外文翻譯--應(yīng)用 FIP 現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)分布式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)床 中文版

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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械 工程 系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 附 件： 資料翻譯譯文； 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 注： 請將該封面與附件裝訂成冊。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 應(yīng) 用 場總線 設(shè)計(jì)分布式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)床 , 54506 要 ： 在這篇論文里，我們提出了基于 場總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)。 它取代了傳統(tǒng)的 算機(jī)化數(shù)字控制裝置 )， 應(yīng)用于機(jī)床 。 這個(gè)系統(tǒng)由一系列的基于微處理機(jī)的模塊組成（如 動控制器，輸入輸出系統(tǒng)等），它們由 快速鏈路脈沖 實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)相連接。這個(gè)系統(tǒng)的主要構(gòu)想是使得每個(gè)模塊智能化 ,以此來提高整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和容錯(cuò)能力。 每個(gè)模塊都是一個(gè)子控制系 統(tǒng)，他們完成各自的控制任務(wù)，有的是用作運(yùn)動控件，其他用來評估感應(yīng)器以及調(diào)控執(zhí)行器。模塊之間的通信（即信息交流和同步）是由 速鏈路脈沖 )而得以保證。 這個(gè)系統(tǒng)既能任務(wù)分布，又能起到設(shè)備拓?fù)浞植嫉淖饔?。在這里我們將討論一些分布準(zhǔn)則，并描述一個(gè)實(shí)驗(yàn)性實(shí)施。 近年來，分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為許多科學(xué)研究工作的課題。它在系統(tǒng)集成上扮演著很重要的角色。在機(jī)床控制領(lǐng)域，現(xiàn)在使用的 它是集中型的，僅限于一些固定型號的轉(zhuǎn)軸，耗時(shí)、不靈活，并且很難與計(jì)算機(jī)集成制造環(huán)境相兼容。 超大規(guī)模 集成電路 微處理器技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，使人們開始考慮使用分配式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：性能高、模塊化、完整和可靠，并且不需要完全的硬盤替換就能漸進(jìn)式擴(kuò)充。 這為控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)提供了廣闊的前景。 本論文致力于一種分布式機(jī)床體系結(jié)構(gòu)的研究。它的依據(jù)是智能裝置在通信線路上的相互連接。它的特點(diǎn)是分布式任務(wù)和分布式數(shù)據(jù)，但其運(yùn)用的是獨(dú)特的接入控制系統(tǒng)。系統(tǒng)是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置和 并且經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)的論證。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)控制一個(gè)多軸的機(jī)器，隨著傳感器數(shù)值的變化，機(jī)器成功地作出協(xié)調(diào)的動作回應(yīng)。 本論文組織如下。第二部分是機(jī)床控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的描述。第三部分是泛函分析，控制函數(shù)分布圖以及分布的準(zhǔn)則及其限制性的描述。第四部分簡略描述了廠儀表協(xié)議 )，以及第五部分是我們實(shí)驗(yàn)實(shí)施的大綱。 最后在第六部分，我們通過一些概要和今后的研究視角予以總結(jié)。 機(jī)床控制系統(tǒng)是個(gè)實(shí)時(shí)的，多工的系統(tǒng)。 （ 圖 1） 是該系統(tǒng)的傳統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)圖。他包括三個(gè)單元：用戶界面和監(jiān)控，程序裝置和伺 服 機(jī)件，以及傳感器和執(zhí)行器單元 。這個(gè)系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制工作部件的機(jī)械加工。它包括兩個(gè)不同但相關(guān)聯(lián)的任務(wù)體： · 保證機(jī)床的可移動裝置的精確運(yùn)行軌道并進(jìn)行速度控制 。 · 檢查定位過程的正確實(shí)施，對環(huán)境的改變做出相應(yīng)的反應(yīng)，并在機(jī)床上執(zhí)行指定的操作，如：器械轉(zhuǎn)換、冷卻、潤滑等。 圖 1 功能體系結(jié)構(gòu) 按照時(shí)間順序，這個(gè)任務(wù)也可以劃分成兩個(gè)步驟：控件程序設(shè)計(jì)和控件程序執(zhí)行。在第一個(gè)步驟中，在機(jī)床組合上沒有進(jìn)行直接的操作，只是指定了將要被執(zhí)行的動作和操作。這個(gè)可以看作是數(shù)據(jù)獲知和處理過程。而在第二個(gè)步驟中，控件被有效地執(zhí)行。值得一提的是，在步驟二中出現(xiàn)的平行化是因?yàn)槠涠喙さ谋举|(zhì)。 · 因?yàn)槭嵌噍S支持的機(jī)床，它擁有不止一個(gè)伺 服系統(tǒng)來控制它的機(jī)械運(yùn)動（圖 2）。為了使其精確地在軌道運(yùn)行，控制系統(tǒng)需要計(jì)算所有軸承的中間點(diǎn)的配位。這要花費(fèi)很多的時(shí)間，也需要一個(gè)強(qiáng)大的運(yùn)算控制器。但是通過把局部智能分配給每個(gè)軸控件，每個(gè)軸承的相應(yīng)的基本運(yùn)動可以并行地被計(jì)算。這個(gè)構(gòu)想對于傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能提升有著及其重要的作用。