M500A氣瓶的三維造型設計【含CAD圖紙、SW三維】
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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系 部: 機械工程系
專 業(yè): 機械工程及自動化
姓 名:
學 號:
(用外文寫)
外文出處: Int J Adv Manuf Technol(2007)
DOI 10.1007/s00170-006-0676-2
附 件: 1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。
指導教師評語:
所選原文資料內(nèi)容符合本畢業(yè)設計及專業(yè)方向要求,篇幅飽滿,翻譯用詞準確,語句通順。
簽名:
年3 月18 日
注:請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1:外文資料翻譯譯文
基于工業(yè)以太網(wǎng)透明模型的層次實時網(wǎng)絡CNC系統(tǒng)
摘要 隨著市場上工業(yè)以太網(wǎng)的重要性日益增加,人們急切的需要基于工業(yè)以太網(wǎng)透明模型的網(wǎng)絡化CNC(計算機數(shù)字控制)系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這一目標,本文設計了一種基于以太網(wǎng)/因特網(wǎng)的層次實時網(wǎng)絡,叫做RNH-CNC。為評估其性能,進行了一些實驗,并對結(jié)果作了分析。結(jié)果表明基于實時以太網(wǎng)的現(xiàn)場層通訊能滿足硬件實時任務的要求?;诳砷_關(guān)的以太網(wǎng)的NC服務器計算機和NC核心計算機之間的通訊也達到了軟件實時任務的要求。結(jié)果證明基于工業(yè)以太網(wǎng)透明模型的CNC系統(tǒng)是可行的。
關(guān)鍵字 CNC 網(wǎng)絡 實時 工業(yè)以太網(wǎng)
1. 引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡化CNC系統(tǒng)有兩個特點[6]:
(a) 遠程作業(yè)處理?;谝蛱鼐W(wǎng)和局域網(wǎng)(LAN),CNC系統(tǒng)能執(zhí)行遠程操作遙控,例如遠程設計、遠程管理、遠程監(jiān)控和遠程故障診斷。
(b) 基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場設備控制。需要基于高速現(xiàn)場總線的實時現(xiàn)場設備控制。
現(xiàn)在已經(jīng)提出了多種方法來支持網(wǎng)絡CNC系統(tǒng)。特別是許多論文重點在現(xiàn)場總線,它們提出了可行的解決方法,而這些都是建立在專用現(xiàn)場總線上的,例如CAN, Profibus, SERCOS。 此外,隨著以太網(wǎng)的發(fā)展,一些文章提出了將以太網(wǎng)和RS232相結(jié)合的CNC系統(tǒng)解決方法[3,8]。
近幾年來,以太網(wǎng)技術(shù)得到迅速完善,它的速度已經(jīng)從一開始的每秒10M提高到每秒10G。理論上,以太網(wǎng)的速度比現(xiàn)存的專用現(xiàn)場總線的速度快得多。例如,每秒10G的以太網(wǎng)速度是每秒12M的PROFIBUS速度的830倍,是每秒1M的CAN速度的10000倍。根據(jù)美國權(quán)威研究機構(gòu)(ARC)的報告,工業(yè)以太網(wǎng)將促進未來現(xiàn)場總線的發(fā)展,并且可能工業(yè)控制網(wǎng)絡標準統(tǒng)一起來。據(jù)此,在網(wǎng)絡CNC系統(tǒng)中引入工業(yè)以太網(wǎng)也將是CNC系統(tǒng)發(fā)展的新方向。
目前,一些機構(gòu)在集中研究工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)上。工業(yè)以太網(wǎng)有兩種應用模式[7]. 一種是混合模式,一般可用于上層來連接企業(yè)以太網(wǎng)LAN,而下層仍然用低速專用現(xiàn)場總線。有幾種研究結(jié)果,例如Profinet、ModbusTCP/IP、Ethernet/IP和iLON?;旌夏P褪且环N折中的方案,其主要動機來自于各個現(xiàn)場總線制造商要,要將專用現(xiàn)場總線和企業(yè)以太網(wǎng)相連。它們?nèi)冀⒃贗EEE802.3和TCP/IP的基礎上,但是應用層協(xié)議是多種多樣的,且連接專用現(xiàn)場總線到以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)也是專門的。這些專用技術(shù)和多種多樣的應用層協(xié)議影響直接到專用現(xiàn)場總線的廣泛應用。
