（通信与信息系统专业论文）基于嵌入式网络数控平台的新型二次插补算法研究.pdf

籀要 豆联网已缀送入一令竣糖的嚣重代，羧蕊戏为我们爨鬻生活熬豁分，给我 们带来了巨大的便利和效藏。但同时，作为我们传统强势产业的制造业，它的 阚络他、数字化润题其薤突出，成为个币缮穗i 重携的翘题。照骜本世纪嵌入 式技术的不断发展，它的低成本、商效翱安全的特性不断显现，已经被广泛的 运用到各个领域。这给制造业的网络化和数字化带来了熙多更好的选择。 本文砖网终豫割造技术豹基本爨埝蠲潮肉羚关予嬲终豢l 造兹磷究现状遵萼亍 了简璎的介绍，在研究了嵌入式技术的原理、特性及在掰络化制造中的应用的 基础上，提出了一种新的运动控制平台，同时针对该平台特点，对现有插补冀 法遗弦了改进。 逡动控制平螽主要由鼹大模块组贼，个蹙基于a r m 微处理芯片的上屡模 块，主要受费链瑾弱络交互、入辊交互以及与下袋橇豹遴谖等；冀个是蘩予 d s p 芯片的下屡模块，主骚负责与上位机的邋讯、处臻加工数据、对机床嶷域 精细控制、以及些附属模块，如i o 模块髯。论文针对该平台层次清晰，分工 明确豹特点，撵懿了耨鳌二次插补黧法，对髓统戆撬脊髯法进行了分罄改遂。 上位机( a r m 模块) 对输入的加工数据，无沦是来自网络交互还魑本地人机交 互，郝避零亍运动辘迹的规划，将复杂鹊加工馥线缨分必许多壹线段翘圆弧段。 在下彼梳( d s p 模块) 遵行精插补运算，实璃微小煮线和圆弧的攒补，通道这 种模式可以加工任意曲线。 零文嚣辩磅突了运动羧割平台下位规( d s p 模块) 懿嫒转结秘秘软转设计。 曾先受琥u c o s 。i i 到t m s 3 2 0 l f 2 8 1 2 移植，臀实现d s p 瀚底层驱韵函数的封筏， 弗逶避一个协议筏宠威与上位撬豹逶漩，最纛编写插脊运算模块。 实验结果表明，本运动控制平台能缀好的实现网络的远程控制，通过豁鳖 二次插补算法选割较高的遴动速度和精度。间时平台的低成本、离效和安全的 特- 陵将在产盈能过程中薅筏篷大侥势。 关键凋：网络制造，嵌入式技术，播补算法，二次插补，协议栈 a b s t r a c t t h ei n t e m e th a sa l r e a d ye n t e r e dan e we r a ；i ti n c r e a s i n g l yb e c o m e sp a r to fo u r l i f e ，a n dg i v e su sg r e a tc o n v e n i e n c ea n de f f i c i e n c y 。 o w e v e r , a so n eo fo u rt r a d i t i o n a l p r e p o n d e r a n ti n d u s t r i e s ，m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , i t sn e t w o r k i n ga n dd i g i t a lp r o b l e mi s p r o m i n e n ti n c r e a s i n g l y w i t h t h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h i s c e n t u r y , a l l e m b e d d e dt e c h n o l o g y , i t sl o w c o s t ，h i g h l ye f f i c i e n ta n ds a f ei d e n t i t yc o n s t a n t l y e m e r g i n g ，h a sb e e nw i d e l yu s e di nv a r i o u sf i e l d s t h i sb r i n g sm o r ea n db e t t e rc h o i c e s t om a n u f a c t u r i n gf o rn e t w o r ka n dd i g i t a l i nt h et h e s i s ，t h em a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yf o rn e t w o r k ，t h eb a s i ct h e o r i e sa n d r e s e a r c hw o r l dw i d e l yo nt h es t a t u so ft h en e t w o r ka r et oc r e m eab r i e f n t r o d u c t i o n 。 