,M2,M3,M4(2). 输入输出模块的具体接线图1, 输入模块 750-403 接线示意图四 通 道 数 字 量 输 入 模 块 750-403N1%ix0.1 %ix0.2 %ix0.3 %ix0.4DI1 24V DI2 0V 0V DI3 24V DI4SB1 SB4 SB3 SB4上升按钮 下降按钮 左移按钮 右移按钮基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计四 通 道 数 字 量 输 入 模 块 750-403N2%ix0.8 %ix0.9 %ix0.10 %ix0.11DI1 24V DI2 0V 0V DI3 24V DI4SB2 SB6 SB7 SA2复位按钮 起动按钮 停止按钮 夹/ 松开关四 通 道 数 字 量 输 入 模 块 750-403N3%ix2.0 %ix2.1 %ix2.2 %ix2.3DI1 24V DI2 0V 0V DI3 24V DI4SQ4 SQ5 SQ6 SQ7左限位 右限位 上限位 下限位基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计四 通 道 数 字 量 输 入 模 块 750-403N1%ix1.0 %ix1.1 %ix1.2 %ix1.3DI1 24V DI2 0V 0V DI3 24V DI4SA3转换开关 工作方式转换开关四 通 道 数 字 量 输 入 模 块 750-403N1%ix1.10 %ix1.11DI1 24V DI2 0V 0V DI3 24V DI4SB7 SB8 FR1泵启按钮 泵停按钮 热继电器辅助触点基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计2 .输出模块 750-504 接线示意图四 通 道 数 字 量 输 出 模 块 750-504M1%qx1.0 %qx1.1 %qx1.2 %qx1.3DO1 0V DO2 24V 24V DO3 0V DO4KA2 KA3 KA4 KA5中间继电器 KA2, KA3 ,KA4, KA5 ,KA6, KA7 ,KA8, KA9, KA10, KA11, KA12,KA13,KA14 ,KA15, KA16FU1KA3 KA4 KA5KA2HLHL3 HL4HL2手动显示 单周期显示 自动显示单步显示基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计四 通 道 数 字 量 输 出 模 块 750-504M2%qx0.1 %qx0.2 %qx0.4 %qx0.5DO1 0V DO2 24V 24V DO3 0V DO4KA6 KA7 KA9 KA10FU1KA7 KA9 KA10KA6HL7 HL9 HL10HL6左移显示 右移显 示 下降显示上升显示基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计四 通 道 数 字 量 输 出 模 块 750-504M3%qx0.8 %qx0.9 %qx0.10DO1 0V DO2 24V 24V DO3 0V DO4KA8 KA11 KA12KA17FU1FU2KA8 KA11KA12HL8 HL11KM1接触器 KM1 控制线 圈夹/放显示 泵 启显示基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计四 通 道 数 字 量 输 出 模 块 750-504M4%qx2.0 %qx2.1 %qx2.2 %qx2.3DO1 0V DO2 24V 24V DO3 0V DO4KA13 KA15 KA16KA14FU3KA14 KA15 KA16KA13KA17Y2 Y3 Y4Y1 Y5右移电磁阀控制线圈下降电磁阀控制线圈上升电磁阀控制线圈夹/松电磁阀控制线圈左移电磁阀控制线圈基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计二 : 现 场 总 线 概 述1. PROFIBUS简 介在 这 里 我 们 着 重 研 究 PROFIBUS 现场总线标准。PROFIBUS 是 Process Fieldbus 的缩写，是一 种 国 际 性 的 开 放 式 的 现 场 总 线 标 准 ，即 EN50 170 欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂 家 都 为 它 们 生 产 的 设 备 提 供 PROFIBUS 接 口 。PROFIBUS 根 据 应 用 特 点 分 为PROFIBUS-DP,PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-PA 三 个 兼 容 版 本 ，如 图 1.2 所示，特点如下：PROFIBUS-DP：经 过 优 化 的 高 速 、廉 价 的 通 信 连 接 ，专 为 自 动 控 制 系 统 和 设 备 分 散 I/O 之间通 信 设 计 ，使 用 PROFIBUS-DP 模 块 可 取 代 价 格 昂 贵 的 24V 或 020mA 并 行 信 号 线 。