另一個是透明模式,即在所有層都采用了以太網(wǎng)/因特網(wǎng)(從上層到下層)技術(shù)。對工業(yè)以太網(wǎng)來說這是一個完全的解決案,但仍存在一些難題。主要問題是工業(yè)控制以太網(wǎng)的實時性能的改進。為解決這問題,在兩方面加快了透明模型的主要研究。其中一個是可開關(guān)的以太網(wǎng)的研究,另一個是實時控制協(xié)議的研究。盡管已經(jīng)有了解決這些以太網(wǎng)問題的研究成果,但是離實際應用還有一段距離。
本文通過綜合考慮CNC系統(tǒng)的特點,提出了一個基于工業(yè)以太網(wǎng)透明模式的層次實時網(wǎng)絡CNC系統(tǒng)(RNH-CNC)。論文其他部分結(jié)構(gòu)如下:第二節(jié)中,介紹了RNH-CNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu);第三節(jié)中描寫了RNH-CNC的實現(xiàn);第四節(jié)涉及實驗和評估;最后,第五節(jié)給出了結(jié)論。
2. RNH-CNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
2.1 網(wǎng)絡和硬件體系結(jié)構(gòu)
RNH-CNC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分成4個層次(如圖1):最底層(第1層)包括現(xiàn)場設備(例如伺服系統(tǒng)、輸入/輸出設備);第二層包括NC核心計算機;第三層包括NC服務器計算機和其他系統(tǒng)(如:CAD,CAPP);最高的層是基于因特網(wǎng)的網(wǎng)絡瀏覽器計算機[1]。從最高層到最底層分別是非實時因特網(wǎng)、軟實時以太網(wǎng)和硬實時以太網(wǎng)。
2.2 軟件結(jié)構(gòu)
RNH-CNC系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。 它也被劃分為四個層次:基于因特網(wǎng)、NC服務器、NC核心、現(xiàn)場設備控制的遠程操作。
遠程操作包括遠程設計、遠程管理、遠程故障診斷、遠程監(jiān)控等。
NC服務器起的作用如下:
(a) CNC 人機界面(HMI):用于實現(xiàn)監(jiān)測,控制,參數(shù)管理,過程信息顯示,刀具軌跡顯示,以及更新。
(b) 網(wǎng)絡服務器:提供基于因特網(wǎng)的網(wǎng)絡服務器功能,包括基于網(wǎng)絡的設計、管理、故障診斷和監(jiān)控等服務。
(c) 軟實時以太網(wǎng)(SRE)接口:基于以太網(wǎng),在NC服務器計算機和NC核心計算機之間提供軟實時數(shù)據(jù)交換功能。
NC核心包括CNC核心功能,軟實時以太網(wǎng)接口(SRE界面),硬實時以太網(wǎng)接口(HRE界面)。
(a) CNC核心功能:用于實現(xiàn)CNC系統(tǒng)的核心功能。大部分功能都是實時過程,所以需要系統(tǒng)對它們做出快速的響應。NC核心功能包括插補,位置控制,PLC,NC代碼譯碼,刀具補償,運動控制等。
(b) 軟件實時以太網(wǎng)(SRE)接口:用于提供NC服務器計算機和NC主計算機之間的以太網(wǎng)軟實時通信接口。
(c) 硬件實時以太網(wǎng)(HRE)接口:用于提供NC主計算機和現(xiàn)場設備(如伺服,輸入/輸出)之間的硬實時以太網(wǎng)接口。
現(xiàn)場設備控制包括了硬實時以太網(wǎng)接口(在NC主計算機和現(xiàn)場設備之間)和其他裝置控制。
3. 執(zhí)行等級實時網(wǎng)絡
3.1 在因特網(wǎng)的基礎上執(zhí)行遠程診斷、監(jiān)控
通過基于因特網(wǎng)的遠程診斷,監(jiān)測和控制這些功能,不在現(xiàn)場的工程師們能通過因特網(wǎng)診斷出機器故障,監(jiān)測和控制機床運轉(zhuǎn)。NC服務器應提供必要的信息給工程師分析和做出決策,這些信息包括機床狀況,運行日志,系統(tǒng)參數(shù)和其他相關(guān)信息,因此,必須能實現(xiàn)NC服務器與因特網(wǎng)Web使用者之間的信息傳遞。實現(xiàn)方法如下所示:
(a)選擇合適的網(wǎng)頁開發(fā)工具,比如ASP.NET(動態(tài)服務器主頁),用來開發(fā)網(wǎng)絡服務器應用程序。使用這些開發(fā)工具,應用程序能夠從NC服務器數(shù)據(jù)庫中存取機床狀態(tài),運行日志,系統(tǒng)參數(shù),專家知識,推理規(guī)則等信息。
(b)設置操作系統(tǒng)參數(shù)并啟動網(wǎng)絡服務器。
(c)發(fā)布網(wǎng)絡服務器的URL(統(tǒng)一資源定位器),從而,工程師能通過諸如IE等網(wǎng)絡瀏覽器作遠程故障診斷,遠程監(jiān)測和控制。
遠程過程通過使用因特網(wǎng)來運行,因此,它是非實時通信。
3.2 在NC服務器和NC核心計算機之間的軟實時通訊
3.2.1 網(wǎng)絡連接
