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基于工业以太网的车间数字设备集成控制的关键技术研究

吴修德  
【摘要】: 目前,国内离散制造企业,尤其是中小型企业的数字设备普遍存在多种控制系统并存、实现远程监控与维护困难、信息难以直接连通和集成控制等问题;同时,生产现场信息不能被及时采集、处理和应用,现场控制层不能为企业信息系统直接提供必须的生产现场的信息。这些已成为企业信息化深入发展的瓶颈。籍此,本文提出一种基于工业以太网的车间数字设备集成控制方案,主要研究其系统的关键技术,旨在提升车间生产与管理自动化水平,实现企业管理信息系统与现场控制系统的有效集成。本文的主要研究工作如下: 1.针对离散制造企业车间数字设备的接口特性和控制模式,选择适合车间数字设备集成控制的网络;建立具有不同接口的车间数字设备的网络连接方案;分析车间数字设备集成控制系统的功能,提出基于工业以太网的车间数字设备集成控制的网络结构;设计基于工业以太网的嵌入式网关,并对其进行实验研究。 2.以OPNET Modeler为基础,分析EPA协议的体系结构、协议模型和功能模块,开发专用于EPA的仿真模块,建立车间数字设备集成控制网络的仿真模型和基于XML技术的仿真平台;通过对实例的仿真与分析,给出应用方法。 3.研究包含信息分类、采集和传输在内的基于工业以太网的车间数字设备集成控制系统中信息处理技术。在分析总结信息特征的基础上,提出基于S95的信息分类方法,并进行分类;研究总结适于车间数字设备集成控制系统的信息采集方法;集成应用EPA协议与OPC技术,提出一种新的车间数字设备集成控制信息传输策略;结合实例,给出实现方案。 4.在分析控制特性的基础上,利用功能块技术,提出基于工业以太网的车间数字设备集成控制原型系统的开发方案;采用并行处理作为车间数字设备集成控制的策略,通过时间特性分析,证明方案的有效性;提出车间数字设备集成控制系统中的功能块构建方案,构建原型系统的体系结构;以工件表面热处理的控制单元为例,提出集成应用UML和功能块技术开发基于工业以太网的车间数字设备集成控制原型系统的方法。 5.在基于工业以太网的车间数字设备集成控制环境下,研究离散制造过程中的工序质量动态控制的方法,提出控制系统的构建及工序质量控制的动态实施策略,以此说明基于工业以太网的车间数字设备集成控制系统的应用。


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