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《华中科技大学》 2008年
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基于以太网的数控系统数字接口技术研究

任清荣  
【摘要】: 数控系统的开放式、网络化、数字化的发展趋势,要求数控系统和各执行模块之间采用廉价、开放、稳定的数字接口网络进行连接。以太网是商用网络的事实标准,具有技术成熟、开放性好、兼容性强、成本低的特点,非常有希望成为这种数字接口的标准,但存在大量问题有待解决。本文针对以太网应用于数控系统数字接口进行了深入研究,主要涉及同步性、实时性、可靠性和相关的协议等内容。 本文分析了传统体系结构用于基于以太网的数控系统的困难,分析了基于以太网数控系统体系结构的要求。基于以太网的数控系统的特点,提出了一种基于特征尺度的层次化体系结构。该结构在硬件上基于多处理器可融合可重构,在软件上基于多操作系统,在接口上采用以太网。 本文分析了以太网接口系统的时钟同步问题,针对基于以太网的数控系统中不同层次的需求,提出了基于特征尺度的层次化混合时钟同步的方法。该方法通过锁相环同步硬件时钟,通过巴克码在MAC实现时间戳标记,通过特征精度尺度调整同步周期。并经实验验证了这种方法的有效性。 本文分析了以太网的随机竞争接入机制导致系统的实时性问题。分析了多种接入机制的优缺点。在此基础上提出了包容CSMA/CD的实时性方法,即保持了以太网的完整性,又避免了报文碰撞,提高了系统的实时性。实验验证了所提出方法的可行性。 本文分析了以太网中使用的重发机制在数控系统数字接口中应用存在的困难。针对基于以太网的数控系统的特点,将硬件冗余、软件冗余、时间冗余和前向纠错有机结合起来,提出了一种多层次多机制的可靠性方法,实验验证在不影响实时性的基础上可大大提高通信的可靠性。 本文还针对基于以太网的数控系统的不同的拓扑结构,结合同步性、实时性、可靠性技术,设计了星型网络同步实时通信协议和环型网络同步实时通信协议,并分析了两种协议的优缺点。在前几章研究的基础上,开发了基于以太网的数控系统的原型样机。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG659

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 周忠博;王红军;黄民;;数控技术的最新进展及发展趋势研究[J];装备制造技术;2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 陈本源;基于交换式以太网的实时工业通信相关理论与技术研究[D];武汉理工大学;2010年
2 许雄;实时以太网下多轴运动控制的同步问题研究[D];上海交通大学;2013年
3 姬帅;网络化运动控制系统的关键技术研究[D];山东大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陶林;基于以太网的分布式数控系统实时通信的研究[D];桂林电子科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭艳玲,赵万生,董本志,乔世坤,徐达丽;数控发展的趋势──开放式体系结构数控系统[J];东北林业大学学报;2000年05期
2 闫伟国,王敏杰,王敏锐;基于以太网和TCP/IP的DNC通信技术研究[J];大连理工大学学报;2003年01期
3 易红,倪中华;适用于网络化制造模式的数控系统的研究[J];东南大学学报(自然科学版);2002年03期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏广岚;木制楼梯扶手弯头数控加工的关键技术研究[D];东北林业大学;2010年
2 杨林;基于工业以太网的运动控制系统关键技术研究[D];山东大学;2011年
3 张捷;网络控制系统的故障检测与诊断技术[D];南京理工大学;2010年
4 张威;复杂曲线曲面位模式插补算法研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 郑伟峰;交流伺服系统无时滞反馈高响应驱动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 童亮;数控机床网络化集成运行模式及关键集成技术研究[D];重庆大学;2011年
7 徐竟天;基于ARM9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年
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10 李婵娟;安全关键实时通信协议研究[D];兰州大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗婷婷;飞机钣金叠板数控套裁下料软件系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 汪嵩杰;基于运动控制器的数控服装裁剪机控制系统设计[D];浙江理工大学;2010年
3 胡一枫;基于FPGA的数控折边机控制系统的设计与实现[D];浙江理工大学;2010年
4 吕元哲;基于PMAC的微型铣床数控系统的研究[D];大连理工大学;2010年
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7 吕孝敏;基于宏程序的二次曲线数控加工[D];合肥工业大学;2010年
8 杨光;基于以太网的离子加速器束流测量系统研究[D];兰州大学;2010年
9 安鑫;基于VC++和Virtools的开放式无线通讯数控系统及其仿真研究[D];华东理工大学;2011年
10 廖知;基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统的研发[D];武汉工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李燕民,王宏甫,任玉田;分布式数控系统中现场级网络通信的研究[J];北京理工大学学报;1995年04期
2 刘华东;姜文新;李跃中;;基于NURBS曲线的并联数控机床插补算法研究[J];电大理工;2010年02期
3 元亮;;针对时延和数据包丢失的网络控制系统分析与设计[J];电力科学与工程;2009年07期
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10 吴俊;段东立;赵娟;李俊;邓宏钟;谭跃进;;网络系统可靠性研究现状与展望[J];复杂系统与复杂性科学;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨林;基于工业以太网的运动控制系统关键技术研究[D];山东大学;2011年
2 范兴刚;网络控制系统若干通信网络实时特性研究[D];浙江大学;2004年
3 陈磊;从现场总线到工业以太网的实时性问题研究[D];浙江大学;2004年
