基于CPS模型的智能工厂复合通信技术研究

摘要

随着社会及技术的进步，人们对工厂制造业提出了个性化、灵活化的新要求;与此同时，全球人口红利优势逐年消减，能源、资源及环境问题日益突出，也推动制造业向“智能化”、“节能化”的方向转型。“智能工厂”作为一个新兴的概念，国内外对它的研究尤其是智能工厂通信技术的研究才刚刚起步，尚未有一个统一的定义和标准化模型，因此选取合适的方法对智能工厂的相关技术展开研究，具有十分重要的意义。
　　本文根据智能工厂的特点和自动化控制技术研究发展现状，确定了基于信息物理系统(Cyber Physical System，CPS)模型的智能工厂基本结构，并选择智能工厂通信作为研究的重点，围绕智能工厂通信的性能、节能和普适性进行研究和分析。本文首先提出了以IP通信为基础、多种网络融合的复合通信策略;然后选取了三种优势明显且应用前景广阔的通信技术POWERLINK、EnOcean和6LoWPAN作为具体研究对象，分别研究这三种技术的基本特点，及其在智能工厂中的融合组网实现方法;接着设计实现了一种基于上述三种技术和Internet的智能工厂复合通信网关;最后搭建了一个智能工厂复合通信测试平台，并设计实验对系统可行性和性能进行验证分析。通过实验表明，所设计的智能工厂复合通信系统能很好的完成不同网络间的融合，具有很好的扩展性，在性能上也能够满足各种不同应用的需求。
　　本文主要是对未来智能工厂及智能工厂通信技术的研究，文中探讨了智能工厂的基本结构、智能工厂复合通信系统模型及组网实现方法，并设计实现了具体的通信系统进行验证，为未来实现大型智能工厂复杂控制网络提供了一定理论和实践基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 研究背景与意义

1．3 智能工厂及其通信技术国内外发展状况

1．3．1 国外发展状况

1．3．2 国内发展状况

1．4 研究内容与章节安排

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 本文章节安排

第2章 CPS模型下智能工厂通信技术分析

2．1 CPS概念及基本结构

2．1．1 CPS基本概念及特点

2．1．2 CPS体系结构

2．2 智能工厂模型研究

2．3 CPS模式智能工厂通信网络模型研究

2．3．1 智能工厂通信需求分析

2．3．2 智能工厂通信网络模型设计

2．4 本章小结

第3章 智能工厂复合通信技术研究

3．1 POWERLINK技术研究

3．1．1 POWERLINK技术基础

3．1．2 POWERLINK关键技术研究

3．1．3 POWERLINK与Intemet通信研究

3．2 6LoWPAN技术研究

3．2．1 6LoWPAN技术基础

3．2．2 6LoWPAN与工业主干网接入技术研究

3．3 EnOcean技术研究

3．3．1 EnOcean技术基础

3．3．2 EnOcean技术特点

3．3．3 EnOcean接入技术研究

3．4 本章小结

第4章 智能工厂复合通信网关设计

4．1 网关设计思想

4．1．1 互联性设计

4．1．2 网络统一性设计

4．1．3 网络管理和安全性设计

4．2 网关整体结构设计

4．3 网关硬件设计

4．3．1 网关核心控制模块硬件设计

4．3．2 6LoWPAN边界路由器模块硬件设计

4．3．3 EnOcean网络管理模块硬件设计

4．3．4 另一种EnOcean接入网关的结构设计

4．4 网关软件设计

4．4．1 Linux系统移植与驱动调试

4．4．2 网关软件基本结构设计

4．4．3 网络协议转换分析

4．4．4 6LoWPAN边界路由软件设计

4．4．5 EnOcean接入模块软件设计

4．5 本章小结

第5章 智能工厂复合通信系统测试

5．1 智能工厂复合通信平台搭建

5．2 系统功能测试及分析

5．3 网络通信时延分析

5．4 本章小结

第6章 结论及未来工作

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间技术发明专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目