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1、机器人领域基础知识 yogo主要内容第一章：信号的定义和分类第二章：工业现场总线第三章：Profinet现场总线的配置第四章：第五章：第六章：第七章：第八章：第九章：第十章：第十一章：一.信号的定义和分类1.1 1.1 什么是信号：什么是信号：u信号是消息的一种物理体现，消息则是信号的具体内容。u信号按物理属性分：电信号和非电信号,它们可以相互转换。u电信号传输优点：容易产生，便于控制，易于处理。1.21.2、信号的分类、信号的分类 classification of signalclassification of signal1 1、按信号的时间特性分类、按信号的时间特性分类 信号的分类方法
2、很多，可以从不同的角度对信号进行分类。信号的分类方法很多，可以从不同的角度对信号进行分类。研究确定信号是研究随机信号的基础。本课程只讨论确定信号。研究确定信号是研究随机信号的基础。本课程只讨论确定信号。确定性信号确定性信号连续时间信号连续时间信号（时间变量t连续或称模拟信号）离散时间信号离散时间信号抽样信号抽样信号数字信号数字信号信号信号可以用确定时间函数表示的信号，称为确定可以用确定时间函数表示的信号，称为确定信号或规则信号。如正弦信号。信号或规则信号。如正弦信号。不能用确定时间函数表示的信号，且在任意时刻的取值不能用确定时间函数表示的信号，且在任意时刻的取值都具有不确定性，只可能知道它的统
3、计特性，如在某时刻都具有不确定性，只可能知道它的统计特性，如在某时刻取某一数值的概率，这类信号称为随机信号或不确定信号。取某一数值的概率，这类信号称为随机信号或不确定信号。电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号就是两种典型的电子系统中的起伏热噪声、雷电干扰信号就是两种典型的随机信号。随机信号。随机信号随机信号时间离散时间离散幅值连续幅值连续时间离散时间离散幅值离散幅值离散()nfn()nfn()tfOt三角波三角波电话网和Internet网电脑或终端调制解调器调制解调器电脑或终端例1：收发电子邮件 调制是将数字信号与音频载波组合，产生适合于电话线上传输的音频信号（模拟信号），解调是从音频信号中恢
4、复出数字信号。1.3 1.3 数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号1.3.1 数字信号 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。例如：用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时，每送出一个零件便给电子电路一个信号，使之记1，而平时没有零件送出时加给电子电路的信号是0，所在为记数。可见，零件数目这个信号无论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是一个数字信号。最小的数量单位就是1个。1.3.2 模拟信号 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。例
5、如：热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发生突跳，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的。而且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度。数字信号与模拟信号的相互转换原理1.数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样
6、，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。2.模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。二.工业现场总线二2.1 工业总线工业总线就是在模块之间或者设备之间传送信息、相互通
7、信的一组公用信号线的集合，是系统在主控设备的控制下，将发送设备发送的信息准确地传送给某个接收设备的信号载体或公共通路。2.1.1 工业总线的特点：工业总线的特点在于其公用性即它可以同时挂接多个模块改设备。由于总线公用性的特点，必须解决物理连接技术和信号连接技术。物理连接包括电线的选择与连接、用于缓冲的驱动器、接收器的选择与连接还包括传馈线的屏蔽、接地和抗干扰等技术。信号连接包括基本信号相互问的时序匹配和总线握手逻辑控制问题。现场总线现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备
8、和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。2.1.3 主流总线下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司
9、为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5K
10、bps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。3、DeviceNetDeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DeviceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。Devi
11、ceNet总线的组织结构是Open DeviceNet Vendor Association（开放式设备网络供应商协会，简称“ODVA”）。4、PROFIBUSPROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS-DP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IEC11582标准。PROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PROFIBUS的传输速率为
12、9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。5、HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，最早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防
13、爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。6、CC-LinkCC-Link是Control&Communication Link（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员
14、会批准为中国国家标准指导性技术文件。7、WorldFIPWorldFIP的北美部分与ISP合并为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大约为60%。WorldFIP的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FF的H1进行了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型的连接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。8、INTERBUSINTERBUS是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线，2
15、000年2月成为国际标准IEC61158。INTERBUS采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。INTERBUS广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业，成为国际现场总线的领先者。9、ProfinetPROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。
16、作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。10、EtherCATEtherCAT（以太网控制自动化技术）是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EtherCAT名称中的CAT为Control Automation Technology（控制自动化技术）首字母的缩写。最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)研
17、发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。3.1.1 Profinet现场总线链接图示三.Profinet现场总线的配置二例：例：西门子西门子PLCPLC与与KUKAKUKA机器人通过机器人通过ProfinetProfinet通讯的具体操作通讯的具体操作1、西门子PLC端的设置打开西门子PLC的编程软件“PORTAL”-中文名“博图”。1.创建新项目2.输入项目名称3.完成新项目的创建4.组态设备5.添加新设备6.双击选择PLCl8.单击添
18、加新子网默认生成子网“PN/IE_1”7.打开以太网地址9.设置PLC的IP地址10.打开管理通用站描述文件（GSD）11.打开机器人描述文件的路径12.勾选需要安装的机器人描述文件13.点击“安装”14.双击打开刚刚安装机器人的组态图标15.机器人的组态图标自动显示在组态画面里16.单击“未分配”17.单击“PLC_1.”将机器人连入到PLC的以太网络18.双击机器人组态图标，进入组态设置19.单击“网口”20.单击“以太网地址“21.设置机器人的以太网地址22.记住PROFINET的设备名称。22.单击机器人的通讯地址23.分配PLC与机器人交换数据的地址22.单击“I/O地址”完成后，将硬件组态下载到PLC里1.打开机器人调试软件“workvisual”2、KUKA机器人端的设置1.查找已经连接的机器人，并打开当前项目打开机器人调试软件“workvisual”2.右键单击“总线结构”3.单击“添加.”4.双击”PROFINET”5.双击“PROFINET”6.输入机器人的PROFINET名称，要与PLC里设置的一致7.分别输入PLC里设置的通讯点数8.单击“OK”完成设置完成后，将工程项目同步到机器人里，并在机器人设置IP地址