4 黄海;网络控制系统实验平台建设与算法设计[D];浙江大学;2007年
5 郑桦;机械臂系统的网络远程控制研究与实现[D];中国科学技术大学;2007年
6 林涛;基于精确时钟协议的网络运动控制系统的研究[D];河北工业大学;2007年
7 张连明;基于网络演算的自相似网络性能上界模型研究[D];中南大学;2006年
8 陈冰;基于时钟同步的网络化运动控制方法与实现[D];华中科技大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯巧红;数控机床直线电机驱动运动控制算法仿真分析研究[D];合肥工业大学;2010年
2 唐振华;基于IEEE1588和实时以太网的自动测试系统[D];电子科技大学;2006年
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6 康葆荣;共享式工业以太网的实时性研究[D];太原科技大学;2007年
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9 吴长忠;面向网络化制造开放式数控系统的研究[D];山东大学;2008年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 徐良雄;;C6132普通车床数控化改造及电气控制设计[J];组合机床与自动化加工技术;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张军;电力系统保护电器网络化研究[D];河北工业大学;2011年
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3 赵建利;智能变电站通信系统的实时性和可靠性研究[D];河北工业大学;2012年
4 姬帅;网络化运动控制系统的关键技术研究[D];山东大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 赖建勇;弹载计算机实时测试系统的研究[D];南昌航空大学;2012年
2 罗安心;基于时间触发以太网的同步算法研究与实现[D];电子科技大学;2013年
3 王小姣;FANUC数控机床故障智能诊断系统研究[D];中南大学;2013年
4 王欣;支持IEEE1588工业以太网交换机的设计与实现[D];哈尔滨理工大学;2013年
5 黄贤新;嵌入式EtherCAT主/从站通信控制器的应用研究[D];广东工业大学;2014年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 白凤民;邹世坤;;基于运动控制器的激光冲击强化数控系统开发[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
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7 黄艳;于东;郭锐锋;李家霁;;开放数控系统加减速控制的研究[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
8 白凤民;邹世坤;;基于运动控制器的激光冲击强化数控系统开发[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 冯习宾;蒋廷彪;;基于ARM与DSP的嵌入式数控系统[A];2008全国制造业信息化标准化论坛论文集[C];2008年
10 张龙波;;基于PC机的开放式数控系统[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 高荆萍;光洋科技:紧盯核心技术 力推数控系统产业化[N];中国工业报;2006年
2 本报记者 杨红英 通讯员 肖明;欧洲机床展演绎数控系统前沿技术[N];中国工业报;2009年
3 杨忠厚 冯雷;高档机床首装自主“大脑”[N];中国企业报;2009年
4 记者 崔国玺;数控机床实现“脑体合一”[N];中国经济导报;2009年
5 本报记者 丰笑容;发格:发力在即[N];机电商报;2009年
6 本报记者 兰海侠;数控系统用户服务指南出台准化工作促行业升级[N];机电商报;2011年
7 见习记者 严曼青;中低端数控系统 从独行侠到众人行[N];机电商报;2005年
8 本报记者 柳建国;创新,并快乐着[N];江苏科技报;2006年
9 中国机床工具工业协会数控系统分会理事长 陈吉红;高端数控系统市场占有率低可靠性是短板[N];中国电子报;2009年
10 宝鸡市飞鹰机电有限责任公司总经理 常征;人才和资金成掣肘[N];中国电子报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘清建;数控系统运动控制及运行优化[D];天津大学;2010年
2 Nguyen Tien Long;数控系统硬件可靠性增长技术及其措施研究[D];吉林大学;2013年
3 杨磊;基于工业以太网的数控系统实时性问题研究[D];中国科学技术大学;2014年
4 金新娟;面向服务的动态可配置数控系统及其关键技术研究[D];武汉理工大学;2012年
5 张礼兵;数控系统运动平稳性和轮廓精度控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
6 徐跃;面向高性能数控系统的误差控制技术研究[D];天津大学;2009年
7 郑冬;大尺寸中凸变椭圆活塞车削加工衍生式数控系统研究[D];中国农业大学;2014年
8 许爱芬;数控系统预处理技术研究[D];天津大学;2009年
9 王海涛;数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D];南京航空航天大学;2011年
10 黄海鹏;多轴联动电火花加工数控系统软件构建及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张瑜楹;基于WINDOWS的激光电源控制系统的研究[D];长春理工大学;2003年
2 刘勇;开放式数控系统PCI接口电路的应用研究[D];大连理工大学;2005年
3 鲁玉兰;基于PMAC的五轴电火花加工数控系统关键技术的研究[D];天津大学;2010年
4 刘德顺;数控系统虚拟轴功能的研究与应用[D];暨南大学;2011年
5 汤阳;基于Windows CE的开放式数控系统关键技术研究[D];合肥工业大学;2003年
6 张宝亚;基于Windows平台的高速走丝线切割机数控系统的设计和开发[D];南京航空航天大学;2004年
7 谢剑;高档数控系统中的现场总线接口技术设计与开发[D];上海交通大学;2010年
8 黄晓华;壁板铣床数控系统硬件结构的研究与开发[D];大连理工大学;2000年
9 何其昌;基于Windows的液压压药机数控系统的研制[D];合肥工业大学;2002年
10 李太富;数控系统插补精度检测装置硬件开发与研究[D];四川大学;2000年
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