Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用

大作业题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号设计地点指导教师目录一、课程设计的目的 (3)二、课程设计题目及要求 (3)1、题目 (3)2、设计要求 (3)三、环境搭建 (3)1、硬件环境： (3)2、软件环境： (3)3、源代码和安装文件： (4)四、powerlink的原理 (4)1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4)2、Powerlink网络建构 (5)3、通信过程 (5)3、主站发送参数的配置过程 (8)4、从站接收配置之通信参数配置 (8)5、openCONFIGURATOR介绍 (9)五、操作过程 (9)1、主从站之间的通信 (9)2、openCONFIGURATOR应用 (19)六、实习体会 (28)一、课程设计的目的通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。

二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。

三、环境搭建1、硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站2、软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3、源代码和安装文件：a）openPowerlink源代码，需要在Linux下编译；b）openConfigurator源代码，需要在Linux下编译；c）可以不编译openConfigurator源代码，直接在32位Windows环境下运行openConfigurator可执行文件，用来配置网络参数和映射参数。

现场总线课程设计1. 课程简介本课程旨在介绍现场总线通信系统的基本原理、功能、适用范围以及常见应用。

通过本课程的学习，学生将掌握现场总线通信系统的标准化技术、不同类型的现场总线、系统安装和调试等内容。

本课程适用于自动控制、电气工程等专业的学生，也适合相关行业工作者参加。

2. 课程内容2.1 现场总线（Fieldbus）系统概述•现场总线系统的定义及其发展历程•现场总线系统的优势和应用场景•现场总线系统的使用前景和发展趋势2.2 现场总线技术标准•现场总线系统标准化技术及其特点•电气/物理层标准和协议标准•常用现场总线协议的特点和优缺点2.3 不同类型现场总线的介绍•传统现场总线概述•以太网/工业以太网现场总线简介•CAN现场总线简介•Profibus现场总线简介•DeviceNet现场总线简介2.4 现场总线的安装和调试•现场总线系统安装的准备工作和要求•现场总线系统调试的流程和技巧•现场总线系统故障排除的方法和技巧3. 教学方法本课程将采用多种教学方法相结合，包括理论授课、案例分析、课堂互动等方式。

课堂互动环节将提供实际案例分析、小组讨论等，以帮助学生更好地理解和应用课程内容；实验环节将让学生亲自操作现场总线设备，并进行调试和故障排除。

4. 教材•现场总线技术与应用，李世金•现场总线实用技术手册，周正华•现场总线通信技术及应用，丁志勇5. 课程评估课程评估方式包括学生作业、课堂表现、课堂互动参与度等。

学生需要完成相关项目的实验、报告等任务，以检验对课程内容的掌握程度。

在课堂互动环节中，学生需积极参与，发表自己的看法和提问，以便及时修正理解上的偏差。

6. 课程总结本课程通过对现场总线通信系统的基本原理、功能、适用范围以及常见应用进行讲授，使学生掌握了现场总线技术标准、不同类型现场总线的介绍、现场总线的安装和调试等知识点。

通过多种教学方式相结合的方式，本课程为学生提供了更为全面、深入的课程学习体验，为学生未来的工作和实践奠定了坚实的基础。

现场总线技术及其应用    现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三大技术发展的交汇点，将带来控制系统的一大变革。

    1 引言    随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（Distributed Control System dcs）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。

    2 被誉为自动化领域的计算机局域网    2．1 现场总线及其特点    （1）什么是现场总线？    根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。

    国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：    （1）同一数据链上过程控制单元（PCU）、plc等与数字1/0设备互连；    （2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；    （3）通信媒体安装费用较低。

