网络化伺服压机控制系统研究

摘要

伺服压机是精密压力装配作业的常用设备，现有控制系统的接口比较单一，多节点协调能力弱，控制模式和工艺程序相对固定，难以满足网络化、可视化、可控性等方面新要求，为此本文提出一种多轴扩展灵活、人机交互方便、通信接口多样、核心软硬件统一的网络化伺服压机控制系统方案。 在对伺服压机的工作原理、机械结构和应用需求的分析基础上，总结控制系统所需控制模式和通信方式，提出控制系统的总体设计方案。围绕主控节点构建基于CAN总线的本地现场网络用于连接多轴扩展的从控节点以及远程人机交互节点，配置PROFIBUS等扩展模块连接上级现场网络可进行必要的产线协调，通过Ethernet扩展接口可实现管理网络的连接。硬件方面，遵照模块化设计原则使主控单元、从控单元和远程人机交互单元在核心部件上保持一致。软件方面，为方便系统扩展与维护，引入RTOS，合理划分软件层次，并在此基础上进行系统功能设计。本地现场网络引入iCAN应用层标准协议并针对多轴扩展系统中主控单元与从控单元的数据同步问题进行适应性改进。移植模块化网络驱动程序，设计网络资源调度子架构，实现对上级现场总线接口资源的统一管理调度。搭建实验系统平台，通过对伺服单元、模拟量单元、网络通信单元等进行实验测试与数据分析，验证硬件系统和软件系统的总体控制精度以及运行的可靠性。根据功能需求，分析设计交互参数及数据结构，可以实现对16个程序，每个程序最多包括64个压装步骤，每个步骤可以选择压装指令以及设定包括目标位移、目标角度、运行速度等的压装参数的管理与应用。 上述系统方案充分考虑了网络化伺服压机的应用需求，标准统一的软硬件平台设计、相关实验测试和基本功能分析实现具有重要参考意义，相关应用研究工作为后续工程化、产品化实现奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外相关工作研究进展

1.2.1 国内外网络伺服压机的研究现状

1.2.2国内外网络化伺服压机的发展趋势

1.3 研究的目的和意义

1.4 论文研究思路及结构

1.5 本章小结

2 网络化伺服压机的总体方案设计

2.1 伺服压机工作原理

2.2 网络伺服压机的需求分析

2.2.1 网络伺服压机的系统功能需求分析

2.2.2网络伺服压机的工作模式分析

2.3 网络伺服压机控制系统硬件选型

2.3.1 处理器选型

2.2.2网络接口模块选型

2.4 操作系统的选取

2.5 网络通信协议分析

2.5.1 以太网通信协议

2.5.2CAN协议

2.5.3iCAN协议

2.5.4 PROFIBUS协议

2.6 总体方案设计

2.7 本章小结

3 网络伺服压机控制系统硬件设计

3.1 网络伺服压机控制器的硬件总体设计

3.2 系统电源电路设计

3.3 MCU系统硬件电路设计

3.4 模拟信号处理硬件电路

3.4.1 AD信号采集外围电路设计

3.4.2DA信号输出外围电路设计

3.5 伺服接口模块硬件电路设计

3.6 本章小结

4 伺服压机控制系统功能设计

4.1 网络伺服压机控制系统功能总体设计

4.2 FreeRTOS操作系统的移植

4.3 系统子架构设计

4.3.1 精确延时子架构设计

4.3.2网络通信子架构设计

4.4 基于iCAN协议的设计及移植

4.5 驱动程序的设计及移植

4.5.1 触摸屏驱动程序的设计

4.5.2伺服压机驱动程序的设计

4.5.3 USB驱动程序的移植

4.6 PROFIBUS协议移植

4.7 系统功能实现

4.7.1 程序在线编辑

4.7.2 状态监控

4.8 本章小结

5 网络化伺服压机机械实验平台搭建及系统测试

5.1 机械实验平台搭建

5.2 伺服单元测试

5.2.1 实验平台搭建和测试

5.2.2实验结果分析

5.2.3问题排除

5.3 模拟量单元测试

5.3.1AD信号采集测试

5.3.2 DA输出测试及DA模拟测试

5.4 网络通信单元测试

5.4.1 CAN通信测试

5.4.2PROFIBUS通信测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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