现场总线在柔性制造系统中的应用

总线型柔性生产线的应用【摘要】总线型柔性生产线为柔性生产线提供了新的应用形式，将企业管理信息系统与底层自动化系统有机的结合起来，形成了自动化工厂的雏形。

为自动化工厂的建设提供了参考。

【关键词】总线型柔性生产线主线支线控制系统信息系统1前言柔性生产线作为生产企业提高生产效率、稳定产品质量、提高生产管理水平的手段，已经有近百年的历史了，其形式也是多种多样的，柔性生产线的应用能够有效的提高企业的产能和产品的质量，同时也推动着企业现代化的进程。

本文介绍了一种新型的柔性生产线—总线型柔性生产线，总线型柔性生产线为柔性生产线的建设提供了新的应用形式。

2总线型柔性生产线的结构形式总线型柔性生产线的结构形式见图1。

主要由：主线、支线、控制系统、信息系统组成。

（1）主线，是系统的主要交通要道，各个机床工位间零件的传送由主线完成，主线能够实现正反两个方向运转，根据上线零件需要输送的方向，确定正（反）向运转，将零件按要求输送到需要的支线处，并由对应的移栽机构将零件移到支线上，完成一次零件的传送。

（2）支线，在每一个机床工位设置一条支线，用来接收和送出零件。

支线能够实现正反两个方向的运转，能够从主线接收零件和向主线输送零件。

接收和输送的需求由信息系统确定。

（3）控制系统，是柔性生产线的中枢神经，负责执行机构与信息系统之间信息的交互，并控制执行机构按要求完成规定的动作；同时将执行机构工作形成的信息记录反馈到信息系统进行逻辑运算和储存。

保证动作的准确。

并为以后生产管理提供统计分析数据。

（4）信息系统，信息系统是柔性生产线的上层管理系统，可以是MES系统，也可以是ERP系统。

主要功能是处理零件的加工信息，形成一定格式的数据文件，根据每次加工零件的不同，由接口软件动态调用对应的技术文件，并传递给自动生产线。

生产线工作过程中形成的生产数据信息同时实时的上传到信息系统，贮存到信息系统的数据库内，为生产管理提供丰富的生产数据信息。

3运行效果柔性生产线于2010年5月底建成，经过一个月的试运行后，与7月份正式投入使用，截至目前运行效果满足最初的设计要求。

生产控制系统中现场总线技术的应用。

各种棉纺、织造、印染机械的控制器只要具有现场总线通讯接口，通过适当的编程，就可以将机械的运行数据实时传送到监控系统。

现场总线监控层完成车间级设备检测和控制。

应用组态软件编程和现场总线网络，整合车间内各个单台机械设备控制系统，以清晰友好的人机界面实现全车间设备的生产状态、产量、效率的监视，同时还可以对设备的工艺参数进行统一设置，故障报警、参数记录、显示历史趋势和实时曲线，生成和打印各种生产报表。

管理层是工厂级的信息管理系统。

控制系统均可以按照用户的需求，通过多种总线、工业网络建立数据库，对数据进行处理并分类送到各个管理部门，实现数据的查询、统计、分析和数据报表。

现场总线信息层将控制过程、信息管理、通信网络融为一体，实现数据共享，有关人员登陆到Web 服务器，就可根据各自的权限监控到生产现场的设备的运行情况。

5 应用案例由于现场总线技术在可靠性、开放性、经济性、全数字化传送方面具有无比的优越性，适应了现代纺织工业的高质量、低成本、小批量、多品种、快速响应、高效低耗、清洁生产的需要，目前，现场总线技术已经开始在纺纱、化纤、机织、针织、染整及服装等纺织机械设备中得到大量的应用，以简化生产系统组成结构，形成柔性化生产体系;保障产品质量，降低生产成本;促进了纺织工业的计算机集成化生产。

在国外推出的采用现场总线技术的化纤、织造及染整等设备中，将不同厂家标准的模块化的现场设备分散在机器的各个部位，利用控制网络集成技术将其组配成专用系统，系统硬件设计变得简单明了，降低了布线成本。

