柔性制造系统中现场总线技术的设计和应用

摘要

自动化、柔性化、集成化已经成为技术现代化的浪潮,涉及到机械制造的各行各业,尤其是汽车、内燃机、机床、航空等工业部门,正在大量采用灵活高效的柔性制造系统(FMS)。传统FMS中,系统单元层与设备层之间的实时信息传递主要采用RS232、I/O通信方式、制造自动化协议MAP(ManufacturingAutomation Protocal)网络方式或分布式控制方式DCS。
　　 我国的FMS技术起步较晚,集成性不高,与发达国家存在一定差距。德国FESTO柔性制造技术实验室通过采用模块化生产加工系统(MPS)、数控加工中心、多轴机械手、以及电-气伺服技术,可以生产出不同种类的产品。在设备层通过使用AS-I和PROFIBUS-DP两种通讯方式,对整个FMS建立高效、高速的通讯环境,并可以通过HMI软件进行同步的监控和数据采集。多种工作模块的使用,该系统涵盖了现场总线通讯、自动控制、PLC、机电一体化技术等多个领域,不仅具有柔性生产的功能,还可以作为物流系统进行教学研究。
　　 本文根据当今柔性制造系统的发展趋势,在现有MPS系统的基础上设计了存储单元和传输单元,扩充了系统功能,组成了一套既有生产加工功能又有物流系统特点的柔性制造系统,供实验教学与科研使用。控制系统选用西门子S7-300PLC控制器。分析了工业通信网络的结构,选用PROFIBUS-DP和AS-I总线构成系统的控制网络,使整个系统用不同级别的总线技术连接起来,上位机可以实时对生产系统进行监控。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 技术现状和发展趋势

1.2.1 柔性制造系统

1.2.2 柔性制造系统的现状

1.2.3 PROFIBUS现场总线

1.2.4 AS-I技术

1.2.5 WinCC组态技术

1.3 研究内容

1.4 本章小结

第2章 系统硬件设计

2.1 气动伺服仓库研制

2.1.1 方案设计

2.1.2 详细设计

2.1.3 硬件选型

2.2 传输单元研制

2.2.1 方案设计

2.2.2 详细设计

2.2.3 硬件选型

2.3 本章小结

第3章 控制系统方案设计

3.1 控制系统组成

3.2 现场总线概述

3.2.1 企业通信网络结构

3.2.2 网络等级

3.2.3 I/O通信

3.2.4 AS-I通信

3.2.5 PROFIBUS-DP通信

3.2.6 通信方案选择

3.3 本章小结

第4章 控制系统实现方法

4.1 硬件组态

4.1.1 S7-300 PLC硬件组态

4.1.2 S7-300 PLC在STEP 7中的组态

4.2 Profibus-DP网络与通信组态

4.2.1 组态从站

4.2.2 组态从站的MS通信

4.2.3 连接主站和从站

4.2.4 组态主站的MS通信

4.2.5 组态DX通信

4.3 STEP7软件程序实现

4.3.1 STEP 7软件简介

4.3.2 STEP 7中的块

4.3.3 结构化编程

4.3.4 编程语言

4.4 AS-I网络组态

4.5 AS-I通信

4.5.1 AS-I通信过程

4.5.2 AS-I拓扑结构

4.5.3 AS-I通信原理

4.5.4 AS-I报文

4.6 AS-I元件使用

4.6.1 AS-I主站与PLC连接

4.6.2 AS-I总线4位从站的连接

4.6.3 AS-I总线8位从站的连接

4.7 使用S7 PLC进行硬件地址设置

4.8 本章小结

第5章 系统组态监控的实现

5.1 WinCC组态软件介绍

5.2 监控单元设计

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