因?yàn)閷壍涝绞且缶_，加工過程就會越復(fù)雜，這就更加需要系統(tǒng)是實(shí)時(shí)的，并且對軸承的同步性也要求更高，也就增加了計(jì)算的量。在平行架構(gòu)系統(tǒng)里，將計(jì)算分配到許多處理節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理，會加快整個(gè)計(jì)算過程，并且提高了加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和精確度。 對于輔助操作控制也存在著同樣的問題，也就是，裝置越多，就需要更多的傳感器和執(zhí)行器。邏輯自動性基于一個(gè)周期性數(shù)據(jù)處理過程，這是因?yàn)閷τ谥付ǖ囊唤M感應(yīng)器和執(zhí)行器，他們的數(shù)值是周期性地被讀寫或者計(jì)算的。如果這個(gè)計(jì)算過程可以被分配到幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上，并且并行地同時(shí)進(jìn)行，那么計(jì)算每個(gè)傳感器和執(zhí)行器的子設(shè)備的時(shí)間周期會小的多，這就大量地減少了初始時(shí)間，也就使得我們能更好地滿足實(shí)時(shí)的要求。 圖 2 多橋伺服系統(tǒng) 這樣就使得我們?yōu)闄C(jī)床的控制提出了新的分布結(jié)構(gòu)（圖 3）。在這個(gè)結(jié)構(gòu)里，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)通信模塊，并且它們對實(shí)際設(shè)備擁 有局部的決定權(quán)。這些節(jié)點(diǎn)的一般結(jié)構(gòu)都由一個(gè)專用的系統(tǒng)控制，這個(gè)專用系統(tǒng)要保存，并且分配和協(xié)調(diào)遠(yuǎn)程任務(wù)。 圖 3 機(jī)床控制分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布式控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)可分成三個(gè)步驟： · 函數(shù)體系結(jié)構(gòu)這種模型的建立與硬件和通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇是無關(guān)的。 · 硬件體系結(jié)構(gòu) 。它由一組基于計(jì)算機(jī)的模數(shù)以及它們的操作系統(tǒng)和通信通路（通信協(xié)定和連接）組成。 · 操作體系結(jié)構(gòu)，它是通過將函數(shù)體系結(jié)構(gòu)的不同元素映射到硬件體系結(jié)構(gòu)上而得到的。 操作體系結(jié)構(gòu)最重要的元素之一是任務(wù)分配準(zhǔn)則和實(shí)際限制，他限制了分配的選擇性。 函數(shù)分布 一個(gè)控制系統(tǒng)通常用幾個(gè)函數(shù)來完成一個(gè)給定的目標(biāo)。那么，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)也就是設(shè)計(jì)他的函數(shù)。硬件和軟件的選擇必須根據(jù)函數(shù)要求。把復(fù)雜的函數(shù)分解成幾個(gè)簡單的函數(shù)能夠簡化硬件和軟件的設(shè)計(jì)，因此，這使得系統(tǒng)的修改更加簡單，而且其可靠性和復(fù)用性也得到了提高。 另外，現(xiàn)有的許多泛函分析和方法，如 幫助我們簡單地實(shí)現(xiàn)函數(shù)分解。函數(shù)結(jié)構(gòu)體系能用一組處理模數(shù)的基本數(shù)據(jù)來描述。這些數(shù)據(jù)叫做分布微粒，它們既不能分布與幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上，也不能被分開執(zhí)行。目前，還沒有什么方法能將函數(shù)分解成分布微粒，并且能作為描述形式的最 低分解水平還沒有被定義。不可避免地，分配會使通信產(chǎn)生負(fù)載，因此在分解階段，我們應(yīng)該保持函數(shù)之間的自主性，使不必要的網(wǎng)絡(luò)信息流通量減到最小。 結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)技術(shù) ）是最常用的泛函分析方法之一。使用 們可以對 （ 圖 4） 中的機(jī)制程式進(jìn)行函數(shù)描述。 它給出了應(yīng)該在機(jī)制程式中顯示的基本函數(shù)。通過上面的圖解，以機(jī)械加工為例，我們可以把機(jī)制程式分解成幾個(gè)子流程（見圖 5）。 位置分布 這個(gè)分布系統(tǒng)的特性之一是，它的硬件不再是一個(gè)整體， 而是由許多位置上分隔開的元素組成的。當(dāng)這些元素通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)，它們可 以看作是一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的選擇是根據(jù)泛函分析的結(jié)果，而它們的定位是由分布位置的限制性決定的。在機(jī)床控制體系分布中，除了控制終端，其他的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該被安排在離它們相應(yīng)的機(jī)械裝置盡可能近的地方。這樣他們之間的連接得以最小化。這對于大規(guī)模的機(jī)器是很重要的一方面。 技術(shù)限制 有時(shí)候，根據(jù)函數(shù)要求或者位置要求，甚至兩種兼顧的分布很難運(yùn)用于工業(yè)設(shè)備。例如，一個(gè) 可編程序控制器 有一定數(shù)量的端口，數(shù)字的或者模擬的輸入輸出。如果它的感應(yīng)器的數(shù)量比輸入多一個(gè)，那么這個(gè)多出來的感應(yīng)器就有可能需要從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移開，而被連接到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上 。所以最初的分布可能由于技術(shù)限制性而被調(diào)整。 成本限制 成本限制和技術(shù)限制有很緊密的聯(lián)系。對所有設(shè)計(jì)者來說，成本是最重要的因素之一。設(shè)計(jì)者要開發(fā)所選硬件的最大性能，就需要把一些應(yīng)該根據(jù)原先條件分布的函數(shù)整合起來。 圖 4 態(tài) ： 機(jī)制處理功能的分析 圖 5 機(jī)制中心的一些功能 現(xiàn)在的目標(biāo)是要把這些不同的條件考慮進(jìn)去，以獲取最佳的分布，但是現(xiàn)在還沒有特定的解決方法。這就要求我們研究涉及了函數(shù)、位置、技術(shù)和成本降低等參數(shù)的模型體系。我們也需要利用模擬工具來對分布的結(jié)果進(jìn)行評估，并且看它是否與預(yù)期的效 果和成本要求一致。 附件 2：外文原文 （復(fù)印件）