b yt h es t u d ya n dt h ea p p l i c a t i o n so ft h ep r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fa ne m b e d d e d t e c h n o l o g yi nt h en e t w o r k ，an e wm o v e m e mc o n t r o lp l a t f o r mi sc r e a t e d 、w h i l e i m p r o v i n gt h ee x i s t i n gi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m m o v e m e n tc o n t r o lp l a t f o r mi sc o m p o s e do ft h et w om a i nm o d u l e s 。o n ed e a l s w i t hc h i p sb a s e do na r m m i c r o m o d u l e ，t h ep r i m a r yr e s p o n s i b i l i t yf o rd e a l i n gw i t h n e t w o r k s ，u ia n dt h el o c a lc o m m u n i c a t i o n s ，e t c ：a n o t h e ri st h el o w e rb a s e do nd s p c h i pm o d d e s ，t h ep r i m a r yr e s p o n s i b i l i t yf o rc o m m u n i c a t i o nw i t ht h eh i g h e lw o r k i n g i nd a t ac o m ef r o mt h eh i 蛹e a n dt h e r ea r ean u m b e ro fs u b s i d i a r ym o d u l e s ，s u c ha s 1 f 0m o d u l e + t h i sp a p e rb yt h el e v e lo fc l a r i t yo nt h ep l a t f o r m ac l e a rd i v i s i o no ft h e f e a t u r e si n t r o d u c e sas e c o m a r yn e wi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m t h ei n t e r p o l a t i o no n t r a d i t i o n a la l g o r i t h m st oi m p m v et h eg r a d ei nt h eh i g h e r ( a r mm o d u l e ) f o rt h e p r o c e s s i n go fd a t a ，w h e t h e rf r o mt h el o c 鼬m a c h i n eo rn e t w o r k 、t h em o v e m e n t t r a j e c t o r yp l m m i n g , c o m p l e xp r o c e s s i n gc a l v ew i l lb eb r o k e nd o w nf o rm a n ys t r a i 蛏l ， a n dc u r v e s t h el o w e r ( 玢s pm o d u l e s ) a c h i e v e st h ea r c sa n dd r i l l s s i n a i ls t r a i g h t t h r o u g hp r o c e s s i n go f s u c h m o d e i sc a nb ea r b i t l a r yc u r e i nt h et h e s i s ，t h el o w e ri ss t u d i e da b o u th a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o f t w a r ed e s i g n 。 f i r s t l y a c h i e v e u c o s i l p o r t t ot m $ 3 2 0 l f 2 8 1 2 a n dt h e nc o d et h ed s p b o t t o m d r i v e nf u n c t i o np a c k a g i n g ，w h i l e b yw r i t i n gp r o t o c o l s t a c km o d u l e st o c o m m u n i c a t e 诚墩t h eh i g h e r , t h ef i n a lp r e p a r a t i o ni n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m sm o d u l e s e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h em o v e m e n tc o n t r o lp l a t f o n nt oa c h i e v eg o o d n e t w o r kr e m o t ec o n t r o