例如，瑞士Sulze Textile 推出的G6300 剑杆织机，机器中的引纬、送经、卷取、织边。

生产控制系统中现场总线技术的应用嘉兆科技 CORAD嘉兆科技随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，现场总线技术逐渐被广泛运用到工业控制系统中，在纺织工业中也开始得到应用。

本文介绍了现场总线的基本原理，对现行的几种现场总线进行了比较，在分析总结数字化纺织生产控制系统发展新特点的基础上，介绍了现在国内外纺织行业在应用现场总线方面的情况。

1 引言随着我国纺织工业持续快速的发展，现代纺织技术将以电子信息技术为主导，以智能化生产为主要特征[1]。

目前，国产纺织机械设备控制系统的开发多侧重于实现单台设备的纺织工艺性能自动化，将机器所具有的先进功能封闭在单机系统内，而忽略了系统的网络化构成，其结果势必使机器的结构(特别是其控制系统)愈来愈复杂，使机器成为纺织企业自动化体系中的“孤岛”。

进入90 年代以来，现场总线技术以及基于该技术的控制系统在国内外引起人们高度重视，成为世界范围内的自动化技术发展的热点，它综合运用了微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术，将微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信的能力，不但提高了信号测量、控制和传输的精度，也为实现其远程传输创造了条件。

在纺织工业由传统工业向现代工业转变的过程中，基于现场总线的控制技术为纺织工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展提供了机遇。

本文通过对现场总线基本原理的介绍，比较了当今比较常用的几种现场总线的特点及应用场合，搭建了基于现场总线控制技术的数字化纺织生产系统的框架模型。

2 现场总线的基本原理现场总线是当今3C(Computer、Communication、Control)技术发展的结合点，也是过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术发展的交汇点，是信息技术、网络技术的发展在控制领域的集中体现，是信息技术、网络技术延伸到现场的必然结果。

根据国际电工委员会(IEC，International Electrotechnical Commission)标准和现场总线基金会(FF，Fieldbus Foundation)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络[2]。

现场总线的原理与应用1. 引言现场总线（Fieldbus）是指用于工业自动化领域的数字通信总线技术，广泛应用于工厂自动化控制系统中。

现场总线连接了各种感应器、执行器和控制设备，实现数据传输、实时控制和监测功能。

本文将介绍现场总线的原理和应用。

2. 现场总线的原理现场总线通过将数据进行数字化和通信，实现了系统的联网和集成化。

其原理主要包括以下几个方面：2.1 数据传输方式现场总线采用异步传输方式进行数据的传输，每个节点都具有唯一的地址。

数据传输可以是双向的，节点可以发送和接收数据。

现场总线支持点对点或多点通信方式，节点之间可以直接进行数据交互。

2.2 数据传输协议现场总线使用特定的数据传输协议，确保数据的可靠传输和完整性。

常见的现场总线协议包括Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等。

这些协议定义了数据的格式、传输速率、校验等参数。

2.3 总线拓扑结构现场总线可以采用不同的拓扑结构，常见的有星型、环型、总线型等。

选择合适的拓扑结构可以根据系统需求和通信距离来确定。

拓扑结构的选择影响了总线的可靠性和性能。

3. 现场总线的应用现场总线在工业自动化领域有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：3.1 工厂自动化控制系统现场总线可以应用于工厂自动化控制系统中，连接和控制各种设备，如传感器、执行器、PLC等。

通过现场总线，可以实现实时数据的采集、设备的控制和监测，提高工厂的自动化程度和生产效率。

3.2 智能建筑系统现场总线可以用于智能建筑系统中，连接和控制照明、空调、安防等设备。

通过现场总线，可以实现对设备的集中控制和监测，提高建筑的能耗管理和智能化水平。

3.3 交通信号控制系统现场总线可以用于交通信号控制系统中，连接和控制交通信号灯、指示器等设备。

通过现场总线，可以实现实时的信号控制和交通流量的监测，提高交通效率和安全性。

3.4 水处理控制系统现场总线可以应用于水处理控制系统中，连接和控制水泵、阀门等设备。

现场总线的应用现场总线（Fieldbus）是一种用于实现现场设备集成的通信协议和技术，它利用数字化信号处理和开放式标准的物理和通信层协议，实现工业现场现代化和网络化。

