基于现场总线的车间生产监控原型系统研究与设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于现场总线的车间生产监控原型系统研究与设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

器为佳。 RS485 传输 的 总线结构 可以 增减站点，可分步投入，并且 对 其他站点的 传输操作不会 产生 影响。 传输速率 一般 选用 ，一旦投入运行， 所有 设备需选取 一样的传输速率。 传输速率取决于电缆的最大长度，如表 所示 表 传输距离与速度示意表 波特率 /（ Kb/s） 500 1500 120xx 距离（段） /m 1200 1200 1200 1000 400 200 100 PA 的 IEC 611582 传输技术 在 石化工业 生产上能得到很好的应用 ， 因为 它 的 本质安全性可 很好 保持其并 且这些 现场设备 可 通过总线供电 运行。 此项技术是一种可进行无电流的连续传输 的 位同步协议，通常称为 H1。 IEC 611582 传输技术的原理如下： （ 1） 总线不 需要由 站发送信息时供电。 （ 2） 现场 总线 设备所 用的电流是 常量稳态基本电流。 （ 3） 主总线两端 的作用是 无源终端线。 （ 4） 每段只 需要 一个供电装置； （ 5） 线型、星型和树型网络 可 允许使用。 （ 6） 设计时 冗余总线段 的运用， 提高 了设备 可靠性。 （ 7） 现场设备的作用 相当于 无源的电流吸收装置。 IEC 611582 传输技术的特性如表 所示。 表 IEC 611582 传输技术特性表 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 32 页 数据传输 数字式，位同步，曼彻斯特编码 传输速率 ，电压式 数据可靠性 预兆性，采用起始和终止限定符 来 避免误差 电缆 双绞线（屏蔽或非屏蔽） 远程电源 通过数据线 ， 可选 为 附件 防爆型 可进行本质安全和非本质安全 的 操作 拓扑 线型或树型，或 者 两者结合型 站数 每站最多 32 个，最多 126 个 转发器 可扩展至最多四个 PROFIBUS 系统 也 可使用光纤导体 来 增加高速传输的最大距离 ， 在电磁干扰 很大的环境下应用。 传输距离在 50m以内时使用便宜的塑料纤维导体，在 1Km内时使用玻璃纤维导体。 专用的总线插头可 由 许多厂商提供 ， 将 RS485 信号转换成光纤信号，或将光线信号转换成 RS485 信号， 这是 一套十分方便的开关控制方法 [6]，适用于 同一系统上使用 RS485 传输技术 和光纤传输技术。 总线存取协议 PROFIBUS 的 DP、 FMS 和 PA 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 ，它们都 使用单一的总线协议。 在 PROFIBUS 中，现场总线控制数据链路 为 第 2 层。 控制数 据传输的程序 由 介质存取控制。 PROFIBUS协议的设计 的目地是 满足介质存取控制的基本要求 [7]。 在确 定 的时间 内 中必须 保证 通信任务 的完成由 任何一个站点 来处理，这是对于 自动化系统（主站）间通讯； 而 在程序控制器和简单的 I/O 设备（从站）间通信，快速且简便 地完成传输 任务是最主要的。 因此，主站与从站之间的主从方式 和 主站从站间的令牌传递方式 是 PROFIBUS 采取的 总线存取协议。 令牌传递程序 确保了 每 一 个站 能够在 一个精确 给定的 时间内 从 框架得到总线访问权限。 令牌是一种特殊的消息 ,它 在整个一周的最长 循环 时间 是 之前就 规定 好 的。 PROFIBUS总线令牌只在每一台主机间的通讯使用。 在 PROFIBUS中，令牌只在各主站之间通信时使用。 主站在得到总线存取令牌时与从站通信是由主从方式允许的，从站发送或索取信息均可向每个主站索取，通过这种方法可实现下列系统配置：纯主 —从系统、纯主 —主系统（带令牌传递）和混合系统。 根据主 从关系表站通信，在这 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 32 页 段时间内参照可以 主 —从关系表 与所有的关系表。 令牌环链是接待单位的地址 ,根据主站构成逻辑链路。 在这个过程中 ,令牌在规定的时间 里 按照地址 的 升序在每个主站 按照次序 传递。 上层协议通过第二层的服务存取点 是 在 PROFIBUSFMS、 PROFIBUSDP 和PROFIBUSPA 中使用 的 第二层服务不同子集，详见表。 