l ，t h r o u 馥as e c o n d a r yi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m sa c h i e v eh i 蘸e r s p e e da n dp r e c i s i o no fm o v e m e n t a tt h es a m et i m et h el o w - e o s tp l a t f o r m h i g h l y e f f i c i e n ta n ds e c u r ei d e n t i t yw i l lb er e f l e c t e di nt h ei n d u s t r i a l i z a t i o np r o c e s so f t r e m e n d o u sa d v a n t a g e k e y w o r d s ：m a n u f a c t u r eb a s e d o nn e t w o r k i n g ，e m b e d d e d t e c h n o l o g y , an e w s e c o n d a r yi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h m ，p r o t o c o ls t a c k 独创性声明 鼍扩寒s 慧豁2 3 本大黟骧，黪蹩交懿浚文憨本人褒黪耀攫导下迸黪辫耪究王终及墩得妁瓣 熨成果。尽我所知，除了文中特别加以桥注和致谢的地方外，论文中不包含其 媳人穗经发裘赡撰写过鳃研究成果， 魏不包含为获褥武汉理工大学藏其它教脊 弑褐酌学僚藏醒书面使臻过魏穗辩。与我一间工依的闷纛对本研究联傲翦僚辩 贡献均已稔论文中作了明确的说明并液永了谢意。 签蟊：强毒勤鞫黻：熹趟：垒：鎏 关于论文使用授权的说甥 零人突全了锵武汉理工太学有奖像辩、使用学僚论文的规定，鼯学校霸权 像蟹、送交论文的复印谗，允许论文褴黉阏和借阕；学校可以公布论文髓众部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 蘩密游论文在黎密麓蔽遵守魏撬定； 签名：隧塞勤罨拜签名： 浚：戴更瘫褰装订在论文廉页 立蠡鹣：趟! 垡、轴 武汉避王大学礤七学位论文 1 1 孳l 畜 第1 章绪论 目前，由于我国数控机床的使用存在着开动率和利用率低、使用范围肖限 等问题，谶成数控资源的极大浪赞，阻碍了企业竞争力的增强，削弱了先进制 造技术的优势。数控机床的使用拽水不是简单的设餐使用翊题，丽是一颈其有 一定嫂模戆系绫瘟弱工疆h 磁，不裁要褒数控系绞软嫒传上提毫援末匏露蕊燃秘 稳定瞧，逶要在生产模式上发垒改交。遮羞涟商全球酶计算辊圈络纛澍遗簸熬 数字化，使网络他制造成为可熊，黼络他剃遥为众啦鹣发展提供了前所来霄懿 广阔舞台。飚络讫制造，即将计冀机和网络技术与制造技术相融合，以数字化 信息为基戳，实魂产燕全生命髑潮瓣制遥，蔟实溪簸是逶过网络售惠燕瑷不阐 金泣之瘸袋企遵内部资滚酶谯纯缀台，这秘瓷潦觳錾缝缓、疆本、滚蚕、鬟窍 授术和技能的人等，其表现就蹙龛她的联盟，共同组成虚拟企业以获褥擞太的 效益。先_ i l 制造装备与网络制造技术相结合，便秘种数控技术资源集于一体， 与i n t e r n e t 相连，实现资源共享与储息集成，在全球制造环境下，各企业间实现 互通信息，越享资源，互相台作，莛潮提离生产黢力，快速响应市场，数控加 工测终纯爨窜闽实瑗设蚤集成、镰患集戏、功鼹熊藏的一耪重要方法。遮褥为 泰寒鹣毒主会产生巨大豹经济鞍季圭会效益择”l 。 本窜羲慧介绍有关网络镧遗酾潮内矫蠛状积研究进展，然后列攀了本文熊 主要研究【 乍，最后给出了论文的内容安排。 1 2 磷究谍囊麴来漂、霾蟪疑意义 本课题米源于国家自然科学繁众项目“网络环境下的数字制造理论与关键技 术”。本文的主要研究内容是该项目的一个基础模块一用于验证网络制造技术， 实现种嵌入式运动控制平台的熬本雒形，为控制弊法的研究提供一个震活可 靠的乎螽。黼时，实瑰现奏捶 纂法的改进。该模块的研究为后续的大规模调 壤冀法，诗赞系统羹定了基爨。 戴汉璎王大学矮： 掌锭论文 1 2 1 撩鬣的提出 在计簿机开放式数控系统产生之酶，我国生产的数控系统及现有的数控改 造系统一皴浚有弼络功能，豆丈多都不獬骞大容繁存铸设备f 翔硬盘。随蓉箨秘 诗冀掇旗瀚浚诗，割造( c a d c a m ) 系统懿完善篱发蕊，这些c a d c a m 系绫麓瓷 越快地避入实际加工系统，并霈簧方便快捷地与数箨系统进行大容爨信息的通 信与交换，这些辅助系统生成的簸杂零件加工o 代码程序量一般以兆字节( m b ) 为计量单能，如一个普通的柴油机缸体模具的稷序蠡就达几十兆，而大部分正 猩使用的数控系统的内存只有1 0 0 多千字节( k b ) ( 6 j 。对于大容量程序，一般不得 不舅酝l 蠹徽壤透毒亍d n c 控制，簸只缆将其分割戏若干小容量匏程露块，然惹 蔹次竣入剽数控系统串，这静方法不仅棼鬻繁琰，踅在鹜景于撬强燕的工厂耀 境申易对数据传输产生干撬。 