工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)

1、機(jī)器人領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí) yogo主要內(nèi)容第一章：信號(hào)的定義和分類第二章：工業(yè)現(xiàn)場總線第三章：Profinet現(xiàn)場總線的配置第四章：第五章：第六章：第七章：第八章：第九章：第十章：第十一章：1.1 1.1 什么是信號(hào)：什么是信號(hào)：u信號(hào)是消息的一種物理體現(xiàn)，消息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。u信號(hào)按物理屬性分：電信號(hào)和非電信號(hào),它們可以相互轉(zhuǎn)換。u電信號(hào)傳輸優(yōu)點(diǎn)：容易產(chǎn)生，便于控制，易于處理。1.21.2、信號(hào)的分類、信號(hào)的分類 classification of signalclassification of signal1 1、按信號(hào)的時(shí)間特性分類、按信號(hào)的時(shí)間特性分類 信號(hào)的分類方法很多，可以從不同的角

2、度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類。信號(hào)的分類方法很多，可以從不同的角度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類。研究確定信號(hào)是研究隨機(jī)信號(hào)的基礎(chǔ)。本課程只討論確定信號(hào)。研究確定信號(hào)是研究隨機(jī)信號(hào)的基礎(chǔ)。本課程只討論確定信號(hào)。確定性信號(hào)確定性信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)（時(shí)間變量t連續(xù)或稱模擬信號(hào)）離散時(shí)間信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)信號(hào)信號(hào)可以用確定時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，稱為確定可以用確定時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，稱為確定信號(hào)或規(guī)則信號(hào)。如正弦信號(hào)。信號(hào)或規(guī)則信號(hào)。如正弦信號(hào)。 不能用確定時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，且在任意時(shí)刻的取值不能用確定時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，且在任意時(shí)刻的取值都具有不確定性，只可能知道它的統(tǒng)計(jì)特性，如在某時(shí)刻

3、都具有不確定性，只可能知道它的統(tǒng)計(jì)特性，如在某時(shí)刻取某一數(shù)值的概率，這類信號(hào)稱為隨機(jī)信號(hào)或不確定信號(hào)。取某一數(shù)值的概率，這類信號(hào)稱為隨機(jī)信號(hào)或不確定信號(hào)。電子系統(tǒng)中的起伏熱噪聲、雷電干擾信號(hào)就是兩種典型的電子系統(tǒng)中的起伏熱噪聲、雷電干擾信號(hào)就是兩種典型的隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)隨機(jī)信號(hào)時(shí)間離散時(shí)間離散幅值連續(xù)幅值連續(xù)時(shí)間離散時(shí)間離散幅值離散幅值離散( ( ) )nfn( ( ) )nfn()tfOt三角波三角波電話網(wǎng)和Internet網(wǎng)電腦或終端調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器電腦或終端例1：收發(fā)電子郵件 調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)與音頻載波組合，產(chǎn)生適合于電話線上傳輸?shù)囊纛l信號(hào)（模擬信號(hào)），解調(diào)是從音頻信號(hào)中

4、恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)。 1.3.1 數(shù)字信號(hào) 在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號(hào)叫數(shù)字信號(hào)。把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路叫數(shù)字電路。 例如： 用電子電路記錄從自動(dòng)生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時(shí)，每送出一個(gè)零件便給電子電路一個(gè)信號(hào)，使之記1，而平時(shí)沒有零件送出時(shí)加給電子電路的信號(hào)是0，所在為記數(shù)?？梢姡慵?shù)目這個(gè)信號(hào)無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。最小的數(shù)量單位就是1個(gè)。 1.3.2 模擬信號(hào) 在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號(hào)叫模擬信號(hào)。把工作在模擬信號(hào)下的電子電路叫模擬電路。 例如： 熱電偶在工作時(shí)輸出的電壓信號(hào)就屬于

5、模擬信號(hào)，因?yàn)樵谌魏吻闆r下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號(hào)無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個(gè)電壓信號(hào)在連續(xù)變化過程中的任何一個(gè)取值都是具體的物理意義，即表示一個(gè)相應(yīng)的溫度。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換原理1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)先進(jìn)行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電平，形成階梯狀信號(hào)，然后進(jìn)行低通濾波。 根據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號(hào)可以看作理想沖激采樣信號(hào)和矩形脈沖信號(hào)的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號(hào)的頻譜就是沖激采樣信號(hào)的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償

