維修電工 技師、高級技師 教學課件 作者 王兆晶 維修電工（技師、高級技師）第五章下載-文檔

第五章 新技術(shù)應用G08GFZW了解數(shù)控系統(tǒng)的組成，掌握數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)安裝要求，掌握調(diào)試維護方法；了解計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的組成，理解各個部件的功能，掌握IP地址的設置方法；了解典型現(xiàn)場總線技術(shù)的特點，掌握現(xiàn)場總線PROFIBUS的基本功能、協(xié)議結(jié)構(gòu)、傳輸技術(shù)；了解自動化設備及生產(chǎn)線的組成，理解各個部分元件的功能，掌握維護和調(diào)試方法；掌握電氣抗干擾技術(shù)。第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)G08GFZW一、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)概述二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試四、數(shù)控系統(tǒng)的維護第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)圖5-1數(shù)控機床控制系統(tǒng)組成G08GFZW一、數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)概述1.數(shù)據(jù)輸入裝置2.數(shù)控系統(tǒng)3.可編程序控制器4.主軸驅(qū)動系統(tǒng)5.進給伺服系統(tǒng)6.電器硬件電路7.機床電器部分8.速度測量9.位置測量10.外部設備G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝(1)環(huán)境溫度

(2)相對濕度0～45°C。通?！?5%，短時一個月內(nèi)≤95%。(3)振動運行時≤0.5G。(4)大氣壓強

86～106kPa。數(shù)控電氣控制柜的要求在數(shù)控裝置的背面與電氣柜壁之間應留有不少于100mm的間隙，以便于連接與數(shù)控裝置相連的電纜，利于電氣柜內(nèi)空氣的流通和散

熱。電氣柜的結(jié)構(gòu)必須達到IP54防護等級以上。在電氣柜門等接縫處，應貼密封條，密封所有縫隙。1.數(shù)控裝置安裝環(huán)境要求G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝電纜入口處應密封，在現(xiàn)場應容易打開。采用風扇或熱交換器等對電氣柜散熱，使空氣對流，如采用風扇散熱，在進風、出風口必須使用空氣過濾網(wǎng)。電氣柜應安裝在易于調(diào)試、維修的地方。圖5-2數(shù)控系統(tǒng)控制柜內(nèi)接地排的使用G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝圖5-3保護接地線的接法數(shù)(1控)保系護統(tǒng)接接地地技術(shù)接地排的使用。保護接地線不要構(gòu)成環(huán)路，如圖所示。G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝設備金屬外殼(或機箱)良好接地(大地)，是抑制靜電放電干擾的最主要措施。設備外殼接大地，起到屏蔽作用，減少與其他設備的相互電磁干擾。(2)工作接地為了保證設備的正常工作，如直流電源常需要有一極接地，作為參考零電位，其他極與之比較，例如±15V、±5V、±

24V等。圖5-

4

浮地G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝浮地。單點接地。圖5-5單點接地G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝3)多點接地。圖5-