用 于 分 布 式控制系统的高速数据传输。PROFIBUS-FMS：解 决 车 间 级 通 用 性 任 务 ，提 供 大 量 的 通 信 服 务 ，完 成 中 等 传 输 速 度 的 循 环合 非 循 环 通 信 任 务 ，用 于 纺 织 工 业 、楼 宇 自 动 化 、电 气 传 动 、传 感 器 和 执 行 器 、可 编 程 序 控 制 器 、低压开关设备等一般自动化控制。EN50170 2 卷 与 DIN19245 第 14 部分通用自动化Profibus-FMS通用-大范围使用工厂自动化Profibus-DP快速-即插即用过程自动化Profibus-PA面向应用-总线供电本设质备行行规规-多主通信 -高效低成本 -本质安全图 2.1 PROFIBUS 系列PROFIBUS-PA：专 为 过 程 自 动 化 设 计 ，标 准 的 本 质 安 全 的 传 输 技 术 ，实 现 了 IEC1158-2 中规定的通信规程，用于对安全性要求高的 场合及由总线供电 的特点。2. PROFIBUS 基 本 特 性PROFIBUS 可使分散式数字化控制器从 现场地层到车间级 网络化，该系统分为主站和从站。主 站 决 定 总 线 的 数 据 通 信 ，当 主 站 得 到 总 线 控 制 权 （令 牌 ）时 ，没 有 外 界 请 求 也 可 以 主 动 发 送 信息 。主 站 从 PROFIBUS 协议讲也称之为主动站。从 站 为 外 围 设 备 ，典 型 的 从 站 包 括 ：输 入 输 出 装 置 、阀 门 、驱 动 器 和 测 量 发 送 器 。它 们 没 有总 线 控 制 权 ，仅 对 接 收 到 的 信 息 给 予 确 认 或 当 主 战 发 出 请 求 时 向 它 发 送 信 息 。从 站 也 称 为 被 动 站 。2.1. 协议结构PROFIBUS 协 议 的 结 构 定 向 根 据 ISO7498 国 际 标 准 以 开 放 系 统 互 联 网 络 OSI 为 参 考 模 型 ，结构 如 图 2.1 所示。基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计FMS DP PA层次DP 行规 PA 行规FMS设备用户行规 DP 扩展DP 基本功能应用现场总线信息规范(FMS)(7)未使用(3)(6)数据链路 现场总线数据链路(FDL)IEC 接口（2）物理（1）RS 485/光纤 IEC1158-2EN 50 170 DIN E 19245 第 4 部 分 Profibus 准则图 2.1 Profibus 协议结构2.2 传输 技术PROFIBUS 提 供 以 下 三 种 类 型 的 传 输 技 术 ：DP 和 FMS 的 RS485 传输; PA 的 IEC1158-2 传输；光纤(FO) 。DP 和 FMS 的 RS485 传输：RS485 是 PROFIBUS 最 常 用 的 一 种 ，通 常 称 为 H2,采 用 屏 蔽 双 绞 铜 线 电 缆 ，共 用 一 根 导 线 对 。适用于需要高速传输和设施简单又便宜的各个领域， RS485 传输技术的基本特性如表 2.2 所示。表 2.2 RS485 传输技术的基本特性网 络 拓 扑 线 性 总 线 ，两 端 有 有 源 的 总 线 终 端 电 阻 。短 截 线 的 波 特 率 1.5Mbps介质 评比双脚电缆，也可以取消评比，取决于 环境条件（EMC ）站点数 每段 32 个站，不带转发器。带转发器最多可到 127 个站插头连接器 最好为 9 针 D 副插头连接器基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计RS485 操 作 容 易 ，总 线 结 构 允 许 增 加 或 减 少 站 点 ，分 布 投 入 不 会 影 响 到 其 他 站 点 的 操 作 。传输速度可选用 9.6kbps12Mbps， 一 旦 设 备 投 入 运 行 ，全 部 设 备 均 需 选 用 同 一 传 输 速 度 。电 缆 的 最大长度取决于传输速度，如表 2.3 所 示表 2.3 RS485 传输速度与 A 型电缆的距离波特率(kbps) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000距离/段（m ） 1200 1200 1200 1000 400 200 100用于 P A 的 I EC1158-2 传输技术：IEC1158-2 传 输 技 术 是 一 种 位 同 步 协 议 ，可 进 行 无 电 流 的 连 续 传 输 ，通 常 称 之 为 H1,用 于PROFIBUS-PA。IEC1158-2 传输技术特性如表 2.3 所示。表 2.3 IEC1158-2 传输技术特性数据传输 数字式，位同步，曼彻斯特编码传输速度 31.25kbps，电压 式数据可靠性 预兆性，避免 误差采用起始和 终止限定符电缆 双绞线（屏蔽或非屏蔽）远程电源 可选附件，通 过数据 线防爆型 可能进行本质或非本质安全操作拓扑 线性或树型，或两者相结合型站数 每段最多 32 个，总数最多 126 个转发器 可扩展至最多 4 台基于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计光纤传输技术：在电磁干扰很大的环境下应用 PROFIBUS 系统时，可使用光纤导体以增长高速传输的最大距离。