基于CPS的智能制造單元監(jiān)測系統(tǒng)的研究.pdf

1、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。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)測問題的解決。主要工作內(nèi)容是以CPS（信息物理

2、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。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)

3、器接口通信等方面進(jìn)行了深入了解，為監(jiān)測系統(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S7-1200PLC中。上位機(jī)采用WinCC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)測系統(tǒng)上位機(jī)中任

4、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)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以Visual Studio2010為開發(fā)平臺(tái)，通過OPC通訊協(xié)議與WinCC通信，進(jìn)而完成機(jī)床重要參數(shù)的監(jiān)測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)測系統(tǒng)。
　　基于以上的研究，對(duì)數(shù)控銑床各軸信