6

多點接地(3)屏蔽接地

為了抑制噪聲，電纜、變壓器等的屏蔽層需要接地，相應的地線稱為屏蔽地線。1)普通屏蔽線。G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝適用于工作頻率100kHz以下，特殊情雙絞線和屏蔽雙絞線況可用到幾百千赫。同軸電纜。雙重屏蔽電纜。屏蔽層的接法：①低頻電路屏蔽層的接地方法，如圖5-7所示。圖5-7低頻電路屏蔽層的接地方法G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝圖5-8屏蔽層單端接地②高頻電路屏蔽層的接地方法。G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝電路通常是雙端接地，屏蔽電纜的屏蔽層也應雙端接地，雙端接地能對電場產(chǎn)生屏蔽，對高頻磁場也能產(chǎn)生屏蔽作用。變頻器電動機電纜屏蔽層雙端接地，如圖5-9所示。編碼器電纜雙端接地如圖5-10所示。圖5-9變頻器電動機電纜屏蔽層雙端接地G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝圖5-10編碼器電纜雙端接地4.信號線的干擾抑制技術(shù)(1)模擬信號線干擾抑制G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝模擬信號線特別容易受到外部干擾的影響，因此，所用配線應盡可能短，并應使用屏蔽線，如圖5-11所示。伺服驅(qū)動器或變頻器連接模擬信號輸出設備(數(shù)控裝置)時，有時會由于模擬信號輸出設備或由伺服驅(qū)動器或變頻器產(chǎn)生的干擾引起誤動作，發(fā)生這種情況時，可在外部模擬信號輸出設備連接電容器鐵氧體磁環(huán)，如圖5-12所示。表格G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝G08GFZW對變化緩慢的模擬信號可以采用RC低通濾波，如圖5-13所示。用電流傳輸代替電壓在傳輸線上傳輸，然后通過長線終端的并聯(lián)電阻，再變成電壓信號，此時傳輸線一定要屏蔽并“單端接地”，如圖5-14所示。(2)數(shù)字信號線干擾抑制1)由于布線不當，信號環(huán)路面積較大引起數(shù)字信號波形振蕩，可采取串聯(lián)阻尼電阻或插入低通濾波器來抑制，如圖5-15所示。二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝圖5-15抑制數(shù)字信號振蕩的方法表格G08GFZW二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝G08GFZW輸入/輸出傳輸線在連接器端口處應加高頻去耦電容。在信號線上，安裝數(shù)據(jù)線濾波器，有效抑制高頻共模干擾，數(shù)據(jù)線濾波器由鐵氧體磁環(huán)或穿心電容構(gòu)成，例如：將鐵氧體磁環(huán)在靠近邊處套住輸入電纜，最好的辦法是直接帶濾波器的連接器，這種連接器的插座上每個引腳帶有鐵氧體磁珠和穿心電容組成的濾波器。光電編碼器、手搖脈沖發(fā)生器、光柵尺等輸出信號在接收端并聯(lián)電容可以有效抑制高頻干擾，如圖5-16所示。二、數(shù)控系統(tǒng)的安裝5)降低敏感線路的輸入阻抗，如在CMOS電路的入口端對地并聯(lián)一個電容或一個阻值較低的電阻，可以降低因靜電容而引入的干擾；對差動傳輸?shù)臄?shù)字信號，在信號輸入端并接電阻和電容，提高干擾抑制能力，如圖5-17所示。表格G08GFZW三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試前的檢查檢查所有的電纜連接，檢查繼電器、電磁閥等器件的續(xù)流二極管的極性。檢查電動機強電電纜的連接相序。交流伺服進給裝置的位置控制電纜、碼盤反饋電纜、電動機電源電纜的一一對應關系。確認主軸單元接收的模擬電壓指令的類型。確認所有地線都可靠連接。確認急停按鈕與急?；芈返挠行?。確保電路中各部分電源的規(guī)格電壓正確，極性是否連接正確。G08GFZW三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試8)確保電路中各部分變壓器的規(guī)格和進出方向正確。系統(tǒng)通電按下急停按鈕，確保系統(tǒng)中所有斷路器已斷開。合上電氣柜主電源斷路器。接通控制直流24V的斷路器或熔斷器，檢查DC

24V電源是否正常。檢查其他部分電源是否正常。給數(shù)控裝置通電。系統(tǒng)參數(shù)設定G08GFZW三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試PLC調(diào)試操作數(shù)控裝置，進入輸入、輸出開關量顯示狀態(tài)，檢查PLC輸入、輸出點的連接和邏輯關系是否正確。在PLC狀態(tài)中檢查所需的輸入、輸出開關量是否正確，若沒有則檢查外部電路的連線或PLC源程序編寫是否正確。檢查由繼電器控制的接觸器、電磁閥等開關是否動作，若動作不正?；驔]有動作，則檢查外部電路的連線是否正確。機床調(diào)試確認機床超程限位開關有效后，才可以連接機床調(diào)試。G08GFZW三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試G08GFZW在急停情況下，按動機床上的超程限位開關，檢查所對應的開關量輸入狀態(tài)的變化，并檢查超程限位開關是否接線正確。在手動或手輪方式情況下，控制電動機慢速轉(zhuǎn)動，然后控制電動機快速轉(zhuǎn)動。根據(jù)具體情況調(diào)整快移加減速時間常數(shù)等相關的伺服參數(shù)。檢查機床移動方向和移動距離是否與數(shù)控裝置所發(fā)出的位移方向和位移指令相一致，否則修改系統(tǒng)相關參數(shù)。手動或手搖狀態(tài)下，慢速移動各坐標軸，檢查各軸的超程限位開關的有效性及報警顯示的正確性、超程解除按鈕的有效性。三、數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試G08GFZW檢查并正確設置各個坐標軸的最高快移速度、最高加工速度、回參考點快移速度、回參考點定位速度。檢查各坐標軸的有效行程范圍，正確設置坐標軸參數(shù)中的正、負軟限位。嚴格遵循操作規(guī)程

按機床和系統(tǒng)使用說明書的要求正確、合理地使用，應盡量避免因操作不當引起的故障。對紙帶閱讀機或磁盤閱讀機的定期維護

紙帶閱讀機讀帶部分有污物會使讀入的紙帶信息出現(xiàn)錯誤。防止數(shù)控裝置過熱

定期清理數(shù)控裝置的散熱通風系統(tǒng)。

(4)經(jīng)常監(jiān)視數(shù)控系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓

通常，數(shù)控系統(tǒng)允許的電網(wǎng)電壓范圍在額定值的-15％～+10％，如果超出此范圍，輕則使數(shù)控系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作，重則會造成重要電子元器件的損壞。四、數(shù)控系統(tǒng)的維護G08GFZW目前一些老的數(shù)控機床上使定期檢查和更換直流電動機電刷用的大部分是直流電動機。防止塵埃進入數(shù)控裝置內(nèi)除了進行檢修外，應盡量減少打開電氣柜門的次數(shù)。一些已受外部塵埃、油霧污染的電路板和接插件可采用專用電子清潔劑噴洗。存儲器用電池定期檢查和更換

通常，數(shù)控系統(tǒng)中部分CMOS存儲器中的存儲內(nèi)容在斷電時靠電池供電保持。數(shù)控系統(tǒng)長期不用時的維護

當數(shù)控機床長期閑置不用時，也應定期對數(shù)控系統(tǒng)進行維護和保養(yǎng)。第二節(jié) 工業(yè)控制技術(shù)G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)二、現(xiàn)場總線技術(shù)三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的功能(1)數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)通信即數(shù)據(jù)傳送，是計算機網(wǎng)絡的最基本功能之一。傳輸文件。使用電子郵件(E-mail)。(2)資源共享

資源共享包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源的共享，它是計算機網(wǎng)絡最有吸引力的功能。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)G08GFZW(3)計算機系統(tǒng)可靠性和可用性的提高

計算機系統(tǒng)可靠性的提高主要表現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡中每臺計算機都可以依賴計算機網(wǎng)絡相互為后備機，一旦某臺計算機出現(xiàn)故障，其他計算機可以立即承擔起原先由故障機所擔負的任務，避免了系統(tǒng)的癱瘓，使計算機的可靠性得到了大大的提高。(4)易于進行分布處理

在計算機網(wǎng)絡中，每個用戶可根據(jù)情況合理選擇計算機網(wǎng)絡內(nèi)的資源，以就近原則快速進行處理。(1)按地域來分

分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(2)按建設計算機網(wǎng)絡的屬性來分

分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。分為星形、總線型、環(huán)形、樹形、分為電路交換、報文交換和報文分按網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)來分全互聯(lián)形和不規(guī)則形。按信息的交換方式來分組交換。計算機網(wǎng)絡的模式對等網(wǎng)絡模式

在對等網(wǎng)絡模式中，相連的機器之間彼此處于同等地位，沒有主從之分故又稱為對等網(wǎng)絡(Peer

to

Peernetwork)。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(2)客戶機／服務器網(wǎng)絡模式

客戶機／服務器網(wǎng)絡是一種基于服務器的網(wǎng)絡，與對等網(wǎng)絡相比，基于服務器的網(wǎng)絡提供了更好的運行性能并且可靠性也有所提高。(1)數(shù)據(jù)通信的基本概念

1)數(shù)據(jù)。信號。信道。(2)模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式

1)模擬數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸。5.計算機網(wǎng)絡基礎知識G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)G08GFZW數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸。模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸。數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸。

(3)多路復用頻分多路復用(FDM)。時分多路復用(TDM)。6.計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)(1)OSI網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

這種體系結(jié)構(gòu)的參考模型，如圖5-18所示。一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)物理層。數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)絡層。傳輸層。會話層。TCP/IP體系共分成4個層次，如圖表示層。應用層。(2)TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

5-19所示。圖5-18G08GFZWOSI體系結(jié)構(gòu)參考模型一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)網(wǎng)絡接口層。網(wǎng)絡層。傳輸層。應用層。域網(wǎng)絡所用的雙絞線是一種由4對線(即8根線)組成的，其中每根線的材質(zhì)有銅線和銅包的鋼線兩類。表5-1雙絞線的引腳圖5-19

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的參考模型7.數(shù)(1據(jù))雙的絞傳線輸媒組體建局G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(2)同軸電纜

如圖5-20所示，同軸電纜中央是銅質(zhì)芯線(單股的實心線或多股絞合線)，銅質(zhì)芯線外包著一層絕緣層，絕緣層外是一層網(wǎng)狀編織的金屬絲作外導體屏蔽層(可以是單股的)，屏蔽層把電線很好地包起來，再往外就是外包皮的塑料保護層了。圖5-20同軸電纜示意圖G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(3)光纖

光纖是一種細小、柔韌并能傳輸光信號的介質(zhì)，一根光纜中包含有多條光纖。圖5-21星形拓撲結(jié)構(gòu)示意圖G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)圖5-22總線型拓撲結(jié)構(gòu)示意圖網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)星形拓撲結(jié)構(gòu)

