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基于PROFIBUS-DP的计算机数控系统

发布时间:2013-11-02 作者:秋琴  来源:万方数据
关键字:数控 系统 PROFIBUS-DP 
本文分析了传统计算机数控系统布线复杂和维护困难的基础上,提出基于PROFIBUS—DP现场总线的计算机数控系统。结合数控加工中心,给出了该数控系统的现场总线结构.总结了该系统在应用中的特点,并论述了该系统的通信原理。

1 前言

  在数控系统中,随着计算机技术、网络技术与数控技术越来越紧密地结合,由此而产生的具有开放性的串行总线型计算机数控系统,正在取代传统的并行式数控系统.并将成为市场的主流产品。传统计算机数控系统和每台伺服单元相连都需要一根电缆线,系统连线复杂,故障率也高。为了减少布线费用及降低故障率,利用现场总线PROFIBUS-DP构建数控系统,使得该系统通过高速串行总线与各伺服单元相连,仅需一根电缆或一对双绞线即可。

2 PROFIBUS—DP介绍

  PROFIBUS是过程现场总线Process Fieldbu。的缩写。它是一种国际性的开放式的现场总线,符合CN501'70欧洲标准,广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS根据其应用特点分为报文规范PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)、分散和外围设备PHOFIBUS-DP(Decentralized Periphery)、过程自动化PR}FIBUS-PA(Proceae Autamalicn)三个兼容版本。

  其中。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信连接,用于设备级控制系统与分散式I/0的串行通信。使用PROFIBUSDP模块可取代价格昂贵的24V或0一20mA并行信号线。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、高效低成本等优点。用于现场层的高速数据传送时,主站周期地读取从站的输人信号并周期地向从站发送输出信息,总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。除周期性数据传输外,PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需要的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

  PROFIBUS的协议结构是根据国际标准化组织IS07448标准,以开放系统互联网络05I(Open Sysfem laterconnection)为参考模型。该模型共有七层。PftOFIBU5-DP使用其第一层(物理层)、第二层(数据链路层)和用户接日,第三到第七层未加以描述。这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效,直接数据链路映像(DDLM, Direct Data Link Mapper)提供易于进人第二层的用户接口,用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBI3SDP设备的设备行为,还提供了传输用的RS-485传输技术或光纤。

3 基于PROFiBUS-DP的计算机数控系统

  3.1 系统结构

  以加工中心数控系统为例,构建基于PROFIBU5-DP的计算机数控系统系统结构如图1所示。该系统采川传输效率最高的单主站线型网络拓扑结构。其中,CNC(Computer Numerical Control)装置作为DP宇站,通过对零件加工程序的译码、处理,将强电控制信息(如辅助功能M,幸轴功能S、刀具功能T等信息),以主一从通信方式传输给辅助控制装置PLC该PLC作为智能从站,接受CNC主站传来的信息,通过I/O接口模块实现机床开关量的控制。主轴控制单元以及三根进给轴的伺服驱动单元均作为DP从站,由主站CNC装置分别实现主轴的转速控制和进给坐标轴的位置及速度控制。检测装置作为DP从站,对执行部件的位移、角度、速度进行检测和反馈,CNC主站周期性地读取反馈信息并进行处理,PC上位机只起编程和监控作用,其内部装有STEP 7基本软件和UVA S7通信软件,用于编程和对PROFTBUS-DP网进行组态和通讯设置。

系统结构
图1 PROFIBU5-DP的计算机数控系统系统结构

  3.2 设备选型与配置

  CNC装置可采用西门子的SINUMERIK 840D型CNC装置。该装置的内部主处理器NCU573中有集成的CPU315-2DP,可与FROFIBUS-DP直接相连,实现通信。也可采用国产CNC装置,但必须配置相应的DP通信模块,才能与PROFIBUS-DP网络相连。

  从站PLC实现各种辅助功能的控制,根据其性能要求.选择S7-300系列的模块式中小型PLC。其处理器GPU315-2DP带有内置的PROFIBC}S-UP接口。符合EN50 170标准,可直接将PLC挂到总线上,不需要另外的通讯接日及转换接口,连接十分方便。

  主轴驱动单元作为DP从站,采用西门子的SIMOVERT MA5-TERDRIVES交流驱动。5In90VERT主驱动器是三相交流变频器,可作为交流电机驱动器或电力逆变器使用,具有230V~690V电压,适于2.2kw~1500kw的单电机或多电机驱动。利用PROFIRITS-DP,接C7模块CB1,可直接将SIR70VERT主驱动。器连接到总线上。数据

  X,Y,Z轴进给何服驱动单元作为三个DP从站,均采用数据西门子公司的模块化交流伺服驱动系统5IMODRIVE611A/D/U使用CBP通信模块可将此数字式交流伺服驱动系统直接连接到PHUFIBL S-DP总线ha数据

  从站检测装置选用装有光电旋转编码器的SIMODRIY-ER传感器一具有PROFIBI;S的绝对编码器,用于测量机械位移.角度、速度。PftOFIl;US绝对值编码器可作为从站通过PROFIBUS接口与主站连接,可与PHOFIBi1S上的数字式控制器、PLC,驱动器、定位显示器一起作用,并且可通过主站完成远程参数配置:

  I/O接口模块,通过其相应的DP通信接口,与DF总线相连,实现DP主站对I/O从站设备的控制。根据计算机数控系统I/O装置的特点及要求,本系统采用ET 20bM型I/O装置,该装置通过接口模块IM 153与PRDFIBi; S-DP现场总线相连。

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