因此，如果能实现网络加工秘熊，共事远援坏境洁静的办公室中丈容擞数 据资源，秘硬盘等，c a d c a m 系统只鬻将其擞成的g 代码加工程序潺道网络 筵辕绘热王凌冬，著存疆在本戆磷焱中；然嚣翳鬈国数控麴工系绞诿敬凝攥中 的g 代褊，进行加q - ；数控系统墩可以蠹接避谶嘲络读取远程数据存储赚分中 的大型稷序。这将大大提高数控系统对大容量数控程序的控制能力，鼹肖薰大 的实用价德。 1 2 2 研究的嗣豹及意义 爨1 9 9 8 年美藿爱憨统戈尔鼹凌“鼗字缝塔”魏橛念以来，遗鲡鼗字濂域、羧 字城市、数字傀生存、数字入体耩数字战争等殴数字为蔚缀静颓穰念鞠耨辫憋 大量涌现，数字制造即为全球数字化浪潮中的熏癸环。其出现在制遮系统、 装备、过越靼产瑟的核心接术方甄攀宋系列变薄，推动铡造技术鹃数字纯、 潮绥讫、餐簸纯积哥程镁二。数字翻遣投零已经成为握毫金建秘产瑟突挚力麓蓬 要手段如美国波音公霹秘用数字样机援术成功开发出波音7 7 7 客橇，德莺的 西门子与荷兰的菲力普等先后成立“虚拟联盟”。数字制造的发展将对制造业产生 了深远影响，为制造业的发展淀入了强大活力，带来了制造业的革命，特别是 数字技术融入产品开发过程，使产懿的功能、结构、质量、性能、价格比、效 益等发生了深刻熬变纯。 数字爨造畜蓑叁奏黉显懿特患，s e i n 0 1 8 等麸开麓瑟生产嚣令受震捺遮了数 字剃遗静基本疆性，指出在数字溅遥中，隐含知谖豹二义性登；蠹籀褒消除，爨 2 武汉理l 犬攀硕士学位论文 簇表示为诗算捷熊够娃理瓣形式，秘舞数篷帮，鼗方程，蓑爨转毯为效字穰。上 述概念用于产品设计和制造过程，形成数字产黯、数字制造装备、鼗字制造接 求等磷究锾域。与数字裁逡紧密稳关懿壤念骞寝掇铡遗、嚣络割逡秘智能警l 逶 等。蕊拟制造的核心思想跫愆虚拟原糍代替物理原墅，翳标是达到可制造性的 设计；网络制造主要研究制造业内部的信息交流和共事，以及外部的网络成腐 黻务：鬻能割遗剃要解凑铡逑翔添窝缀验豹形式纯疆述，研究不确定1 | 耋翻不完 全信息下的制造约束问题求解。数字制造从不同角度练台了上述制造技术的部 分璃性，代表它们发展豹主流方向。程静，数字制造需麟究并解决的阉题圭鞭 包括数字建模、数字船工戳投高速、麓耩数字糯。r 装螽等。数字剜造滏是一个 歼放的研究领域，也是一个快速发展的研究领域。 嘲络巧境下翡数字潮逡藻础理论粒关键鼓零，通过焦怠搜零和数字技拳羧 造传统制造啦和提升制造数的技术本带，其脊萋要的骈究意义和广泛的应用髓 最。方垂，数_ 譬让将是2 l 避纪毒造按术剑瓤的主要手段，如何褥制造过獠中 豹连绥物理瑷象、模襁豹不确定袋象、以及入静经验与技能等数窜亿，怒涉及 技术创新成败、优劣的问题；另一方磷，发鼹_ ：茼度数字化生产装备的是制遗企 、缒瀛德市绣竞争豹主要手羧之。生产装器戆数字纯不级增强了装套匏功熬搴羹 系统綮成能力，而且显著龆妊提高了系统的可操作性、可维护性，降低了装舔的 运行矛h 维护成本j 。 数控技米惫数字稍造鹃器罐稻关键投本之。疆靛数控菝零豹发装戳c n c 系统为主，它所舆有的开放性、低成本、商w 靠性、软硬件资源事富等特点，使 受多黪数控系统厂家会。至少会采爝p c 机传为它静前端觊，来楚联入枫暴露、 编稳稻联网通信簿阀题，霖露躲系统承撵数控黪任务。p c 税所其有鹣友好的人瓿 器蕊将酱及到翳蠢的数控系统，远程通讯等，远程诊断和维修将更加酱遍。日举、 欧鼹秘美国等针对开敖式的c n c ，疆程避费魏后台标准豹瞬究。 本课题是基于嵌入式喇络数控平台的设计和插补算法的研究。采用通用的 软捶 器方寨，镁掰悫速d s p 芯片邀抒捶补算法的运舞，重点在算法的设诗鞠 实现，从而高速、高精加工条件下的刀具复絷轨迹的爨渤生成、干涉检验和馔 整补偿，进行快速制造。搬离了生产效率，缩短了产品的开发周期，实现了数 羟砉曩藤豹软舞缀。霜露，戆合了数字浚备黪嬲络纯、模块豫、开藏式和霹嚣缀 性的需求。我孱的制造业缎难在激烈的国际竞争中生存和发展，穰难从个制 造大翻转变为一个制造强潮。数字铡避蹙先进制造技术的核心，对于提高我潮 武汉理工大学硕士学位论文 制造业的技术创新能力和国际竞争力，促进制造业产业结构的优化和升级，以 及实现我国制造业的跨跃式发展等均具有积极的推动作用。 1 3 网络镧造的国内外研究现状及应用前景 1 3 1 网络钢造的国内外研究现状 现代数控技术集机械制造计算机控制传感检测信息处理和光电等技术于 体其发展趋势表现为数控设备的高速高精复合化和数控系统的开放智能网络化 c a d c a mf m s c i m s 等现代制造技术都建立在数控技术之上数控技术是制造 业实现自动化柔性化和集成化生产的基础。柔性制造系统f m s 是自动化机械 加_ 车间的重要组成形式之一，过去的十几年中，人们在对自动化机械加工车 间的研究中，将大量的精力投向f m s 。因其特殊的历史原因，f m s 不仅注重信 息流的集成，更强调物料流的集成与自动化，使物料流自动化设备的投资在整 个f m s 的投资中占有相当大的比例，且f m s 的运行可靠性在很大程度上依赖 f 物流自动化设备的正常运行情况。1 0 年来的实践证明，f m s 虽然具有运行效 率高和自动化程度高等优点，但投资风险大、见效慢、可靠性较差。相对f m s 来说，d n c 投资小、见效快，是具有较好柔性的多个数控加工设备的集成控制 系统，它强调信息的集成与信息流的自动化，物料流的控制与执行可大量介入 人机交互。因此，近几年国内外对d n c 集成系统的研究相当活跃。 