本文關(guān)鍵詞：基于CPS的智能制造單元監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

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【摘要】：如今智能制造和智能監(jiān)控已經(jīng)是制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。智能監(jiān)控是涉及機(jī)械、電控、計(jì)算機(jī)等多方面的綜合技術(shù)。分布式監(jiān)控是智能監(jiān)控的具體實(shí)現(xiàn),能夠同時(shí)對(duì)不同節(jié)點(diǎn),不同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行分析處理,已廣泛受到制造企業(yè)的重視。目前智能制造產(chǎn)品的市場(chǎng)多為美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家所占有。這些產(chǎn)品相對(duì)價(jià)格昂貴,對(duì)于醫(yī)學(xué)加工、顯微加工等空間與經(jīng)濟(jì)受限的環(huán)境成本較高。因此,本文基于實(shí)際工程項(xiàng)目,致力于具體監(jiān)測(cè)問題的解決。主要工作內(nèi)容是以CPS(信息物理系統(tǒng))為思想,以自主研制小型數(shù)控銑床為節(jié)點(diǎn)并對(duì)其各軸的信息、機(jī)床本體狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。整個(gè)論文主要進(jìn)行了以下研究:在基于CPS五層理論模型的基礎(chǔ)上研究了智能制造單元機(jī)床節(jié)點(diǎn)信息物理系統(tǒng)模型。采用構(gòu)建機(jī)電一體化對(duì)象的方式,使用UML對(duì)機(jī)床進(jìn)行了抽象建模,為智能制造單元信息物理系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。對(duì)數(shù)控銑床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需電氣設(shè)備方案進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。結(jié)合機(jī)床本體Mach3數(shù)控系統(tǒng)軟件及其運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)配電方式、輸入輸出信號(hào)、驅(qū)動(dòng)器接口通信等方面進(jìn)行了深入了解,為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的搭建打下基礎(chǔ)。研究了基于Profinet總線的上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)。將機(jī)床的IO、RS485等通信端口的信息通過PLC IO模塊進(jìn)行采集輸入到西門子S7-1200 PLC中。上位機(jī)采用Win CC與Simatic Manager進(jìn)行組態(tài)編程,實(shí)現(xiàn)與PLC通信。在該物理架構(gòu)下,機(jī)床監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和外觀得到了極大的改善。對(duì)分布式任務(wù)調(diào)度的算法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為后續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)中任務(wù)調(diào)度模塊的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。研究了基于MFC界面的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以Visual Studio 2010為開發(fā)平臺(tái),通過OPC通訊協(xié)議與Win CC通信,進(jìn)而完成機(jī)床重要參數(shù)的監(jiān)測(cè)以及部分控制功能的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。通過基于TCP協(xié)議的SOCKET編程來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與機(jī)床之間代碼文件傳輸?shù)墓δ?并以上述基于遺傳算法的任務(wù)調(diào)度模塊為基礎(chǔ)來完成任務(wù)調(diào)度功能。實(shí)現(xiàn)了可拓展為針對(duì)多節(jié)點(diǎn)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)�；谝陨系难芯�,對(duì)數(shù)控銑床各軸信息及狀態(tài)信息進(jìn)行了監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足開發(fā)需求。
【關(guān)鍵詞】：CPS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 分布式 任務(wù)調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG547;TP274
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-15
• 1.2.1 信息物理系統(tǒng)（CPS）技術(shù)簡介11-12
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 國內(nèi)研究情況14-15
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容15-18
• 第2章 智能制造單元信息建模技術(shù)研究18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 智能制造單元信息物理系統(tǒng)模型18-19
• 2.3 智能制造單元節(jié)點(diǎn)建模方法簡介19-20
• 2.4 基于UML的智能制造單元節(jié)點(diǎn)建模20-28
• 2.4.1 智能制造單元節(jié)點(diǎn)建模視角20-21
• 2.4.2 智能制造單元節(jié)點(diǎn)建模思想21
• 2.4.3 機(jī)電一體化對(duì)象模型建立21-22
• 2.4.4 UML智能制造單元節(jié)點(diǎn)建模流程22-23
• 2.4.5 智能制造單元節(jié)點(diǎn)用例模型23-24
• 2.4.6 智能制造單元節(jié)點(diǎn)序列模型24-25
• 2.4.7 智能制造單元節(jié)點(diǎn)協(xié)作模型25
• 2.4.8 智能制造單元節(jié)點(diǎn)類關(guān)系模型25-28
• 2.4.9 智能制造單元節(jié)點(diǎn)狀態(tài)模型28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 智能制造單元監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)29-36
• 3.1 引言29
• 3.2 智能制造系統(tǒng)常用監(jiān)控方式29-30
• 3.3 智能制造單元監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案制定30
• 3.4 西門子S7-1200 PN監(jiān)測(cè)上位機(jī)組態(tài)30-35
• 3.4.1 Win CC架構(gòu)30-31
• 3.4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案31-32
• 3.4.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)PLC程序框架32-34
• 3.4.4 Win CC組態(tài)上位機(jī)34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 智能制造單元任務(wù)調(diào)度研究36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 任務(wù)調(diào)度問題描述36-38
• 4.2.1 JSP調(diào)度maxn/ m/ G/ C數(shù)學(xué)模型37
• 4.2.2 JSP調(diào)度問題的實(shí)現(xiàn)方式37-38
• 4.3 遺傳算法重要步驟38-39
• 4.4 任務(wù)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)39-43
• 4.4.1 具體實(shí)現(xiàn)流程39-42
• 4.4.2 MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)42-43
• 4.5 本章小結(jié)43-44
• 第5章 智能制造單元監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)44-64
• 5.1 引言44
• 5.2 軟件需求分析44-46
• 5.2.1 環(huán)境需求45
• 5.2.2 功能分析45-46
• 5.2.3 性能分析46
• 5.3 軟件模塊設(shè)計(jì)46-50
• 5.3.1 啟動(dòng)界面設(shè)計(jì)47-48
• 5.3.2 OPC進(jìn)程48-50
• 5.3.3 SOCKET進(jìn)程50
• 5.4 OPC進(jìn)程軟件模塊實(shí)現(xiàn)50-56
• 5.4.1 OPC進(jìn)程設(shè)計(jì)流程50-51
• 5.4.2 數(shù)據(jù)處理模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)51-54
• 5.4.3 OPC進(jìn)程界面設(shè)計(jì)54-55
• 5.4.4 OPC客戶機(jī)測(cè)試55-56
• 5.5 SOCKET進(jìn)程軟件模塊實(shí)現(xiàn)56-58
• 5.5.1 SOCKET進(jìn)程設(shè)計(jì)流程56-57
• 5.5.2 SOCKET進(jìn)程界面設(shè)計(jì)57-58
• 5.6 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)58-63
• 5.6.1 銑床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)樣機(jī)介紹58-59
• 5.6.2 WinCC上位機(jī)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析59-60
• 5.6.3 OPC客戶機(jī)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析60-61
• 5.6.4 VC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總界面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析61
• 5.6.5 SOCKET客戶機(jī)服務(wù)器傳輸文件實(shí)驗(yàn)61-63
• 5.7 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 致謝71

，

本文編號(hào)：784965