如圖5-21所示，星形拓撲結(jié)構(gòu)是由中心節(jié)點和通過點對點鏈路連接到中心節(jié)點的各站點組成。1)由于每個設備都用一根線路和中心節(jié)點相連，如果這根線路損壞，或與之相連的工作站出現(xiàn)故障時，在星形拓撲結(jié)構(gòu)中G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)網(wǎng)絡的擴展容易?？刂坪驮\斷方便。訪問協(xié)議簡單。(2)總線型拓撲結(jié)構(gòu)

如圖5-22所示，總線型拓撲結(jié)構(gòu)采用單根傳輸線作為傳輸介質(zhì)，所有的站點(包括工作站和文件服務器)均通過相應的硬件接口直接連接到傳輸介質(zhì)或稱總線上，各工作站地位平等，無中心節(jié)點控制。從硬件觀點來看總線型拓撲結(jié)構(gòu)可靠性高。易于擴充，增加新的站點容易。圖5-23環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)示意圖G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)使用電纜較少，且安裝容易。使用的設備相對簡單，可靠性高。(3)環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)

如圖5-23所示，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)是由網(wǎng)絡中若干中繼器通過點到點的鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán)。路由選擇控制簡單。電纜長度短。適用于光纖。環(huán)形網(wǎng)絡的缺點：節(jié)點故障引起整個網(wǎng)絡癱瘓。診斷故障困難。圖5-24樹形拓撲結(jié)構(gòu)示意圖G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(4)樹形拓撲

如圖5-24所示，樹形拓撲是從總線拓撲演變過來的，形狀像一棵倒置的樹，頂端有一個帶有分支的根，每個分支還可延

伸出子分支。易于擴展。故障隔離容易。(5)混合型拓撲結(jié)構(gòu)

如圖5-25所示，混合方式比較常見的有星形/總線拓撲和星形環(huán)拓撲。圖5-25混合型拓撲結(jié)構(gòu)示意圖G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)圖5-26

中繼器9.網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)互聯(lián)設備(1)中繼器(Repeater)

如圖5-26所示，中繼器是連接網(wǎng)絡線路的一種裝置，常用于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(2)集線器(HUB)

集線器是對網(wǎng)絡進行集中管理的最小單元，像樹的主干一樣，它是各分枝的匯集點。圖5-27

網(wǎng)橋G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)網(wǎng)橋(Bridge)

如圖5-27所示，網(wǎng)橋是一個局域網(wǎng)與另一個局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁。路由器(Router)

如圖5-28所示，路由器是工作在ISO/OSI參考模型的網(wǎng)絡層的設備。圖5-28

路由器G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)網(wǎng)絡地址的使用。多路徑傳輸和路由控制。流量控制。幀的分段。網(wǎng)關(Gateway)在一個計算機網(wǎng)絡中，當連接不同類型而協(xié)議差別又比較大的網(wǎng)絡的時候，需要選用網(wǎng)關設備。交換機交換機是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。10.構(gòu)成局域網(wǎng)絡的組件G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)服務器

服務器是整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心，它為網(wǎng)絡用戶提供服務并管理整個網(wǎng)絡，在其上運行的操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡操作系統(tǒng)?？蛻魴C

客戶機又稱工作站。(3)網(wǎng)絡通信設備網(wǎng)絡適配器。集線器。(4)通信協(xié)議

為了完成兩個計算機系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換而必須遵守的一系列規(guī)則和約定稱為通信協(xié)議。11.網(wǎng)絡IP地址G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)(1)網(wǎng)絡IP地址的劃分

分為兩部分——網(wǎng)絡ID和主機ID。1)網(wǎng)絡ID，又稱作網(wǎng)絡地址，用來標識互聯(lián)網(wǎng)中的某個網(wǎng)段。圖5-29IP地址結(jié)構(gòu)G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)G08GFZW2)主機ID，也就是主機地址，用來標識每個網(wǎng)絡內(nèi)的TCP/IP節(jié)點

(如工作站，服務器，路由器或者其他TCP/IP設備)。IP地址的表示方法

一般采用點分十進制(dotted

decimalnotation)來表示：網(wǎng)絡ID部分為前兩個數(shù)字部分(131.107)，主機ID部分為后兩個數(shù)字部分(16.200)，如圖5-29所示。IP地址分類

Internet協(xié)會定義了五類IP地址，其中A、B和C類用于分配給節(jié)點。一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)表5-2

IP地址分類(4)子網(wǎng)掩碼

一個網(wǎng)絡IP地址包含了兩部分：網(wǎng)絡ID和主機ID。11111111

11111111

00000000

00000000表5-3

子網(wǎng)掩碼G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)圖5-30子網(wǎng)的劃分(5)子網(wǎng)劃分

已知一個網(wǎng)絡ID為/16，將其劃分成16個子網(wǎng)，如

所示。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)圖5-31網(wǎng)絡連接12.1W)i單nd擊o開ws始下菜的單TC，P/找I到P配控置制面板下的網(wǎng)絡連接，出現(xiàn)網(wǎng)絡連接窗口，如圖5-31所示。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)圖5-32