现场总线的应用非常广泛，涉及到许多行业和领域，本文将介绍现场总线的应用。

一、自动化控制自动化控制是工业生产过程中不可或缺的一部分，现场总线可以广泛应用于自动化控制系统中，它将各种传感器，执行器和控制器等设备连接在一起，使得设备之间可以进行数据通信和控制命令的传输。

同时，现场总线还可以提高自动化控制系统的可靠性、灵活性和扩展性，使系统具有更好的实时性和响应速度。

例如，在自动化生产线上，现场总线可以实现对工件加工工艺的实时监测和控制，及时响应生产过程中的异常情况，从而保证产品的质量和产量。

二、工业网络工业网络是现代工业自动化领域必不可少的基础设施，它负责连接各种生产设备和自动化控制系统，在工业控制领域起着至关重要的作用。

现场总线是工业网络通信的一种关键技术，它可以实现连接工业现场设备的互联互通，使得生产过程中的各种设备可以在同一个网络中实现数据传输和命令控制。

同时，现场总线还可以提高工业网络的可靠性、带宽和实时性，为网络中各种设备的数据传输提供了更好的保障。

三、电力系统电力系统是现代工业生产的重要组成部分，它对生产过程的稳定性和可靠性有着重要的影响。

现场总线可以广泛应用于电力系统的监测和控制中，实现对电力设备的实时监控和故障诊断。

例如，在变电站的监测系统中，通过现场总线连接绝缘监测仪、温度监测仪、压力监测仪等设备，可以实现对变电站的实时监测、故障诊断和控制操作。

四、安全防护安全防护是现代工业生产中必不可少的一部分，它可以有效地保护工人、设备和环境的安全。

现场总线可以在安全防护领域中发挥非常重要的作用，例如，在石化、化工、制药等行业中，通过现场总线连接传感器、报警器等设备，可以实现对危险化学品储罐、化学反应釜等设备的实时监测和报警，有效防止产生危险情况。

面向智能制造现场总线技术的创新应用智能制造作为现代制造业的发展趋势，其核心在于通过高度自动化和智能化的生产方式，提高生产效率、降低成本、提升产品质量。

现场总线技术作为智能制造系统中的关键技术之一，它通过将传感器、执行器、控制器等设备通过数字通信网络连接起来，实现设备间的信息交换和协同工作。

本文将探讨面向智能制造的现场总线技术的创新应用，分析其在智能制造领域的重要作用和发展趋势。

一、智能制造现场总线技术概述智能制造现场总线技术是指在智能制造系统中，用于连接和控制现场设备的数据通信技术。

它能够实现设备间的高速、可靠、实时的数据传输，是智能制造系统实现自动化、智能化的基础。

现场总线技术的核心价值在于其能够支持多种设备和系统的集成，提供灵活的网络拓扑结构，以及强大的数据处理和分析能力。

1.1 现场总线技术的核心特性现场总线技术的核心特性包括实时性、可靠性、开放性和互操作性。

实时性是指现场总线能够保证数据传输的及时性，满足智能制造过程中对时间敏感性的要求。

可靠性则是指现场总线在各种工业环境下都能稳定运行，保证数据传输的准确性和完整性。

开放性意味着现场总线技术能够支持多种设备和协议，易于扩展和升级。

互操作性则是指不同品牌和型号的设备能够通过现场总线技术无缝连接和协同工作。

1.2 现场总线技术的应用场景现场总线技术在智能制造中的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 自动化生产线：现场总线技术可以连接生产线上的各种传感器、执行器和控制器，实现生产过程的自动化控制。

