基于PROFIBUS-DP现场总线的激光器控制系统

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作为工业气体激光器主流的轴快流CO2激光器,以其高功率、运行稳定和光束质量高等优点,越来越受到加工行业的欢迎,在许多行业都有广泛的应用。随着激光技术的发展,工业气体激光器也朝着智能化、便捷化的方向发展。本文的研究是基于目前CP4000系列轴快流CO2激光器的控制系统。随着工业规模的扩大,以PLC为核心的控制系统已渐渐显露其不足,因此便提出基于PROFIBUS-DP总线技术的激光器控制系统。论文主要阐述了基于PROFIBUS-DP总线的控制系统的总体方案,其DP智能从站的软、硬件设计和激光器上位机与下位机通信的实现。首先,轴快流CO2激光器的控制系统是以PLC为核心控制。本文以PROFIBUS-DP的通信协议为基础,结合激光器的工作原理和结构单元,提出了用PROFIBUS-DP现场总线来替代PLC的具体实施方案,即:用SPC3与FPGA设计出智能从站的接口,利用WINCC组态软件设计出激光器的上位机界面以及利用SOFTPLC模拟系统主站。其次,完成了DP现场总线系统的智能从站的软、硬件设计。以SPC3+FPGA为核心的硬件电路设计,利用Verilog硬件描述语言编写软件模块,驱动协议芯片正常工作,摒弃了一贯利用SPC3+MCU的智能从站方案,充分利用FPGA处理速度快、扩展性强以及通信速率快等特点,设计出针对本系统智能从站的开发。最后,针对轴快流CO2激光器的各个工作单元,以WINCC组态软件作为开发平台,设计出激光器的上位机界面,同时利用串口调试助手进行系统调试实验,用它模拟激光器RS232设备通过PROFIBUS-DP通信系统与另一台运行的上位机界面进行数据交换。本论文的成果即智能从站接口可以使激光器各工作单元接入PROFIBUS-DP总线系统中。这样使得激光器的控制系统更为简便,运行更为高效以及降低了成本。激光器的上位机界面提供了很好的人机交互平台。论文的研究工作对激光器的发展具有长远意义。
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