6、，由數(shù)字信號(hào)便可恢復(fù)為采樣信號(hào)。由采樣定理，采樣信號(hào)的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號(hào)的頻譜。 一般實(shí)現(xiàn)時(shí)，不是直接依據(jù)這些原理，因?yàn)榧怃J的采樣信號(hào)很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級(jí)聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實(shí)現(xiàn)的，所以在真實(shí)的系統(tǒng)中只能近似完成。 2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。 模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號(hào)，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。二2.1 工業(yè)總線工業(yè)總線就是在模塊之間或者設(shè)備之間傳送信息、相互通信的一組公用信號(hào)線的集合，是系統(tǒng)在主控設(shè)

7、備的控制下，將發(fā)送設(shè)備發(fā)送的信息準(zhǔn)確地傳送給某個(gè)接收設(shè)備的信號(hào)載體或公共通路。 2.1.1 工業(yè)總線的特點(diǎn)：工業(yè)總線的特點(diǎn)在于其公用性即它可以同時(shí)掛接多個(gè)模塊改設(shè)備。由于總線公用性的特點(diǎn)，必須解決物理連接技術(shù)和信號(hào)連接技術(shù)。物理連接包括電線的選擇與連接、用于緩沖的驅(qū)動(dòng)器、接收器的選擇與連接還包括傳饋線的屏蔽、接地和抗干擾等技術(shù)。信號(hào)連接包括基本信號(hào)相互問的時(shí)序匹配和總線握手邏輯控制問題。2.1.2 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線（Field bus）是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳

8、遞問題。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)廠商的高度重視。它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。2.1.3 主流總線下面就幾種主流的現(xiàn)場總線做一簡單介紹。1、基金會(huì)現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus 簡稱FF）這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余

9、家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級(jí)來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可

10、達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。3、DeviceNetDeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)陣地功能。DeviceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)為64個(gè)，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)

11、是Open DeviceNet Vendor Association（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會(huì)，簡稱“ODVA”）。4、PROFIBUSPROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS-DP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動(dòng)化的總線類型，服從IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12

12、Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。5、HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發(fā)。其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。由于它采用模擬數(shù)字信號(hào)混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持

13、編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。6、CC-LinkCC-Link是Control&Communication Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜的問題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國國家

14、標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。7、WorldFIPWorldFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨(dú)立，總部設(shè)在法國。其在歐洲市場占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實(shí)現(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對(duì)FF的H1進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。8、INTERBUSINTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場總線，2000年2月成為

15、國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。其采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點(diǎn)，并嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?；該總線的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和可維護(hù)性也非常出色。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車、煙草、倉儲(chǔ)、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現(xiàn)場總線的領(lǐng)先者。9、ProfinetPROFINET由PROFIBUS國際組織（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的

16、技術(shù)創(chuàng)新，PROFINET為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）技術(shù)，保護(hù)現(xiàn)有投資。10、EtherCATEtherCAT（以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)）是一個(gè)以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開放架構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，EtherCAT名稱中的CAT為Control Automation Technology（控制自動(dòng)化技術(shù)）首字母的縮寫。最初由德國倍福自動(dòng)化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)。Ether

17、CAT為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用成本。EtherCAT的特點(diǎn)還包括高精度設(shè)備同步，可選線纜冗余，和功能性安全協(xié)議(SIL3)。3.1.1 Profinet現(xiàn)場總線鏈接圖示二例：例：西門子西門子PLCPLC與與KUKAKUKA機(jī)器人通過機(jī)器人通過ProfinetProfinet通訊的具體操作通訊的具體操作1、西門子PLC端的設(shè)置打開西門子PLC的編程軟件“PORTAL”-中文名“博圖”。1.創(chuàng)建新項(xiàng)目2.輸入項(xiàng)目名稱3.完成新項(xiàng)目的創(chuàng)建4.組態(tài)設(shè)備5.添加新設(shè)備6.雙擊選擇PLCl8.單擊添加新子網(wǎng)默認(rèn)生成子網(wǎng)“PN/IE_1”7.打開以太網(wǎng)地址9.設(shè)置PLC的IP地址10.打開管理通用站描述文件（GSD）11.打開機(jī)器人描述文件的路徑12.勾選需要安裝的機(jī)器人描述文件13.點(diǎn)擊“安裝”14.雙擊打開剛剛安裝機(jī)器人的組態(tài)圖標(biāo)15.機(jī)器人的組態(tài)圖標(biāo)自動(dòng)顯示在組態(tài)畫面里16.單擊“未分配”17.單擊“PLC_1.” 將機(jī)器人連入到PLC的以太網(wǎng)絡(luò)18.雙擊機(jī)器人組態(tài)圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)設(shè)置19.單擊“網(wǎng)口”20.單擊“以太網(wǎng)地址“21.設(shè)置機(jī)器人的以太網(wǎng)地址22.記住PROFINE