现场总线技术及应用教程课程设计课程介绍本课程旨在介绍现场总线技术及其在实际应用中的重要性和作用。

学生将了解现场总线技术的基本原理、通信协议和网络结构，并通过案例分析和实践操作深入掌握其设计与应用技巧。

学习目标1.掌握现场总线技术的基本原理和实现方式。

2.理解常见的现场总线通信协议，并对比其特点和优缺点。

3.了解现场总线系统的基本架构和组成模块。

4.学会使用相关软件工具设计和模拟现场总线系统。

5.实践操作现场总线系统，掌握常见的故障排除方法和检测手段。

课程大纲第一章现场总线概述1.1 现场总线技术的发展历史和应用现状 1.2 现场总线技术的基本原理和通信方式 1.3 现场总线系统的优点和局限性第二章现场总线通信协议2.1 传统现场总线通信协议介绍（例如：Profibus、Modbus、CAN） 2.2 现代现场总线通信协议介绍（例如：EtherCAT、Profinet IO） 2.3 通信协议的特点和应用场景比较第三章现场总线系统架构和组成模块3.1 现场总线系统结构分层介绍（例如：物理层、数据链路层、应用层） 3.2 现场总线系统组成模块介绍（例如：IO模块、控制器、传感器、执行机构等）3.3 现场总线系统实例分析第四章现场总线系统设计和模拟4.1 现场总线系统设计要点和流程介绍 4.2 现场总线系统仿真软件（例如：SIMATIC STEP 7、CODESYS、TwinCAT等）介绍及使用实例 4.3 现场总线系统实验环节第五章现场总线系统实践操作5.1 现场总线系统故障排除方法介绍 5.2 实践操作现场总线系统 5.3 现场总线系统检测手段介绍及使用实例学习评估方式本课程采用以下方式进行学习评估：1.平时学习表现（综合考虑作业、课堂表现等）占总成绩的20%。

2.课程设计成果报告占总成绩的40%。

3.现场总线系统实验占总成绩的40%。

参考资料1.现场总线技术（第三版），肖邦卿著，人民邮电出版社；2.现场总线技术及应用，赵波等著， XiTiChEN出版社；3.现场总线技术及其应用，谢玉庆等著，清华大学出版社。

472018年10月总第299期ISSN1672-1438CN11-4994/TPowerlink 现场总线教学实践赵 岚南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167摘 要：以Powerlink 现场总线在不同的系统平台上的通信实现为例，阐述了现场总线在课程设计环节和毕业设计环节中的教学改革实践。

通过实践，学生能掌握现场总线技术领域的学科前沿和应用热点，掌握相关总线技术的实现和设计方法，培养学生的系统分析能力和设计开发能力。

关键词：现场总线；Powerlink 总线；实践教学作者简介：赵岚，工学博士，讲师。

基金项目：南京工程学院科研基金“基于工业以太网的开放式机器人控制平台”(编号：YKJ201415)；贝加莱公司产学合作专业综合改革项目“Powerlink 现场总线教学改革与研究实践”。

现场总线技术及应用课程是自动化及相关专业的一门专业必修课，属于自动控制的前沿课程，具有知识覆盖面广、实践应用性强的特点。

其课程定位对学生的综合知识和能力提出了比较高的要求。

先导课程包括控制理论和过程自动化，学生通过进一步学习计算机网络和通信相关理论知识，并在理解特定的现场总线技术规范后，结合微处理器知识构建实施一个基于现场总线的控制网络。

目前现场总线教学存在教学内容多、学时数少、教材涵盖面有限、授课形式单一等问题[1]。

针对这些问题，进行了一系列课程教学改革的实践。

首次在课程教学中增加了以Powerlink [2]为代表的工业以太网总线标准作为现有教材的补充内容，并进行了Powerlink 总线的课程设计实践教学。

以项目驱动的实践教学极大地丰富了学生的知识面，提高了学生对总线技术应用及开发的综合能力。

Powerlink 是一种以普通以太网为物理层的高实时性现场总线，它结合了以太网和CANopen [3]技术的优点，并充分满足IEEE802.3以太网标准，是一项在标准的以太网介质上用于解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的新技术， 由于它的开源性、易于实现和高性能，Powerlink 被广泛应用于自动化行业的各个领域。