本地連接對話框2)單擊網(wǎng)絡連接，出現(xiàn)本地連接的圖標，如圖5-32所示。G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)3)在默認情況下，應該存在本地連接的圖標，用右鍵單擊該圖標，選擇屬性，出現(xiàn)本地連接屬性對話框，如圖5-33所示。圖5-33本地連接屬性對話框G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)4)選擇Internet協(xié)議(TCP/IP)，并單擊屬性按鈕，出現(xiàn)

Internet協(xié)議(TCP/IP)屬性對話框，如圖5-34所示。圖5-34Internet協(xié)議(TCP/IP)屬性對話框(一)G08GFZW一、計算機網(wǎng)絡技術(shù)5)選擇使用下面的IP地址，并輸入相應的IP地址、子網(wǎng)掩碼和默認網(wǎng)關，以及DNS服務器，如圖5-35所示。圖5-35Internet協(xié)議(TCP/IP)屬性對話框(二)G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)圖5-36

基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)1.典型現(xiàn)場總線簡介G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW基金會現(xiàn)場總線

基金會現(xiàn)場總線，即Foudation

Fieldbus，簡稱FF，這是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。LonWorks現(xiàn)場總線

LonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它采用了ISO/OSI模型的全部七層通信協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為參數(shù)設置，其通信速率從300B/s~15MB/s不等，直接通信距離可達到2700m(78kB/s，雙絞線)，支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)。PROFIBUS現(xiàn)場總線

PROFIBUS是作為德國國家標準DIN

19245和歐洲標準的現(xiàn)場總線。二、現(xiàn)場總線技術(shù)CAN現(xiàn)場總線

CAN是控制網(wǎng)絡Control

Area

Network的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。HART現(xiàn)場總線

HART是Highway

Addressable

RemoteTransduer的縮寫。RS-485

盡管RS-485不能稱為現(xiàn)場總線，但是作為現(xiàn)場總線的“鼻祖”，還有許多設備繼續(xù)沿用這種通信協(xié)議。(1)PROFIBUS概貌2.PROFIBUS現(xiàn)場總線G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZWPROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP(Decentralized

Periphery)、PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus

Message

Specification)。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。PROFIBUS-PA是專為過程自動化設計的，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)連在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。二、現(xiàn)場總線技術(shù)5)PROFIBUS-FMS用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡。(2)PRFIBUS基本特性1)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)。圖5-37PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW①PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS-DP設備的設備行為。②PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范(Fieldbus

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Specification-FMS)和低層接口(Lower

Layer

Interface-LLI)。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。二、現(xiàn)場總線技術(shù)③PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標準，PA傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡。2)PROFIBUS傳輸技術(shù)。①用于DP/FMS的RS-485傳輸技術(shù)。RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。這種技術(shù)通常稱之為H2。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。RS-485傳輸技術(shù)基本特征見表5-4。表5-4G08GFZWRS-485傳輸技術(shù)基本特征二、現(xiàn)場總線技術(shù)②用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)。數(shù)據(jù)IEC1158-2的傳輸技術(shù)用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工業(yè)的要求。它可保持其本征安全性，并通過總線對現(xiàn)場設備供電。IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱為H1。表5-5G08GFZWIEC1158-2傳輸技術(shù)特性二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW③光纖傳輸技術(shù)。PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x?？墒褂脙煞N光纖導體：一是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50m情況下使用；另一種是玻璃纖維導體，供距離大于1km情況下使用。許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導體信號或?qū)⒐饫w導體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。3)PROFIBUS總線存取協(xié)議。①三種PROFIBUS(DP、FMS、PA)均使用一致的總線存取協(xié)議。該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)來實現(xiàn)的。它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW②在PROFIBUS中，第二層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層(Fieldbus

Data

Link，F(xiàn)DL)。介質(zhì)存取控制(Medium

AccessControl，MAC)具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。③PROFIBUS協(xié)議的設計要滿足介質(zhì)存取控制的兩個基本要求：在復雜的自動化系統(tǒng)(主站)間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務；在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備(從站)間通信，應盡可能快速又簡單地完成數(shù)據(jù)的實時傳輸。④令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權(quán)(令牌)。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW⑤主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統(tǒng)配置：純主-從系統(tǒng)、純主-主系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。⑥在總線系統(tǒng)初建時，主站介質(zhì)存取控制(MAC)的任務是制定總線上的站點分配并建立邏輯環(huán)。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。⑦第二層的另一重要工作任務是保證數(shù)據(jù)的可靠性。PROFIBUS第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可以保證數(shù)據(jù)的高度完整性。⑧PROFIBUS第二層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點通信，其中包括廣播及有選擇廣播功能。二、現(xiàn)場總線技術(shù)3.PROFIBUS-DP(1)PROFIBUS-DP的基本功能(見表5-6）表5-