在 PROFIBUSFMS 中，逻辑通讯地址的关系表 是由 这些服务存取点来建立；在 PROFIBUSDP 和PROFIBUSPA 中，每个存取点都 定义 了明确的功能。 在主站和从站中，可同时存取多个服务存取点 [9]。 表 Profibus 第二层子集表 服务 功能 DP PA FMS SDA 发送数据要应答 SRD 发送数据不需要回答 SDN 发送数据不需要回答 CSRD 循环性发送和请求回答的数据 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 32 页 3 真空等离子焊接的 原理及应用 真空等离子焊接 生产技术目前得到了越来越多的重视，现在主要应用于 钛合金自耗电极制备 的生产， 熔炼 中 的生产效率 、 冶金质量 和其 控制系统的可靠性 和 稳定 性相关。 随着科学技术的 不断 发展 ， 等离子焊接技术 得到了相当大的 发展，在自动控制技术发展基础上 ， 整个焊接过程的监控正朝着智能化和网络化的方向发展。 TIG 焊（惰性气体钨极保护焊） 气体保护焊是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法，其优点是电弧和熔池可见 度 好，操作 简 便 ，很少或几乎不产生熔渣 ， 也不需要在焊后清理熔渣。 但在室外作业时需采取专门的防风措施。 气体保护焊可分为不熔化极（钨极）气体保护焊和熔化极气体保护焊。 不熔化极（钨极）气体保护焊包括 等离子弧焊 、 钨极惰性气体保护焊和原子氢焊。 目前生产中 已经 很少 采 用原子氢焊；等离子弧焊将在下一 节 介绍；本 节 内容仅限于钨极惰性气体保护焊。 钨极惰性气体保护焊英文简称 TIG（ Tungsten Inert Gas Weiding）焊。 它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种 焊接方法。 在焊接的时候，焊枪的 喷嘴中喷出保护气体， 并在 电弧 外 形成气体保护层 从而 隔绝空气，从而可获得优质的焊缝。 氩气、氦气或氩氦混合气体 都可作为气体保护层的 气体。 用氩气作为保护气体的称 为 钨极氩弧焊 ，用氦气的称钨极氦弧焊，由于氦气价格 比较昂贵 ，在 焊接 上钨极氩弧焊的应用要比氦弧焊广泛得多。 等离子焊接的原理 等离子焊接是 TIG 焊的升级。 等离子焊接又称等离 子弧焊焊接，等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。 等离子弧焊 的作用方式是 电极和焊件之间的压缩电弧 (转移电弧 )来进行焊接的，它 是一种不熔化 、 极电弧焊。 钨极 是最常用的 电极，氩气、氦气 、 氮气 或者这几种气体的混合气都可作为产生 等离子弧的等离子气，同时 喷嘴喷出惰性气体用来保护等离子气。 焊接时可以外加填充金属，也可以不加填充金属。 等离子弧焊焊接 的特点是 电弧穿透力强 ，因为 其电弧能量密度大 并且挺直。 等离子弧焊焊接时 能 产生的小孔效应，对于一定厚度范围内的大多数金属可以进行 I 形坡 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 32 页 口对接，并能保证熔透和焊缝均匀一致。 因此，等离子弧焊的 优点是 生产率高、 焊接质量好。 但等离子弧焊设备比较复杂，对焊接参数的控制要求高。 TIG 焊可焊接的大多数金属， 都 可用等离子弧焊 进行 焊接。 与之相比，对于 1mm以下的极薄金属的焊接，用等离子弧焊较易进行。 图 等离子焊接： PIG 焊的升级 等离子焊接的特点 等离子焊接与 TIG 焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。 但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将 弧压缩。 通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式： 微束等离子： ～ 15A 在很低的焊接电流下，也能使用微束等离子弧。 即使在弧长变化不超过 20mm时，柱状弧仍能保持稳定。 中等电流： 15A～ 200A 在较大的 15A～ 200A 电流下，等离子弧的过程特点与 TIG 弧相似，但由于等离子被压缩过，弧更加挺直。 虽然可提高等离子气流速度来增加焊接熔池的度深，但会造成在紊乱的保护气流中，混入空气和保护气体的风险。 小孔型等离子：大于 200A 通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产 生强有力的等离子束，与激光或电子束焊。