一、实验目的1. 理解现场总线的基本概念和原理。

2. 掌握现场总线的硬件连接和软件配置方法。

3. 学习使用现场总线进行数据传输和设备控制。

4. 分析现场总线在实际应用中的优缺点。

二、实验原理现场总线（Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信网络，主要用于连接现场设备和控制系统。

它具有以下特点：1. 串行通信：现场总线采用串行通信方式，可以实现多节点之间的数据传输。

2. 多点通信：现场总线支持多点通信，可以实现多个设备之间的数据交换。

3. 抗干扰能力强：现场总线具有较好的抗干扰能力，可以在恶劣的工业环境中稳定运行。

本实验采用CAN总线（Controller Area Network）作为现场总线的通信协议，其基本原理如下：1. CAN总线采用双绞线作为传输介质，具有较高的抗干扰能力。

2. CAN总线采用多主从通信方式，任何一个节点都可以主动发送数据。

3. CAN总线采用帧结构进行数据传输，包括标识符、数据、校验和等字段。

三、实验内容1. 硬件连接（1）连接CAN总线模块和单片机开发板。

（2）连接电源线和地线。

（3）连接杜邦线，将CAN模块的TXD、RXD、GND等引脚与单片机开发板的相应引脚连接。

2. 软件配置（1）编写单片机程序，初始化CAN控制器，配置波特率、消息ID、接收滤波器等参数。

（2）编写数据发送和接收程序，实现节点之间的数据传输。

3. 实验步骤（1）启动单片机程序，初始化CAN控制器。

（2）发送数据：在主节点上编写发送程序，发送一个数据帧。

（3）接收数据：在从节点上编写接收程序，接收主节点发送的数据帧。

（4）分析接收到的数据，验证数据传输的正确性。

四、实验结果与分析1. 数据传输成功通过实验，成功实现了主从节点之间的数据传输。

发送的数据帧被从节点正确接收，验证了现场总线通信的正确性。

2. 波特率设置实验中，根据实际需求设置了不同的波特率。

结果表明，在不同波特率下，数据传输仍然稳定可靠。

现场总线技术与应用课程设计一、前言现场总线技术是现代工厂自动化控制系统中的重要技术，具有通讯协议统一、设备互换性强、系统稳定可靠等优势。

本课程设计旨在通过学生个人知识掌握能力的培养，对学生的专业素养进行全面提高，达到在实践课程中向理论课程过渡的目标。

本文将对课程设计的内容、方法、预期目标和评估方法进行详细阐述。

二、课程设计内容1.介绍现场总线技术的基础知识和发展历程，并对不同类型的现场总线进行比较。

2.学习现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法。

3.利用PLC编程软件进行实验设计，实现现场总线各种通讯方式的模拟、调试和数据采集。

4.能够针对具体的工业现场，设计现场总线控制系统，并能完成系统的调试和运行。

5.讲授现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

三、课程设计方法本课程设计采用理论讲授、实验操作相结合的教学方法，强调理论与实践相结合，让学生在实验中去掌握课程设计的基础和应用，课程内容主要采用PPT陈述结合案例分析等方式进行讲授，实例部分主要通过下面几个方面进行实验探究：1.通过实验来深入学习不同类型现场总线；2.利用PLC编程软件进行相关实验模拟；3.对不同平台的智能控制系统进行实验搭建和调试；4.利用实例来讲述现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

四、预期目标1.掌握现场总线技术的基础理论；2.熟悉现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法;3.熟练掌握PLC编程软件的操作；4.了解现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。

五、评估方法课程设计的核心目标是让学生通过实验操作来掌握现场总线技术的基础应用，所以实验操作部分占据了课程评估的主要比重。

评估方式主要以考试和实验报告的形式进行：1.组织课内考试，检查学生的基础知识和理论掌握情况，占评估总分50％；2.学生通过实验操作进行实验探究并撰写实验报告，报告占评估总分50％；3.本课程目的是提高学生的综合能力，所以学生参与实验操作的态度和实际能力也会被纳入到评估范畴内。

Powerlink总线型多轴运动控制器技术方案与实现数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。