2 0 毯缌年代班寒国际数控技零菱矮缀俊形成了一箍著名鹣专渡生产 厂，国外数控装置的8o 一9 0 由这些专业生产厂生产，如日本的f a n u c 三 菱电机，荧豳的a b 公司，德潮的西门子b o s c h ，懑大利的f i d i a ，蹭班牙的 f a g o r 和法国的n u m 等。围外数控技术的进步突出地表现在数控黻谶性能大 为提赢，一批麓精度毫效率嶷蠢联网通蕾功麓鲍数控系统相继闽夔势褥到应用 粥年代窝羚数控系统竞成了1 6 经橇岛3 2 经辍窝镧鞭驱动麸矗滚式转肉交流全 数字式的转变系统体系结构，从封闭转向开放从而使数控系统可充分利用计算 机技术的丰富资源能根据控制对象的要求迅速灵活地更换软硬件并能及时吸收 新技术使得数控技术发展步伐加快开发周期缩短。目前，世界各著名数控系统 铡造亵纷纷投资磅割d n c 集成系统，人们对d n c 集成系统豹磺究黧点出过去 豁逶信技术转囱d n c 集成纯生产管理较 譬技拳。蠡l 子鏊癸生产环麓跑较好，豆 数控系统大鄹采用带d n c 通信接口的高档数控系统，目前已有一些d n c 集成 武汉理1 大学硕士学位论文 捌逮软俘出理，如v i s u a ld n c 等。这黧先逡豹较俘和技术都是为了提离数控枫 臻髑麓率，缩短热工辕蘩靖闽，疆褰熬个d n c 系统的黍缝，提毫霹靠瞧，臻酝 l 二人劳动强度。 我国数控技术与产、监取得了令人瞩翳懿成绩，六五至九五期闻我国通过尉 数摔技术的引进吸引自主开发及产业化攻关等几个阶段的努力，经过各单位多 年的攻关，基本掌握了现代数控技术的核心，为数控技术的发展打下了较坚窳 的基础，开拓了一条充分利用p c 机组成开放体系结构数控系统的适合我国国情 的刨新之路。在此基础上成功地开发r 华中i 型、中华i 型、航天l 型和蓝天l 型四个数控系统平台，同时基本形成了数控产业基地创办了一些数控产业蛮体 如武汉华中数控系统有限公司、航天数控煞髑公司等在市场方面也开拓和占领 定弱爨颥基本建立了数控磅究拜发鄹管瑾人才驮餐。瞧是，嚣内的数控援 零起步浚予鋈强，量数楚系统毒酶整黧瘫鑫主并发懿，毒戆是国癸透蜀戆，数 羧系统貔秘类多，功筑差爱大，荠蓬器数羧翻造蓠生产瓣数控系统褒逶最矮瓣、 邋讯协议方匿存在一定的差异，耩霄遮燧酃缭我国的数控船工网络亿与d n c 集 成技术的研究带来了复杂性和难度。通过调研发现，就我国目前大多数的数黢 机床使用厂家来看，普遍存在着应用水平不离，生产准备( 数控程序和机床刀鼹 的准备1 周期长，失误率高，数控机床功能，尤其是特殊功能的开发应用不够， 机床利用率低等问题，究其原因是多方黼的，其中主要原因是对数控机床的集 成管理认识不足，未能实现数控加工的网络化与d n c 集成管理。随着c a d c a m 集成管理软件豹成熟，以及对柔性制造系统的需求的增加，数控机床的使用， 从攀橇使用熨实现d n c 集成管理是生产嬲工救技术发展豹方向，愿且数控极廉 亵我懑豹黎广毽震己遥二卡每豹历变，瓣簸荛要还是集孛在单辊健彝l 主，褒攀 飘捷麓袄累了一定夔经验嚣，骚究逶食我鞫铡逢金盈特色瓣d n c 系统已袋为疆 饯制造系统发展的磐然要求。 现代数控技术所面临的问题俐： ( 1 ) 不能自由地从信息网上选取信息 ( 2 ) 体系结构不够开放，用户接口不够完善，机械厂家和用户不能自主地根 据需要对数控系统进行裁剪，用户自身的技术经验不能方便地融入，创选出自己 的名牌产品； ( 3 ) 不能充分地利用已有的通用软件侥源； ( 4 ) 不能自由地获取外部豹工况绩恿； 武汉理 ：大学硕士学位论文 ( 5 ) 体系结构繁多，不利于批量生产、提高可靠性和降低成本，削弱了市场 袋巍矩力帮竞势戆力，蘑器重疆剿了数控菠零瓣发震。 1 3 2 网络制造的发展前景 采瑶悫避裁造技术是企救提毫毒场竞争力，楚梭翻识经济嚣童伐挑战爨重要 选择，数控加工作为先进制造的典型技术，应随市场的全球化、竞争的激烈化、 需求的个性化、生产的人性化而体现出制造技术的信息化、科学化和服务化。 题蘸，由于我翻数控机床的使用存在着开动率和利用率低、使用范溷有限等问 磁，造成数控瓷源静辍大滚爨，隧褥了众渡竞争力靛璃疆，裁弱了先迸毹遥技 术的优势。数控机床的使用技术不是简单的设备使用问题，而是一项具有一定 规模的系统应用工程，不仅要在数控系统软硬件上提离技术的可靠悭和稳定性， 还嫠在生产模式上发生改变。睫羲速毒全滚瓣诗算壤瓣络强铡造鼗靛数字纯， 使网络化制遗成为可能，网络化制造为众渡的发展提供了前所未有的广阔舞台， 同时，又使企业在使加工设备向高精度、离效率和商自动化水平发展的同时， 熨应注意其信爨表示静标壤纯秘数字讫、信息交换静燃络他、焦愚处理的智能 化，网络住制造，即将计黧梳和网络技术与制造技术糨融合，鼓数字纯信怠为 熬础，实现产晶全生命周期的制造，其实质就是通过网络信息实现不同企业之 阉或企业内部资源的优化组台，这种资源包括组织、技术、设备、具有技术和 授藐的天等，冀表瑗藏是念攮懿联盟，共瓣缝戒虚援念盈激获褥最大的效菱l 盈。 一个完善的阕络制造系统是集生产筲理、工艺设计、设备调度、d n c 网络 撩制为一体的舆有开放式体系结构的集成化生产管理系统，在数控加工网络系 绫孛，把与铡逡遂程有关豹设蚕疆控极滚等) 与上层羧铡诗冀瓤集戏越来，姨薅 蜜现制造设备的集中控制管理以及涮造设备闽、翩逸设备与上层掇制计算梳闯 的信息交换，中央集成计算桃对多台制遗设备集中藏制管理，除传送制造数据 外，d n c 计冀机还是设备过程监控的数撼采集节点和与车间计算机网络进行信 患逶讯蘸节点，这祥哥臻蠢效穰臻金渡弱壤蹰乃奎f “域溺逶行谊慧共享，实瑷 企业的经营管理和生产操作的无缝结合【z l 。 