便宜的塑料纤维导体供距离在 50m 以内时使用，玻璃纤维到提供距离在 1km 内时使用。许多厂商提供专用的总线插头可将 RS485 信号转换成光纤信号或光纤信号转换成 RS485 信号，这样就为在同一系统上使用 RS485 和光纤传输技术提供了一套开关控制十分方便的方法。2.3 总线存取协议PROFIBUS 的 DP,FMS 和 PA 均 使 用 单 一 的 总 线 存 取 协 议 ，通 过 OSI 参考模型的第 2 层实现，包 括 数 据 的 可 靠 性 以 及 传 输 协 议 和 报 文 的 处 理 。在 PROFIBUS 中 ，第 2 层称之为现场总线数据链路（FDL, fieldbus data link）。介 质 存 取 控 制 （MAC, medium access control）具体控制数据传输的程序，MAC 必 须确保在任何时刻子能有一个站点发送数据。因 此 ，PROFIBUS 总 线 存 取 协 议 包 括 主 站 之 间 的 令 牌 传 递 方 式 和 主 站 和 从 站 之 间 的 主 从 方式，如图 2.4 所示。主设备间的逻辑令牌环主站，主设备PLC PLCM M T传感器 传感 器 传动装 置 执行器 传感 器 传动装置 变送器从站，从设备图 2.4 Profibus 总线存取协议3. PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP 用于设备级的高速数据传输，中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备（如 I/O、驱动器、阀门等）进行通信，多数数据交换是周期性的，除此之外，智能化现场设备还需要非周期性通信，以进行配 置、诊断和报警处理。基 于 PROFIBUS-DP 现场总线的机械手控制系统设计三 : 软 件 的 应 用1. 配 置 软 件 WAGO NETCONWAGO NETCON 是 一 种 通 用 的 现 场 总 线 配 置 软 件 。 它 可 以 配 置 像PROFIBUS,INTERBUS-S,CAN 等 绝 大 多 数 的 现 场 总 线 系 统 。WAGO NETCON 使用标准的配置文件。一些协议支持包含有从站 设备的所有信息的标准文件。W AGO NETCON 使用这些文件来配置 。同 时 它 也 是 一 个 诊 断 工 具 。当 配 置 完 时 ，可 以 进 入 WAGO NETCON 的诊断模式。2. 画 面 组 态 软 件 组 态 王 6.02.1 简介2.1.1 强大的图形编辑功能组 态 王 运 行 于 中 文 WINDOWS环 境 下 ，充 分 利 用 WINDOWS图 形 功 能 完 备 界 面 美 观 的 特 点 ，它 提供了包括椭圆、扇型在内的多种 图素，并配 备调色板、多种现行和填充物。还有报警窗、按钮、趋 势 曲 线 等 特 殊 图 素 。可 利 用 鼠 标 和 键 盘 随 心 所 欲 的 绘 制 各 种 工 业 画 面 ，对 图 素 可 任 意 移 动 、缩放、复制、修改等。支持任意分辨率的图形显示器。2.1.2 丰富的动画连接方式组 态 王 提 供 了 二 十 一 种 动 画 连 接 方 式 ：移 动 、缩 放 、填 充 、旋 转 、闪 烁 、隐 含 、线 属 性 、填 充 属 性 、文 本 色 变 化 、多 种 数 值 输 入 输 出 连 接 ，用 户 自 定 义 操 作 。同 一 图 素 可 以 同 时 又 多个连接，以便满足工业上变化万千的 动画显示需要。2.1.3 实时数据库组 态 王 以 实 时 数 据 库 为 核 心 ，提 供 了 十 种 数 据 类 型 包 括 离 散 型 、模 拟 型 、字 符 串 型 等 ，数 据点 数 可 达 10000 点 。2.1.4 强大的命令语言组 态 王 提 供 了 一 种 类 似 C语 言 ，使 用 户 可 以 根 据 自 己 的 特 殊 需 要 编 写 一 段 程 序 （即 命 令 语 言连 接 和 应 用 程 序 命 令 语 言 ），在 运 行 时 定 时 或 不 定 时 的 执 行 。2.1.5 先进的纪录及报表功能组 态 王 采 用 数 据 压 缩 方 式 纪 录 历 史 数 据 ，大 大 节 省 存 储 空 间 。且 与 EXCEL连 接 ，可 方 便 的 进行报表输出。2.2 组态王软件的结构“组 态 王 6.0”是 运 行 于 MicrosoftWindows98/2000/NT 中 文 平 台 的 全 中 文 界 面 的 组 态 软 件 ，采 用 了 多 线 程 、COM组 件 等 新 技 术 ，实 现 了 实 时 多 任 务 ，软 件 运 行 稳 定 可 靠 。“组 态 王 ”6.0软 件包 由 工 程 浏 览 器 （TouchExplorer）、工 程 管 理 器 （Projmanager）和 画 面 运 行 系 统 （Touchview）三 部