基于现场总线的开放式数控系统研究

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1、华中科技大学博士学位论文基于现场总线的开放式数控系统研究姓名：谢经明申请学位级别：博士专业：机械制造及自动化指导教师：周祖德;陈幼平20031022摘要经济全球化的趋势使得现代制造业生产方式发生了变革，生产设备正在朝着开放、灵活、多功能和网络化方向发展，这就要求与之配套的数控系统能够按要求重新配置、修改、扩充乃至重构，即能够完成这+任务的数控系统必须具有开放式体系结构。本文在分析开放式数控技术的主要特征和发展趋势的基础上．围绕着开放体系结构数控系统研究中的若干关键技术，从体系结构分析、系统硬件结构的开放化设计、系统软件的建模与运行平台的设计、现场总线通信环节的时间特性分析以及建

2、模、开放式数控系统网络接口等方面进行了全面而深入的研究。全文主要研究工作如下：从现场总线的结构、技术特点全面分析了现场总线应用于开放式控制系统的优点，结台开放式数控系统的开放性要求，在综合考虑国际上几利t开放式控制器计划的优点的燕础上，建立了⋯种基于现场总线的开放式数控系统的体系结构，该体系结构对开放式体系结构数控系统的硬件和软件的研究和开发具有重要的参考价值。在对现场总线的选择原则进行研究的基础上，通过综合分析得出采用Profibus．DP总线作为基于现场总线开放式数控系统的实时通信网络具有较强的鲁棒性。根据Profibus—DP总线的工作特点，提出了基于Profibus．D

3、P总线的模块化、主从式数控系统的硬件拓扑结构。对Profibus-DP智能从站硬件和软件结构及实现进行了详细的研究，同时提出了一种基于现场总线的多传感器分布式信息融合结构模型，并对基于现场总线网络的分布式信息传感与融合的r‘些理论进行了探讨。采用面向对象分析(OOA)的方法对开放式数控系统的软件结构、功能模型进行分析，得到了数控系统对象类及相互间关系的抽象描述；并将Petd网建模理论和方法与数控系统的多任务优先级调度算法相结合。对开放式数控系统行为的动态交互模型进行研究。对WindowsNT+RTX实时操作系统结构进行分析，在此基础上对开放式数控系统的任务调度机制和通信机制进行

4、了详细的研究。将基于COM组件的程序设计方法引入到开放式数控系统的设计时，制定了基于COM技术的软件模块基本接口协议，降低了各软件模块之问的耦台性，从而实现了开放式数控系统软件模块可互换性。对基于Profibus—DP总线的通信环节时问特性进行了详细的分析，提出了采用连续控制系统模型对离散的现场总线控制系统进行建模与仿真，来模拟实际的现场总线网络的工作过程，记录总线的活动，分析站点及系统的行为，并对现场总线控制网络的实时性能进行评估。提出了一种基于Agent的模块化、可扩展的基于现场总线的开放式数控系统的网络接口实现方法tSNMP---OPC，该方法可实现在不同的现场总线与基于

5、lp网络的标准网络管理工其之间的连接，具有一定的普遍性，可适用于多种现场总线控制系统与基于IP网络之间的互联。最后，对基于Profibus—DP总线的开放式数控系统原型系统软、硬件平台进行了实验研究，并可实现数控系统的本地操作与运行、远程管理与控制，同时对开放式数控系统加工的实时性和误差进行了分析。关键词：现场总线，数控系统，开放式体系结构，组件对象模型，任务调度，通信机制时间特性网络接口TIAbstractWiththeeconomicalglobalization，themanufacturingmodeshavebeenchangedsignificantlyandthe

6、manufacturingequipmenthasbeendevelopedtowardstomoreopen，flexible，multi—functionalandnetworked，Asaresult，therelatedcontrollersshouldhaveanopenarchitecture，namelyre—eonfigurable，modified，expandedinfunctionalitiesandreconstructed．BasedontheanalysisofmaincharactersanddevelopingtrendsofopenCNCtec

7、hnologies，inthisthesis，somekeytechnologiesoftheopenarchitectureCNCsystemarestudied．includingsystemarchitecture，openarchitecturedesignofhardwareandsoftware，runplatformdesign，timecharacterofFieldbuscommunicationanalysisandmodeling，andnetworkinterface