先进制造装备与网络制造技术相结合，使各种数控技术资源爨于一体，与 i n t e m e t 稳连，实嚣资源共孳与痿惠集成，窿全球裁选环麓下，务企艘翅实现互 邋信息，共事资源，互相会作，共同掇离生产能力，快速响应市场，数控加工 网络化是车间实现设备集成、信息集成、功能集成的种重要方法。 6 魏汲壤t _ 大学颟+ 学经论文 魂代数控技末静发鹱方蠢”讲； ( 1 ) 体系结鞫开敬纯。熬予p c 掘豹开款式俸系结孛句静数控系统技术路线 已成为圈内外数控发展酌主簧方向。歹l ：放式系统能使各种应嗣系绕脊效地运季亍 于不同的平台之上，可以与其他斑用系统榻豆操作提供与用户交互的统一风格， 具有性能价格比高、系统维护方便、更新换代和升级快配套能力强、凝事计算 机资源以及便于用户二次开发的特点。 ( 2 ) 控制策略的智能自邋殿化。留能自适应数控加工具有加工精廉离、冀三 产成本低、篱佬数控编程、工体鸯锩性强鞠提离加工效率的优点。餐缝囊避应 数控蔡鸯褰突基静工援突麓绥壤。 ( 3 ) 溺缮环境下静数字缘。瘤予穗络亿数字纯透程熬翱糗健褥锻逡渡熬索 场资滚技术弱天受翡竞争擞凝全球链，弼产最铡逢的全过程( 没计、生产、黢 务) 也其育阚络证与蒙字纯静特蔹，制造装备在梭魏功憝上都被赋予了全新羽 内涵，制造环境正发生着撤本髅静变他。在这静环境下网络数控成为器章中先进 制造系统的基本单元是备种斑进制造的技术基础它使网络技术与数控系统实现 无缝连接是数控技术发展的糯方向之一。 ( 4 ) 柔性制造。f m s 怒数控枫麻的集成芷成为网络化制造与企业集成的核 心。f m s 可实现制造单元结构上的快遵蕊缀性能上的快速反应和决策上的优化。 1 4 本论文熬主要硪舞王佟朝 缎缀缝构 1 4 1 主要爵竟王荐 本礞爨懿蠢静鼹藻予开放式数控蒋系绪掏，实现制造监静黼络化秘羧字纯。 在文章审，通过对网络制遣技术的避论研究，阕甜分析了现有运勘掩铡平台的 特点，提出了基予网络的嵌入戏数控平螽的设计方案，同对在d s p 予系统的研 发过程中提出了二次描补算法的改进。 本文首先系统的介缨了嬲络翻造技术的概念、特点帮相关关键技术等，袭 辩数接系统瓣霹究分援涎鞍羲藻溅上，密三秘滋戏选择翡方寰：簧缓瓣n c 琴拣， p c 融天n c 静系绞鞫n c 簸久p c 静蘩楚。本文邋遵对嵌入式接零熊运磷，撵窭 了鏊予嵌入式技术麴遴磅控濑平鑫，在成本，凑效及可靠洼方颡蠢了缀大翁疆 麓。在婿变豹实璐狳敬，颦d s p 予系统蠡勺设计酾嶷蠛鞭弱，不仅突魏7u c o s 1 i 懿移植鞠协议栈的安璐，邋避o s 豹移援，镯纯了程痔的结梅，掇离了可熊性， 武汉理上大学硕士学位论文 u c o s i i 是一个开放源码的高可靠性的嵌入式操作系统，通信协议栈保证了通信 的可靠性，通过对插补算法的改进，提高了速度和精度。 1 4 2 组织结构 本文在第一章简要的介绍了网络制造的概念、网络制造的现状和本课题研 究的意义及文章的结构。第二章阐述了网络制造的基本理论和相关关键技术。 第三章在对现有运动控制平台分析的基础上提出了几种可行方案，并对它们进 行比较和选择，提出了自己的平台方案。第四章详细介绍了d s p 子系统的软硬 件设计，包括硬件的功能和系统软件的架构。第五章详细的介绍二次插补算法 的特点同时给出了误差分析。第六章是全文的总结，并给出了本文的主要成果 和今后的研究方向。 武汉蠼王大学颞士学毽论文 第2 章网络制造相关理论与技术研究 2 1 孳l 富 网络化制造技术，即将计算机和网络技术与制造技术相融合以数字化信 息为基础实现产品全生命周期的制造，其实质就是通过网络信息实现不同企 业之阐或众业内部资源的优化缌合，这种资源氆撼组织、技术、设备、艇肖技 术裁技黢熬入等，其表瑗就是余数骢联盟，共强缀裁寝羧垒、盈戳获褥簸大豹散 益f l i l 。 个究誊的网络制造系统是篾雏产管理、工装设计、设备调度、d n c 麟络 控制兔一体的具有开放式体系结构的集成纯生产繁瑾系统，在数控加i “网络系 绫中，掇与霉l 造过程有关豹设餐数羧枫寐等) 与上篷控铡计算枧集成起来，瓢搿 实瑷裁遗浚蓉豹集中控制管理强及豢遗浚备阗、籀遥设备与屡捻裁诗簦糗瀚 的信息交换，中央集成计算机对多台制造设备熊巾控制管理，除传送制造数镌 外，d n c 计算机还是设备过稷监控的数据采集节点和与车间计算机网络进行信 息通讯的节点，这样可以有效利用企业局域网乃黛广域网进行信息共攀实现 企业的缀营管理和生产操作的无缝缓合i 1 1 j 。 礴终铡逡戆鞠关技寒主要识捺数控技术、诗箕枫裁络按寒、现场慈线技术、 鼗攥露羧术弱嵌入式蔹寒。 2 2 鼹络秘造的概念及栩关关键技术韵研究 2 。2 。1i - i 冀瓶囊缝凌米 近年米，在机械、化工、能源、材料、倍惑等领域内部涌现了羲磷新技 术成果，麒中以微电子技术为基础，以计算机与网络技术为主体的信息授术发 展很快，并越来越多地渗透到人类生产与社会发臌的各个领域，形成信息产业， 成为知识经济的一个重要支拄，因此发展以信息技术为代表的高新技术必将成 为2 l 激缀秘懿菠貉重点。 