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基于PROFIBUS总线的旋转机械状态监测系统的研制
摘要
随着工业自动化技术的不断发展，监测旋转机械状态的需求越来越大。针对这一需求，本文研究了基于PROFIBUS总线的旋转机械状态监测系统的设计和实现。本文首先介绍了PROFIBUS总线的基本原理，然后详细描述了旋转机械状态监测系统的硬件和软件设计。最后，通过实验验证了该监测系统的可行性和有效性。
关键词：PROFIBUS总线；旋转机械；状态监测；系统设计
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofindustrialautomationtechnology,thereisanincreasingdemandformonitoringthestateofrotatingmachinery.Inresponsetothisdemand,thispaperstudiesthedesignandimplementationofarotatingmachinerystatemonitoringsystembasedonthePROFIBUSbus.ThispaperfirstintroducesthebasicprinciplesofthePROFIBUSbus,andthendescribesindetailthehardwareandsoftwaredesignoftherotatingmachinerystatemonitoringsystem.Finally,thefeasibilityandeffectivenessofthemonitoringsystemareverifiedthroughexperiments.
Keywords:PROFIBUSbus;rotatingmachinery;statemonitoring;systemdesign
一、引言
随着机电设备不断普及，机械实体的状态和运行状况越来越受到用户的重视。为了实时监控机械的状态，并及时发现故障，可以通过安装传感器来实现对机械设备的监控和检测。而PROFIBUS总线作为工业自动化通信网络中的重要组成部分，具有高速、可靠、灵活、开放等特点，并且已经得到了广泛的应用。本文旨在通过研究基于PROFIBUS总线的旋转机械状态监测系统，为机械状态监测及故障诊断提供一种有效的方法。
二、PROFIBUS总线的基本原理
PROFIBUS总线是一种用于自动化领域的数字通信总线，其定义了物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS总线具有高传输速率、可靠性高、可扩展性好等优点。
PROFIBUS总线的物理层采用了一个5脚的M12连接器，每一脚的作用是：两个脚分别为数据线和地线，用于传输数据；一脚为屏蔽地线，用于保护数据线免受电磁干扰；两个脚为5V的电源线，用于向从站传输供电。
PROFIBUS总线的数据链路层采用了一种称为CSMA/CD-TP的数据传输方式，其方法是在总线上传输数据前，先进行碰撞检测而保证数据的正确性。PROFIBUS总线的数据链路层还提供了广泛的网络管理功能。
PROFIBUS总线的应用层定义了数据的传输协议和格式。应用层是PROFIBUS总线的核心，因为它帮助上游控制器和下游设备之间进行数据交换并实现控制。
三、旋转机械状态监测系统的硬件设计
本文的旋转机械状态监测系统由激光光电传感器、加速度传感器、温度传感器、电机控制器、伺服驱动器等组成。其中，激光光电传感器、加速度传感器和温度传感器通过PROFIBUS总线与上位机连接，电机控制器和伺服驱动器则通过RS485总线与PROFIBUS总线相连。整个监测系统的硬件框图如图1所示。
图1硬件框图
四、旋转机械状态监测系统的软件设计
本文的旋转机械状态监测系统的软件采用了LabVIEW语言进行开发。软件包括上位机软件和下位机软件两部分。其中，上位机软件主要完成了数据采集、数据预处理和数据解析等功能；下位机软件主要完成数据传输和指令分发等功能。
上位机软件的流程如下：
1.定义数据采集周期和数据解析过程；
2.连接PROFIBUS总线，实现数据采集；
3.对采集到的数据进行处理和分析，并将数据以图表的形式展现出来；
4.对异常状态进行报警和诊断。
下位机软件的流程如下：
1.初始化RS485总线和PROFIBUS总线；
2.通过RS485总线接收指令，判断指令类型，并根据指令类型做出相应的响应；
3.在收到命令后，将命令分发到各个设备；
4.监测设备状态，并将结果通过PROFIBUS总线发送给上位机。
五、实验结果与分析
为验证本文的旋转机械状态监测系统的可行性和有效性，本文开展了实验，并得到了如下结论：
1.实验表明，本文的旋转机械状态监测系统可以实现对机械设备的状态监测和故障诊断。