制造过程中的分布式检测系统模型及其应用系统分析

摘要

本论文在介绍了制造系统的当前现状和分布式计算机控制系统的发展现状的基础上,提出了制造过程中的分布式检测系统模型,该模型从分布式检测系统的功能划分、系统控制分解和分层、系统硬件构架、系统软件的分层设计方法等多个方面进行分析讨论,结合具体的实际例子分析了该模型的应用可行性.论文主要分为八章,各章节的主要内容如下:第一章首先讨论了分布式计算机控制系统的发展情况及现状,讲述了制造过程中自动化检测的重要意义,在这两者的基础上提出了分布式测控系统.接着简要说明了棒材及锻件超声检测系统和微型轴承外径检测系统两个项目的课题背景,最后介绍了本论文的主要内容.第二章详细探讨了从系统功能划分、控制功能、物理硬件组成和软件设计等四个方面对分布式检测系统模型加以分类和定义.根据该模型,可以把检测系统分成三个子系统:检测子系统、检测过程自动化控制子系统和检测环境控制子系统.从控制的角度出发,根据分层原则将系统功能分为直接控制层、测量与控制协调层和自组织层三层.从硬件的角度出发,按照多级分布原则将系统硬件可分为现场级、控制级和管理级三个部分,并进一步提出了分布式检测系统的体系结构.在第三章中分析了分布式系统的网络性能,讲述了分布式检测系统中常用的网络拓扑结构,最后提出多级分布树这种拓扑结构及其路径算法.第四章的主要内容为在研究了分布式检测系统软件的调度之后,进一步详细阐明了常用的调度实现方法.在第五章中首先按照分布式检测模型,较为详细地讨论了水浸式棒材及锻件超声检测系统功能划分、控制结构、硬件结构以及分层技术在系统软件开发中的应用.随后,讨论了基于现场总线的伺服运动子系统中关于多种运动控制方式的实现,伺服系统的精度并给出了实验数据.在第六章中按照分布式检测模型,讨论了微型轴承外径检测系统的系统功能划分、控制结构、硬件结构和网络路径寻址,系统任务调度的设计和实现.并进一步讲述了RS-232、RS-485串行总线以及基于TCP/IP协议的Ethernet在课题中的应用和具体实现,线程调度技术在控制级计算机中的具体实现.第七章讲述了两个应用系统的应用评价及有关分布式检测系统的几点思考.第八章总结了论文工作的内容并对今后的工作进行了展望.

目录

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第一章 绪 论

1.1分布式计算机控制系统在不同领域中兴起

1.1.1分布式计算机控制系统在过程控制领域中兴起

1.1.2分布式计算机控制系统在逻辑控制领域中兴起

1.1.3分布式计算机控制系统在运动控制领域中兴起

1.2自动检测系统的发展演变

1.2.1检测系统的划分

1.2.2微机在自动化检测技术中的运用

1.2.3自动检测系统的发展方向

1.3自动化检测在先进制造系统中的技术意义和发展现状

1.4分布式检测系统的基本概念

1.5本论文讨论的主要范畴

1.6课题背景

1.7论文的主要内容

第二章 分布式检测系统模型

2.1分布式检测系统的功能划分

2.2分布式检测系统的控制结构

2.2.1控制分解[2]

2.2.2控制结构分层

2.3分布式检测系统的硬件结构

2.3.1检测系统的三级分布结构

2.3.2检测系统硬件的基本组成

2.3.3分布式检测系统硬件模型框图

2.4分层设计在分布式检测系统软件中的应用

2.4.1分层设计方法

2.4.2软件分层设计的原则及其优点[19]

2.4.3各层在多级计算机中的分布

2.5分布式检测系统的体系结构

第三章分布式检测系统的网络结构性能及拓扑结构

3.1分布式检测系统的结构性能

3.1.1平均通信路径长度及网络直径[1]

3.1.2通信并行度

3.1.3通信接口数

3.1.4路径算法复杂度

3.1.5负载均匀度

3.1.6坚定性

3.2分布式检测系统局部网络的拓扑结构

3.2.1公用总线结构

3.2.2环形结构[23]

3.2.3星形结构

3.3分布式检测系统的拓扑模型—多级分布树

3.3.1多级分布树的模型及其特点

3.3.2系统结构的路径算法

第四章 分布式检测系统的调度及其方法

4.1系统的组织与调度

4.1.1动态调度[10][18]

4.1.2静态调度

4.1.3动态与静态调度的对比

4.2调度的实现方法

4.2.1 Client-Sever模型

4.2.2进程调度[21]

4.2.3线程调度

4.2.4定时处理

4.2.5中断处理

第五章分布式检测系统应用例子1：水浸式棒材及锻件超声检测系统

5.1系统的功能划分

5.1.1检测子系统

5.1.2检测过程控制子系统

5.1.3检测环境控制子系统

5.2系统的控制结构

5.2.1控制结构的分层

5.2.2直接控制层的设计与实现

5.3系统的硬件组成方案

5.3.1伺服运动子系统

5.3.2加热子系统

5.4分层技术在系统软件设计中的应用

5.4.1分层设计方法在运动子系统的系统软件中的实现

5.4.2分层设计方法在加热子系统的系统软件中的实现

5.5伺服运动子系统的工作方式

5.5.1返回参考点方式

5.5.2连续点动方式

5.5.3增量点动方式

5.5.4自动运行方式

5.5.5中断处理的应用

5.6伺服运动系统的精度

第六章 分布式检测系统应用例子2：微型轴承外径检测系统

6.1系统的划分及控制结构

6.1.1检测子系统

6.1.2检测过程控制子系统

6.1.3系统控制分层图

6.2系统的硬件方案

6.2.1现场级

6.2.2 控制级

6.2.3管理级

6.2.4通信网络构成

6.3通讯时间

6.4系统各结点的编址及路径算法

6.5系统任务调度

6.6通信网络的软件实现

6.6.1串行通讯实现

6.6.2基于TCP/IP通讯协议的Ethernet网络的实现

6.7控制级任务的线程调度

6.7.1线程的优先级及同步技术

6.7.2线程的实现

第七章 分布式检测应用系统的评价及几点思考

7.1分布式检测应用系统的评价

7.2模型应用的灵活性问题

7.3系统瓶颈的处理

7.4控制结构与拓扑结构

7.5系统拓扑结构的选择

第八章 总结与展望

8.1总结

8.2今后工作展望

参考文献

硕士期间所发表论文

致 谢