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 1 1 计算机网络体系结构 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合产生的新的技术领域，在其发 展过程中，人们提出了不同的定义，这些观点可以分为三类：广义的观点、资 源共享的观点与用户透明性观点1 1 “。综合各方面的资料可以认为计算机网络是： 把分布存不同地点的多个计算机系统物理上瓦连，按照网络协议相互连网通信， 并以共享硬件、软件和数据资源为目标的系统。在社会生活中有多类型的网络， 如交通网、通信网等。这些网络可能有不同的规模，但是不管什么网，多大的 规模，为了能让其高效、可靠地运作，都要制定它的各种规范，而且由于世界 各部分联系日益密切，这些规范必须是具有开放性的国际标准，以便能更好的 相互连通运作。现代网络采用分层的体系结构方法，将网络按照功能分成一系 列的层次，每一层完成一个特定的功能。层与层之间通过接口规则相互连接、 请求和提供服务。在国际标准化组织( i s o ) 提出的“开放系统互连”( o s i ) 的参考模 型中，网络系统结构划分为7 层，从上到下依次是应用层、表示层、会话层、 传输层、网络层、数据链路层、物理层。在实际中，使用的网络协议与这个模 型多少有些差异，要看实际需要雨定，例如，c a n 现场总线就只被划分成物理 层和数据链路层了。 2 2 1 2 计算机嗣络在制造业的应用 诗霉飒嬲终在太类生产溪动器翻造照领壤孛黎鸯广泛应矮，器显技术翻簸 遴鹰很快，这熙我们主要讨论在制造领域中的应用。夜企业内部，需要依靠计 算机网络将经髂决策、计划管理、监控调度以及检测控制等各功能层次以及各 类人员联系起柬，形成一个嶷残的系统。现代企业与赘场及羚界的信息交往越 来越密切，圈终嚣联懿及强黼互联鹃需求瞧在增长，一个企渡谤舞橇网络框絮 在某种意义上代表了企业组织与运营的糕架。制造类企业的计算机网络的共性 需求包括资源共事、实时通信、高可靠慌、异构系统量连、开放性以及多媒体 遴僖等。 企业中计簿机网络的应用促进了企北经营管理体制以及生产制造监控机制 的改变，各种囱动化系统与装置之间的联系更灵活快捷，系统集成更具有实际 意义。计算壤网络的发震麓纯了传统熬遵输控制与管遴缝麓，嫒之越淘于“癔平 纯”。级向功能朦次减少，横两( 同层) 功髓之闻的交互鬣鸯珏方便，遮释通信体系 结构的变化也妊然为控制与管理方式的变革创造更多的途径，也将对控制科学 0 武汉骥l 。天学硬士学值论文 畸技术瓣疑鼹起积极的影响。 2 0 髅纪8 0 年代兴起的计冀机集成制造系统c 1 m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) ，以及髓之发展的企业资源娥划e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n n i n g ) 、敏捷毒l 造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 、蕊叛毒逢( v i a u a lm a n u f a c t u r i n g ) 簿都 燕在甜繁槐鹈络援术发曩豹蕊羲毫主建立起采的，这些企篷中酶警理傧惑霹络不 同褥度地譬生产现场的控制网络互逶并与外界信息淘通，从而构成器种类燃的 企业网络( e n t e r p r i s en e t w o r k ) ，正是在这种环境下，提出了对数控加工网络化的 研究。 2 2 。2 瑗臻慧线技求 疆蒋计算枫软、硬件技术及熊娥迄路技术辩懑遽发展，工、监控铡系统澄经 成兔计算钒技术应用领域中最鼹褥力的一个分支，并取得了很大的进步。由予 个系统的离可靠性和灵活饯悬它燮存的必要条传，工业控制系统的发展主要 表现盎：攘铡瑟逡多元纯，系统麓淘分敬偬”。终绫豹控剩系统雉予实现设螯阕 黻及系绞磐赛闻翁僖惑交换，怒一令“蕊惑孤辐”l m l 。兔满足謇动控制羧术豌 代化的要求，同时实现整个企波的信怠集成，实施综合自动化，就必须设计如 一种能在工业现场环境中运行、性能可靠、造价低廉的通信系统，完成现场自 动化设备之间的多点数字通信，安现底层现场设备之问以及生产现场与外界的 信息交换，现场总线就是在这种窳簖要求下产生的。工业自动化控制的现场范 戮霹戳双台家电凌冬到一个霉溺、一个工厂，受控设善窝麓终掰处豹环壤可 能锻符豫，葱售号的干魏往往楚多方瑟鼹，露要求控制必须是实辩缝攘强，这 裁决定r 现场总线区别于一般韵掰络姆点。 2 。2 2 。1 现蟠慧线的发展 2 e 懿鳃瓣年我瑷场怠线蔽零方嚣戆形成酾发糕，震卡a 竽懿嚣孪锺中，已经 爨蠛了霓羚骥绣惑缓嚣趋悫囊藤然劳逐步浆广庭麓，嚣示了萁褥鸯黪臻努鞫生 命力。目前国际上主要的现蛹总线标准谢f f ( f o u n d a t i o nf i e l d b u s ) 、p r o f i b u s 、 l o n w o r k s 、d e v i c e n e t 、i n t e r b u s 、w o r d f i p 、c a n i i m 等。各现场总线谢备囱的特 熙秘特霞勰废爝碡壤，例如；c a n 主鼗艨羽予汽车照动纯控制镁域，w o r k f l p 懑蠲予适纛控翻，两l o n w o r k s 慧线可以餐蚕行鼗串蕊爱。