6

PROFIBUS-DP的基本功能G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)表5-6PROFIBUS-DP的基本功能(2)PROFIBUS-DP基本特征(見表5-7)G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)表5-7

PROFIBUS-DP基本特征(3)PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置

PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。1)一級DP主站(DPM1)：一級DP主站是中央控制器，它在預定的信息周期內(nèi)與分散的站(如DP從站)交換信息。G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW二級DP主站(DPM2)：二級DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。DP從站：DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設備

(I/O設備、驅(qū)動器、HMI、閥門等)。單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運行階段，只有一個活動主站。多主站系統(tǒng)：總線上連有多個主站。(4)PROFIBUS-DP行規(guī)

PROFIBUS-DP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。二、現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的基本特性適合過程自動化應用的行規(guī)使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場設備具有互換性。增加和去除總線站點，即使在本征安全地區(qū)也不會影響到其他站。在過程自動化的PROFIBUS-PA段與制造業(yè)自動化的PROFIBUS-DP總線段之間通過耦合器連接，并可實現(xiàn)兩段間的透明通信。使用與IEC1158-2技術(shù)相同的雙絞線完成遠程供電和數(shù)據(jù)傳送。G08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)5)在潛在的爆炸危險區(qū)可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。PROFIBUS-PA采用的基本功能來傳送(2)PROFIBUS-PA傳輸協(xié)議測量值和狀態(tài)。(3)PROFIBUS-PA設備行規(guī)PROFIBUS-PA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場設備的互換性和互操作性，它是PROFIBUS-PA的一個組成部分。(1)PROFIBUS-FMS應用層應用層提供了供用戶使用的通信服務。５.PROFIBUS-FMSG08GFZW二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZW現(xiàn)場總線信息規(guī)范(Fieldbus

Message

Specification-FMS)：描述了通信對象和應用服務。低層接口(Lower

Layer

Interface-LLI)：FMS服務到第二層的接口。PROFIBUS-FMS通信模型

PROFIBUS-FMS利用通信關系將分散的應用過程統(tǒng)一到一個共用的過程中。通信對象與通信字典(OD)FMS面向?qū)ο笸ㄐ?，它確認5種靜態(tài)通信對象：簡單變量、數(shù)組、記錄、域和事件，還確認2種動態(tài)通信對象：程序調(diào)用和變量表。每個FMS設備的所有通信對象都填入對象字典(OD)。二、現(xiàn)場總線技術(shù)G08GFZWPROFIBUS-FMS服務

FMS服務項目是ISO

9506制造信息規(guī)范MMS(ManufacturingMessage

Specification)服務項目的子集。低層接口(LLI)

第七層到第二層服務的映射由LLI來解決，其主要任務包括數(shù)據(jù)流控制和連接監(jiān)視。網(wǎng)絡管理

FMS還提供網(wǎng)絡管理功能，有由現(xiàn)場總線管理層第七層來實現(xiàn)。PROFIBUS-FMS行規(guī)

FMS提供了范圍廣泛的功能來保證它的普遍應用。三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)執(zhí)行機構(gòu)部分的作用是執(zhí)行各種指令、完成斷、決策和指令。(4)執(zhí)行機構(gòu)部分預期的動作。自動化設備及生產(chǎn)線的組成機械本體部分

機械本體在自動化設備及生產(chǎn)線中，機械本體是被自動化的對象，也是完成給定工作的主體，是機電一體化技術(shù)的載體。連接固定的功能，如數(shù)控機床的床身和殼體。實現(xiàn)特定的功能，如數(shù)控機床可加工機械零件。檢測及傳感器部分

檢測及傳感器部分的作用是獲取信息?？刂撇糠?/p>

控制部分的作用是處理各種信息并做出相應的判G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)圖5-38某工件的傳送與分揀自動化生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)示意圖(5)動力源部分

