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基于以太网的热成形柔性生产线控制系统研究

作　者: 宋科伟
导　师: 张宜生
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 热冲压成形数字化制造工业以太网检测与控制建模与仿真
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
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内容摘要

随着计算机、控制、通信等学科之间交叉发展,正使得工业控制朝着集中-分布处理、结构网络化、节点智能化的方向发展。本文就是在这种网络控制系统以及物联网发展的大环境下,对热成形柔性生产线控制问题进行的研究。面对热成形柔性生产线这一全新的完全数字化系统集成课题,提出了在新一代工业以太网的基础上,构建可集中控制生产线上所有设备的网络控制系统的技术方案,主要目标是解决生产线工作过程的实时信息检测与实时控制、故障检测与报警、多设备工作节拍协同工作与控制、非惯性系统的延时补偿等问题。为获得热成形柔性生产线加工流程及其系统动态特性,从而有利于提出系统设计规范,针对生产线上的设备进行运动学和动力学建模仿真。在此基础上开发了基于B/S模式的网络控制系统,提出了应用工序控制模型PMT(Process-Machine-Time),解决多设备系统控制的基本方案。对总体控制系统进行的动态性能分析时发现,基于Web的控制系统存在着较大的延时,不能满足生产线实时性的要求。但是,它为工序控制模型的验证、控制系统的再一步选型等提供了珍贵的参考价值。在前期研究的基础上,作者又提出了基于工业以太网的C/S模式的网络控制系统。为进一步判定系统改进方案的可行性,对影响热成形柔性生产线控制系统的网络通讯因素进行了仿真分析,从网络传输速率、丢包率、网络延时、采样周期、干扰信号、调度策略等多个角度进行了仿真与分析,并在分析的结果上,提出了改善网络性能、提高控制系统稳定性的方法及思路。在生产线系统响应方面,从总体实时数据响应以及控制系统相对独立的设备响应特性等两个方面进行了分析,并对由于网络延时、数据包丢失等情况所导致的系统性能降低甚至失稳的现象,提出了基于插值的数据包补偿策略,用来提高系统的稳定性。在生产线工作节拍调度方面,提出了基于PMT模型的工作节拍调度模型,在所有工序均按照PMT模型定义的前提下,工作节拍调度模型在理论上可以得出生产线工序最优调度方案,为实际生产线工作节拍的调度提供了理论参考。最后,在建立的热成形柔性生产线控制系统的基础上,提出了将现场生产信息与企业的管理信息实现共享,在统一的网络平台上实现控制系统之间的水平集成以及控制系统和信息系统的垂直集成,使测控信息能够纵向快速流动和横向实时交互的异构控制系统解决方案。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 网络控制系统的发展现状  11-16
  1.3 Truetime 仿真模块  16
  1.4 课题研究的思路和结构  16-17
  1.5 本章小结  17-18
2 交换式以太网延时性能分析  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 普通以太网和交换式以太网技术  18-20
  2.3 交换式以太网延时性能分析  20-30
  2.4 本章小结  30-31
3 热成形柔性生产线控制系统建模与仿真  31-44
  3.1 引言  31-32
  3.2 生产线设备仿真模型设计  32-35
  3.3 生产线控制系统仿真软件开发  35-41
  3.4 仿真控制系统性能分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
4 热成形柔性生产线控制系统研究  44-64
  4.1 热成形柔性生产线控制系统概要  44-46
  4.2 生产线控制系统检测与控制解决方案  46-47
  4.3 影响生产线控制系统性能的网络因素  47-55
  4.4 热成形柔性生产线系统响应以及稳定性分析  55-58
  4.5 热成形柔性生产线工作节拍调度  58-62
  4.6 异构控制系统解决方案  62-63
  4.7 本章小结  63-64
5 总结与展望  64-66
  5.1 本文工作总结  64-65
  5.2 未来工作展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录Ⅰ 攻读学位期间所发表的论文  71-72
附录Ⅱ 测试响应时间脚本  72

基于以太网的热成形柔性生产线控制系统研究

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