基于NCUC-Bus现场总线多功能网络互联装置的研究与实现

摘要

网络化是高档数控机床的重要标志。数控系统通过现场总线连接数控装置、伺服驱动装置和I/O单元,同时,采用以太网将车间各机床联网,构成一个集网络制造、远程监控、远程诊断与维护于一体的现代制造系统,这也是数控机床未来发展趋势之一。因此,在数控系统数字通信的环境下,研究网络互联技术,网络拓扑结构识别及变换技术和通信链路故障诊断等技术具有重要的意义,本文基于NCUC-Bus现场总线数控系统,围绕网络互联技术展开以下研究。
　　研究了NCUC-Bus现场总线和以太网的体系结构和通信原理,结合课题采用数控系统网络通信平台的需求,对TCP/IP协议作了深入分析,设计了一个NCUC-Bus与TCP/IP协议转换模式,提出了一种基于NCUC-Bus现场总线的网络互联装置的设计方案。
　　以高性能的DSP+FPGA作为核心处理芯片构成硬件平台,设计了支持 NCUC-Bus现场总线和以太网的通信平台,实现NCUC-Bus现场总线和以太网之间数据流的相互转换,具有伺服数据采集和伺服参数传输等功能,应用于数控系统运动性能分析及优化中。
　　在研究与分析了常见现场总线拓扑结构和拓扑结构识别技术基础上,采用NCUC-Bus数据链路重构技术,设计了一种支持星型,环型和混合型拓扑结构的NCUC-Bus总线互联方法,并在数据链路层实现拓扑结构识别。
　　基于本文设计的多功能网络互联装置,在研究NCUC-Bus通信链路断路检测及故障定位的基础上,提出一种NCUC-Bus实时拓扑结构重构方法,有利于提高通信可靠性,方便了通信链路故障定位与排除。
　　在本文设计的多功能网络互联装置的实验平台上,分别对装置的网络通信功能,网络拓扑结构识别及变换技术和通信链路可靠性等功能进行了验证设计,并通过应用实例,进行了相关的实验验证与分析。
　　本文设计的基于 NCUC-Bus现场总线网络互联装置在华中数控的HNC-8高档数控系统得到了应用,取得了良好的效果,其有效性和可靠性达到设计需求。

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1 绪论

1.1 课题来源、研究背景与意义

1.2 NCUC-Bus现场总线与以太网技术

1.3 国内外研究现状分析

1.4 本文主要的工作内容

2 多功能网络互联装置的原理研究

2.2 NCUC-Bus现场总线网络拓扑结构与故障诊断技术

2.3 多功能网络互联装置系统设计

2.4 本章小结

3 多功能网络互联装置的网络通信技术实现

3.1 多功能网络互联装置的硬件平台

3.2 NCUC-Bus现场总线数据传输实现

3.3 基于数控系统运动性能优化的TCP/IP协议栈实现

3.4 NCUC-Bus与TCP/IP的协议转换实现及应用

3.5 本章小结

4 多功能网络互联装置的多种网络结构技术及故障诊断实现

4.1网络互联装置的网络拓扑结构识别技术

4.2网络互联装置多种网络拓扑结构技术实现

4.3网络互联装置通信链路故障诊断与修复

4.4 本章小结

5 多功能网络互联装置的功能测试与分析

5.1 网络互联装置测试平台

5.2 网络互联装置网络通信功能测试与分析

5.3多种拓扑结构网络通信与链路故障诊断测试与分析

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录