動力源部分的作用是向自動化設備及生產(chǎn)線供應能量，以驅(qū)動它們進行各種運動和操作。2.自動化生產(chǎn)線實例簡介G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)G08GFZW(1)系統(tǒng)的控制要求1)工件搬運過程：①按下起動按鈕，此時系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。由光敏傳感器檢測到有工件，門架機械手向下運動，到達預定位置后停止。真空吸盤開始吸持工件，經(jīng)一定時間吸牢。②門架機械手向上運動，到達頂端為止。門架機械手向前運動，到達最前端。③立柱機械手向上運動，到達與被夾持工件同樣的高度。立柱機械手向前伸開手臂，準備夾工件。④機械手夾緊工件。三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)G08GFZW⑤真空吸盤松開工件。⑥真空吸盤回退到初始位置等待下一次工作。同時，立柱機械手順時針轉(zhuǎn)動，直到預定位置。⑦機械手向下運動，到達工作臺指定位置，機械手手臂回縮。⑧機械手逆時針轉(zhuǎn)動回到初始位置，等待下一次工作。⑨氣缸1直推送工件，使之與傳送帶在一條直線上。⑩氣缸2推送工件到傳送帶上。2)工件分揀過程：①電容傳感器檢測是否為鐵磁性工件，若是，推送到相應的產(chǎn)品箱1中。②光敏傳感器1檢測高度是否為H1的工件，若是，推送到相應的產(chǎn)品箱2中；否則推送到產(chǎn)品箱3中。三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)采用5個DNC型氣缸分別作為門架機械手的升降缸、前后移動缸、立柱機械手升降缸、手臂伸縮缸和夾緊缸，它們由雙電控電磁閥控制。PLC程序設計1)地址分配：由系統(tǒng)的控制要求，可確定輸入、輸出的個數(shù)，它們的輸入輸出信號見表5-8。表5-

8

輸入輸出信號G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)圖5-39

氣缸送工件到傳送帶上的功能圖2)功能圖：按照給出的控制要求和實際工作過程，可畫出工件傳送與分揀系統(tǒng)的功能圖。①氣缸送工件到傳送帶上的功能圖如圖5-39所示。G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)②工件搬運功能圖如圖5-40所示。圖5-40工件搬運功能圖G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)③工件分揀功能圖如圖5-41所示。3)程序略。調(diào)試步驟調(diào)整自動化生產(chǎn)線中的每一個運動部件，使之滿足其控制要求。調(diào)整檢測裝置，使各部件運動位置變化的檢測準確。調(diào)整各聯(lián)鎖及互鎖元件，使其滿足動作要求。調(diào)整全局的動作情況，使整個動作滿足局部服從全局、全局滿足局部的動作要求。G08GFZW三、自動化設備及生產(chǎn)線技術(shù)圖5-41工件分揀功能圖G08GFZW第三節(jié) 電氣檢修與診斷技術(shù)G08GFZW一、電氣設備的日常維護與保養(yǎng)二、電氣設備檢修的基本方法三、電氣設備檢修的一般步驟一、電氣設備的日常維護與保養(yǎng)電動機日常維護與保養(yǎng)電動機應保持表面清潔，進、出風口必須保持暢通，不允許水滴、油污或金屬屑等異物掉入電動機的內(nèi)部。經(jīng)常檢查運行中的電動機負載電流是否正常，用鉗形電流表查看三相電流是否平衡，三相電流中的任何一相與其三相平均值相差不允許超過10%。對工作在正常環(huán)境條件下的電動機，應定期用絕緣電阻表檢查其絕緣電阻；對工作在潮濕、多塵及含有腐蝕性氣體等環(huán)境條件的電動機，更應該經(jīng)常檢查其絕緣電阻，其絕緣電阻至少為0.5ΜΩ。G08GFZW一、電氣設備的日常維護與保養(yǎng)G08GFZW經(jīng)常檢查電動機的接地裝置，確保牢固可靠。經(jīng)常檢查電動機的溫升是否正常。經(jīng)常檢查電動機的振動、噪聲是否正常，有無異常氣昧、冒煙、起動困難等現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)，應立即停車檢修。經(jīng)常檢查電動機軸承是否有過熱、潤滑脂不足或磨損等現(xiàn)象。對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，應檢查電刷與集電環(huán)之間的接觸壓力、磨損及火花情況，發(fā)現(xiàn)有不正常的火花時，需進一步檢查電刷或清理集電環(huán)表面，并校正電刷彈簧壓力。對于直流電動機，應檢查換向器表面是否光滑圓整，有無機械損傷或火花灼傷。檢查電動機的引出線是否絕緣良好、連接可靠。一、電氣設備的日常維護與保養(yǎng)控制設備的日常維護保養(yǎng)電氣柜的門、蓋、鎖及門框周邊的耐油密封墊均應良好。操縱臺上的所有操縱按鈕、主令開關的手柄、信號燈及儀表護罩都應保持清潔完好。檢查接觸器、繼電器等電器的觸點系統(tǒng)吸合是否良好，有無噪聲、卡住或遲滯現(xiàn)象，觸點接觸面有無燒蝕、毛刺或穴坑；電磁線圈是否過熱；各彈簧的作用力是否適當；滅弧裝置是否完好無損等。G08GFZW一、電氣設備的日常維護與保養(yǎng)G08GFZW試驗位置開關能否起到位置保護作用。檢查各電器的操作機構(gòu)是否靈活可靠，有關整定值是否符合要求。檢查各線路接頭與端子板的連接是否牢靠，各部件之間的連接導線、電纜或保護導線的軟管，不得被冷卻液、油污等腐蝕，管接頭處不得產(chǎn)生脫落或散頭等現(xiàn)象。檢查電氣柜及導線通道的散熱情況是否良好。檢查各類指示信號裝置和照明裝置是否完好。檢查電氣設備和工業(yè)機械上所有裸露導體件是否接到保護接地專用端子上，是否達到了保護電路連續(xù)性的要求。二、電氣設備檢修的基本方法直覺檢查法信號尋跡法信號注入法同類比對法波形觀察法參數(shù)測試法G08GFZW二、電氣設備檢修的基本方法(1)電壓測試