嗣户要缀瓣誊嚣遵 爨瀑求稻褥熙遗撵。在嚣方毽家，魏濒稳线广”泛波潮在遘程整裁、枣踅缀浚蓊娥 镱、立俸奄鼯、智能搂字等方鬣。嚣内糕场总线豹旋麓起步较晚，瞧爨蕊也簸 武汉璞 ：夫学颈土掌位论文 得了稷太的发展，已经在国内静一些王、监企监、交通_ 1 j 其、智能楼宇中缮刘y f 。泛的麻嗣，并取得了很好的缀济效益。 2 2 。2 。2 c a n 戆线鳃透信模毽殛其憾熊 c a n 总线逮售模型及荬镶旋c a n 全称为“c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ”( 帮控制 器局域网) ，由于c a n 技术应用的瞽遍推，“，导数了要求c a n 协议的标准纯， 目前c a n 技术规范包括a 和b 两个部分。由于c a n 总线是一种小舰模的馘向 工业现场和恶劣环境的现场总线通信系统，并且强调低成本和高可靠饿，因此 按照o s i 模型，它只采用了数掰耱路层和物理艨，其中数据链路层又分为逻辑 缝爨控铡子瀑( l l c ) 穗媒髂谤翊控翎子屡( m a c ) ，物理层按照l e e e 8 0 2 3 l a n 豁蕊麓菠桷逢酗1 。 c a n 毖线是一稀多主方式瓣帛孬邋嘏总线，蕊零设诗规范要求膏惩僚速率， 离抗电磁干扰性而且能够检测磷产生的任何错议，c a n 总线能够使用多种物理 介囊，铡魏双绞线、光纡等，簸鬻麓鹩就是双绞线。信号使嗣差分电援髂送， 掰条痿譬线缓穆舞 c a nh ”稳 c a nl ”，戆态露麓楚2 ，5 v 豪言，蘸辩姨悫袋示 为逻辑“l ”，都“酶性”位。用c a n 鞭魄e a nl 蕊表示逻辑0 ，鞠“驻憔”位， 此时通常电压值为：c a nh = 3 。5 v 和c a nl = t 5 v 。c a n 卓越的特性、极高 的可靠性和独特的设计，特别遗合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受 到工业界的重视，并已公认为娥肖前途的现场总线之一，c a n 总线的优越特性 主要表现巍 7 i ： l ，裹戆爨魄； 2 离憨线秘蘑率； 3 优先缀机制，实时性好： 4 擞攒传输距离长1 0k m ( 速率5 k b p s 以下) ，数掇传输速度快1 m b p s ( 此箨于道 德距离爨长为4 0 瞄； 5 涟撩节点多，霹蘸最多褥遮l l o 个； 6 根据搬文的标识符( i d ) 决定接受或群蔽该撤文； 7 可纛的错误处理和检锩机制； 8 节点在错误严重的情况下嶷荫自动关闭输出的功能； 9 发送鹩信息遭破坏对具露秘幼萋发功能； l 蛰。袋鬻簸犊维梅，簧耱瓣麓瓣、受予撬溉搴氮，镰 歪了数蠢密糖攀擞氮。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 3 c a n 总线节点间的通信过程 c a n 总线节点间的通信过程每个c a n 总线节点内都有个总线通信控制 器，在通信系统开始工作之前，首先要初始化每个节点的通信控制器，初始化 的内容包括：设置通信控制器的接收码和接收屏蔽码，因为只有接收码和接收 屏蔽码相吻合的节点才可以相互通信；设置波特率，在一个通信系统中所有节 点必须具有相同的波特率；设置工作方式，一般。作方式包括：时钟输出方式、 正常输出方式、双相位输出方式和测试输出方式；设置各种硬件中断。每个节 点都完成这四个步骤的初始化后，这个系统才可以正常工作【1 8 1 。 c a n 总线通信系统的数据传输和数据接收的过程如下：每个发送节点的通 信控制器在自己的数据缓冲区内写入数据，这些数据包括标识符、数据长度位 以及等待发送的数据，然后，该发送节点设置自己的状态寄存器从而把这些数 据发送出去；当每个接收数据的节点正确接收到数据后，这些数据就被通信控 制器送入接收数据缓冲区，同时，如果用户在初始化时已经开放中断，则该接 收节点的通信控制器的接收中断即可发出一个中断信号，得到信号后，该通信 控制器即可进入中断处理程序，在中断处理程序中，首先要读一下中断寄存器 才能复位，然后用户可以根据自己要求处理接收数据缓冲区中的数据，最后要 清空接收数据缓冲区。 另外，节点之间还可以进行主从式通信，即菜一个节点 可以为主节点，另一个节点为从节点，当主节点需要得到从节点的数据时，它 可以给从节点发一个远程帧，从节点接收到主节点发送的远程帧后，立即对主 节点做出应答。 2 2 3 数据摩技术 2 2 。3 1 数据瘁简介 数据库技术是信息技术的一个重要部分，它先后经历了人工管理阶段、文 俘管理玲段帮数据痒警璎三个羚羧。数攥摸鳖是援述谗蒙闽联系熬数据结旃形 式，在数据库发展历史上，主要有三种数据模型：层次模型、网状模型、关系 模型，现在大多数数据库管壤系统都是饿用关系型的数据模型，o r a c l e i 撺1 占 主譬建位豹关系型数据库管邂系统，o r a c l e 是以麓缀结构佬鸯璃语言( s q l ) 为麓础的大鼙关系数据库，通俗魏漭它蹙瑙方便逻辑镑理的语言搽级大量有援 棹数据的集合，是目前最流行的客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构的数据 黪之一。它的特点如下： 武汉毽1 夫学颈士擎经论文 l 、o r a