1 前言

　　在數控系統中，隨著計算機技術、網絡技術與數控技術越來越緊密地結合，由此而產生的具有開放性的串行總線型計算機數控系統，正在取代傳統的并行式數控系統．并將成為市場的主流產品。傳統計算機數控系統和每臺伺服單元相連都需要一根電纜線，系統連線復雜，故障率也高。為了減少布線費用及降低故障率，利用現場總線PROFIBUS-DP構建數控系統，使得該系統通過高速串行總線與各伺服單元相連，僅需一根電纜或一對雙絞線即可。

2 PROFIBUS—DP介紹

　　PROFIBUS是過程現場總線Process Fieldbu。的縮寫。它是一種國際性的開放式的現場總線，符合CN50170歐洲標準，廣泛應用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS根據其應用特點分為報文規范PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)、分散和外圍設備PHOFIBUS-DP(Decentralized Periphery)、過程自動化PR}FIBUS-PA(Proceae Autamalicn)三個兼容版本。

　　其中。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信連接，用于設備級控制系統與分散式I/0的串行通信。使用PROFIBUSDP模塊可取代價格昂貴的24V或0一20mA并行信號線。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、高效低成本等優點。用于現場層的高速數據傳送時，主站周期地讀取從站的輸人信號并周期地向從站發送輸出信息，總線循環時間必須要比主站程序循環時間短。除周期性數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需要的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。

　　PROFIBUS的協議結構是根據國際標準化組織IS07448標準，以開放系統互聯網絡05I(Open Sysfem laterconnection)為參考模型。該模型共有七層。PftOFIBU5-DP使用其第一層(物理層)、第二層(數據鏈路層)和用戶接日，第三到第七層未加以描述。這種流體型結構確保了數據傳輸的快速和有效，直接數據鏈路映像(DDLM, Direct Data Link Mapper)提供易于進人第二層的用戶接口，用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可以調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBI3SDP設備的設備行為，還提供了傳輸用的RS-485傳輸技術或光纖。

3 基于PROFiBUS-DP的計算機數控系統

　　3.1 系統結構

　　以加工中心數控系統為例，構建基于PROFIBU5-DP的計算機數控系統系統結構如圖1所示。該系統采川傳輸效率最高的單主站線型網絡拓撲結構。其中，CNC(Computer Numerical Control)裝置作為DP宇站，通過對零件加工程序的譯碼、處理，將強電控制信息(如輔助功能M,幸軸功能S、刀具功能T等信息)，以主一從通信方式傳輸給輔助控制裝置PLC該PLC作為智能從站，接受CNC主站傳來的信息，通過I/O接口模塊實現機床開關量的控制。主軸控制單元以及三根進給軸的伺服驅動單元均作為DP從站，由主站CNC裝置分別實現主軸的轉速控制和進給坐標軸的位置及速度控制。檢測裝置作為DP從站，對執行部件的位移、角度、速度進行檢測和反饋，CNC主站周期性地讀取反饋信息并進行處理,PC上位機只起編程和監控作用，其內部裝有STEP 7基本軟件和UVA S7通信軟件，用于編程和對PROFTBUS-DP網進行組態和通訊設置。

圖1 PROFIBU5-DP的計算機數控系統系統結構

　　3.2 設備選型與配置

　　CNC裝置可采用西門子的SINUMERIK 840D型CNC裝置。該裝置的內部主處理器NCU573中有集成的CPU315-2DP,可與FROFIBUS-DP直接相連，實現通信。也可采用國產CNC裝置，但必須配置相應的DP通信模塊，才能與PROFIBUS-DP網絡相連。

　　從站PLC實現各種輔助功能的控制，根據其性能要求.選擇S7-300系列的模塊式中小型PLC。其處理器GPU315-2DP帶有內置的PROFIBC}S-UP接口。符合EN50 170標準，可直接將PLC掛到總線上，不需要另外的通訊接日及轉換接口，連接十分方便。

　　主軸驅動單元作為DP從站，采用西門子的SIMOVERT MA5-TERDRIVES交流驅動。5In90VERT主驅動器是三相交流變頻器，可作為交流電機驅動器或電力逆變器使用，具有230V~690V電壓，適于2.2kw~1500kw的單電機或多電機驅動。利用PROFIRITS-DP，接C7模塊CB1，可直接將SIR70VERT主驅動。器連接到總線上。數據

　　X,Y,Z軸進給何服驅動單元作為三個DP從站，均采用數據西門子公司的模塊化交流伺服驅動系統5IMODRIVE611A/D/U使用CBP通信模塊可將此數字式交流伺服驅動系統直接連接到PHUFIBL S-DP總線ha數據

　　從站檢測裝置選用裝有光電旋轉編碼器的SIMODRIY-ER傳感器一具有PROFIBI;S的絕對編碼器，用于測量機械位移.角度、速度。PftOFIl;US絕對值編碼器可作為從站通過PROFIBUS接口與主站連接，可與PHOFIBi1S上的數字式控制器、PLC,驅動器、定位顯示器一起作用，并且可通過主站完成遠程參數配置:

　　I/O接口模塊，通過其相應的DP通信接口，與DF總線相連，實現DP主站對I/O從站設備的控制。根據計算機數控系統I/O裝置的特點及要求，本系統采用ET 20bM型I/O裝置，該裝置通過接口模塊IM 153與PRDFIBi; S-DP現場總線相連。

　　3.3 系統特點

　　PROFIBUS-IIP應用于計算機數控系統后，和傳統的計算機數控系統相比，具有以下特點:

　　(1)CAC裝置與現場伺服單元及分散的I/O模塊之間，可利用多種傳輸介質，如雙絞線、光纖、同軸電纜等，提高了不同場合的適應性。

　　(2)系統中的多千伺服單元只用一條物理介質完成數據傳輸節省大量現場接線，使安裝簡單、易于維護且工程造價低。

　　(3)采用數字信號傳輸技術，與模擬信號相比，避免了信號衰減和共模干擾，還可以實現檢錯和糾錯功能，從而極大地提高了信號傳輸的可靠性和精度。