電壓測試可將實際測得的電壓值與正常值相比較，通過比較，能幫助找到有故障電路的位置。電流測試可將實際測得的電流值與正常值相比較。進行電阻測試時，可將實際測試得到的電阻值與正(2)電流測試

(3)電阻測試常值相比較。分隔測試法更新替換法短接法分析判斷法G08GFZW三、電氣設備檢修的一般步驟(1)先動腦、后動手

從故障現(xiàn)象的確定，分析、檢測和判斷，2.根據(jù)故障的現(xiàn)象，分析故障，確定故障的大致范圍都要保持清醒的頭，正確的分析，可以起到事半功倍的效果。3.利(用2)儀檢測器順儀序表進行檢測，找出故障點充分了解故障發(fā)生時的具體情況詳細詢問操作者。通過看、聽、聞、摸等，是否發(fā)現(xiàn)如破裂、雜聲、異味、過熱等特殊現(xiàn)象。在確定無危險的情況下，通電試車。G08GFZW三、電氣設備檢修的一般步驟G08GFZW先檢查電源，再檢查電路和負載。先檢查公共回路，再檢查各分支回路。先檢查控制電路，再檢查主電路。先檢查容易測量的部分(電氣箱內(nèi))，再檢查不容易檢測的部分(設備上的器件)。①交流回路，刨床工作臺步進、前進控制回路。②直流回路，刨床工作臺步進和前進兩條支路(不含步退和后退的公共支路)。測量某一支路時，可從電源向負載方向逐步測量檢查；也可以從負載向電源方向逐步測量和檢查；還可以直接從電路中間向兩側(cè)(電源和負載)進行檢測。三、電氣設備檢修的一般步驟(3)

特殊故障，要特殊處理

沒有必要按部就班的檢查一遍。檢測出故障點后，予以修復處理在找出故障點和修復故障時，對故障點的修復處理要合理、可靠，要根除故障，切忌“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”。找出故障點后，一定要針對不同故障情況和部位相應采取正確的修復方法，不要輕易采用更換電器元件和補線等方法，更不允許輕易改動電路或更換規(guī)格不同的電器元件，以防止產(chǎn)生人為故障。在故障點的修理工作中，一般情況下應盡量做到復原。電氣故障修復完畢，需要通電試運行時，應和操作者配合，并向操作人員說明應注意的問題，避免出現(xiàn)新的故障。每次排除故障后，應及時總結(jié)經(jīng)驗，并做好維修記錄。G08GFZW第四節(jié) 電氣抗干擾技術(shù)G08GFZW一、干擾的基本知識二、抑制干擾的措施三、消除干擾的方法第四節(jié) 電氣抗干擾技術(shù)圖5-42電氣系統(tǒng)干擾示意圖G08GFZW一、干擾的基本知識(1)傳導耦合干擾從導線進入電路。(2)靜電耦合

干擾信號通過分布電容進行傳遞。(3)電磁耦合在空間磁場中電路之間的互感耦合。2.干擾的作用途徑干擾的來源外部干擾

來自系統(tǒng)的外部，如電網(wǎng)的波動、大型用電設備的起停、電磁輻射等。內(nèi)部干擾

來自系統(tǒng)的內(nèi)部，如系統(tǒng)的軟件干擾、分布電容、多點接地等。G08GFZW一、干擾的基本知識(4)公共阻抗耦合

多個電路的電流流經(jīng)同一公共阻抗時所產(chǎn)生的相互影響。干擾的作用形式共模干擾

在電路輸入端相對公共接地點同時出現(xiàn)的干擾。串模干擾

串聯(lián)疊加在工作信號上的干擾。靜電干擾

大量物體表面都存在有靜電電荷，特別是含有電氣4.電磁干擾的種類控制的相關設備。(2)磁場耦合干擾

磁場耦合干擾是指大電流周圍磁場對電氣設備回路耦合形成的干擾。G08GFZW一、干擾的基本知識漏電耦合干擾

漏電耦合干擾是因絕緣電阻降低而由漏電流引起的干擾，多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、本身老化等情況下。共阻抗干擾

共阻抗干擾是指電路各部分公共導線阻抗、地阻抗和電源內(nèi)阻壓降相互耦合形成的干擾。圖5-

43

串聯(lián)