- 机器人协同作业：通过现场总线技术，可以实现多台机器人之间的协同作业，提高生产效率和灵活性。

- 能源管理：现场总线技术可以用于监控和控制工厂的能源消耗，实现能源的优化配置和节能减排。

- 质量控制：现场总线技术可以实时收集生产过程中的数据，用于产品质量的监控和分析，提高产品质量。

二、智能制造现场总线技术的创新应用随着智能制造技术的不断发展，现场总线技术也在不断创新和升级，以适应智能制造的新需求。

PROFIBUS在柔性制造系统中的应用摘要：柔性制造系统通常采用递阶控制的方式，其递阶结构一般分为四层：即工厂级、车间级、现场级和设备级。

其中现场级与设备级的监控及信息集成系统是FMS的基础。

将现场总线网络应用于柔性制造系统，利用西门子PLC S7-300作为柔性制造系统的主站，构建了基于PROFIBUS现场总线的FMS通信与控制的网络系统，保证了TL-50现场级与设备级的信息通讯。

同时在监控主站上运用WINCC组态软件实现对物流系统的实时监控。

关键词：柔性制造系统(FMS) PROFIBUS 通信1 柔性制造系统简介柔性制造系统(FMS)是一项重要的先进制造技术，它是计算机集成制造系统(CIMS)的重要组成部分，也是制造业自动化的发展方向。

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统，即Flexible Manufacturing System，英文缩写为FMS。

它的出现标志了机械制造行业进入了一个新的发展阶段，克服了原来机械生产线只适合于大批量生产的刚性特征，能够适应中小批量、多品种的柔性生产方式，而且将手工操作减少到最低，具有很高的自动化特征。

随着社会对多品种、中小批量产品的认同，对短生产周期、低制造成本的需求增加，加上微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备技术的日益成熟，柔性制造技术得到了广泛的应用。

1.1 柔性制造系统的组成为了实现制造系统的柔性，FMS包括下列组成部分。

①加工系统：柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定，主要有加工中心、车削中心或计算机数控(CNC)车、铣、磨及齿轮加工机床等，用以自动地完成多种工序的加工。

②物料系统：物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作，包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。

基于现场总线的柔性制造系统的设计何芳【摘要】@@%在柔性制造系统中控制系统是极其重要的一部分,控制系统的自动化、智能化和精密化使得柔性制造系统有了快速发展.控制系统功能的实现要通过网络通信,只有信息的传递才能让现场设备和主控计算机进行信息的交流,从而达到控制的目的.本文针对系统通信的实时性和高效性设计了一种新型柔性制造系统,该系统的通信是借助现场总线技术实现的,在系统中设立主站和从站,实现多级实时管理,系统的可靠性得到了很大的提高.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2012(034)017【总页数】3页(P137-139)【关键词】现场总线;柔性制造系统【作者】何芳【作者单位】新余学院机电工程学院,新余338000【正文语种】中文【中图分类】TM9350 引言柔性制造系统由控制系统、加工系统和物流系统三个部分组成，随着各个子系统的发展，柔性制造系统也有了很大的改变，就目前而言，该系统在网络信息化和系统控制模式上还存在某些欠缺。

传统柔性制造系统的控制模式采用的是集中型，现场设备和主控计算机的通信必须通过有线连接，因此，不管是系统运算还是系统逻辑处理，这些都是由中央计算机控制的。

由此可见，现场设备和中央计算机间的通信问题（可靠性、实时性）是促进柔性制造系统实现信息综合、信息集成和自动化的关键。

现场总线是一种通信技术，它不仅能够在工业环境中工作，另外它还具有低成本高性能等优势，作为柔性制造系统中的通信技术，它可以实现现场设备与主控计算机间的通信。

柔性制造系统采用现场总线作为该系统的通信技术，不仅克服了传统柔性制造系统在控制模式上的不足，还可以将现场总线技术的优势发挥出来，现场总线技术的运用极大程度的提高了柔性制造系统各方面的性能。