NC服務器和NC主機之間的通信是基于以太網(wǎng)的。然而,眾所周知,傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是不適合進行實時通信的。這是因為以太網(wǎng)中的CSMS/CD機制,它的最大傳遞等待時間不能被限定。普通共享以太網(wǎng)的連接器是一個集線器,它的結(jié)構(gòu)相當于一種物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器,它將以一個端口接收到的信息發(fā)送到所有其他端口。而這則會引起沖突和不確定的延時問題。為了減少沖突,有人提議用一種轉(zhuǎn)化以太網(wǎng),它使用轉(zhuǎn)換開關(guān)來連接網(wǎng)絡節(jié)點。這個轉(zhuǎn)換開關(guān)可以設計成控制有許多端口的矩陣開關(guān),并且每個端口之間信息是隔離的。送入轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)僅被發(fā)送到與目的地址連接的端口。輸入輸出的數(shù)據(jù)也不再服從CSMA/CD的規(guī)定。轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點就是將沖突域劃分為與端口相關(guān)的分區(qū),所以網(wǎng)絡段變的細?。總€端口只和一個節(jié)點連接),從而完全獨占了共享信道。第二個優(yōu)點就是在同一時間可以在所有的端口之間形成多通道,所以串行傳輸變成并行傳輸。同時,網(wǎng)絡帶寬和沖突問題也得到有效解決,從而滿足了軟實時通信的要求。所以選擇轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)來設計RNH-CNC的軟實時通信。網(wǎng)絡連接如圖3所示。
3.2.2 通訊程序設計
當要求在不同平臺之間進行數(shù)據(jù)交換時,就需要選擇一種支持所有平臺的標準的通信的API函數(shù)。例如,由于Socket API是一種許多平臺(例如Windows和Linux操作系統(tǒng))都支持的標準應用程序編程接口,所以它能用作NC服務器和NC主計算機的通信應用程序的開發(fā)?;赟ocket API的NC服務器和NC主計算機之間的通信過程如圖4所示。
NC服務器的處理流程如下所示:
(a)產(chǎn)生一個插口
(b)產(chǎn)生一個連接
(c)發(fā)送數(shù)據(jù)塊(空,文件塊,命令和NC代碼單元)到NC主計算機
(d)從NC主計算機接收NC狀態(tài)數(shù)據(jù)
(e)同步休眠
(f)轉(zhuǎn)向(c)
NC主計算機的處理流程如下所示:
(a)產(chǎn)生一個插口
(b)綁定局部地址和端口
(c)監(jiān)聽通信線路
(d)接收
(e)從NC服務器接收并處理數(shù)據(jù)塊
(f)將NC狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到NC服務器
(g)同步休眠
(h)轉(zhuǎn)向(d)
3.3 在NC核心計算機和現(xiàn)場設備之間的硬實時通訊
盡管通過轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)網(wǎng)絡帶寬和沖突問題已經(jīng)得到有效解決,但是轉(zhuǎn)換器的存儲和傳輸過程可能會導致數(shù)據(jù)丟失或者更長的延時(超過30微秒)。所以它還不能滿足時間確定的應用要求,這時對時間有嚴格的限制。然而,帶有實時控制協(xié)議的經(jīng)改進后的傳統(tǒng)以太網(wǎng)更加適合這些應用,所以在這里用來設計RNH-CNC的現(xiàn)場網(wǎng)絡。圖5顯示了其網(wǎng)絡拓撲關(guān)系(主機是NC主計算機,從設備是其他現(xiàn)場設備)。
為解決確定時間通信問題,還可以用一些方法來避免沖突,如時間分隔法、查詢法,對于一些不確定的因素,這些方法可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)沖突的幾率降至零。這里采用了時間分隔法避免沖突,并且傳輸?shù)难h(huán)數(shù)據(jù)劃分為三種:Syn(主機同步),SD(從設備數(shù)據(jù)),MD(主機數(shù)據(jù))。通信循環(huán)如圖6所示。
一個周期的通信步驟如下所示:
(a)主機發(fā)送同步數(shù)據(jù)到所有的從設備,告知一個周期的開始
(b)從設備1在一個時間分隔中(開始于t1)發(fā)送SD1數(shù)據(jù)(如實際位置,速度,扭矩/力,警報信號,診斷信號,狀態(tài)確認信號,PLC輸入,伺服系統(tǒng)參數(shù)和電動機參數(shù))到主機
(c)從設備2在時間分隔內(nèi)(開始于t2)發(fā)送SD2數(shù)據(jù)到主機
(d)......
(e)從設備n在它的時間分隔內(nèi)(開始于tn)發(fā)送SDn到主機
(f)主機在它的時間分隔內(nèi)(開始于tmd)發(fā)布MD數(shù)據(jù)(如位置,速度,扭矩力,模式,PLC輸出,伺服參數(shù)和電動機參數(shù))到所有的從設備,每個從設備能在指定的位置收到自己的數(shù)據(jù)。
附件2:外文原文
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類型:共享資源
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