我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。

国产数控系统经过半个多世纪的发展，在技术和市场上都有了长足的进步。

然而纵观国内外数控系统技术现状，尚与国外存在较大的差距。

主要体现在国产数控产品主要占据中低端数控市场，在高档数控系统方面，由于技术水平的限制，国产数控系统的市场占有率较少，绝大部分市场被法那科、西门子、三菱、德马吉等国外品牌占领。

近几年美国和德国分别提出了“工业互联网”和“工业 4.0”高科技战略计划，中国紧随其后，于2015年两会提出“中国制造2025”发展战略。

事实上，这三个概念殊途同归，数控技术都是其最重要的一环，国务院总理李克强在2015年3月25日主持召开的国务院常务会议中明确指出，重点发展包括高档数控机床在内的10大领域。

为此，国家连续出台了一系列政策，以期为我国数控技术的发展创造良好的外部条件。

在这里我依据自己十多年从事数控系统的经验，与大家分享一下如何搭建完成一款总线型多轴控制系统，以期能给本领域研发人员一定的启发，共同为“中国制造2025”交上一份满意的答卷。

我将从系统性能和实现方案，实现效果三方面进行阐述。

一、系统性能性能有：1.采用先进的软件设计技术和理念，包括跨平台和组件技术，利用C语言的面向对象的设计模式进行开发，便于系统开发调试、功能扩展和维护。

2.结合嵌入式计算机和实时工业以太网技术，硬件集成度高、成本相对较低，满足市场上对国产数控系统的定位需求。

3.综合RS274标准G代码、B类宏程序、运动控制、软PLC、速度前瞻、小线段连续加工等技术，满足通用型数控系统的技术要求。

4.具备S型加减速、刀具半径补偿、反向间隙和螺距误差补偿，满足平稳和精密加工。

具体参见/v_show/id_XMTQwMzIwNTQ5Ng==.html?from=y1.7-1.2#paction 1.1 G指令表代码功能G00 快速定位功能代码支持POWERLINK实时总线，支持多驱动器和IO扩展1.2技术参数二、实现方案2.1硬件平台1.实时任务控制采用德州仪器TMS320C6748处理器，主频360M。

现场总线技术及其应用教学设计前言现场总线技术是当今工业自动化领域的关键技术之一，它在工业控制系统、机器人控制、智能制造等领域都得到了广泛应用。

因此，在工科相关专业的教学中，对现场总线技术的教学也显得尤为重要。

本文旨在探讨如何进行现场总线技术的应用教学设计。

课程目标知识要点•现场总线技术原理及其应用；•常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；•现场总线参数配置；•软件工具的使用，如STEP 7、PROFIBUS DP Configurator等。

能力目标•能够选用合适的现场总线协议，搭建现场总线网络，完成数据采集和控制任务；•能够进行现场总线设备的参数配置；•能够使用相应的软件工具进行编程和调试。

教学内容理论教学1.现场总线技术原理及其应用；2.常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；3.现场总线参数配置。

1.搭建现场总线网络；2.完成数据采集和控制任务；3.进行现场总线设备的参数配置；4.编程和调试。

教学方法1.理论教学采用讲授、提问及分组讨论等教学方法；2.实践教学采用“理论结合实践”的教学方法，以项目为主线，分阶段开展实践操作；3.教学实践和纸上演练相结合，通过模拟实验、实验指导和实验报告等形式，逐步提高学生的实际操作能力。

教学过程理论教学1.现场总线技术原理及其应用–现场总线技术的发展历程；–现场总线技术的基本概念及其应用领域；–现场总线技术的基本原理。

2.常见的现场总线协议–常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；–不同现场总线协议的特点和应用场景。

3.现场总线参数配置–现场总线设备的参数配置；–现场总线网络配置；–现场总线故障排除。

1.搭建现场总线网络–确定现场总线网络的拓扑结构；–配置现场总线网络物理层和数据链路层参数。

2.完成数据采集和控制任务–完成数据采集和控制任务，如温度、湿度、压力等数据的采集、开关量的控制。