工业控制系统具有网络化、分散化和智能化等特点，传统的通讯技术无法适应这种工业环境，现场总线技术的运用使得企业系统走向了自动化。

不仅如此，就连PLC和DCS在功能和机构上也做出了相应的改变，而工业自动化产品也面临着升级。

基于现场总线的柔性制造系统信息实时控制夏链;马超;韩江;白永帅;田晓青【摘要】为实现对STAR-FMS柔性制造系统现场设备的实时控制,设计了基于PROFIBUS-DP的控制系统,解决了控制中心与现场设备的通信问题.阐述了系统构成、PROFIBUS-DP总线的控制方案、通信原理以及信息的实时控制.系统采用S7-300和WINCC作为主站,S7-200、ET200和变频器作为从站.以PROFIBUS-DP 总线作为通信基础,既实现了对整个系统的集中控制,又能够分散控制各底层设备,同时使监控画面根据现场实际情况动态显示.应用结果表明,该控制系统设计可行,整个系统运行稳定、可靠,能够实现多级实时控制.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2010(027)007【总页数】4页(P5-8)【关键词】柔性制造系统;现场总线;人机界面;PLC;实时控制【作者】夏链;马超;韩江;白永帅;田晓青【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TH165;TP271.40 引言随着科学技术的迅速发展，国内外市场竞争的加剧，产品更新换代速度的加快以及人们对产品多样化需求的增加，使得机械制造业向多品种、小批量生产方式发展。

为适应这种需求的变化，必须大幅度提高产品制造的柔性和生产效率，缩短生产周期，保证产品质量，降低能耗和生产成本，以获得更好的经济效益。

柔性制造系统正是在这种形势下应运而生的［1］。

柔性制造系统(FMS)是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，适应加工对象变换的自动化机械制造系统［2］。

柔性制造系统要实现对物料流、能量流和信息流的控制功能，必须建立现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络。

现场总线在机械加工自动化中的应用□　刘国光 20世纪80年代以来,由于机电一体化技术的广泛应用,机械加工自动化取得飞速的发展,而现场总线将使机械加工自动化发生根本的变革,是机械加工自动化发展的必然趋势。

一、现场总线产生的背景过程控制仪表是机械加工自动化中不可缺少的一部分,而在50年代,过程仪表基于3～15psi 气动标准信号,60年代后发展了4～20mA(DC)信号标准,直到现在还在广泛使用。

但是,基于这种模拟信号的过程仪表,暴露出许多缺点,已不能满足现场的需要。

如一台仪表,一条传输线,单向传输一个信号的一对一的结构,造成接线复杂、工程周期长、安装费用高、维护困难。

由于模拟信号在传输过程中精度低且易受干扰,为改善可靠性不得已采取相应措施而造成成本增加;仪表的智能化程度低,参数不易调整,现场人员不易控制;还有互换性差等等。

微处理技术的迅速发展,导致在过程控制和智能传感器中大量采用微机技术,大大改善了上述状况。

但仍需要将4～20mA(DC)模拟信号转换为数字信号,而且,系统越庞大,系统的软件、硬件设计越复杂,设计与制造的周期越长。

现场总线(Fieldbus)就是在这样的背景下应运而生的。

二、现场总线及其特点根据国际电工委员会IEC(International E lec2 trotechnical C ommision)标准和现场总线基金会FF (Fieldbus F oundation)的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络。

现场总线与控制系统和现场仪表联用,组成现场总线控制系统(Fieldbus C ontrol System,FCS)。

它将代替分散型控制系统DCS(Distributed C ontrol System),实现现场总线通信网络与控制系统的集成。

它的主要特点是:1　实现互操作性现场总线把通讯一直延伸到生产现场或生产设备。

这些设备包括,变送器、执行器、服务器、网桥、辅助设备和监控设备等。

1前言1.1 国内外研究现状CAN是Controller Area Network的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。

由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。

为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议[1]。

此后，CAN 通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。

现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此。

1.2 课题研究的意义现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。

它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线[2]。

并且随着网络技术的不断发展，利用网络能够在远程对现场设备进行监控，从而改善生产环境，优化生产流程；而且使用网络模式，可以充分利用网络资源，实现资源共享，最大限度的提高生产效率。